風(fēng)機(jī)軸承座的振動分析

崔建學(xué)，樊立武，李牛牛

風(fēng)機(jī)軸承座的振動分析

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崔建學(xué)11，樊立武22，李牛牛33

軸承座的振動是風(fēng)機(jī)安全運(yùn)行的重要指標(biāo)，接觸式振動測量，就是用測量軸承座的振動來評價運(yùn)行的穩(wěn)定與否。筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)軸承振動的幾個問題，對此本文作一論述，并給出振動故障判斷和解決的方法，供各位參考。

風(fēng)機(jī)；軸承座；振動

1　軸承座的振動力

把軸承座簡化為如圖1的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行振動力分析，僅考慮垂直方向的振動，轉(zhuǎn)子—軸承的油膜剛度為ks，阻尼為cs，轉(zhuǎn)子質(zhì)量為ms；軸承座的剛度為kb，阻尼為cb，質(zhì)量為mb。

轉(zhuǎn)子和軸承座的振動分別為ys、yb，轉(zhuǎn)子偏心為e，Ω為轉(zhuǎn)速，系統(tǒng)振動方程為：

為了推導(dǎo)方便，可以不考慮阻尼影響，那么上述方程就變?yōu)椋?/p>

微分方程（2）有標(biāo)準(zhǔn)的理論解，其解為：

圖1　風(fēng)機(jī)軸承座簡化圖

為了分析方便，對上述公式做一些數(shù)學(xué)變換，將絕對振動值比軸承振動值，有：

ωb為軸承座本身的固有頻率，kb為軸承座的剛度，mb為軸承座的質(zhì)量，式（4）為我們要討論的數(shù)學(xué)公式。

2　振動的幾個概念

2.1振動的數(shù)學(xué)表示

式（3）中的ys和yb都是振動隨轉(zhuǎn)速Ω和時間t變化的振動值，很明顯ys和yb都是正弦函數(shù)，其中ys和yb是幅值，也就是振動的峰值，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時其振動的變化就是ys和yb。

2.2絕對振動

在實(shí)際的振動衡量時，有接觸和非接觸測量，在現(xiàn)場所用的手持測振表都是接觸式測量，是絕對振動值，也就是式（3）中的ys和yb，它們分別是軸承座和轉(zhuǎn)子相對于大地的振動。

2.3相對振動

振動的非接觸式測量是將傳感器安裝在軸承座上，測量轉(zhuǎn)子的振動，測量出的振動值就是相對振動值，定量可表示為：

2.4系統(tǒng)的固有頻率

在理論上，固有頻率是由振動系統(tǒng)的質(zhì)量和剛度系數(shù)決定的，當(dāng)系統(tǒng)確定之后，系統(tǒng)固有頻率就是一個確定的值。有時固有頻率小于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率，這時在升速的過程中就一定有一轉(zhuǎn)速，在這個轉(zhuǎn)速下振動值較大，過該轉(zhuǎn)速后振動又會下降；然而往往是系統(tǒng)固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率。系統(tǒng)固有頻率有別于軸承座的頻率，它是整個系統(tǒng)的特性。

3　軸承座振動的幾種情況

3.1一般振動

從式（3）和（4）可以看出，軸承座的振動與不平衡力meΩ2成正比，式（3）中的ys和yb都是振動隨轉(zhuǎn)速Ω變化的，也可以說和轉(zhuǎn)速成正比，因?yàn)閷σ欢ǖ娘L(fēng)機(jī)系統(tǒng)偏心距e和質(zhì)量m都是確定的；在通風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，由于轉(zhuǎn)速比較低、軸的剛度大，一般都要是剛性軸，也就是說臨界轉(zhuǎn)速ωn1?Ω（臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作轉(zhuǎn)速），不可能出現(xiàn)共振現(xiàn)象；同時對軸承座來講，一般也是ωb?ωn1，軸承座也不可能出現(xiàn)共振。

上面的討論可理解為：風(fēng)機(jī)在啟動過程中，隨轉(zhuǎn)速的升高軸承座的振動值應(yīng)該是一直上升。如果轉(zhuǎn)速上升，而軸承座振動下降，那么肯定是軸承的剛度發(fā)生了變化，轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，超過某轉(zhuǎn)速后振動會更大，這時一般可能的故障是：軸承壓蓋松動、軸承座固定螺釘松動、軸承間隙太大、軸承座損傷、軸承座加工缺陷等；軸承座的其他故障。

筆者在現(xiàn)場遇見過軸承瓦窩鏜的大小不一、軸承座地腳松動、軸承座間隙過大等故障。

3.2軸承座不同點(diǎn)的振動差異

一般而言，軸承形狀基本對稱即可保證機(jī)械性能基本上的各向同性，但是由于材料和加工的差異，有時在同水平面或者同一垂直面測到的振動值不一樣（剔除測量誤差），振動值的差異在1.5～2.5mm/s之間。

這種現(xiàn)象依據(jù)上文中的理論推導(dǎo)是：在一定轉(zhuǎn)速下，軸承座所受的激振是相同的，振動的差異是由于各截面的剛度系數(shù)不一樣。從振動的原理來講，振動表示如下：

式中：

A——討論的振動值

F——轉(zhuǎn)子所受的激振動

K——轉(zhuǎn)子所受總剛度

振動不僅和激振力有關(guān)，還和剛度系數(shù)有關(guān)，只能是各測點(diǎn)的剛度不同，導(dǎo)致各測點(diǎn)的振動值差異，這個邏輯從式（3）和式（6）看更為清晰具體。

3.3共振現(xiàn)象

從式（3）可以看出，只要：

不管是轉(zhuǎn)子振動還是軸承座，振動值都會非常大，這就是理論上共振耦合，這個代數(shù)方程有兩個解Ω1、Ω2，在這兩個轉(zhuǎn)速下，機(jī)組的振動值會非常大，但是對現(xiàn)在討論的通風(fēng)機(jī)系統(tǒng)振動是不會出現(xiàn)的，因?yàn)檩S承座的剛性很大，而通風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速很低。

3.4軸承座振動的剛度

受傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響，軸承座剛度往往都很大，而很少出現(xiàn)因剛度差造成振動大的情況。但有時由于地腳螺栓松動、軸承配合不良等原因，也會出現(xiàn)軸承座剛度不足的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致系統(tǒng)在升速過程中振動值由大變小、再由小變大的情況。

3.5剛性與柔性軸承座

軸承座受材質(zhì)、幾何形狀以及裝配的影響，對工作轉(zhuǎn)速很高的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速一定要跨越軸承的固有頻率，這樣的軸承系統(tǒng)稱為柔性支撐，其軸承座稱柔性軸承座，反之就是常用的剛性支撐和剛性軸承座。

［1］楊建剛.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動分析與工程應(yīng)用［M］.中國電力出版社.2007.

［2］崔建學(xué)，等.振動標(biāo)準(zhǔn)的解讀及其在干法水泥生產(chǎn)線中的應(yīng)用［J］.水泥技術(shù).2012，（3）.

［3］董小明.新型干法水泥線窯頭風(fēng)機(jī)的一種故障及解決［J］.水泥技術(shù).2013，（6）.

［4］崔建學(xué),等.新型干法水泥線風(fēng)機(jī)的使用及故障排除［J］.水泥技術(shù).2011，（6）.

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2014-09-30；編輯：趙蓮