第4章 设备振动及平衡

1、第4章设备振动与平衡设备振动与平衡4.1 设备振动的基本特性4.2 设备振动的原因4.3 设备振动的测量4.4 旋转体的平衡4.1设备振动的基本特性设备振动的基本特性4.1.1转子的涡动转子的涡动4.1.2 转子的临界转速转子的临界转速4.1.3刚性轴和柔性轴刚性轴和柔性轴4.1.1转子的涡动转子的涡动 图4.1 单盘转子4.1.1转子的涡动转子的涡动4.1.2 转子的临界转速转子的临界转速1 1 回转力矩对转子临界转速的影响回转力矩对转子临界转速的影响2 弹性支承对转子临界转速的影响弹性支承对转子临界转速的影响1 1 回转力矩对转子临界转速的影响回转力矩对转子临界转速的影响2 弹性支承对转子

2、临界转速的影响弹性支承对转子临界转速的影响当轴承座完全不变形时，支点才能在转子运动时保持不动。实际上，轴承座是有弹性变形的，此时轴承座就相当于弹簧与弹性转轴相串联。轴承座与弹性转轴串联后，其总的刚度要低于转轴本身的弹性刚度，因此弹性轴承座可使转子的进动角速度或临界转速降低；减小轴承座刚度可以使临界角速度显著降低。另外，转子在油膜刚度、基础刚度等改变时，其临界转速数值也有一定的变化。4.1.3刚性轴和柔性轴刚性轴和柔性轴 刚性轴是工作转速低于一阶临界转速的轴；柔性轴是工作转速高于一阶临界转速的轴。通常，小型设备可视为刚性轴，大型设备可视为柔性轴。设备运转时应尽快越过临界转速，不允许停留，否则设备

3、将发生剧烈振动。4.2 设备振动的原因设备振动的原因4.2.1旋转体不平衡旋转体不平衡4.2.2 转子同轴度超差转子同轴度超差4.2.3 紧固件松动或基础和设备基座间贴合不紧密紧固件松动或基础和设备基座间贴合不紧密4.2.4 转动部分与静止部分发生摩擦转动部分与静止部分发生摩擦4.2.5 轴承工作不正常轴承工作不正常4.2.6 电气方面的缺陷电气方面的缺陷4.2.1旋转体不平衡旋转体不平衡设备转子的质量中心偏离旋转中心时，在转子旋转时会形成一个强迫振动的干扰力，引起设备的振动。如转子的质量为m，其重心偏离旋转中心线的距离为e，当转子以角速度旋转时，则产生的离心力为对于高速运转设备，由于角速度很

4、大，所以即使偏心距e很小，也足以产生很大的干扰力。因此，旋转体质量不平衡，往往是引起机组振动的主要原因之一4.2.1旋转体不平衡旋转体不平衡1 旋转体不平衡的种类旋转体不平衡的种类2 旋转体产生不平衡的原因旋转体产生不平衡的原因3 由转子不平衡所造成振动的特点由转子不平衡所造成振动的特点1 旋转体不平衡的种类旋转体不平衡的种类1 旋转体不平衡的种类旋转体不平衡的种类2 旋转体产生不平衡的原因旋转体产生不平衡的原因转子出现不平衡可能有以下几方面的原因：（1）制造上残留有较大的不平衡。由于制造上的原因，高速运转设备的转子，会出现各部分厚度不均、材料有砂眼、气孔、加工时产生的圆度不够、偏心以及装配时

5、旋转中心不重合等，这些都可以造成或多或少的不平衡质量。因此，生产厂家在转子装配完成后，要根据不同要求进行转子的找平衡试验。（2）转子的永久变形。产生的原因是由于转子出厂过久或在运输过程中造成转子的弯曲等。（3）转子上有零件松动或转子部件在高速旋转时有不对称位移。转子一般在低速下进行平衡校验，在高速运转时，如有零、部件松动，即破坏了原来的平衡状态，出现了新的不平衡。此时应查出松动部位，重新进行平衡校验。3 由转子不平衡所造成振动的特点由转子不平衡所造成振动的特点（1）不平衡转子的两个轴承，都有较大的振动。（2）在转子通过临界转速时，振动特别明显和强烈。（3）随着转速的上升，振动增加很快，这是因为

6、由不平衡质量所产生的离心力与转速的平方成正比。（4）振动频率与转速相符，因轴承上干扰力的交变情况与转速一致。（5）振动在空负荷时就达到最大值，与设备的负荷无关。造成转子的不平衡原因是多方面的。因此，在试运转中，如出现振动过大的现象，首先应考虑转子的平衡情况，它是造成设备振动的主要原因之一。4.2.2 转子同轴度超差转子同轴度超差 造成同轴度超差的原因是多方面的，主要有如下原因： 1）采用活动式或半活动式联轴器时，由于安装时调整不正确，主要特点是振动与负荷有关。 2）采用固定式联轴器时，转子轴线不同轴，此时振动特点与转子具有不平衡时相类似，即空负荷时就发生振动，振动和负荷一般无明显关系，振动频率

