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机械振动中转子的振动故障

  旋转机械是指主耍功能是由旋转运动完成的机械。如电动机、离心式风机、离心式水 泵、汽轮机、发电机等,都属旋转机械范围。

  转子组件是旋转机械的核心部分,由转轴及固定装上的各类盘状零件(如叶轮、齿轮、联轴器、轴承等)所组成。

  从动力学角度分析,转子系统分为刚性转子和柔性转子。转动频率低于转子一阶横向固有频率的转子为刚性转子,如电动机、中小型离心式风机等。转动频率高于转阶横向固有频率的转子为柔性转子,如燃气轮机转子。

在工程上,也把对应于转子一阶横向固有频率的转速称为临界转速。当代的大型转动机械,为了提高单位体积的做功能力,一般均将转动部件做成髙速运转的柔性转子(工作转速髙于其固有频率对应的转速),采用滑动轴承支撑。由于滑动轴承具有弹性和阻尼,因此,它的作用远不止是作为转子的承载元件,而且己成为转子动力系统的一部分。在考虑到滑动轴承的作用后,转轴承系统的固有振动、强迫振动和稳定特性就与单个振动体不同了。

  由于柔性转子在髙于其固有频率的转速下工作,所以在启动、停车过程中,它必定要通过固有频率这个位置。此时机组将因共振而发生强烈的振动,而在低于或高于固有频率转速下运转时,机组的振动是一般的强迫振动,幅值都不会太大,共振点是一个临界点。 故此,机组发生共振时的转速也被称为临界转速。

  转子的临界转速往往不止一个,它与系统的自由度数目有关。实际情况表明带有一个转子的轴系,可简化成具有一个自由度的弹性系统,有一个临界转速;转轴上带有两个转子,可简化成两个自由度系统,对应有两个临界转速,依次类推。其中转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速 nc1,比之大的依次叫做二阶临界转速 nc2、三阶临界转速 nc3…。工程上有实际意义的主要是前几阶,过高的临界转速己超出了转子可达到的工作转速范围。

  机组的临界转速可由产品样本查到或在启停车过程中由振动测试获取。需提出的是,样本提供的临界转速和机组实际的临界转速可能不同,因为系统的固有频率受到种种因素影响会发生改变。这样,当机组运行中因工艺需要调整转速时,机组转速很可能会落到共振区内。针对这种情况,设备故障诊断人员应该了解影响临界转速改变的可能原因。一般地说,一台给定的设备,除非受到损坏,其结构不会有太大的变化,因而其质量分布、轴系刚度系数都是固定的,其固有频率也应是一定的。但实际上,现场设备结构变动的情况还是很多的,最常遇到的是更换轴瓦,有时是更换转子,不可避免的是设备维修安装后未能准确复位等,这些因素都会影响到临界转速的改变。多数情况下,这种临界转速的改变量不大,在规定必须避开的转速区域内,因而被忽略。