1、轉(zhuǎn)子振動(dòng)

一般來說，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)可表示為：

振動(dòng)=力/動(dòng)剛度 

該等式說明轉(zhuǎn)子的振動(dòng)幅值同轉(zhuǎn)子的不平衡激振力成正比，同轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)剛度成反比。一旦確定了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式，其動(dòng)剛度就為定值。在設(shè)計(jì)階段可以方便地通過改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)剛度來改變轉(zhuǎn)子的振動(dòng)大小，即改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng);但是鑒于轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)的復(fù)雜性，在機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)中改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)剛度的辦法卻很難得以實(shí)施，因此，如何降低轉(zhuǎn)子不平衡力就是*簡(jiǎn)單、*實(shí)用的方法。

由于轉(zhuǎn)子的不平衡量同轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子不平衡量所引起的振動(dòng)總是表現(xiàn)為基頻分量(又稱為同步振動(dòng))，其基頻幅值通常用模擬跟蹤濾波或數(shù)字濾波方式得到;而不平衡量所引起的振動(dòng)相位角(又叫做高點(diǎn)位置)被定義為當(dāng)鍵相信號(hào)被觸發(fā)時(shí)，從振動(dòng)探頭開始逆轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向到振動(dòng)正峰值的角度，該相位角的范圍為0～360度。

在自由振動(dòng)時(shí)任何轉(zhuǎn)子系統(tǒng)均存在幾階固有頻率(又叫做轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速)。當(dāng)轉(zhuǎn)子在同有頻率下旋轉(zhuǎn)時(shí)，不平衡力所產(chǎn)生的撓曲變形是有一定振型的，稱為主振型或模態(tài)振型。在不同固有頻率下，轉(zhuǎn)子的振型是不一樣的，且不同的主振型具有正交性.也就是說在不同主振型下，轉(zhuǎn)子上所分布的不平衡力僅對(duì)當(dāng)前振型有作用，而對(duì)其他振型沒有作用。由此可見，當(dāng)轉(zhuǎn)子通過一個(gè)固有頻率時(shí)，相應(yīng)的不平衡量就被分解為一個(gè)單一的模態(tài)振型，為此就產(chǎn)生了振型平衡的方法。在實(shí)際情況中轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速往往在某階固有頻率之上，但卻在另外某階固有頻率之下，此時(shí)轉(zhuǎn)子的撓曲變形將會(huì)混合兩階或兩階以上的振型。

值得注意的是，上述結(jié)論均是在線性振動(dòng)理論的基礎(chǔ)上提出來的。現(xiàn)實(shí)中轉(zhuǎn)子系統(tǒng)總會(huì)存在一些非線性因素，如轉(zhuǎn)子在軸承中處于高偏心率工作區(qū)域、摩擦或者運(yùn)動(dòng)部件存在松動(dòng)所引起的支承剛度增加或減少等非線性情況，這時(shí)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)除會(huì)產(chǎn)生基頻振動(dòng)外，還將產(chǎn)生其他如2倍頻、3倍頻等諧波分量。為此，如果轉(zhuǎn)子處于高l倍頻振動(dòng)情況下，轉(zhuǎn)子在軸承中的運(yùn)動(dòng)軌跡將通過高偏心率工作區(qū)域，此時(shí)同樣會(huì)產(chǎn)生2倍頻諧波振動(dòng)。另外對(duì)于重量較重的轉(zhuǎn)子除了不平衡力產(chǎn)生1倍頻振動(dòng)分量外，還將因重力而產(chǎn)生明顯的2倍頻振動(dòng)分量。

2、軸承箱振動(dòng)

在軸承中轉(zhuǎn)子的1倍頻振動(dòng)是一個(gè)動(dòng)載荷，該動(dòng)載荷通過軸承傳遞到軸承箱上，使軸承箱產(chǎn)生振動(dòng)。軸承箱的振動(dòng)可能同轉(zhuǎn)子振動(dòng)同相，也可能同轉(zhuǎn)子振動(dòng)反相，此時(shí)軸承箱的振動(dòng)強(qiáng)度將受到轉(zhuǎn)子和軸承的相對(duì)質(zhì)量、軸承的支承剛度、軸承箱本身的剛度和基礎(chǔ)的剛度等因素影響。

(1)當(dāng)軸承箱的質(zhì)量同轉(zhuǎn)子質(zhì)量之比較高時(shí)，軸承箱的振動(dòng)幅值就較低，大型汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)就屬于這種情況。所以汽輪機(jī)往往只測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)振動(dòng)就能很好地反映出機(jī)組的振動(dòng)狀況。

(2)當(dāng)軸承箱質(zhì)量同轉(zhuǎn)子的質(zhì)量之比較小時(shí)，如果軸承箱的振動(dòng)與轉(zhuǎn)子的振動(dòng)同相，此時(shí)轉(zhuǎn)子的相對(duì)振動(dòng)值可能較小，而軸承箱的優(yōu)良振動(dòng)值卻較大;反之當(dāng)兩個(gè)振動(dòng)反相時(shí)。又會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)子振動(dòng)較大，而軸承箱振動(dòng)較小的情況。此時(shí)必須同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)振動(dòng)和軸承箱優(yōu)良振動(dòng)，才能完全反映機(jī)組振動(dòng)狀況和保證機(jī)組的**性。