7、与转速相符。 3）由于垫铁放置不标准，使设备不均匀的下沉，或由于管道的热膨胀力作用，使设备同轴度被破坏。 4）由于滑销系统不正常，如离心压缩机和汽轮机等的滑销系统间隙过小，使热膨胀受阻，或间隙过大，热胀时使同轴度破坏；或因其他热变形而使转子轴线发生变化等。由此种原因造成的振动，一般与设备的热状态有关，振动频率和转速相符。4.2.3 紧固件松动或基础和设备基座间贴合不紧密紧固件松动或基础和设备基座间贴合不紧密 支承转动的部件应紧固可靠，使振动的能量能传递到基础而被吸收。造成紧固件松动或紧固在基础上的部分贴合不紧密的因素有：轴承座紧固螺栓松动；轴瓦与轴承座间的锁紧力过小而使轴瓦松动；轴承座与基础的

8、贴合不紧密；由于基础不均匀下沉而引起基础和设备基座间的贴合不紧密等。 由松动而造成的振动，其特点是振动不稳定，在空负荷时就有振动。消除方法是查明松动部件并加以紧固。4.2.4 转动部分与静止部分发生摩擦转动部分与静止部分发生摩擦 可能发生的摩擦部分，如离心压缩机的密封齿和转子、叶轮和隔板等。这种振动一般表现在摩擦处附近，可由倾听内部金属摩擦响声来加以鉴别。消除方法为调整轴向和径向间隙。4.2.5 轴承工作不正常轴承工作不正常 润滑系统供油不足，油温过低，轴瓦间隙过大等，都可能造成油膜不稳定或油膜破坏，并使转轴产生振动，其特点是时有时无，振动频率和转速不相适应，消除方法是对不稳定的油膜采取相应措

9、施。4.2.3 紧固件松动或基础和设备基座间贴合不紧密紧固件松动或基础和设备基座间贴合不紧密 大型电动机运转中如出现振动问题，除了机械方面的原因外，还可能有电气上的因素。 1 纯电气问题纯电气问题 2 由电气方面引起的机械原因由电气方面引起的机械原因 1 纯电气问题纯电气问题 如电动机转子线圈一匝间短路、转子与定子间隙不均匀、转子与定子有椭圆度等，这些原因，使转子和定子间的磁力在一周内不均匀，从而出现一个周期性干扰力。这种纯属电气原因引起的振动，只有当加上励磁电流后才发生，而且励磁电流愈大，振动也愈明显，根据这个特点，比较容易确定振动是否是由上述电气原因造成。2 由电气方面引起的机械原因由电气

10、方面引起的机械原因 如电动机转子本身或线圈受热后，引起不规则热变形，造成转子在热状态下的质量不平衡。这类振动与电动机的热状态有关，即在有负荷后的一段时间内，才逐渐发生振动变化。 对于确属电气原因引起机组振动，一般要经检查并加以解决后才能运转。如是气隙不均匀问题，应及时进行调整。4.3 设备振动的测量设备振动的测量4.3.1设备振动的测量方法设备振动的测量方法4.3.2 振动测量测点位置的选择振动测量测点位置的选择4.3.3 传感器的固定方式传感器的固定方式4.3.4 测量信号与数据整理测量信号与数据整理4.3.5设备的允许振动值设备的允许振动值4.2.1旋转体不平衡旋转体不平衡4.3.2 振动

11、测量测点位置的选择振动测量测点位置的选择4.3.3 传感器的固定方式传感器的固定方式在振动测量过程中，传感器必须和被测对象紧密接触。如果在水平方向上产生滑动或者在垂直方向上脱离接触，都会使测量结果不准确。通常传感器使用的固定方式有：螺钉连接、胶合连接、磁铁固定等方式。4.3.4 测量信号与数据整理测量信号与数据整理对测得的振动信号、数据(如动态的幅值、相位、功率和能量等)进行分析研究，与允许值比较，来确定设备运转状态。目前广泛应用计算机进行测量数据处理和设备运转状态分析诊断。4.3.5设备的允许振动值设备的允许振动值4.3.5设备的允许振动值设备的允许振动值4.4 旋转体的平衡旋转体的平衡4.

12、4.1 静平衡静平衡4.4.2 动平衡动平衡4.4.3动平衡精度动平衡精度4.4.1 静平衡静平衡1 静平衡校正条件静平衡校正条件 2 静平衡设备静平衡设备3 静平衡方法静平衡方法1 静平衡校正条件静平衡校正条件 对于刚性旋转体，如果转子长径比L/D0.2，称为平面盘状转子。当旋转体质量G（kg）与转速n（r/min）的乘积大于1.5103时，虽然可以忽略不平衡力偶的影响，但应进行静平衡。所以，静平衡主要用于平面盘状转子的平衡，而动平衡主要用于柱状转子的平衡。2 静平衡设备静平衡设备3 静平衡方法静平衡方法3 静平衡方法静平衡方法4.4.2 动平衡动平衡1 动平衡的基本原理动平衡的基本原理2 动平衡校正的适用范围动平衡校正的