【文章內(nèi)容簡介】 在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子因不平衡力矩或其它交變載荷而產(chǎn)生的彎曲變形值，同樣因不平衡力矩所處位置及大小的不同，動撓度值也會有所不同；轉(zhuǎn)子動撓曲又分同步撓曲和異步撓曲兩種，這兩種撓曲將直接迭加到轉(zhuǎn)軸振動上。轉(zhuǎn)子的動撓曲變形既可以是平面的，也可以是空間的。彈性線是指振動時轉(zhuǎn)子軸線的形狀。主振型是在臨界轉(zhuǎn)速下振動時的彈性線。對撓性轉(zhuǎn)子來說，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子受到由質(zhì)量偏心而產(chǎn)生的離心力的作用，軸線被拉彎，并非是直線，所以彈性線為弓狀彎曲的形狀。與臨界轉(zhuǎn)速一樣，主振型同樣由轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本身固有的結(jié)構(gòu)特性所決定，與外界條件無關(guān)；同時，對應(yīng)于不同階數(shù)的臨界轉(zhuǎn)速，也有形狀各不相同的各11 / 53階主振型，如一階主振型、二階主振型、…、n 階主振型。對于無阻尼剛性鉸支的光軸，各階主振型的形狀如下圖所示。即，一階主振型為一個彎、無節(jié)點（振幅為零的點） ，二階主振型為兩個彎、一個節(jié)點，…。其中：彎數(shù)（拐點數(shù)）＝階數(shù)， 節(jié)點數(shù)＝階數(shù)－0 。需要指出的是，由于支座彈性、外伸跨度等因素的影響，實際上各階主振型的具體形狀和節(jié)點數(shù)并無確定的規(guī)律，剛性鉸支光軸的各階主振型完全沒有一般性，僅僅是幫助我們對各階主振型有一些形象上的大致了解。轉(zhuǎn)子軸振型就是轉(zhuǎn)子實際運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的彈性線，是由一階、二階等多階主振型相互迭加的結(jié)果。轉(zhuǎn)速越靠近某一階臨界轉(zhuǎn)速，某一階主振型的影響就相對大一點；多數(shù)情況下，起主導(dǎo)影響因素的是一階、二階、三階等低階主振型，其中又以一階、二階為主。另外，各階主振型的大小與不平衡質(zhì)量所在的軸向位置有關(guān)，也就是說不平衡量也會對轉(zhuǎn)子實際軸振型的形狀及大小產(chǎn)生影響。同樣，彈性線可以是平面的，也可以是空間的。10. 通頻振動、選頻振動、工頻振動通頻振動是原始的、未經(jīng)傅立葉級數(shù)變換分解處理的、由各頻率振動分量相互迭加后的總振動。其振動波形是復(fù)雜的波形。選頻振動是從通頻振動中所分解出來的、某一選定頻率（如工頻、半頻、二倍頻等）的振動。其振動波形是單一的正弦波。12 / 53工頻振動是指振動頻率等于轉(zhuǎn)速頻率的選頻振動。工頻也稱為基頻、一倍頻。轉(zhuǎn)速為 6000r/min 的轉(zhuǎn)子，工頻振動的頻率 f＝ N∕60 = 6000∕60 =100 [Hz] 。11. 諧波、次諧波在通頻信號中，頻率等于轉(zhuǎn)速頻率整數(shù)倍的分量稱為轉(zhuǎn)速頻率的諧波，簡稱諧波。如一倍頻（1X） 、二倍頻（2X） 、三倍頻（3X）…分量等。次諧波是指通頻信號中所含頻率等于轉(zhuǎn)速頻率整分數(shù)倍的分量，也稱為分數(shù)諧波。如半頻（） 、三分之一倍頻（1/3X） …分量等。12. 