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基础共振对旋转机械振动的影响实例

检测仪

来源:检测仪 点击数:4504次 更新时间:2015-5-8 11:10:36
诊断名称:基础共振对旋转机械振动的影响实例
备注信息:

摘要:论述旋转机械设备的共振故障的振动特征,通过实例说明基础共振对设备振动的影响以及对基础共振的诊断

关键词基础共振   故障诊断

一、概述

对于共振现象的了解,人们zui为熟悉的是18世纪中叶,一队士兵通过法国昂热市一座大桥时,迈着威武雄壮、整齐划一的步伐,快走到桥中间时,桥梁突然发生强烈的震动,zui终断裂塌陷,造成许多人落水丧生。造成惨剧的罪魁祸首就是共振!因为士兵齐步走时,产生的频率正好和大桥的固有频率一致,使桥的振动突然加剧,当振幅达到zui大限度直至超过桥梁的抗压力时,桥就断裂了。还有古代的鱼洗,用手缓慢有节奏地摩擦盆边两耳,盆会象受击撞一样振动起来,盆内水波荡漾。摩擦得法,可喷出水柱。当两手搓双耳时,产生两个振源,振波在水中传播,互相干涉,使能量叠加起来,所以这些能量较大的水点,会跳出水面。这发生了共振。

 

 

自然中有许多地方有共振现象。那么共振的定义是什么呢,共振是指一个物理系统在特定频率下,以zui大振幅做振动的情形。此一特定频率称之为共振频率。人类也在其技术中利用或者试图避免共振现象。

共振是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语。现象是两个振动频率相同的物体,当一个发生振动时,引起另一个物体也一起振动。 从某种程度上甚至可以说,是共振产生了宇宙和世间万物,没有共振就没有世界,它又有着非常巨大的危害性。

当今,旋转设备广泛应用于工业生产中,在生产中占着十分重要的地位,一旦设备出故障,会给生产或环境造成巨大的影响和损失。在旋转设备故障中,振动故障占绝大多数,振动故障常见的有不平衡、不对中、松动、碰磨、轴承损坏、共振等,共振作为造成振动的主要原因之一,但它的故障特征与不平衡故障特征容易相混淆,共振也分很多种,今天从实际例子出发对基础共振故障的机理和振动特征做介绍,了解一下对旋转设备共振故障的诊断和处理。

二、旋转设备共振故障特征

1、共振发生的原因

  (1)设计、制造方面的原因。

     机组在设计、制造时系统的临界转速设计不尽合理,致使工作转速接近或落入临界转速区。一般将转轴的固有频率所对应的转速当作转子的临界转速,当转子的工作转速与临界转速相等或相近时,设备便会发生共振。

  (2)运行、操作方面的原因。在设备启用、停车或升降转速过程中操作不当,在临界区停留时间过长,从而引起共振,振动增大。

  (3)安装、维护方面的原因。设备安装不当或在使用中,系统的支撑条件(刚度)发生变化,致使设备的固有频率发生改变,从而与激励频率过于接近,引起共振。

2、基础共振的故障特征

  基础和机组的振动形式如下图所示,

 

当物体A的固有频率和物体B的振动频率相近时,物体B就会引起物体A的共振。所谓物体的固有频率是指,当物体在不受外力作用或所受合外力为零的情况下,振动时的频率,比如,一把尺子,用手使它弯曲,然后松开手,尺子就会振动,这时,振动的尺子受合外力是为零的,此时尺子的振动频率就是尺子的固有频率。

系统一般有多个共振频率,在这些频率上振动比较容易,在其它频率上振动比较困难。假如引起振动的频率比较复杂的话(比如是一个冲击或者是一个宽频振动)一个系统一般会挑出其共振频率随此频率振动,事实上一个系统会将其它频率过滤掉。

设备B的振动幅值与设备B的阻尼系数、基础A的自振频率、设备B自振频率与基础A振动频率的比有关。当设备B的自振频率与基础A的自振频率相等时,设备B的振动幅值达到zui大值,在无阻尼的情况下,B的振动幅值将达到无穷大,共振使设备B产生不可估量的破坏。改变基础A的刚度或质量,可以使基础A的自振频率发生改变,从而避免基础共振的发生,减小B的振动。

共振发生时,设备振动的频率显示以一倍频为主,引起一倍频的主要原因有:不平衡、松动、碰磨、共振等。不平衡引起的振动在径向上表现基本相同,而不会出现某个方向振动超大。松动或碰磨会出现高次谐频,而不是单一的一倍频。

故而基础引起共振时的特征与不平衡类似,频率显示以一倍频为主,但会显示出某一个方向上振动极大并呈不稳定性。

三、案例分析

1、案例一:电机基础刚度差,引起共振

 

 

    该引风机电机及轴承箱的基础为金属框架结构(与上图的结构类似),刚启动时转速未达到正常时振动不大,运转正常时设备振动很大,设备振动与基础框架的震动幅值相当,振动幅值极大(50-70mm/s),设备各点引起震动的频率为转速频率的1倍(16.49HZ),设备停运时对基础做敲击试验,得出基础支架的固有频率为(16.89HZ),与电机的1倍转速频率相近,故而产生共振,使振动加剧。

 

 

也就是说,电机基础框架的自振频率(16.89HZ)与电动机的转速频率(16.49HZ)相近,因此该基础框架与电机的共振引起很大的震动。

一般电动机应该要安装在水泥浇注的地基上,或者安装在很重的底盘上,但该电机的基础框架的刚性较差,故而建议该车间对该电机的基础进行加固,对电机侧的金属框架进行多条加筋处理,使基础部分的固有频率增加,以增大与电机的振动频率(驱动力频率)之差来防止基础的振动。改变基础的固有频率后,故障消除,各点的振动正常。

2、案例二:搅拌器电机因为外加的三角框架引起共振

 

上图为我厂聚丙烯一台搅拌器,电机连接2组减速箱,电机处外加了一个钢筋三脚架,设计单位是为了固定电机防止振动的,但该电机在运转中振动很大。

 

 

搅拌器电机新加支撑中北侧支撑管的震动:

 

 

从图中可以看出,外加三脚架的固有频率(10HZ)与电机转速频率(10HZ)相同,故而存在着共振,但频谱图中显示还存在着高次谐频,共振与其它故障并存,它在其中是加剧了振动,故要查明引起振动的根本原因,首先需消除掉搅拌器电机处外加三脚架所产生的共振问题,才能进一步查明问题,消除振动。

车间在去掉搅拌器电机处所加的三脚支撑后,各点振动减小明显,但仍未达到正常值,频谱图上仍显示存在转频的高次谐频,怀疑下部搅拌器有碰磨现象,在进一步拆检过程中发现扇叶确实与罐壁发生了轻微的碰磨。 

四、结语

对设备进行故障诊断时,不能忽视机组及其支撑基础系统的问题,基础共振一般易发生在新建机组或运行转速发生变化的机组上,设计不合理,基础刚性差等原因,其振动特征是振动具有很强的方向性、不稳定性,振动频率以一倍频为主。为防止共振对设备产生破坏性影响,可以通过改变基础的自振频率或改变工作转速有效的消除共振,但有时候系统的工作转速是不容易改变的,就要通过改变基础的刚度或基础的质量来改变基础的自振频率,使该自振频率与转速频率远离,消除共振。

在设备使用的过程中更要加强维护保养,当设备运行条件发生改变(如基础出现裂纹)时,要及时处理消除隐患,以免故障进一步扩展。

 

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