工程中的振动问题幻灯片

? 扰动频率为nz1和 ? 扰动频率带为红色区，能激起叶片第二
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。
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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
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改造前风机的模型和特性
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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。
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改造后风机的模型和特性
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风机的改造效果
? 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%。
?后果： 振动大大减小。 生产效率提高近50%。
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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
阻尼：0.46%
阻尼：0.76%
阻尼：0.99%
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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
? 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。
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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
机组的前 6 阶模态
IP型模态 G1型模态
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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。
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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
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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。
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2K58-30通风机的结构示意
? 转速 600r/min。 ? 动叶片两级，各12
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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。
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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
片。 ? 前、后导叶 13片。 ? 中导叶 17片。
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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。
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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
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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%
? 平台高度为 20多米，面 积有如半个足球场。
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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。
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海洋平台的减震措施
?措施： 钻机改用第二档。
提高机组稳定性的措施。
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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
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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
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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
G1 型模态 对数衰 阈速 nt
减率δ /r·min-1
0.0106 3 062 0.233 >4000 0.233 >4000 0.236 >4000
IP 型模态 对数衰 阈速 nt
工程中的 振动问题
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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
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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
1 G1
2
IP
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。 24
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。
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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。