1、轉子不平衡引起的振動

離心壓縮機的轉子由於受到材質（zhì）和加工裝配技術等各方麵的影響，轉子上的質量分布對軸心線成不均勻分布，或認為轉子的質量中心與旋轉中心之間總是有偏心距存在。因此，轉子在高速旋轉時將產生周期性的離心力、離心力矩（jǔ）或兩者兼（jiān）有，這種交變的離心力或（huò）離心力矩就會在軸承上產生動載荷，也就會（huì）引起壓縮機的振動。

轉子不平衡是引起壓縮（suō）機振動的Z主要、Z常見（jiàn）的原因。

1.1.1 轉子不平（píng）衡的原因

1.設計（jì）問題：

（1）旋轉體幾何形（xíng）狀設計不對稱（chēng），重心不在旋轉軸線（xiàn）上。

（2）在轉子內部或外部有未加工的表麵，引起質（zhì）量分布（bù）不勻。

（3）零（líng）件在轉軸上的（de）配合麵粗糙或配合公差不合適（shì），產（chǎn）生徑向或軸向擺動。配合過鬆時，高轉速下轉子（zǐ）內孔擴大造成偏心。

（4）軸上的（de）配合鍵裝於鍵槽，形成局部金屬空缺。

（5）軸上轉動部件未對稱安裝，且有配合間隙。

2.材料缺陷：

（1）、鑄件有氣孔，造（zào）成材料內部（bù）組（zǔ）織（zhī）不均勻，材料厚薄不一（yī）致如：焊接結構由於厚（hòu）度不同而造成質量不對稱。

（2）、材料較（jiào）差，易於磨損、變形造成質量分布不（bú）勻。

3.加工與裝配誤差：

（1）焊接和澆鑄（zhù）上的造（zào）型缺陷。

（2）切削中的切削誤差。

（3）葉（yè）輪在裝配時配合誤差的累積，引起重心偏移，因此（cǐ）對於高速轉子每裝上一（yī）個葉輪需（xū）要進行一次動平（píng）衡。

（4）材料熱處理（lǐ）不符合條（tiáo）件要求，或殘餘應力未消除加工和焊接時的扭曲變形（xíng），使（shǐ）轉（zhuǎn）子永久性變形。

（5）配合零件不一致造成質量不對稱。如：螺孔深度或螺釘長度不一致等。

（6）聯軸器不對（duì）中，對於其中一個轉子（zǐ）來講，一種平行不對中（zhōng）相當於對轉子加了一個不平衡負荷。因此也（yě）表現出不平衡的特（tè）征（zhēng）。

4.動平衡的方法不對

對於撓性轉子，其工作轉速下的振型與其一階振（zhèn）型有顯著差別。因（yīn）此僅在低速下對轉子做動平衡，在高速下仍會發生很大的振動。

1.1.2 轉子不平衡的主要振（zhèn）動特征

1.振（zhèn）動的時域波形為正弦（xián）波。

2.頻譜圖中，諧波能量集中於基（jī）頻。

3.當轉動頻率小（xiǎo）於固有（yǒu）頻率時，振幅（fú）隨轉動頻（pín）率的增加而增加；當轉動頻率大於固有頻率後，轉動頻率增加時振幅趨於一（yī）個較小（xiǎo）的穩定值；當轉動頻（pín）率接近於固（gù）有頻率時，振幅具有Z大峰值。

4.當工作轉速一定時，相位穩（wěn）定。

5.轉子的軸心軌跡為橢圓。

6.轉子（zǐ）的進動特征為同步正進動。

7.振動的強（qiáng）烈程度對工作轉速的變化和敏感。

8.質量偏心的矢量域穩定（dìng）於某一允許範圍內。

1.1.3 轉子不平衡的故障甄別及處理措施

一般而（ér）言，工頻譜線或一次諧波表示轉子不平衡，但這不（bú）是的。

對於剛組裝完成的壓縮機（jī）機組，要確診是（shì）不是由於動平衡引起（qǐ）的振動過大，應與下列（liè）情況加以區別：

（1）對剛性轉子，要排除（chú）是否遇到了轉子的（de）臨界轉速問題，這就需要通過瀑布圖或波（bō）特圖等來（lái）分析，確定轉子的固有頻率，看是否與壓縮機的工作轉速相近。

（2）工頻分量過大時，還應注意是否遇到了基礎共振，這就需要進（jìn）行相位分析來進一（yī）步確診。基礎（chǔ）共振使機組（zǔ）各點都以（yǐ）同（tóng）一頻率和相位進行，而由不平衡（héng）引起的振動（dòng），在順著旋轉方向上各點的（de）振動存在著相位差（chà）。