同步振動、異步振動、亞異步振動、超異步振動同步振動是指頻率成分與轉(zhuǎn)速頻率成正比的振動。一般情況（但不是全部情況）下，同步成分是轉(zhuǎn)速頻率的整數(shù)倍或者整分數(shù)倍，不管轉(zhuǎn)速如何，它們總保持這一關(guān)系，如一倍頻（1X） ，二倍頻（2X） ，三倍頻（3X）…，半頻（）,三分之一倍頻（1/3X）…等。由不平衡、不對中所引起的振動都是同步振動。異步振動是頻率成分指與轉(zhuǎn)速頻率無整數(shù)倍或者整分數(shù)倍關(guān)系的振動，也可稱為非同步運動。由摩擦所引起的振動為異步振動。亞異步振動是指頻率成分低于轉(zhuǎn)速頻率的異步振動。由油膜渦動、密封流體激振、旋轉(zhuǎn)失速等所引起的振動都是亞異步振動。超異步振動是指頻率成分高于轉(zhuǎn)速頻率的異步振動。由滾動軸承、齒輪缺陷所引起的振動都是超異步振動。13. 共振、高次諧波共振、次諧波共振共振是振幅和相位的變化響應(yīng)狀態(tài)，由對某一特殊頻率的作用力敏感的相應(yīng)系統(tǒng)所引起。共振通常通過振幅的顯著增加和相應(yīng)的相位移動來識別。共振發(fā)生時，激振頻率稍有變化（上升或下降）時，其振動響應(yīng)就會明顯地減小。因激振頻率 f 的 n 倍（n=2,3,4,…，正整數(shù)）諧波，等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率而引起的共振稱為高次諧波共振。因激振頻率 f 的 1/n 倍（n=2,3,4,…，正整數(shù)）次諧波，等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率而引起的共振稱為次諧波共振。需要特別強調(diào)的是，諧波共振所對應(yīng)的頻率是系統(tǒng)的固有頻率，并不是轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速頻率，因此是異步振動，只有在系統(tǒng)固有頻率等于轉(zhuǎn)速頻率的特殊情況下才為同步振動。亞異步振動的油膜渦動、密封流體激振、旋轉(zhuǎn)失速都有可能轉(zhuǎn)變?yōu)楦叽沃C波共振。13 / 5314. 簡諧振動、周期振動、準周期振動、瞬態(tài)振動、沖擊振動、隨機振動按振動歷程及信號特點，振動可分為簡諧振動、周期振動、準周期振動、瞬態(tài)振動、沖擊振動、隨機振動。a）簡諧振動簡諧振動是指振動的歷程按正弦函數(shù)變化的振動。簡諧振動是最簡單的振動，波形為正弦波，頻率成分單一，頻譜圖上只有一根譜線。b）周期振動周期振動是指經(jīng)過一定時間間隔能完全重復(fù)的振動。周期振動是由若干諧波迭加組成的振動，波形不再是正弦波，但顯現(xiàn)周期性，即波形的重復(fù)性好。頻譜圖上為若干根離散的譜線。周期振動的頻率稱為基波頻率，它是各諧波頻率的最大公約數(shù)，基波頻率在頻譜圖上不一定能直接反映出來。如諧波頻率為50Hz、75Hz、100Hz 時，頻譜圖上找不到 25Hz 的基波頻率。c）準周期振動準周期振動是由若干振動頻率不成比例的簡諧振動迭加成的振動。由于不再是諧波，因此波形不顯周期性，頻譜圖由若干離散的譜線構(gòu)成。d）瞬態(tài)振動瞬態(tài)振動是一種短暫的振動，如系統(tǒng)受激后的衰減自由振動過程、起停機過程等。瞬態(tài)振動的波形有一定的往復(fù)周期，振幅隨時間衰減。頻譜圖顯示的是有一定帶寬的連續(xù)譜，峰尖位置處的頻率即瞬態(tài)振動的頻率，峰高取決于剛度，寬度取決于阻尼。