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同頻振動占主導的振動是旋轉(zhuǎn)機械故障中最常見的現(xiàn)象之一。絕大多數(shù)同頻振動是由轉(zhuǎn)子動不平衡所致，而動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，能夠引起同頻振動的還有對中不良、軸承偏心、機殼變形及支承系統(tǒng)或基礎(chǔ)共振等?；谏鲜鲈颍敵霈F(xiàn)同頻振動占主導時，不要盲目地拆卸轉(zhuǎn)子去做動平衡校驗，而要綜合機器實際情況進行分析，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組，壓縮機徑向軸振動1995年8月開始逐漸升高，10月9日，壓縮機一側(cè)軸振動值達到120Nin；11月振動達到125μm超過二級報警限。通過現(xiàn)場采集振動信號，發(fā)現(xiàn)壓縮機的軸振動主要以工頻為主，附有少量的二倍頻，轉(zhuǎn)子兩端軸心軌跡呈狹長的橢圓形。這些振動特征顯示壓縮機轉(zhuǎn)子存在動不平衡。當時我們建議只要壓縮機的軸承潤滑油溫度保持穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速不再提高，壓縮機尚可維持運行三個月。
根據(jù)診斷意見，機組維持運行至1996年3月。在三個多月的運行中，除壓縮機的振動有所升高外，機組其它運行參數(shù)都比較平穩(wěn)。雖然壓縮機的振動平緩上升，但沒有發(fā)生故障。機器拆開時，也沒有發(fā)現(xiàn)任何損壞。在給轉(zhuǎn)子進行動平衡校驗時，多次校驗都未達到理想要求，最后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子動葉中夾有一個石塊。
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)的振動相位相反，幅值較大。當彎曲量較小時，轉(zhuǎn)子可以通過動平衡的方法校正。
撫順石化公司石油二廠一臺轉(zhuǎn)速為8100r/min的氣壓機組白于壓縮機軸彎曲振動逐漸升高，壓縮機的工頻振幅明顯增加(圖1)。經(jīng)過動平衡校驗后，同頻振動幅值又恢復到正常水平(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，當轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，這種液體會使轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。如圖3，當轉(zhuǎn)軸高速轉(zhuǎn)動時，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′的延長線上，而是因粘性被帶至沿長線一側(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，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發(fā)電機組因汽輪機空心轉(zhuǎn)子進油造成振動偏高，多次啟動未能成功。當時曾圍繞振動超高這一問題，在現(xiàn)場分別對軸瓦間隙、動靜葉間隙,20級葉輪的垂直度、軸的彎曲度、地腳螺栓等方面進行了檢查處理，但振動未能消除。用便攜式測振儀對殼體測試的頻譜顯示，各點振動以同頻振動為主，很小的2倍頻。因為由于機組剛剛檢修結(jié)束，加之重點排查軸彎曲、軸瓦間隙等，最后把問題集中在空心轉(zhuǎn)子上。經(jīng)檢查空心轉(zhuǎn)子進油，清除油垢后，整個機組終于啟動并運行正常。
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
由于過大的管道力、熱沖擊、結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、材料選用不當或焊接不好等，機器在工作過程中應(yīng)力釋放造成機殼變形。當基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，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器安裝位置變形。當殼體或基礎(chǔ)變形時，破壞轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心或軸承及定子的幾何中心，導致轉(zhuǎn)子徑向產(chǎn)生同頻振動。
撫順石化公司石油二廠循環(huán)水場一臺風機由功率為160kW、轉(zhuǎn)速為1485r/min的電機驅(qū)動，運行過程中振動異常。電機各測點振動值如圖4所示，振動頻率以工頻為主，并測得水平和垂直方向振動相位差約140°。若電機轉(zhuǎn)子存在動不平衡，電機水平與垂直方向的振動相位差應(yīng)為90°左右，電機存在動不平衡的可能性很小。分析認為，由于軸向振動較大，電機與風機存在不對中，再者電機四個地腳振動有一側(cè)振動偏高，在排除其螺栓存在松動的可能后，認為電機地腳剛性不足。經(jīng)加固基礎(chǔ)工業(yè)后，機組運行恢復正常。
圖4 電機測點分布及振動幅值
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