工程中振动问题

,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,工 程 中 的振 动 问 题,1,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,1,2,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,200,MW,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,3,矿山通风机叶片开裂的治理,（1990年）,平顶山矿,2,K58-30,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。,4,2,K58-30,通风机的结构示意,转速,600,r/min。,动叶片两级，各,12,片。,前、后导叶,13,片。,中导叶,17,片。,5,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,3090,mm，,最长达190,mm。,通风机叶片的结构示意,6,叶片模态分析的实验框图,电荷放大器,电荷放大器,动态信号分析仪,打印机,绘图仪,存储器,加速度计,力锤,固定支座,叶片,力传感器,用实验方法得到叶片的各阶固有频率、振型和阻尼,7,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：79.69,Hz,频率：146.87,Hz,频率：232.81,Hz,频率：265.63,Hz,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,8,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。,叶片开裂原因分析,0 50 100 150 200 250 300,Hz,No.1,No.2,No.3,No.4,No.5,13,17,改造前,：,前导叶数,z,1,=13,，,后导叶数,z,1,=13,，,中导叶数,z,2,=17,机器转速为,n=,10Hz。,扰动频率为,nz,1,和,nz,2,。,再要考虑,15%的安全裕度。,9,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。,19,11,0 50 100 150 200 250 300,Hz,No.1,No.2,No.3,No.4,No.5,改造后,更改导叶的数目,前导叶数,z,1,=11,，,后导叶数,z,1,=11,，,中导叶数,z,2,=19,机器转速为,n=,10Hz。,扰动频率为,nz,1,和,nz,2,。,叶片开裂的根治,10,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、,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。,11,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,12,改造前风机的模型和特性,13,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,14,改造后风机的模型和特性,15,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%。,风机的改造效果,16,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。,17,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,18,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1.12,Hz,实测,：,固有频率1.1,Hz。,扭转扰动频率：,1.5,Hz,海洋平台的减震分析,结论,：,平台为处于,扭转共振,中。,19,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%。,20,200,MW,汽轮发电机组油膜振荡的根治,（1992年）,200,MW,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。,21,200,MW,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,22,200,MW,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,23,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阶计算模态,24,机组的前,6,阶模态,IP,型模态,G1,型模态,25,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,26,各个更换轴瓦方案的比较,更换几个轴瓦？更换哪几个轴瓦？,27,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,28,大型球磨机端盖开裂原因分析和治理措施,（1994年）,球磨机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。,250,390,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。,29,大型球磨机的结构,30,大型球磨机的结构,31,大型球磨机的转筒,筒体内衬护板详图,筒体,端盖,32,两种大型球磨机的力学参数,33,350600,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,34,最大挠度在跨中央，为,1.075,mm。,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，端盖上部下陷，下部突出，成草帽形。,350600,转筒的变形图,35,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,-11.9,MPa,16.9,MPa,13.3,MPa,36,两种球磨机应力水平大致相当。,端盖材料为,ZG35I，,屈服强度275,MPa，,强度极限420,MPa。,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,37,球磨机端盖应力的实测,多点转接箱,电阻应变仪,打印机,转筒,支承轴承,顶起,装置,应变片,被测,端盖,38,两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。,39,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。,350600,机端盖开裂原因不是设计应力过高,。,350600,机端盖壁厚150,mm，,重8,t，,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,249,MPa，,压应力-348,MPa。,250350,机端盖壁厚100,mm，,重4.4,t，,冶炼、铸造和消除,残余应力,都没有什么困难。,40,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,41,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,120,mm,。,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,。,42,讲演到此结束,欢迎批判指正,43,