越寛，則預(yù)示振動過程越短，若寛到整個頻帶，表明已變成沖擊振動；若收縮成線譜，表明已延長為簡諧振動。e）沖擊振動沖擊振動是指振動能量（動能）傳遞到系統(tǒng)的時間短于系統(tǒng)固有周期時的振動。其過程比瞬態(tài)振動更為短暫。單個沖擊是呈周期性衰減的，衰減周期與脈寛成反比，脈沖越尖衰減越慢。在實際狀態(tài)監(jiān)測圖譜中，沖擊振動往往是一種常見的現(xiàn)象，多數(shù)是由干擾信號所引起的假像。f）隨機振動隨機振動是運動周期無規(guī)律，而且過程不會再現(xiàn)的振動。與上述振動不同，隨機振動不能用精確的時間函數(shù)式來描述，其振動過程具有不可重復(fù)性和不可預(yù)知性。隨機振動應(yīng)該看成是一種偶然因素造成的干擾或噪聲，不是大機組故障的主要形式。15. 自由振動、受迫振動、自激振動、參變振動從動力學(xué)角度看，振動可分為自由振動、受迫振動、自激振動、參變振動。14 / 53a) 自由振動自由振動是指物體在經(jīng)歷初始擾動后，不再受外力作用下的振動。自由振動的頻率為物體自身的固有頻率，與初始擾動無關(guān)；振幅呈衰減趨勢。b) 受迫振動受迫振動是指物體在持續(xù)的交變力作用下所產(chǎn)生的振動。受迫振動不僅與激勵力的頻率和大小有關(guān)，而且與轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)自身的固有特性有關(guān)。受迫振動的特點具體如下：① 受迫振動的頻率與激振力頻率相同；② 受迫振動的振幅除與激振力大小成正比、與自身剛度成反比外，還與頻率比 γ 及阻尼有關(guān)（γ＝ω/ω n ，ω 為激振力頻率，ω n為自身固有頻率） ，γ ?。醇ふ窳Φ念l率低）振幅接近于靜態(tài)位移，γ 大（力的頻率很高、系統(tǒng)因慣性跟不上力的變化反而幾乎停止不動）振幅小，γ≈1 時振幅很大、即共振；③ 受迫振動的相位、即位移最大值與激振力最大值之間的時間差與頻率比γ 及阻尼有關(guān)，γ＜1 時相位趨于相同，γ＝即共振時相位差等于 90176。，γ＞1 時相位差趨向于 180176。；④ 當激振力頻率或激振力頻率的諧波與系統(tǒng)固有頻率相同時即發(fā)生共振。c) 自激振動自激振動是指由振動體自身能量所激發(fā)的振動。維持振動的交變力是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生或控制的。自激振動通常有下述特點：① 一般為亞異步振動，即振動頻率小于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速且不同步；① 自激振動的頻率與轉(zhuǎn)子的第一臨界轉(zhuǎn)速基本符合；① 呈隨機性，一般都為偶然因素引起，沒有一定規(guī)律可循；① 振動系統(tǒng)自身的剛度、阻尼非線性特征較強，振幅隨時可能急劇上升；① 振幅的變化與轉(zhuǎn)速或負荷存在一定的關(guān)聯(lián)；① 失穩(wěn)狀態(tài)下的振動能量來源于系統(tǒng)本身。大機組自激振動時有發(fā)生，如軸承油膜振蕩、密封流體激振、氣流激振、摩擦渦動、轉(zhuǎn)子配合松動等。d) 參變振動參變振動是指由結(jié)構(gòu)參數(shù)周期性變化而引起的振動。造成結(jié)構(gòu)參數(shù)周期性變化的常見因素有基礎(chǔ)松動、錨爪及滑動支座連接螺栓緊度不一、轉(zhuǎn)子有較深的橫向裂紋、齒輪及滾動軸承缺陷、轉(zhuǎn)子不對稱截面15 / 53引起的彎矩等。