（3）當用渦流傳感器（qì）測振（zhèn）動位（wèi）移時，工頻成分也有可能是由於測振（zhèn）部位處軸頸加工不同心或有橢圓度、表（biǎo）麵剩磁等造成的假振動，需用降低轉速的辦法來檢查，如果低速時（shí）振幅與高速時振（zhèn）幅相（xiàng）近，很（hěn）可能是一種假振動。因此，要判斷是否轉子不平衡引起的振動，除了根據轉子不平衡振動的主要特征（zhēng）外（wài），還要看其敏感參數，如表1-1 所示。

表1－1 轉（zhuǎn）子不平衡振動的主要敏感參數（shù）

對於確認的轉子不平衡振動故障，則應該查找不平衡的原因，可從如下（xià）幾個方麵入手並加以解決：

（1）檢查轉（zhuǎn）子上各零部件是否有鬆動。

（2）檢查轉子上是否有結構不對稱的地方。

（3）重新對轉子做動平衡校（xiào）驗。

2、轉子不對中引起的振動

壓縮機組通常都由電機或汽輪（lún）機、變速機、壓縮（suō）機組成，機組各轉子之間由聯軸器連接而構（gòu）成軸係，傳遞運動和扭矩。由於機器的安裝誤差、機組承載後的變形以及機組（zǔ）基礎的沉降（jiàng）不均（jun1）等原因，往往造成機器工作時各轉子的軸線之間產生軸線平行位移、軸線角度位移（yí）或綜合位移等對中變化誤差。轉子係統（tǒng）不（bú）對（duì）中將產生一係列有害於機組的動態（tài）效應，導致壓（yā）縮機發生異常振動。轉子係統不對中的（de）故障發生的比較多，因此需要認識轉子（zǐ）係統不對（duì）中故障的機理和表現（xiàn）出來的現象，能夠準確診斷這種（zhǒng）故障。

1.2.1 轉子係統不對中的形式（shì）

圖2-1 轉子不對中的形式（shì）

1.2.2 轉子（zǐ）不對中故障的診斷（duàn）及特征

轉子不對中的軸係，不僅（jǐn）改（gǎi）變了轉子軸頸與軸承的相互位置和軸承的工作狀態，同時也降低了軸係的固有頻率。軸係由於轉子不對（duì）中，使轉子受力（lì）及支承所（suǒ）受的附加力是轉（zhuǎn）子發生異（yì）常振（zhèn）動和軸承早期損壞的重要原因。

轉子不（bú）對中（zhōng）的（de）轉子係統的主要振（zhèn）動特征為：

1）振（zhèn）動頻率是轉子工作頻率的2倍；

2）由不對中故障（zhàng）產生的（de）對轉子的激勵力幅，隨轉速的升高而加大；

3）激勵力幅與不對中量成正比，隨不對中量的增加（jiā），激勵力幅呈線性加大；

2.轉子不對中引起的（de）故障及特征

1)改變了軸承（chéng）的油膜壓力, 負荷較小的軸承可能引起油膜失（shī）穩, 因此, 出現Z大振動往往是緊（jǐn）靠聯軸器兩端的軸承。

2)不對中引（yǐn）起的振幅與轉子的負荷有關, 隨負荷的（de）增大而增大, 位置低的軸承振幅比位置（zhì）高的軸承大, 因（yīn）為（wéi）低（dī）位軸承被架空（kōng）, 油膜穩定性下降。

3)平行不對中主要引起徑向振動, 角不（bú）對中主要（yào）引起軸向振動。

4)不對中使（shǐ）聯軸節兩側產生相位差。

5)從（cóng）振動頻率上分析, 不同（tóng）形式的不對中產（chǎn）生不（bú）同的頻率。

2. 2判斷不對中故障的方法

1)觀察（chá）軸承油膜壓力隨負荷的變化量, 油膜壓力增大, 意味（wèi）著軸頸與軸承下（xià）半的內表麵的間隙（xì）減小, 反之間隙（xì）增大。

2)測量機組熱態時的對中情況。

3)利用振動信號判斷（duàn）不對中（zhōng）狀況是目前的常用方法, 即根據前麵介紹的（de）不對（duì）中的特征進行判斷（duàn）。往往振動帶有多種因素, 既要測徑向振動和軸動向振動, 也要測相位, 通過（guò）多方麵的信息, 才能（néng）正確判斷。

3.油膜振蕩

油膜振蕩是高速滑動軸承的一種特有故障, 它是由油膜力產生的自激振動。轉子發生油膜（mó）振蕩時輸入的能量很大, 引起轉子軸承係統零部件的損（sǔn）壞（huài）,甚至整個機組的毀壞, 因此必須深入了解（jiě）有效防治。

