風機軸承座的振動分析

崔建學，樊立武，李牛牛

風機軸承座的振動分析

Vib ra tion Ana lysis fo r Bea ring Sea to f Fans f Fans

崔建學11，樊立武22，李牛牛33

軸承座的振動是風機安全運行的重要指標，接觸式振動測量，就是用測量軸承座的振動來評價運行的穩定與否。筆者在實踐中發現軸承振動的幾個問題，對此本文作一論述，并給出振動故障判斷和解決的方法，供各位參考。

風機；軸承座；振動

1　軸承座的振動力

把軸承座簡化為如圖1的數學模型進行振動力分析，僅考慮垂直方向的振動，轉子—軸承的油膜剛度為ks，阻尼為cs，轉子質量為ms；軸承座的剛度為kb，阻尼為cb，質量為mb。

轉子和軸承座的振動分別為ys、yb，轉子偏心為e，Ω為轉速，系統振動方程為：

為了推導方便，可以不考慮阻尼影響，那么上述方程就變為：

微分方程（2）有標準的理論解，其解為：

圖1　風機軸承座簡化圖

為了分析方便，對上述公式做一些數學變換，將絕對振動值比軸承振動值，有：

ωb為軸承座本身的固有頻率，kb為軸承座的剛度，mb為軸承座的質量，式（4）為我們要討論的數學公式。

2　振動的幾個概念

2.1振動的數學表示

式（3）中的ys和yb都是振動隨轉速Ω和時間t變化的振動值，很明顯ys和yb都是正弦函數，其中ys和yb是幅值，也就是振動的峰值，風機運行時其振動的變化就是ys和yb。

2.2絕對振動

在實際的振動衡量時，有接觸和非接觸測量，在現場所用的手持測振表都是接觸式測量，是絕對振動值，也就是式（3）中的ys和yb，它們分別是軸承座和轉子相對于大地的振動。

2.3相對振動

振動的非接觸式測量是將傳感器安裝在軸承座上，測量轉子的振動，測量出的振動值就是相對振動值，定量可表示為：

2.4系統的固有頻率

在理論上，固有頻率是由振動系統的質量和剛度系數決定的，當系統確定之后，系統固有頻率就是一個確定的值。有時固有頻率小于風機轉速頻率，這時在升速的過程中就一定有一轉速，在這個轉速下振動值較大，過該轉速后振動又會下降；然而往往是系統固有頻率遠遠大于風機轉速頻率。系統固有頻率有別于軸承座的頻率，它是整個系統的特性。

3　軸承座振動的幾種情況

3.1一般振動

從式（3）和（4）可以看出，軸承座的振動與不平衡力meΩ2成正比，式（3）中的ys和yb都是振動隨轉速Ω變化的，也可以說和轉速成正比，因為對一定的風機系統偏心距e和質量m都是確定的；在通風機的設計中，由于轉速比較低、軸的剛度大，一般都要是剛性軸，也就是說臨界轉速ωn1?Ω（臨界轉速遠遠大于工作轉速），不可能出現共振現象；同時對軸承座來講，一般也是ωb?ωn1，軸承座也不可能出現共振。

上面的討論可理解為：風機在啟動過程中，隨轉速的升高軸承座的振動值應該是一直上升。如果轉速上升，而軸承座振動下降，那么肯定是軸承的剛度發生了變化，轉速繼續上升，超過某轉速后振動會更大，這時一般可能的故障是：軸承壓蓋松動、軸承座固定螺釘松動、軸承間隙太大、軸承座損傷、軸承座加工缺陷等；軸承座的其他故障。

筆者在現場遇見過軸承瓦窩鏜的大小不一、軸承座地腳松動、軸承座間隙過大等故障。

3.2軸承座不同點的振動差異

一般而言，軸承形狀基本對稱即可保證機械性能基本上的各向同性，但是由于材料和加工的差異，有時在同水平面或者同一垂直面測到的振動值不一樣（剔除測量誤差），振動值的差異在1.5～2.5mm/s之間。

這種現象依據上文中的理論推導是：在一定轉速下，軸承座所受的激振是相同的，振動的差異是由于各截面的剛度系數不一樣。從振動的原理來講，振動表示如下：

式中：

A——討論的振動值

F——轉子所受的激振動

K——轉子所受總剛度

振動不僅和激振力有關，還和剛度系數有關，只能是各測點的剛度不同，導致各測點的振動值差異，這個邏輯從式（3）和式（6）看更為清晰具體。

3.3共振現象

從式（3）可以看出，只要：

不管是轉子振動還是軸承座，振動值都會非常大，這就是理論上共振耦合，這個代數方程有兩個解Ω1、Ω2，在這兩個轉速下，機組的振動值會非常大，但是對現在討論的通風機系統振動是不會出現的，因為軸承座的剛性很大，而通風機的轉速很低。

3.4軸承座振動的剛度

受傳統設計的影響，軸承座剛度往往都很大，而很少出現因剛度差造成振動大的情況。但有時由于地腳螺栓松動、軸承配合不良等原因，也會出現軸承座剛度不足的現象，從而導致系統在升速過程中振動值由大變小、再由小變大的情況。

3.5剛性與柔性軸承座

軸承座受材質、幾何形狀以及裝配的影響，對工作轉速很高的旋轉系統，轉速一定要跨越軸承的固有頻率，這樣的軸承系統稱為柔性支撐，其軸承座稱柔性軸承座，反之就是常用的剛性支撐和剛性軸承座。

［1］楊建剛.旋轉機械振動分析與工程應用［M］.中國電力出版社.2007.

［2］崔建學，等.振動標準的解讀及其在干法水泥生產線中的應用［J］.水泥技術.2012，（3）.

［3］董小明.新型干法水泥線窯頭風機的一種故障及解決［J］.水泥技術.2013，（6）.

［4］崔建學,等.新型干法水泥線風機的使用及故障排除［J］.水泥技術.2011，（6）.

TH 133.3

A

1001-6171（2015）03-0041-02

通訊地址：1陜西樂建設風機有限公司，陜西西安710050；2商洛堯柏龍橋水泥有限公司，陜西丹鳳726200；3西安藍田堯柏水泥有限公司，陜西西安710515；

2014-09-30；編輯：趙蓮