工工 程程 中中 的的振振 动动 问问 题题1工程中的振动问题工程中的振动问题介介 绍绍 目目 的的n通过实例显示工程中振动问题的重要性n通过实例显示工程中振动问题的多样性n解决振动问题的思路12振动问题的几个实例振动问题的几个实例n矿山通风机叶片开裂的治理n风机的减震和隔震n海洋平台的减震n200MW汽轮发电机油膜振荡的根治n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）n平顶山矿 2K58-30通风机。n沈阳风机厂生产。n1988年11月至1989年10月，14支叶片开裂，故被煤炭部冻结销售。n要求分析开裂原因，提出根治的措施。42K58-30通风机的结构示意n转速 600r/min。n动叶片两级，各12片。n前、后导叶 13片。n中导叶 17片。5n叶片中空，用钢板卷成，然后铆上支杆。n开裂部位在叶片下边(轴向)，铆钉孔处(45度向)。n裂纹长度3090mm，最长达190mm。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：79.69Hz 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8n扰动频率带为红色区，能激起叶片第二阶频率（扭转）共振。n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 HzNo.1No.2No.3No.4No.51317改造前改造前改造前改造前：n前导叶数 z1 =13，n后导叶数 z1 =13，n中导叶数 z2 =17, n机器转速为 n=10Hz。n扰动频率为nz1和 nz2。n再要考虑15%的安全裕度。9n扰动频率带为绿色区，不会激起叶片共振。n改进工艺，减小叶片制造质量和频率分散度。19110 50 100 150 200 250 300 HzNo.1No.2No.3No.4No.5改造后改造后改造后改造后n更改导叶的数目n前导叶数 z1 =11，n后导叶数 z1 =11，n中导叶数 z2 =19, n机器转速为 n=10Hz。n扰动频率为nz1和 nz2。叶片开裂的根治10风机的减震和隔震（1996年）2n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。n振动强烈，电机多次烧毁、零部件损坏、厂房开裂、恶化环境。n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风机参数nF-730：25.0HP 2940r/min ， 铝质叶轮nF-731：18.5kW 2970r/min ， 钢质叶轮nF-732：18.5kW 2993r/min ， 钢质叶轮12改造前风机的模型和特性13改造措施改造措施n制一公共机架，增加机架质量。n改善电机和风机的对中，对风机作动平衡。n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15n振动减为原来的1/2至1/3。n环境大大改善。n零部件不再意外损坏。n耗电为原来的70%。风机的改造效果16海洋平台的减震（1983年）n渤海公司埕北油田A平台。n钻机开动时，平台振动强烈，生活区工人很难入睡。n强烈振动有可能影响平台的寿命。n要求分析原因，采取有效的减震措施。17n钻机转速有三档，现用一档。n三档转速为： n=90，120，150r/minn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。有限元计算有限元计算： 第一阶扭振固有频率1.12Hz实测实测： 固有频率1.1Hz。扭转扰动频率：扭转扰动频率：1.5Hz海洋平台的减震分析结论结论： 平台为处于扭转共振扭转共振中。19海洋平台的减震措施措施措施： 钻机改用第二档钻机改用第二档。后果：后果： 振动大大减小。 生产效率提高近50%。20200MW汽轮发电机组油膜振荡的根治（1992年）n200MW机组全国有100多台在运行。n由于历史原因，该机设计工作做得不充分。n新乡电厂、秦岭电厂曾先后发生毁机事故。n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。n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。21200MW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22200MW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23n第1阶模态(G1型)的阻尼太小，易引起失稳。n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25n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。n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？27n把部分椭圆轴瓦更换为三油楔轴瓦。n更换第 6、7瓦，把第1阶模态(G1型)的 从0.0106提高到 0.233。n更换第 3瓦，可把第2阶模态(IP型)的 从0.123提高到 0.366 。n更换更多的瓦，没有必要。n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）n球磨机为发电厂制煤粉的关键设备。n350600球磨机的端盖常发生裂纹，屡焊屡裂，严重影响生产。n250390球磨机的端盖从未发生开裂。n通过对这两种球磨机作对比分析，找出端盖开裂的原因。n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33350600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34n最大挠度在跨中央，为1.075mm。n筒体横截面由圆形变成心脏形，跨中央的截面最严重。n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35n轴颈根部上下处受最大的拉压应力。n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-11.9MPa16.9MPa13.3MPa36n两种球磨机应力水平大致相当。n端盖材料为ZG35I，屈服强度275MPa，强度极限420MPa。n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n两种球磨机的应力水平大致相当。n计算与实测基本符合。计算结果可信。39端盖开裂原因分析n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。n350600 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。n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。 n250350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。40n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。n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n改进端盖铸造工艺，提高铸造质量。n端盖轴根处应作整圆周的X光检验。n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。n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。n端盖上的小圆孔应尽量外移，减少应力集中。n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