旋轉類機械設備軸向振動的5大原因及其中機理

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發(fā)表于 2019-2-28 10:48:05 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式

大家都知道，旋轉機械運行中除了發(fā)生徑向振動之外，還經常發(fā)生軸向振動。

徑向振動就是發(fā)生在垂直和水平方向上的振動。

軸向振動是指其軸承體包括上圈體和下圈體，在內圈體與外圈體之間或上圈體與下圈體之間安裝有滾動體的簡單結構，從而引起的振動

相對于徑向振動，軸向振動處理起來就比較困難，所以我們本篇文章就來說說。那么什么是引起軸向振動的主要原因呢？激振力過大和軸承座剛度差。

徑向振動過大引起的軸向振動分析

有兩種情況：

一個軸承座裝有一個軸瓦和一個軸承座裝有兩個軸瓦。

1、一個軸承座內裝有一個軸瓦

（b）二介彎曲振型

直觀地講，軸承座的軸向振動應該是由于轉軸的軸向運動所引起的。但是實際上，轉子和軸承之間有一層油膜。轉子的軸向運動經油膜傳遞到軸瓦上后，很難引起軸承座的軸向振動。實際機組發(fā)生的軸向振動大多是由于徑向激振力引起的。從動力學角度分析，徑向力與軸向振動不在同一個方向上，不應該引起軸向振動。但是，考慮軸承座支承彈性后，徑向力會間接激發(fā)起軸向振動。現以上圖為例進行分析。

假設轉子上存在一階型式的不平衡力，轉子撓曲呈現一階振型，如圖（a）所示。t1時刻，轉子兩側軸承座承力中心偏向外側；t2時刻，轉子兩側軸承座承力中心偏向內側。不同時刻，軸承座承力中心點發(fā)生周期性變化，導致軸承座沿軸向擺動。一階撓曲下，兩側軸承座軸向擺動方向相反。二階撓曲振動作用下，如圖（b）所示，兩側軸承座軸向振動為同相。如果軸承座剛度很大，由此引起的軸向振動很小，可以忽略。如果軸承座具有彈性，徑向振動就會間接激發(fā)起軸承座的軸向振動。

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2、一個軸承座內裝有兩個軸瓦

上圖中，假設A、B兩側垂直振動同相，如

果A、B兩側支承剛度也相同，那么徑向振動不會激發(fā)軸向振動。如果A、B兩側垂直振動反相，或者A、B兩側垂直振動同相，但兩側支承剛度不對稱，這兩種情況都會導致軸承座的軸向振動。

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上述2種情況下發(fā)生的軸向振動，往往都伴隨著較大的徑向振動。因此，軸向振動大時，如果徑向振動也大，最好的處理方法就是首先減小徑向振動。工程實踐表明，徑向振動減小10％后，軸向振動減小的百分比可能更高。此種情況下，減小激振力比提高軸承座剛度的工作量要小得多，而效果要明顯得多。

軸承座剛度不足引起的軸向振動分析

有時軸承座垂直和水平振動消除后，軸向振動仍然較大。這種情況大多是由于軸承座本身剛度不足所引起的。軸承座與臺板以及臺板與基礎之間的聯結松動、結合面接觸不均勻、二次灌漿松動、臺板底部墊鐵走動等都有可能誘發(fā)軸向振動。這類故障的處理必須結合機組檢修進行。

其它因素引發(fā)的軸向振動分析

1、轉子中心偏差過大

中心不正對油膜壓力和軸向振動的影響

轉子中心偏差較大時，聯軸器螺栓連接后，軸頸處會出現較大晃度，如上圖所示。隨著軸頸的旋轉，油膜壓力會發(fā)生周期性的變化，嚴重時將導致軸承座的軸向振動。

2、球面軸承緊力過大

球面軸承結構圖

如上圖所示，球面軸承軸瓦外表面為凸形球面，軸承蓋與軸承座的支承表面為凹形球面。這類軸承具有自位功能。軸頸傾斜時，軸承能夠自動調整軸瓦中心線角度，使軸瓦烏金面與軸頸之間始終保持軸向接觸良好。但是，當球面瓦與瓦座之間的過盈較大時，瓦枕將壓住軸瓦，使其失去自位功能，從而產生較大的軸向振動。

3、軸向共振引起的軸向振動分析

有些發(fā)電機軸承上常會出現頻率為二倍頻的軸向振動。電磁激振力是誘發(fā)二倍頻振動的主要因素。軸承座剛度正常時，軸承座的自振頻率大多高于二倍工作轉速，電磁激振力不會誘發(fā)大幅度的二倍頻振動。但是，當軸承座與臺板或臺板與基礎之間的連結剛度較差時，軸承座的自振頻率可能落入二倍轉速頻率附近。在發(fā)電機電磁激振力的作用下，導致軸承座出現較大幅度的二倍頻軸向共振。出現這種情況后，需要檢查軸承座連結剛度、減小轉子對中偏差、檢查和調整發(fā)電機轉子和靜子之間空氣間隙的均勻性等。

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本篇文章已經闡述完畢，我們簡單來回顧一下，在什么情況下會引起軸向振動？

徑向振動過大引起的軸向振動

軸承座剛度不足引起的軸向振動

轉子中心偏差過大

球面軸承緊力過大

軸向共振引起的軸向振動