风机轴承座的振动分析

崔建学，樊立武，李牛牛

风机轴承座的振动分析

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崔建学11，樊立武22，李牛牛33

轴承座的振动是风机安全运行的重要指标，接触式振动测量，就是用测量轴承座的振动来评价运行的稳定与否。笔者在实践中发现轴承振动的几个问题，对此本文作一论述，并给出振动故障判断和解决的方法，供各位参考。

风机；轴承座；振动

1　轴承座的振动力

把轴承座简化为如图1的数学模型进行振动力分析，仅考虑垂直方向的振动，转子—轴承的油膜刚度为ks，阻尼为cs，转子质量为ms；轴承座的刚度为kb，阻尼为cb，质量为mb。

转子和轴承座的振动分别为ys、yb，转子偏心为e，Ω为转速，系统振动方程为：

为了推导方便，可以不考虑阻尼影响，那么上述方程就变为：

微分方程（2）有标准的理论解，其解为：

图1　风机轴承座简化图

为了分析方便，对上述公式做一些数学变换，将绝对振动值比轴承振动值，有：

ωb为轴承座本身的固有频率，kb为轴承座的刚度，mb为轴承座的质量，式（4）为我们要讨论的数学公式。

2　振动的几个概念

2.1振动的数学表示

式（3）中的ys和yb都是振动随转速Ω和时间t变化的振动值，很明显ys和yb都是正弦函数，其中ys和yb是幅值，也就是振动的峰值，风机运行时其振动的变化就是ys和yb。

2.2绝对振动

在实际的振动衡量时，有接触和非接触测量，在现场所用的手持测振表都是接触式测量，是绝对振动值，也就是式（3）中的ys和yb，它们分别是轴承座和转子相对于大地的振动。

2.3相对振动

振动的非接触式测量是将传感器安装在轴承座上，测量转子的振动，测量出的振动值就是相对振动值，定量可表示为：

2.4系统的固有频率

在理论上，固有频率是由振动系统的质量和刚度系数决定的，当系统确定之后，系统固有频率就是一个确定的值。有时固有频率小于风机转速频率，这时在升速的过程中就一定有一转速，在这个转速下振动值较大，过该转速后振动又会下降；然而往往是系统固有频率远远大于风机转速频率。系统固有频率有别于轴承座的频率，它是整个系统的特性。

3　轴承座振动的几种情况

3.1一般振动

从式（3）和（4）可以看出，轴承座的振动与不平衡力meΩ2成正比，式（3）中的ys和yb都是振动随转速Ω变化的，也可以说和转速成正比，因为对一定的风机系统偏心距e和质量m都是确定的；在通风机的设计中，由于转速比较低、轴的刚度大，一般都要是刚性轴，也就是说临界转速ωn1≫Ω（临界转速远远大于工作转速），不可能出现共振现象；同时对轴承座来讲，一般也是ωb≫ωn1，轴承座也不可能出现共振。

上面的讨论可理解为：风机在启动过程中，随转速的升高轴承座的振动值应该是一直上升。如果转速上升，而轴承座振动下降，那么肯定是轴承的刚度发生了变化，转速继续上升，超过某转速后振动会更大，这时一般可能的故障是：轴承压盖松动、轴承座固定螺钉松动、轴承间隙太大、轴承座损伤、轴承座加工缺陷等；轴承座的其他故障。

笔者在现场遇见过轴承瓦窝镗的大小不一、轴承座地脚松动、轴承座间隙过大等故障。

3.2轴承座不同点的振动差异

一般而言，轴承形状基本对称即可保证机械性能基本上的各向同性，但是由于材料和加工的差异，有时在同水平面或者同一垂直面测到的振动值不一样（剔除测量误差），振动值的差异在1.5～2.5mm/s之间。

这种现象依据上文中的理论推导是：在一定转速下，轴承座所受的激振是相同的，振动的差异是由于各截面的刚度系数不一样。从振动的原理来讲，振动表示如下：

式中：

A——讨论的振动值

F——转子所受的激振动

K——转子所受总刚度

振动不仅和激振力有关，还和刚度系数有关，只能是各测点的刚度不同，导致各测点的振动值差异，这个逻辑从式（3）和式（6）看更为清晰具体。

3.3共振现象

从式（3）可以看出，只要：

不管是转子振动还是轴承座，振动值都会非常大，这就是理论上共振耦合，这个代数方程有两个解Ω1、Ω2，在这两个转速下，机组的振动值会非常大，但是对现在讨论的通风机系统振动是不会出现的，因为轴承座的刚性很大，而通风机的转速很低。

3.4轴承座振动的刚度

受传统设计的影响，轴承座刚度往往都很大，而很少出现因刚度差造成振动大的情况。但有时由于地脚螺栓松动、轴承配合不良等原因，也会出现轴承座刚度不足的现象，从而导致系统在升速过程中振动值由大变小、再由小变大的情况。

3.5刚性与柔性轴承座

轴承座受材质、几何形状以及装配的影响，对工作转速很高的旋转系统，转速一定要跨越轴承的固有频率，这样的轴承系统称为柔性支撑，其轴承座称柔性轴承座，反之就是常用的刚性支撑和刚性轴承座。

［1］杨建刚.旋转机械振动分析与工程应用［M］.中国电力出版社.2007.

［2］崔建学，等.振动标准的解读及其在干法水泥生产线中的应用［J］.水泥技术.2012，（3）.

［3］董小明.新型干法水泥线窑头风机的一种故障及解决［J］.水泥技术.2013，（6）.

［4］崔建学,等.新型干法水泥线风机的使用及故障排除［J］.水泥技术.2011，（6）.

TH 133.3

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2014-09-30；编辑：赵莲