工程中的振动问题

海洋平台的减震（1983年）
渤海公司埕北油田A平台。 钻机开动时，平台振动强烈，生活区工人
很难入睡。 强烈振动有可能影响平台的寿命。 要求分析原因，采取有效的减震措施。
海洋平台的结构示意
钻机转速有三档，现用 一档。
三档转速为： n=90，120，150r/min
平台高度为 20多米，面 积有如半个足球场。
改造前风机的模型和特性
改造后风机的安装布置
改造措施 制一公共机架，增加机架质量。 改善电机和风机的对中，对风机作动平衡。 用减振器支承机架，隔离机架与屋顶钢架。
改造后风机的模型和特性
风机的改百度文库效果
振动减为原来的1/2至1/3。 环境大大改善。 零部件不再意外损坏。 耗电为原来的70%。
阻尼：0.46%
阻尼：0.76% 阻尼：0.99%
叶片开裂原因分析
改造前：
No.1

前导叶数 z1 =13，
No.2 No.3
后导叶数 z1 =13， No.4
中导叶数 z2 =17, No.5
13 17
机器转速为 n=10Hz。
0 50 100 150 200 250 300 Hz
扰动频率为nz1和 扰动频率带为红色区，能激起叶片第二
200MW汽轮发电机组 油膜振荡的根治（1992年）
200MW机组全国有100多台在运行。 由于历史原因，该机设计工作做得不充分。 新乡电厂、秦岭电厂曾先后发生毁机事故。 运行中表现出稳定性较差。西安熱工所普
查发现，三分之一机组有低频振动成分。 要求对该机组作稳定性校核分析，并提出
矿山通风机叶片开裂的治理（1990年）
平顶山矿 2K58-30通风机。 沈阳风机厂生产。 1988年11月至1989年10月，14支叶片开裂，
故被煤炭部冻结销售。 要求分析开裂原因，提出根治的措施。
2K58-30通风机的结构示意
转速 600r/min。 动叶片两级，各12
工程中的 振动问题
工程中的振动问题
介绍目的
通过实例显示工程中振动问题的重要性 通过实例显示工程中振动问题的多样性 解决振动问题的思路
1
振动问题的几个实例
矿山通风机叶片开裂的治理 风机的减震和隔震 海洋平台的减震 200MW汽轮发电机油膜振荡的根治 大型球磨机端盖开裂原因分析和治理措施
nz2。
阶频率（扭转）共振。
再要考虑15%的 叶片开裂的形态和扭转疲劳破坏相吻合。
安全裕度。
叶片开裂的根治
改造后
No.1
更改导叶的数目 No.2
No.3
前导叶数 z1 =11， No.4 后导叶数 z1 =11， No.5
11 19
中导叶数 z2 =19, 机器转速为
n=10Hz。
扰动频率为nz1和 nz2。
0 50 100 150 200 250 300 Hz
扰动频率带为绿色区，不会激起叶片 共振。
改进工艺，减小叶片制造质量和频率 分散度。
风机的减震和隔震（1996年）
北京燕山石化一厂聚苯一烯车间，屋顶 上装有三台通风机F-730、731、732。
提高机组稳定性的措施。
200MW汽轮发电机组 示意图
发电机
低压缸转子
中压缸转子 高压缸转子
200MW机组轴系的计算模型
全长约30米 7个轴承支承
椭圆轴瓦
三油楔轴瓦
轴系的前6阶计算模态
模态 模态 模态频率Ω 对数衰减率 失稳阈速 nt
序号 型式 / c·min-1
δ
/ r·min-1
1 G1
2
IP
海洋平台的减震分析
初步观察：
走廊作水平转动，平台四角作 切向运动，故平台作扭转振动。
有限元计算：
第一阶扭振固有频率1.12Hz
实测：
固有频率1.1Hz。 扭转扰动频率：1.5Hz
结论： 平台为处于扭转共振中。
海洋平台的减震措施
措施： 钻机改用第二档。
后果： 振动大大减小。 生产效率提高近50%。
G1 型模态
对数衰 减率δ
阈速 nt /r·min-1
0.0106 3062
0.233 >4000
0.233 >4000
0.236 >4000
IP 型模态 对数衰 阈速 nt 减率δ /r·min-1
0.123 3709 0.123 3709 0.366 >4000 0.366 >4000
片。 前、后导叶 13片。 中导叶 17片。
通风机叶片的结构示意
叶片中空，用钢 板卷成，然后铆 上支杆。
开裂部位在叶片 下边(轴向)，铆 钉孔处(45度向)。
裂纹长度 30~90mm，最长 达190mm。
叶片模态分析的实验框图
用实验方法得到叶片的各阶固有频率、振型和阻尼
固定 力传 支座 感器
加速 度计
电荷放大器
力锤
叶片
电荷放大器
动态信号 分析仪
绘图仪 打印机 存储器
叶片的前四阶模态参数
模态 No.1:弯曲型 模态 No.2:扭转型 模态 No.3:壳体型 模态 No.4:壳体型
频率：79.69Hz 频率：146.87Hz 频率：232.81Hz 频率：265.63Hz
阻尼：0.10%
机组的前 6 阶模态
IP型模态 G1型模态
轴承油膜的刚度系数和阻尼系数
椭圆轴瓦
三油楔轴瓦
轴承油膜的特性可用4个刚度系数和4个阻尼系数来代表。
轴承油膜对转子的动特性有重要影响。
各个更换轴瓦方案的比较
更换几个轴瓦？更换哪几个轴瓦？
原有轴系 更换 6、7 瓦 更换 3、6、7 瓦 更换 3 至 7 瓦
振动强烈，电机多次烧毁、零部件损坏、 厂房开裂、恶化环境。
要求分析原因，采取有效的减震和隔震 措施。
2
改造前风机的安装布置
风机参数 F-730：25.0HP 2940r/min ， 铝质叶轮 F-731：18.5kW 2970r/min ， 钢质叶轮 F-732：18.5kW 2993r/min ， 钢质叶轮
3 HP
4 LP
5 CP
6 G2
1188 1572 1881 1919 3218 3285
0.0106 0.123 0.259 0.407 2.100 1.402
3062 3709 >4000 >4000 >4000 >4000
第1阶模态(G1型)的阻尼太小，易引起失稳。 第2阶模态(IP型)次之。