3.1油膜振蕩的機（jī）理

3.1.1半速渦動與油膜振蕩

有些輕載轉子, 半速渦動在較低轉速就產生了,從而使轉子變為不穩定, 但由於油膜（mó）的剛（gāng）性和阻尼作用（yòng）, 抑製了渦動幅度, 使轉子仍（réng）能平衡（héng）工作。但隨著轉速的升（shēng）高, 半速渦動幅值（zhí）逐（zhú）漸增（zēng）加, 直到轉速升（shēng）高到臨界轉速的兩倍附近時, 渦動頻率與轉子一階自振頻率重合。轉子軸承係統發生強烈的油膜共（gòng）振, 這種（zhǒng）共振（zhèn）渦（wō）動稱為油膜振蕩, 其頻率（lǜ）為轉子的一階（jiē）自振頻（pín）率。

3.1.2油膜振蕩的特征

油膜（mó）振蕩往往（wǎng）來勢很猛（měng）, 瞬時振幅突然升高, 很快發生局部油膜破裂。引起軸頸與軸瓦間的磨（mó）擦,發生吼叫聲, 嚴重損壞軸承和轉子。判別是否發生油膜振蕩是從振動頻率是否接近轉速的1/2, 但必須與動靜（jìng）磨擦區分開來, 動靜磨擦也發生半（bàn）頻振動。首先, 觀察振動頻率是否發生在一階振動頻率上（shàng）; 其次判別是否存在油膜半速渦動（dòng）, 一般情況下Ω/ω的（de）比值在一定轉速（sù）範圍內是不（bú）變的。頻譜、軸心軌跡及波形特征是:

(1)較大的徑向振動。頻譜（pǔ）中（zhōng）有明顯而穩（wěn）定的渦（wō）動頻率分量可能有高次諧波（bō）分量;

(2)軸向振動（dòng）在渦動頻率處的分量（liàng）較小;

(3)若在一（yī）階臨界轉速頻率處出現峰值, 則表明（míng）已出現油膜振蕩; 

(4)軸心軌跡呈現雙橢圓或紊亂不重合, 軸心軌（guǐ）跡呈現內“8”字形; 

(5)時（shí）域波形中穩定的周期信號（hào）占優勢, 每轉一周少於一（yī）個峰值,沒有較大的加速度衝擊現象。

3. 2油膜振蕩的防治措（cuò）施

1)避（bì）開油膜共振區: 使壓縮機（jī）工作轉速（sù）避免在一（yī）階臨界轉速的2倍附近運轉。

2)增加軸承比壓: 即增加軸瓦（wǎ）工作麵上單位麵積所（suǒ）承受的載荷。增加比壓就等於增加軸頸的偏心率, 提高油膜的穩定性。

3)減少軸承間隙: 軸承（chéng）間隙減小, 側可提（tí）高發生油膜振蕩的轉速。

4)控（kòng）製適當的軸瓦預負荷: 預負荷（hé）為正值, 就是軸瓦內表麵上的曲率半徑大於軸承內（nèi）圓半（bàn）徑, 等於起到增大偏（piān）心距的（de）作（zuò）用。

5)選用抗振好的軸承: 圓柱軸承抗抗性Z差,其（qí）次是橢圓軸承Z好的是三油楔和四油楔軸承。

6)調整油溫: 升高油溫, 減小油的（de）粘度, 可以增（zēng）加軸頸在（zài）軸承的偏心率, 有利於軸頸穩定。

4.轉子與氣封間的磨擦

為了（le）提高離心壓縮機的效率（lǜ）, 往往把密封間（jiān）隙、葉輪頂間隙做得較小, 以減小氣體的泄漏, 但是小（xiǎo）間隙除了會引起流體動（dòng）力激振外還容易發生轉子與氣封的磨擦。轉（zhuǎn）子（zǐ）與氣封的磨擦有兩種: 一種是轉子轉（zhuǎn）動過程（chéng）中, 轉子與氣封發生局部碰磨（mó）。另一種是轉子與氣封發生大弧度磨擦（cā）接觸。

4.1發生局部碰磨的特征

發生局部碰磨時, 接觸力和轉子運動之間為非線性關係, 使轉子（zǐ）產生次諧波和高（gāo）次諧波振動。局部碰磨（mó）一般是不對稱的非線性振動, 因此多數情況下（xià）產生轉速（sù）頻率的1/2次諧波振動, 當（dāng）轉（zhuǎn）速高於轉子一階自振頻率的2倍時, 就會產生共振。

