旋轉設備轉子及支撐具有剛性與(yǔ)柔性兩種(zhǒng)特性,不同的(de)動力特性,表(biǎo)現出的振動(dòng)特征有較大區別。由於頁麵(miàn)內不(bú)能編輯公式,所以全部采用文字描述,不直(zhí)觀,看起來或許累一些(xiē)。
一、剛性轉子與柔性轉子
工作轉速低於臨界轉速的轉子稱為剛性轉子,也就是工作轉速小於0.75倍臨界轉速,因為超過0.75時已(yǐ)經(jīng)在臨界轉速區內,為了保證設備的(de)安全運行,實際(jì)上一般工作轉速須(xū)小於0.5倍臨界轉速。對於剛性轉子(zǐ),由(yóu)於工作轉速較低,不平衡量(liàng)所引起的離心力較小,旋(xuán)轉狀態下轉子軸線的(de)彎曲變形可忽略不計。
工作轉速高於臨界轉速的轉子稱為撓性轉子,也就是轉速大(dà)於1.3倍的(de)臨界轉速,撓性轉子與剛性轉子相比實際就是在旋轉時一個為剛性,一個為彈性,當轉子為彈性時,必(bì)然會因不平衡量所產生的離心力造成轉子彎曲,這種(zhǒng)彎曲方向與(yǔ)臨(lín)界轉速比有關,當轉速(sù)遠(yuǎn)遠大於臨界轉速時,轉子撓曲方向與不平衡量引起的不平衡離心力方向相反,這時不平衡離(lí)心力與彈性恢複力處於平衡狀態,這就是(shì)所謂(wèi)的轉子自調中心,很多人知道轉子過臨界後(hòu)振動會越來(lái)越小,但卻(què)不知原由(yóu),這就是答案,進一步解釋如下(xià):
當轉速小於臨界轉速時時,轉子的撓度隨轉速的升高而增大,且撓度和偏心距的(de)方向一致(zhì),這(zhè)種弓形彎曲變形小於偏(piān)心距,通常忽略轉子在運轉時的彎曲變形,當轉速等於0.707倍臨界轉速時,彎曲變(biàn)形將(jiāng)等於偏心距;當轉速等於臨界轉速時,產生共(gòng)振;當轉速大於臨界轉速時,撓度和(hé)偏心距的方向相反,轉子的撓度隨轉速的升高(gāo)而減小,當轉速遠遠大於臨界轉速時,撓度趨近於偏心距,此時轉(zhuǎn)子質心在(zài)旋轉中心線上。
二、臨界轉速(sù)
臨界轉速是指轉子在這些轉速或附近(jìn)運轉時(shí),本身將出現很大變形,並做弓形回轉,引起機械係統非常強烈的振動,而轉速在這些特定的轉(zhuǎn)速一定範圍之外時(shí),振動趨於平穩(wěn),這些引起劇烈振動時的轉速稱為臨界轉速。也就是說轉子係統本身的固有頻率等於轉速頻率(lǜ)時,轉子的不平衡力和轉子係統發生共振時的轉速,此時軸的撓度趨近無窮大,離心力趨近無窮(qióng)大,限值其振幅的因素(sù)是係統阻尼(ní)。
臨界轉速完全是由轉子軸承係統本身(shēn)的固(gù)有特性所決(jué)定的(即結構特性,主要(yào)有轉子(zǐ)的質(zhì)量、材質、軸徑、長度、集中質(zhì)量(liàng)大小及分布、軸(zhóu)承座跨度以及(jí)軸承座的剛度、質量等。),與外界條件無(wú)關(如不平衡力(lì)、負荷等)。
與物體的固有頻率一樣,臨界(jiè)轉速也有很多階,如一階(臨界轉速)、二階、…、n階,一般現場設備(bèi)很少有高於三階的。
三、剛性支撐與柔性支撐
支撐的固有頻率大於轉子工作轉速時,稱為剛性支撐;支撐的固有頻率小於轉子(zǐ)工作(zuò)轉速時,稱為柔性支撐。我(wǒ)們經常遇到的例子是,一台剛性轉(zhuǎn)子的變頻風機或其(qí)它設備,當轉速到幾百轉時振動劇烈,但提高轉(zhuǎn)速後振動反而小了。這一般說明基礎結構的固有頻率小於設備的額定轉速頻率。
一般觀點認(rèn)為,振動由軸承傳遞給軸承座。在傳遞過程中,振(zhèn)動逐漸衰減。因此,軸振會大於瓦振。軸(zhóu)振(zhèn)、瓦振比值約為2~10倍。但實際情況是,由於柔性支(zhī)撐的存在,某種條件下瓦振會明顯大於軸振。
當軸振、瓦(wǎ)振都比較小時,說明機組振動平穩。轉子上的(de)激振(zhèn)力較小,支承係統剛度正常。
當軸振、瓦振都比較大時,說明振動確實很(hěn)大。振動可能來源於激振力的(de)增大或支承係統剛度的降低。
當軸振大、瓦振小,表明支承係統剛度正常或(huò)較大,振動是由於轉子振動引起。
當軸振小、瓦振大,如果是剛(gāng)性支承,若是新安裝(zhuāng)設備(bèi),須分析設計是否符合剛性支撐剛度要求,若是長期正常運轉的設備,應(yīng)檢查支承係統連接情況、墊塊接觸(chù)狀況、軸承配合間隙是否過大等。如果是柔性支承,應提高(gāo)支撐剛度,或避開支撐臨界轉速運行(háng),實際常用有效做法是減小轉子激振力來降低振幅。
對於剛性支撐而言,軸承座的振(zhèn)動特性應符合下圖所示規則,振動幅值由軸承座(zuò)底部到頂部(bù)振動逐漸增大;空側到負荷側振動逐漸增大;軸承座(zuò)左、右兩側同(tóng)一高度(dù)處兩點振(zhèn)動應(yīng)該相等,振動應該對(duì)稱分布(bù);接近(jìn)轉軸(zhóu)部位的振動大於平行並遠離轉軸部位的振動幅值(zhí),如電機軸承端蓋和機殼振動。當所(suǒ)測振幅與上述特性不符,通常預示著某部位支撐剛度存在問題。
