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为什么轴承座振动会大于轴振,轴承座及转子的动力特性是怎样的?

2018-05-22

  旋转设备转子及支撑具有刚性与柔性两种特性,不同的动力特性,表现出的振动特征有较大区别。由于页面内不能编辑公式,所以全部采用文字描述,不直观,看起来或许累一些。
  一、刚性转子与柔性转子
  工作转速低于临界转速的转子称为刚性转子,也就是工作转速小于0.75倍临界转速,因为超过0.75时已经在临界转速区内,为了保证设备的安全运行,实际上一般工作转速须小于0.5倍临界转速。对于刚性转子,由于工作转速较低,不平衡量所引起的离心力较小,旋转状态下转子轴线的弯曲变形可忽略不计。
  工作转速高于临界转速的转子称为挠性转子,也就是转速大于1.3倍的临界转速,挠性转子与刚性转子相比实际就是在旋转时一个为刚性,一个为弹性,当转子为弹性时,必然会因不平衡量所产生的离心力造成转子弯曲,这种弯曲方向与临界转速比有关,当转速远远大于临界转速时,转子挠曲方向与不平衡量引起的不平衡离心力方向相反,这时不平衡离心力与弹性恢复力处于平衡状态,这就是所谓的转子自调中心,很多人知道转子过临界后振动会越来越小,但却不知原由,这就是答案,进一步解释如下:
  当转速小于临界转速时时,转子的挠度随转速的升高而增大,且挠度和偏心距的方向一致,这种弓形弯曲变形小于偏心距,通常忽略转子在运转时的弯曲变形,当转速等于0.707倍临界转速时,弯曲变形将等于偏心距;当转速等于临界转速时,产生共振;当转速大于临界转速时,挠度和偏心距的方向相反,转子的挠度随转速的升高而减小,当转速远远大于临界转速时,挠度趋近于偏心距,此时转子质心在旋转中心线上。
  二、临界转速
  临界转速是指转子在这些转速或附近运转时,本身将出现很大变形,并做弓形回转,引起机械系统非常强烈的振动,而转速在这些特定的转速一定范围之外时,振动趋于平稳,这些引起剧烈振动时的转速称为临界转速。也就是说转子系统本身的固有频率等于转速频率时,转子的不平衡力和转子系统发生共振时的转速,此时轴的挠度趋近无穷大,离心力趋近无穷大,限值其振幅的因素是系统阻尼。
  临界转速完全是由转子轴承系统本身的固有特性所决定的(即结构特性,主要有转子的质量、材质、轴径、长度、集中质量大小及分布、轴承座跨度以及轴承座的刚度、质量等。),与外界条件无关(如不平衡力、负荷等)。
  与物体的固有频率一样,临界转速也有很多阶,如一阶(临界转速)、二阶、…、n阶,一般现场设备很少有高于三阶的。
  三、刚性支撑与柔性支撑
  支撑的固有频率大于转子工作转速时,称为刚性支撑;支撑的固有频率小于转子工作转速时,称为柔性支撑。我们经常遇到的例子是,一台刚性转子的变频风机或其它设备,当转速到几百转时振动剧烈,但提高转速后振动反而小了。这一般说明基础结构的固有频率小于设备的额定转速频率。
  一般观点认为,振动由轴承传递给轴承座。在传递过程中,振动逐渐衰减。因此,轴振会大于瓦振。轴振、瓦振比值约为2~10倍。但实际情况是,由于柔性支撑的存在,某种条件下瓦振会明显大于轴振。
  当轴振、瓦振都比较小时,说明机组振动平稳。转子上的激振力较小,支承系统刚度正常。
  当轴振、瓦振都比较大时,说明振动确实很大。振动可能来源于激振力的增大或支承系统刚度的降低。
  当轴振大、瓦振小,表明支承系统刚度正常或较大,振动是由于转子振动引起。
  当轴振小、瓦振大,如果是刚性支承,若是新安装设备,须分析设计是否符合刚性支撑刚度要求,若是长期正常运转的设备,应检查支承系统连接情况、垫块接触状况、轴承配合间隙是否过大等。如果是柔性支承,应提高支撑刚度,或避开支撑临界转速运行,实际常用有效做法是减小转子激振力来降低振幅。
  对于刚性支撑而言,轴承座的振动特性应符合下图所示规则,振动幅值由轴承座底部到顶部振动逐渐增大;空侧到负荷侧振动逐渐增大;轴承座左、右两侧同一高度处两点振动应该相等,振动应该对称分布;接近转轴部位的振动大于平行并远离转轴部位的振动幅值,如电机轴承端盖和机壳振动。当所测振幅与上述特性不符,通常预示着某部位支撑刚度存在问题。