工程中的振动问题.ppt

工程中的振动问题 工程中的振动问题 介绍目的通过实例显示工程中振动问题的重要性通过实例显示工程中振动问题的多样性解决振动问题的思路 1 振动问题的几个实例 矿山通风机叶片开裂的治理风机的减震和隔震海洋平台的减震200MW汽轮发电机油膜振荡的根治大型球磨机端盖开裂原因分析和治理措施 矿山通风机叶片开裂的治理 1990年 平顶山矿2K58 30通风机 沈阳风机厂生产 1988年11月至1989年10月 14支叶片开裂 故被煤炭部冻结销售 要求分析开裂原因 提出根治的措施 2K58 30通风机的结构示意 转速600r min 动叶片两级 各12片 前 后导叶13片 中导叶17片 叶片中空 用钢板卷成 然后铆上支杆 开裂部位在叶片下边 轴向 铆钉孔处 45度向 裂纹长度30 90mm 最长达190mm 通风机叶片的结构示意 叶片模态分析的实验框图 用实验方法得到叶片的各阶固有频率 振型和阻尼 模态No 1 弯曲型模态No 2 扭转型模态No 3 壳体型模态No 4 壳体型频率 79 69Hz频率 146 87Hz频率 232 81Hz频率 265 63Hz阻尼 0 10 阻尼 0 46 阻尼 0 76 阻尼 0 99 叶片的前四阶模态参数 扰动频率带为红色区 能激起叶片第二阶频率 扭转 共振 叶片开裂的形态和扭转疲劳破坏相吻合 叶片开裂原因分析 改造前 前导叶数z1 13 后导叶数z1 13 中导叶数z2 17 机器转速为n 10Hz 扰动频率为nz1和nz2 再要考虑 15 的安全裕度 扰动频率带为绿色区 不会激起叶片共振 改进工艺 减小叶片制造质量和频率分散度 改造后更改导叶的数目前导叶数z1 11 后导叶数z1 11 中导叶数z2 19 机器转速为n 10Hz 扰动频率为nz1和nz2 叶片开裂的根治 风机的减震和隔震 1996年 2 北京燕山石化一厂聚苯一烯车间 屋顶上装有三台通风机F 730 731 732 振动强烈 电机多次烧毁 零部件损坏 厂房开裂 恶化环境 要求分析原因 采取有效的减震和隔震措施 改造前风机的安装布置 风机参数F 730 25 0HP2940r min 铝质叶轮F 731 18 5kW2970r min 钢质叶轮F 732 18 5kW2993r min 钢质叶轮 改造前风机的模型和特性 改造措施制一公共机架 增加机架质量 改善电机和风机的对中 对风机作动平衡 用减振器支承机架 隔离机架与屋顶钢架 改造后风机的安装布置 改造后风机的模型和特性 振动减为原来的1 2至1 3 环境大大改善 零部件不再意外损坏 耗电为原来的70 风机的改造效果 海洋平台的减震 1983年 渤海公司埕北油田A平台 钻机开动时 平台振动强烈 生活区工人很难入睡 强烈振动有可能影响平台的寿命 要求分析原因 采取有效的减震措施 钻机转速有三档 现用一档 三档转速为 n 90 120 150r min平台高度为20多米 面积有如半个足球场 海洋平台的结构示意 初步观察 走廊作水平转动 平台四角作切向运动 故平台作扭转振动 有限元计算 第一阶扭振固有频率1 12Hz实测 固有频率1 1Hz 扭转扰动频率 1 5Hz 海洋平台的减震分析 结论 平台为处于扭转共振中 海洋平台的减震措施 措施 钻机改用第二档 后果 振动大大减小 生产效率提高近50 200MW汽轮发电机组油膜振荡的根治 1992年 200MW机组全国有100多台在运行 由于历史原因 该机设计工作做得不充分 新乡电厂 秦岭电厂曾先后发生毁机事故 运行中表现出稳定性较差 西安熱工所普查发现 三分之一机组有低频振动成分 要求对该机组作稳定性校核分析 并提出提高机组稳定性的措施 200MW汽轮发电机组示意图 高压缸转子 中压缸转子 低压缸转子 发电机 200MW机组轴系的计算模型 全长约30米7个轴承支承 椭圆轴瓦 三油楔轴瓦 第1阶模态 G1型 的阻尼太小 易引起失稳 第2阶模态 IP型 次之 轴系的前6阶计算模态 机组的前6阶模态 IP型模态 G1型模态 轴承油膜的特性可用4个刚度系数和4个阻尼系数来代表 轴承油膜对转子的动特性有重要影响 轴承油膜的刚度系数和阻尼系数 椭圆轴瓦 三油楔轴瓦 各个更换轴瓦方案的比较 更换几个轴瓦 更换哪几个轴瓦 把部分椭圆轴瓦更换为三油楔轴瓦 更换第6 7瓦 把第1阶模态 G1型 的 从0 0106提高到0 233 更换第3瓦 可把第2阶模态 IP型 的 从0 123提高到0 366 更换更多的瓦 没有必要 已由电力部下指导性文件 要求各厂根据情况改瓦 提高机组稳定性的措施 大型球磨机端盖开裂原因分析和治理措施 1994年 球磨机为发电厂制煤粉的关键设备 350 600球磨机的端盖常发生裂纹 屡焊屡裂 严重影响生产 250 390球磨机的端盖从未发生开裂 通过对这两种球磨机作对比分析 找出端盖开裂的原因 提出根治的措施 大型球磨机的结构 大型球磨机的结构 大型球磨机的转筒 筒体内衬护板详图 筒体 端盖 两种大型球磨机的力学参数 350 600转筒的有限元计算模型 680个四节点板壳元 740个节点 420个节点自由度 轴颈处简支 292个约束自由度 煤与钢球的重力作用F与深度h成正比 端盖 筒体 最大挠度在跨中央 为1 075mm 筒体横截面由圆形变成心脏形 跨中央的截面最严重 轴颈倾斜 端盖上部下陷 下部突出 成草帽形 350 600转筒的变形图 轴颈根部上下处受最大的拉压应力 转筒旋转时 应力就以转速的频率发生交变 350 600球磨机转筒的应力分布 11 9MPa 16 9MPa 13 3MPa 两种球磨机应力水平大致相当 端盖材料为ZG35I 屈服强度275MPa 强度极限420MPa 设计应力远小于材料的屈服强度 两种球磨机转筒的应力计算结果 球磨机端盖应力的实测 转筒 支承轴承 顶起装置 应变片 被测端盖 两种球磨机端盖应力实测结果 两种球磨机的应力水平大致相当 计算与实测基本符合 计算结果可信 端盖开裂原因分析 两种端盖设计应力都很低 量值基本相当 350 600机端盖开裂原因不是设计应力过高 350 600机端盖壁厚150mm 重8t 冶炼和铸造都有一定难度 轴根处常有缺陷和微裂纹 铸造残余应力未很好的消除 用小孔法实测残余应力得 轴根处最大拉应力249MPa 压应力 348MPa 250 350机端盖壁厚100mm 重4 4t 冶炼 铸造和消除残余应力都没有什么困难 轴颈根部残余应力过大 且轴颈根部有铸造缺陷 这是 350 600端盖开裂的主要原因 补焊后 引起新的焊接残余应力 故常屡焊屡裂 端盖开裂原因分析 消除端盖裂纹的主要对策 改进端盖铸造工艺 提高铸造质量 端盖轴根处应作整圆周的X光检验 端盖需经可靠的消除残余应力处理 轴颈根部可采用喷丸 喷砂等