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同頻振動(dòng)占主導(dǎo)的振動(dòng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障中最常見(jiàn)的現(xiàn)象之一。絕大多數(shù)同頻振動(dòng)是由轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡所致，而動(dòng)不平衡的因素有許多，例如固體物料沉積或沖刷、葉片飛離、葉輪中夾帶異物、軸彎曲等。除此之外，能夠引起同頻振動(dòng)的還有對(duì)中不良、軸承偏心、機(jī)殼變形及支承系統(tǒng)或基礎(chǔ)共振等?；谏鲜鲈颍?dāng)出現(xiàn)同頻振動(dòng)占主導(dǎo)時(shí)，不要盲目地拆卸轉(zhuǎn)子去做動(dòng)平衡校驗(yàn)，而要綜合機(jī)器實(shí)際情況進(jìn)行分析，判定其真正的振源。
1．葉輪中夾帶異物
撫順石化公司石油三廠催化氣壓機(jī)組，壓縮機(jī)徑向軸振動(dòng)1995年8月開(kāi)始逐漸升高，10月9日，壓縮機(jī)一側(cè)軸振動(dòng)值達(dá)到120Nin；11月振動(dòng)達(dá)到125μm超過(guò)二級(jí)報(bào)警限。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集振動(dòng)信號(hào)，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)的軸振動(dòng)主要以工頻為主，附有少量的二倍頻，轉(zhuǎn)子兩端軸心軌跡呈狹長(zhǎng)的橢圓形。這些振動(dòng)特征顯示壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子存在動(dòng)不平衡。當(dāng)時(shí)我們建議只要壓縮機(jī)的軸承潤(rùn)滑油溫度保持穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速不再提高，壓縮機(jī)尚可維持運(yùn)行三個(gè)月。
根據(jù)診斷意見(jiàn)，機(jī)組維持運(yùn)行至1996年3月。在三個(gè)多月的運(yùn)行中，除壓縮機(jī)的振動(dòng)有所升高外，機(jī)組其它運(yùn)行參數(shù)都比較平穩(wěn)。雖然壓縮機(jī)的振動(dòng)平緩上升，但沒(méi)有發(fā)生故障。機(jī)器拆開(kāi)時(shí)，也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何損壞。在給轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡校驗(yàn)時(shí)，多次校驗(yàn)都未達(dá)到理想要求，最后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子動(dòng)葉中夾有一個(gè)石塊。
2.軸彎曲
軸彎曲產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的激振力，頻譜以工頻為主，軸心軌跡近似圓或橢圓，振幅隨轉(zhuǎn)速的增加而增大，此外軸彎曲的轉(zhuǎn)子軸向兩側(cè)的振動(dòng)相位相反，幅值較大。當(dāng)彎曲量較小時(shí)，轉(zhuǎn)子可以通過(guò)動(dòng)平衡的方法校正。
撫順石化公司石油二廠一臺(tái)轉(zhuǎn)速為8100r/min的氣壓機(jī)組白于壓縮機(jī)軸彎曲振動(dòng)逐漸升高，壓縮機(jī)的工頻振幅明顯增加(圖1)。經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡校驗(yàn)后，同頻振動(dòng)幅值又恢復(fù)到正常水平(圖2)。
 
圖1 圖2
3.轉(zhuǎn)子內(nèi)壁吸附液體
高速離心機(jī)轉(zhuǎn)子或其它空心高速轉(zhuǎn)子在內(nèi)壁的局部吸附油或水汽等冷凝后的液體，當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，這種液體會(huì)使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。如圖3，當(dāng)轉(zhuǎn)軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，液體沿00′的方向甩向轉(zhuǎn)子內(nèi)壁。但此液體并不是停留在00′的延長(zhǎng)線上，而是因粘性被帶至沿長(zhǎng)線一側(cè)，其重心位于與00′夾角為Ψ的直線上。將液體的離心力Fs分解為Ft和Fn兩個(gè)分力，因Ft與O0′垂直，故使轉(zhuǎn)子發(fā)生失穩(wěn)而產(chǎn)生振動(dòng)，其產(chǎn)生的頻率一般為轉(zhuǎn)速頻率。
撫順石化公司石油二廠電站汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組因汽輪機(jī)空心轉(zhuǎn)子進(jìn)油造成振動(dòng)偏高，多次啟動(dòng)未能成功。當(dāng)時(shí)曾圍繞振動(dòng)超高這一問(wèn)題，在現(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)軸瓦間隙、動(dòng)靜葉間隙,20級(jí)葉輪的垂直度、軸的彎曲度、地腳螺栓等方面進(jìn)行了檢查處理，但振動(dòng)未能消除。用便攜式測(cè)振儀對(duì)殼體測(cè)試的頻譜顯示，各點(diǎn)振動(dòng)以同頻振動(dòng)為主，很小的2倍頻。因?yàn)橛捎跈C(jī)組剛剛檢修結(jié)束，加之重點(diǎn)排查軸彎曲、軸瓦間隙等，最后把問(wèn)題集中在空心轉(zhuǎn)子上。經(jīng)檢查空心轉(zhuǎn)子進(jìn)油，清除油垢后，整個(gè)機(jī)組終于啟動(dòng)并運(yùn)行正常。
圖3 空心轉(zhuǎn)子內(nèi)壁吸附液體受力分析
4．殼體或基礎(chǔ)變形
由于過(guò)大的管道力、熱沖擊、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、材料選用不當(dāng)或焊接不好等，機(jī)器在工作過(guò)程中應(yīng)力釋放造成機(jī)殼變形。當(dāng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，或其它原因造成基礎(chǔ)沉降不均勻等，在管道力的作用下將引起機(jī)器安裝位置變形。當(dāng)殼體或基礎(chǔ)變形時(shí)，破壞轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心或軸承及定子的幾何中心，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子徑向產(chǎn)生同頻振動(dòng)。
撫順石化公司石油二廠循環(huán)水場(chǎng)一臺(tái)風(fēng)機(jī)由功率為160kW、轉(zhuǎn)速為1485r/min的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)異常。電機(jī)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值如圖4所示，振動(dòng)頻率以工頻為主，并測(cè)得水平和垂直方向振動(dòng)相位差約140°。若電機(jī)轉(zhuǎn)子存在動(dòng)不平衡，電機(jī)水平與垂直方向的振動(dòng)相位差應(yīng)為90°左右，電機(jī)存在動(dòng)不平衡的可能性很小。分析認(rèn)為，由于軸向振動(dòng)較大，電機(jī)與風(fēng)機(jī)存在不對(duì)中，再者電機(jī)四個(gè)地腳振動(dòng)有一側(cè)振動(dòng)偏高，在排除其螺栓存在松動(dòng)的可能后，認(rèn)為電機(jī)地腳剛性不足。經(jīng)加固基礎(chǔ)工業(yè)后，機(jī)組運(yùn)行恢復(fù)正常。
圖4 電機(jī)測(cè)點(diǎn)分布及振動(dòng)幅值
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