參變振動有以下特點：① 振動頻率與轉(zhuǎn)速有關(guān)，構(gòu)成諧波關(guān)系，如 1X、 2X、nX；② 結(jié)構(gòu)參數(shù)周期改變，振動系統(tǒng)的固有頻率也隨之改變；③ 當參變振動產(chǎn)生的二次諧波與系統(tǒng)第一臨界轉(zhuǎn)速相一致時會產(chǎn)生共振。16. 高點、重點高點是指轉(zhuǎn)子產(chǎn)生最大振動位移時的角位置。具體為，當轉(zhuǎn)子和振動探頭之間的距離最近時，轉(zhuǎn)子上與振動探頭所對應(yīng)的那一點任一時刻的角位置；也就是當振動探頭產(chǎn)生正的振動峰值信號時，轉(zhuǎn)子與振動探頭對應(yīng)點的位置。高點會隨轉(zhuǎn)子動力特性的變化（如轉(zhuǎn)速變化）而移動。重點是指在某一斷面處轉(zhuǎn)子不平衡向量的角位置。重點實際上就是轉(zhuǎn)子質(zhì)心的角位置。重點與轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布有關(guān)，當有異物附著在轉(zhuǎn)子上（如結(jié)垢、催化劑粘結(jié)等）以及轉(zhuǎn)子上有對象脫落或滑移（如斷葉片、軸套移動等）時，重點會發(fā)生改變；但是，重點不隨轉(zhuǎn)速變化，重點和高點之間的夾角稱為機械滯后角。對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速，會有不同的機械滯后角。在大機組的在線狀態(tài)監(jiān)測中，高點的角位置是通過與鍵相探頭的角度差來確定的。17. 同相振動、反相振動同相振動、反相振動是指在時間或空間上相位相同或相反的振動。通過是否為同相振動或反相振動，有助于對振動問題進行更深入的了解。例如，通過判斷同一轉(zhuǎn)子兩端支持軸承在同一方向上的振動相位是否相同或相近，可以初步判斷轉(zhuǎn)子的振型，若是同相振動則為一階（三階、五階、…）振型，若是反相振動則為二階（四階、…）振型。依據(jù)聯(lián)軸器的型式，通過判斷相鄰兩轉(zhuǎn)子是否為同相振動或反相振動，可以對平行不對中、角度不對中、軸向不對中做出進一步判斷。通過比較工頻與二倍頻的振動相位以判斷兩者之間是否存在因果關(guān)系。等等。18. 機械偏差、電氣偏差、晃度機械偏差是指對應(yīng)于測振探頭處轉(zhuǎn)子軸頸表面的機械缺陷。機械缺陷造成測振探頭所測的振動間隙變化并不是由軸線位置變化或轉(zhuǎn)子動態(tài)運動所引起的，這是非接觸式電渦流位移傳感器系統(tǒng)輸出信號誤差的來源之一。機械缺陷通常來源于軸頸的圓度、損壞、鍵標記、凹陷、劃痕、銹斑、甚至是彎曲變形、等等，或其它結(jié)構(gòu)原因所引起的。16 / 53電氣偏差也是非接觸式電渦流位移傳感器系統(tǒng)輸出信號誤差的來源之一，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，該偏差就重復(fù)一次。傳感器輸出信號的變化并不是來自探頭所測振動間隙的改變（動態(tài)運動或位置的變化） ，而通常是來自于轉(zhuǎn)子表面材料電導(dǎo)率的變化或轉(zhuǎn)子表面上某些位置局部磁場的存在。轉(zhuǎn)子磁化后，其頻譜特征為 2X、4X、6X 等比較高，且差不多高。API61 API617 標準規(guī)定轉(zhuǎn)子的剩磁應(yīng)小于 4 高斯、5 高斯。轉(zhuǎn)子軸頸的晃度，或稱為軸的徑向偏差，是電氣偏差和機械偏差的總和。