4.2發生大弧度磨擦振動的特征

1)大弧度磨擦甚至整周（zhōu）磨擦, 會（huì）產生很大的磨擦力, 使轉（zhuǎn）子由正向渦動（dòng）變為反向渦動。轉子發生大麵積磨擦時, 在波形圖?就會發生單邊波峰“削波”現象。在雙綜示波器上觀察轉子的（de）進動方向,如果出現由正向進動, 變為反向進動, 就表示轉子發生了全磨擦。

2)在剛開（kāi）始發（fā）生磨擦接觸時, 由於（yú）轉子的不平衡（héng）, 轉速頻率成分幅值較高, 高次諧波中第二、第三次諧波一般並（bìng）不高, 第二次諧波幅值必大於第（dì）三次諧波。隨著轉子接觸弧的增大, 磨擦起到附加的（de）支（zhī）撐作用, 轉速頻率幅值有所下降（jiàng）, 二、三（sān）?諧波幅（fú）值,由於附加非線性作用而明顯增（zēng）加。

5.旋轉（zhuǎn）脫離與喘振

5.1旋轉脫離（lí）機理

當（dāng）離（lí）心式壓縮機工況發生變化時如果（guǒ）流過壓縮機的量減小到一（yī）定程度, 進入葉（yè）輪或（huò）擴壓器的氣流方向發生（shēng）變化, 氣流向（xiàng）著葉片工（gōng）作麵產生衝擊, 在葉片非工作麵上產生很多氣流旋渦, 旋渦逐漸增（zēng）多, 使流（liú）道流（liú）通麵積減少。假如（rú）2 流道中旋（xuán）渦較多, 多餘的（de）氣體就會進1和（hé）3葉道, 進入1 葉道的氣體正好衝擊葉片非工作（zuò）麵, 使旋渦減少, 而進入了葉道的氣體衝擊工（gōng）作麵使旋渦（wō）增多, 堵塞流道的有效流（liú）通（tōng）麵積, 迫（pò）使氣（qì）流折向其它流道如（rú）此發展下去, 旋渦組成的氣團轉速反向傳播, 並（bìng）產生振（zhèn）動。

5.2旋轉（zhuǎn）失速的類型及特征

1)類（lèi）型: 旋（xuán）轉失速有漸進型和突變（biàn）型兩種。漸進型失速是隨氣量的減小, 氣流堵塞區所占的麵積（jī）是逐漸擴大的; 突（tū）變型失速是在氣量減少到（dào）一定程度後失速區迅速（sù）擴大, 占據較大麵積, 更容（róng）易產生較大（dà）的氣流脈衝, 會引起強烈的機器和管道的振動。

2)特征: (1)失速（sù）區（qū）內氣體減速流動, 依次在各個葉道內出（chū）現與旋轉方向相反做環向移動, 葉輪內壓力是軸不對稱的（de）。(2)旋轉失速產生的振（zhèn）動基本頻率, 葉輪失速0. 5~ 0. 8轉速頻（pín）率擴壓器失速在0. 1~ 0. 5轉速頻率。(3)壓縮進入（rù）旋轉失（shī）速後, 壓力發生脈動, 但（dàn）流量基本不變。(4)旋轉失速引起的振動,強度比喘振小。

5.3喘（chuǎn）振

喘振是突變型失（shī）速的進一步發展。當氣量進一步減小時, 壓縮機整個流量被氣體旋（xuán）渦區（qū）所占據, 這時壓縮機出（chū）口壓力會突然下（xià）降。但（dàn）是有較大（dà）容量的管網壓力並不會馬上下降, 出現管網氣體向壓縮機倒流現象。當管網壓力下（xià）降到低於壓縮機出口壓力時, 氣體倒流停止, 壓縮機又恢複到（dào）原來壓力後, 又會出現整個流道內的旋渦區。這樣周而複始, 出現了壓力和流量周期性的脈動, 並發出（chū）低頻吼叫（jiào）, 機組產生（shēng）劇烈振動（dòng）。振動振幅和頻率與管網容（róng）積大小密切相關。管網容量越大, 喘振頻率越低, 振幅越（yuè）大。多數大容量機組的振動頻率< 1Hz。

喘振產生的原因是:

1)  壓縮機轉速下降而出口（kǒu）壓力未下降;

2)  管網壓力升高（gāo）;

3)  壓縮機流量下降;

4)  壓縮進氣溫度高;

5)  分子量減小;

6)  壓縮機進氣壓（yā）力下降或入口管網阻（zǔ）力增大。

（來源（yuán）：煤化（huà）工聯盟）