(3)當(dāng)軸承箱剛度較小時(shí)，也必須同時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)振動(dòng)和軸承箱優(yōu)良振動(dòng)。但需要注意的是由于軸承箱相對(duì)較柔，測(cè)量軸承箱優(yōu)良振動(dòng)的傳感器應(yīng)盡量避免裝在軸承箱振動(dòng)的節(jié)點(diǎn)上。

(4)在潤(rùn)滑軸承中，當(dāng)一個(gè)不平衡轉(zhuǎn)子工作在高偏心率區(qū)域時(shí)，軸承將產(chǎn)生較大的油膜剛度。高的油膜剛度在抑制轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值的同時(shí)卻極易把轉(zhuǎn)子振動(dòng)傳遞到軸承箱上，此時(shí)反映出轉(zhuǎn)子的相對(duì)振動(dòng)較小，而軸承箱的振動(dòng)卻較大。

3、轉(zhuǎn)子應(yīng)力

如果轉(zhuǎn)子是完全剛性的，則轉(zhuǎn)子在重力作用下不會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)變形。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，由轉(zhuǎn)子不平衡力產(chǎn)生的1倍頻振動(dòng)則不會(huì)使轉(zhuǎn)子的表面纖維發(fā)生應(yīng)力交變。而對(duì)于水平的柔性轉(zhuǎn)子而言，轉(zhuǎn)子在重力和其他徑向力的作用下，將產(chǎn)生一定的靜態(tài)變形(見圖2(a)中的ACB實(shí)線);當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子的內(nèi)表面將受到壓縮(見圖2(b)中的2點(diǎn))，而轉(zhuǎn)子的外表面將受到拉伸(見圖2(b)中的A點(diǎn))。對(duì)于各向剛度同性的轉(zhuǎn)子，在同步振動(dòng)的情況下，轉(zhuǎn)子上的軸向纖維將始終保持其原來的拉伸或壓縮狀態(tài)，故在轉(zhuǎn)子上不會(huì)產(chǎn)生交變應(yīng)力(見圖2(b));而發(fā)生異步振動(dòng)(即轉(zhuǎn)子振動(dòng)存在其他振動(dòng)頻率分量)時(shí)，則轉(zhuǎn)子的軸向纖維將產(chǎn)生交變應(yīng)力(見圖2(c))。但是在多數(shù)實(shí)際轉(zhuǎn)子上。由于軸的各向彎曲剛度(電機(jī)轉(zhuǎn)子)及支承剛度(如軸承)存在差異。此時(shí)由不平衡量引起的振動(dòng)響應(yīng)將不再是一個(gè)圓，而是一個(gè)橢圓(見圖2(d))，這時(shí)即使轉(zhuǎn)子僅僅存在同步振動(dòng)，軸的彎曲平面相對(duì)于軸來說不再是固定不變的，而是以軸的某一條線為中心發(fā)生左右擺動(dòng)，從而在轉(zhuǎn)子上形成交變應(yīng)力。另外，轉(zhuǎn)子的同步振動(dòng)還將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子進(jìn)一步彎曲變形，從而加大了轉(zhuǎn)子表面的交變應(yīng)力，此時(shí)如果轉(zhuǎn)子表面存在較大應(yīng)力集中，高的1倍頻振動(dòng)將加速轉(zhuǎn)子的疲勞損傷。

4、摩擦

一旦由不平衡力所產(chǎn)生的1倍頻振動(dòng)幅值超過機(jī)械的動(dòng)、靜間隙就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)、靜摩擦故障。動(dòng)、靜摩擦的結(jié)果將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和靜止部件的機(jī)械磨損，從而影響機(jī)器的經(jīng)濟(jì)型和**性。當(dāng)動(dòng)、靜摩擦發(fā)生時(shí)，轉(zhuǎn)子的振動(dòng)會(huì)受到一定程度的限制，這相當(dāng)于增加了轉(zhuǎn)子的動(dòng)剛度，此時(shí)反映在振動(dòng)頻譜圖上不但有1倍頻振動(dòng)，同時(shí)還會(huì)有1/n以倍頻和n倍頻諧波分量。

在機(jī)組過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于轉(zhuǎn)子的1倍頻振動(dòng)響應(yīng)較高，所以轉(zhuǎn)子的動(dòng)、靜摩擦更易發(fā)生。當(dāng)動(dòng)、靜摩擦發(fā)生時(shí)，隨著轉(zhuǎn)子的加速使得轉(zhuǎn)子系統(tǒng)剛度增加，轉(zhuǎn)子振動(dòng)的共振峰值也向更高的頻率方向移動(dòng)，這就使得Bode升速曲線圖中的共振峰值發(fā)生變形。圖3給出了共振區(qū)域轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動(dòng)、靜摩擦?xí)r的Bode升速曲線特征圖。