在 API 標準及其它有關(guān)的振動標準中，規(guī)定晃度的數(shù)值不能超過所允許振動位移的 25％或 ，取兩者中的較大值。通常在穩(wěn)定的低轉(zhuǎn)速下（API 617 標準規(guī)定為 300～600rpm） ，測振探頭所測得的振值基本上就大致相當于轉(zhuǎn)子的晃度值。大部分情況下，晃度與振動為同一方向，相反的情況很少。19. 旋轉(zhuǎn)失速、喘振旋轉(zhuǎn)失速是指由于氣體介質(zhì)的容積流量偏小，在離心式（及軸流式）壓縮機的葉輪或擴壓器流道中所發(fā)生的氣流脈動現(xiàn)象。當壓縮機容積流量降低、偏離設(shè)計工況運行時，葉輪入口處氣體的絕對速度就會降低，引起氣體進入葉輪通道后的相對速度與設(shè)計工況不一致，產(chǎn)生偏離而沖向葉片工作面，原來在非工作面上就存在的氣流脫離區(qū)因更缺乏主流的推動而擴大，形成渦流團而阻塞葉片間的氣流通道。脫離團使流入該葉道的氣體受阻，只能改變方向流入相鄰的葉道。流入旋轉(zhuǎn)方向前方葉道的氣流沖向葉片非工作面，使原有脫離區(qū)消失；流向后方葉道的氣流沖向工作面，使非工作面處的脫離區(qū)擴大成脫離團而阻塞葉道。這樣，脫離團在葉輪中便產(chǎn)生了移動。脫離團的移動方向始終與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，但又隨著葉輪一起轉(zhuǎn)動，因此從絕對坐標系上來看，其旋轉(zhuǎn)速度低于葉輪轉(zhuǎn)速，所以稱之為旋轉(zhuǎn)失速，又稱為旋轉(zhuǎn)脫離。旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象實際上是喘振的前兆。旋轉(zhuǎn)失速既可以發(fā)生在某一級的某幾個葉輪流道中，也可以同時發(fā)生在某幾級的某幾個流道中；既可以發(fā)生在旋轉(zhuǎn)的葉輪中，也可以發(fā)生在固定元件、如擴壓器中。顯然，壓縮機發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速時，氣體的出口壓力以及轉(zhuǎn)子的振動會伴隨著脫離強度的不同而產(chǎn)生程度不同的脈動。旋轉(zhuǎn)失速所引起的振動為亞異步氣流激振，其所產(chǎn)生的振動頻率小于工頻，葉輪失速的頻率大約在 ~轉(zhuǎn)速頻率的范圍內(nèi)，擴壓器失速的頻率大約在 ~ 轉(zhuǎn)速頻率的范圍內(nèi)。17 / 53喘振是嚴重失速和管網(wǎng)相互作用的結(jié)果。當氣體脫離團充滿整個葉輪流道時，氣體的流動狀況極為惡劣，會造成壓縮機的出口壓力降低，此時管網(wǎng)的氣體倒流入壓縮機中，使流量短時得到滿足，壓力重新升高，流向管網(wǎng)。管網(wǎng)壓力恢復(fù)后，壓縮機的流量又再次減小，管網(wǎng)中的氣體再次倒流。如此周而復(fù)始，壓縮機與管網(wǎng)一起產(chǎn)生了周期性振蕩現(xiàn)象，即為喘振。喘振的特點十分明顯，進口流量及出口壓力發(fā)生大幅度波動、機組產(chǎn)生強烈的振動、伴有間歇性的氣流吼叫聲，生產(chǎn)企業(yè)時有發(fā)生，早已為人們所熟知。喘振的振動頻率很低，大約為 ~20Hz 。20. 半速渦動、油膜振蕩半速渦動，即通常所說的油膜渦動。油膜渦動是由徑向滑動軸承油膜力所產(chǎn)生的一種渦動。當轉(zhuǎn)子軸頸在動壓滑動軸承中穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，