工程中的振动问题分析

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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。

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。


扰动频率带为红色区，能激起叶片第二 阶频率（扭转）共振。 叶片开裂的形态和扭转疲劳破坏相吻合。


叶片开裂的根治
改造后

No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 0 50 100 150 200 250 300 Hz
更改导叶的数目 前导叶数 z1 =11， 后导叶数 z1 =11， 中导叶数 z2 =19, 机器转速为 n=10Hz。 扰动频率为nz1和 nz2。
改造后风机的模型和特性
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%。
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。
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
电荷放大器
固定 力传 支座 感器 加速 度计 力锤
绘图仪
动态信号 分析仪 打印机 存储器
3709 3709 >4000 >4000
提高机组稳定性的措施
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
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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
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。
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？
叶片
电荷放大器
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 阻尼：0.10% 频率：146.87Hz 阻尼：0.46% 频率：232.81Hz 阻尼：0.76% 频率：265.63Hz 阻尼：0.99%
叶片开裂原因分析
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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
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。
改造前：

No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 0 50 100 150 200 250 300 Hz
前导叶数 z1 =13， 后导叶数 z1 =13， 中导叶数 z2 =17, 机器转速为 n=10Hz。 扰动频率为nz1和 nz2。 再要考虑15%的 安全裕度。
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G1 型模态 对数衰 减率δ 原有轴系 更换 6、7 瓦 更换 3、6、7 瓦 更换 3 至 7 瓦 阈速 nt /r·min-1 IP 型模态 对数衰 减率δ 阈速 nt /r·min-1
0.0106 0.233 0.233 0.236
Leabharlann Baidu
3062 >4000 >4000 >4000
0.123 0.123 0.366 0.366
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
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 序号 1 2 3 4 5 6

模态 型式 G1 IP HP LP CP G2
模态频率Ω / c·min-1 1188 1572 1881 1919 3218 3285
对数衰减率 δ 0.0106 0.123 0.259 0.407 2.100 1.402
失稳阈速 nt / r·min-1 3062 3709 >4000 >4000 >4000 >4000
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。
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%。
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
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 片。 前、后导叶 13片。 中导叶 17片。