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1、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,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。
2、前、后导叶 13片。 中导叶 17片。,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3090mm，最长达190mm。,通风机叶片的结构示意,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,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% 阻尼：0.46% 阻尼：0.76% 阻尼：0.99%,叶片的前四阶模态参数,扰动频率带为红色区，能激起叶片第二阶频率（扭转）共振
3、。 叶片开裂的形态和扭转疲劳破坏相吻合。,叶片开裂原因分析,改造前： 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。,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。,改造后 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。,叶片开裂的根治,风机的减震和隔震（1996年）,2,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、7
4、32。 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。,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。,改造后风机的安装布置,改造后风机的模型和特性,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%。
5、,风机的改造效果,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。,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。,海洋平台的结构示意,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,海洋平台的减震分析,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。
6、 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,高压缸转子,中压缸转子,低压缸转子,发电机,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,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。,轴系的前6阶计
7、算模态,机组的前 6 阶模态,IP型模态,G1型模态,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。,轴承油膜的刚度系数和阻尼系数,椭圆轴瓦,三油楔轴瓦,各个更换轴瓦方案的比较,更换几个轴瓦？更换哪几个轴瓦？,把部分椭圆轴瓦更换为三油楔轴瓦。 更换第 6、7瓦，把第1阶模态(G1型)的 从0.0106提高到 0.233。 更换第 3瓦，可把第2阶模态(IP型)的 从0.123提高到 0.366 。 更换更多的瓦，没有必要。 已由电力部下指导性文件，要求各厂根据情况改瓦。,提高机组稳定性的措施,大型球磨机端盖开裂 原因分析和治理措施（1994年）,球磨机
8、为发电厂制煤粉的关键设备。 350600球磨机的端盖常发生裂纹，屡焊屡裂，严重影响生产。 250390球磨机的端盖从未发生开裂。 通过对这两种球磨机作对比分析，找出端盖开裂的原因。 提出根治的措施。,大型球磨机的结构,大型球磨机的结构,大型球磨机的转筒,筒体内衬护板详图,筒体,端盖,两种大型球磨机的力学参数,350600转筒的有限元计算模型,680个四节点板壳元，740个节点，420个节点自由度， 轴颈处简支，292个约束自由度。 煤与钢球的重力作用 F 与深度 h 成正比。,端盖,筒体,最大挠度在跨中央，为1.075mm。 筒体横截面由圆形变成心脏形，跨中央的截面最严重。 轴颈倾斜，端盖上部
9、下陷，下部突出，成草帽形。,350600转筒的变形图,轴颈根部上下处受最大的拉压应力。 转筒旋转时，应力就以转速的频率发生交变。,350600球磨机转筒的应力分布,-11.9MPa,16.9MPa,13.3MPa,两种球磨机应力水平大致相当。 端盖材料为ZG35I，屈服强度275MPa，强度极限420MPa。 设计应力远小于材料的屈服强度。,两种球磨机转筒的应力计算结果,球磨机端盖应力的实测,转筒,支承轴承,顶起 装置,应变片,被测 端盖,两种球磨机端盖应力实测结果,两种球磨机的应力水平大致相当。 计算与实测基本符合。计算结果可信。,端盖开裂原因分析,两种端盖设计应力都很低，量值基本相当。 3
10、50600 机端盖开裂原因不是设计应力过高。 350600 机端盖壁厚150mm，重8t，冶炼和铸造都有一定难度。轴根处常有缺陷和微裂纹。 铸造残余应力未很好的消除。用小孔法实测残余应力得，轴根处最大拉应力249MPa，压应力-348MPa。 250350机端盖壁厚100mm，重4.4t，冶炼、铸造和消除残余应力都没有什么困难。,轴颈根部残余应力过大，且轴颈根部有铸造缺陷，这是350600端盖开裂的主要原因。 补焊后，引起新的焊接残余应力，故常屡焊屡裂。,端盖开裂原因分析,消除端盖裂纹的主要对策,改进端盖铸造工艺，提高铸造质量。 端盖轴根处应作整圆周的X光检验。 端盖需经可靠的消除残余应力处理，轴颈根部可采用喷丸、喷砂等工艺，提高其抗疲劳能力。 轴颈根部的内外表面需经机加工，与相邻表面外形过渡要圆滑，圆角半径应大于120mm。 端盖上的小圆孔应尽量外移，减少应力集中。 轴颈根部加铸加强筋的措施有两面性，应慎用。,讲演到此结束 欢迎批判指正,
