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旋转类机械设备轴向振动的5大原因及机理分析,扩知识!


[中华轴承网] 2018/8/10 作者:中华轴承网

大家都知道,旋转机械运行中除了发生径向振动之外,还经常发生轴向振动。

径向振动就是发生在垂直和水平方向上的振动。

轴向振动是指其轴承体包括上圈体和下圈体,在内圈体与外圈体之间或上圈体与下圈体之间安装有滚动体的简单结构,从而引起的振动。

相对于径向振动,轴向振动处理起来就比较困难,所以我们本篇文章就来说说。那么什么是引起轴向振动的主要原因呢?激振力过大和轴承座刚度差。

径向振动过大引起的轴向振动分析

有两种情况:

一个轴承座装有一个轴瓦和一个轴承座装有两个轴瓦。

一个轴承座内装有一个轴瓦

直观地讲,轴承座的轴向振动应该是由于转轴的轴向运动所引起的。但是实际上,转子和轴承之间有一层油膜。转子的轴向运动经油膜传递到轴瓦上后,很难引起轴承座的轴向振动。实际机组发生的轴向振动大多是由于径向激振力引起的。从动力学角度分析,径向力与轴向振动不在同一个方向上,不应该引起轴向振动。但是,考虑轴承座支承弹性后,径向力会间接激发起轴向振动。现以上图为例进行分析。

假设转子上存在一阶型式的不平衡力,转子挠曲呈现一阶振型,如图(a)所示。t1时刻,转子两侧轴承座承力中心偏向外侧;t2时刻,转子两侧轴承座承力中心偏向内侧。不同时刻,轴承座承力中心点发生周期性变化,导致轴承座沿轴向摆动。一阶挠曲下,两侧轴承座轴向摆动方向相反。二阶挠曲振动作用下,如图(b)所示,两侧轴承座轴向振动为同相。如果轴承座刚度很大,由此引起的轴向振动很小,可以忽略。如果轴承座具有弹性,径向振动就会间接激发起轴承座的轴向振动。

一个轴承座内装有两个轴瓦

上图中,假设A、B两侧垂直振动同相,如果A、B两侧支承刚度也相同,那么径向振动不会激发轴向振动。如果A、B两侧垂直振动反相,或者A、B两侧垂直振动同相,但两侧支承刚度不对称,这两种情况都会导致轴承座的轴向振动。

上述2种情况下发生的轴向振动,往往都伴随着较大的径向振动。因此,轴向振动大时,如果径向振动也大,最好的处理方法就是首先减小径向振动。工程实践表明,径向振动减小10%后,轴向振动减小的百分比可能更高。此种情况下,减小激振力比提高轴承座刚度的工作量要小得多,而效果要明显得多。

轴承座刚度不足引起的轴向振动分析

有时轴承座垂直和水平振动消除后,轴向振动仍然较大。这种情况大多是由于轴承座本身刚度不足所引起的。轴承座与台板以及台板与基础之间的联结松动、结合面接触不均匀、二次灌浆松动、台板底部垫铁走动等都有可能诱发轴向振动。这类故障的处理必须结合机组检修进行。

其它因素引发的轴向振动分析

转子中心偏差过大

转子中心偏差较大时,联轴器螺栓连接后,轴颈处会出现较大晃度,如上图所示。随着轴颈的旋转,油膜压力会发生周期性的变化,严重时将导致轴承座的轴向振动。

球面轴承紧力过大

如上图所示,球面轴承轴瓦外表面为凸形球面,轴承盖与轴承座的支承表面为凹形球面。这类轴承具有自位功能。轴颈倾斜时,轴承能够自动调整轴瓦中心线角度,使轴瓦乌金面与轴颈之间始终保持轴向接触良好。但是,当球面瓦与瓦座之间的过盈较大时,瓦枕将压住轴瓦,使其失去自位功能,从而产生较大的轴向振动。

轴向共振引起的轴向振动分析

有些发电机轴承上常会出现频率为二倍频的轴向振动。电磁激振力是诱发二倍频振动的主要因素。轴承座刚度正常时,轴承座的自振频率大多高于二倍工作转速,电磁激振力不会诱发大幅度的二倍频振动。但是,当轴承座与台板或台板与基础之间的连结刚度较差时,轴承座的自振频率可能落入二倍转速频率附近。在发电机电磁激振力的作用下,导致轴承座出现较大幅度的二倍频轴向共振。出现这种情况后,需要检查轴承座连结刚度、减小转子对中偏差、检查和调整发电机转子和静子之间空气间隙的均匀性等。

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标签:润滑与维护

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