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旋转机械中的横向振动是什么？

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了解旋转机械的横向振动

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定义：什么是横向振动？

横向振动 横向振动（也称为径向振动或横向振动）是指旋转轴垂直于其旋转轴线的运动。简单来说，就是轴在旋转过程中左右或上下的运动。横向振动是最常见的振动类型。 振动 在旋转机械中，通常是由径向力引起的，例如 不平衡, 错位, 弯曲的轴或轴承缺陷。.

了解横向振动对于……至关重要 转子动力学 因为它代表了大多数旋转设备的主要振动模式，也是大多数振动监测的重点。 平衡 活动。.

方向和测量

横向振动是在垂直于轴线的平面内测量的：

坐标系

  • 水平方向： 平行于地面的左右运动
  • 垂直方向： 垂直于地面的上下运动
  • 径向： 垂直于轴线的任何方向（水平和垂直的组合）

测量位置

横向振动通常在以下位置测量：

  • 轴承座： 使用安装在轴承盖或底座上的加速度计或速度传感器
  • 轴表面： 使用非接触式接近探头直接测量轴的运动
  • 多种方向： 水平和垂直方向的测量可以提供横向运动的完整信息

横向振动的主要原因

横向振动可能源于多种来源，每种来源都会产生独特的振动特征：

1. 失衡（最常见）

不平衡 是横向振动的最常见原因。不对称的质量分布会产生旋转离心力，从而导致：

  • 1X（每转一次）振动频率
  • 相对稳定 阶段 关系
  • 振幅与速度的平方成正比
  • 圆形或椭圆形 轴轨道

2. 错位

轴错位 耦合机器之间会产生横向力：

  • 主要振动频率为 2 倍（每转两次）
  • 还可以激发 1 倍及更高次谐波
  • 通常也表现出较高的轴向分量
  • 相位关系与不平衡状态不同

3. 弯曲或弓形轴

永久弯曲或弓形的轴会造成几何偏心：

  • 1X 振动，可能看起来类似于不平衡
  • 即使在低速滚动时，振动也很剧烈
  • 仅靠平衡难以纠正

4. 轴承缺陷

滚动轴承 缺陷会产生特征性的横向振动：

  • 高频分量（轴承故障频率）
  • 受低频调制而产生 边带
  • 通常需要 包络分析 用于检测

5. 机械松动

轴承、地基或安装螺栓松动会导致：

  • 多重谐波（1X、2X、3X 等）
  • 对强迫的非线性响应
  • 不规则或不稳定的振动

6. 转子-定子摩擦

旋转部件与静止部件之间的接触会产生：

  • 次同步部件
  • 振动幅度和相位的突然变化
  • 可能的热弯曲

横向振动与其他振动类型

旋转机械的振动主要发生在三个方向上：

横向（径向）振动

  • 方向： 垂直于轴线
  • 常见原因： 不平衡、不对中、轴弯曲、轴承缺陷
  • 测量： 轴承座上的加速度计或速度传感器；轴上的接近探头
  • 优势： 通常情况下，最大振幅振动分量

轴向振动

  • 方向： 与轴线平行
  • 常见原因： 不对中、推力轴承问题、工艺流程问题
  • 测量： 轴向安装的加速度计
  • 优势： 通常振幅低于横向振幅，但可用于诊断某些断层。

扭转振动

  • 方向： 绕轴线的扭转运动
  • 常见原因： 齿轮啮合问题、电机电气问题、联轴器问题
  • 测量： 需要专用的扭转振动传感器或应变计
  • 优势： 通常很小，但可能导致疲劳失效

横向振动模态和临界速度

在 转子动力学, 横向振动模态描述了轴的特征挠曲模式：

第一横向模式

  • 简单的弯曲形状（单弧或弓形）
  • 最低固有频率
  • 最容易被失衡所激怒
  • 第一的 临界速度 对应于此模式

第二横向模式

  • 具有一个节点的S形挠度
  • 更高的自然频率
  • 第二临界速度
  • 对……很重要 柔性转子

高阶横向模态

  • 形状日益复杂，具有多个节点
  • 仅适用于高速或高柔性转子
  • 可能由叶片通过或其他高频激励引起

测量与监测

测量参数

横向振动由以下几个参数表征：

  • 振幅: 运动的大小，可以用位移（µm，mils）、速度（mm/s，in/s）或加速度（g，m/s²）来衡量。
  • 频率： 通常情况下，不平衡振动的试验速度为运行速度的 1 倍，但也可能包含谐波和其他频率。
  • 阶段: 相对于轴上参考标记的最大位移时间
  • 轨道： 从端面观察，轴中心实际运动的轨迹。

测量标准

国际标准对可接受的横向振动水平提供了指导：

  • ISO 20816系列： 基于均方根速度的各种机器类型的振动极限
  • API 610、617、684： 泵、压缩机和转子动力学的行业特定标准
  • 严重程度区域： 根据设备类型和尺寸，定义可接受级别、警戒级别和报警级别。

控制与缓解

平衡

平衡 是减少不平衡引起的横向振动的主要方法：

结盟

精确的轴对准可以减少因不对中造成的横向力：

  • 用于精确轴定位的激光对准工具
  • 在对准过程中考虑热生长因素
  • 在进行足部矫正前，先进行轻柔的足部矫正。

减震

减震 控制横向振动幅度，尤其是在临界速度下：

  • 流体动压轴承可提供显著的阻尼效果
  • 挤压膜阻尼器用于额外控制
  • 支撑结构阻尼处理

刚度修正

改变系统刚度会改变临界速度：

  • 轴径增大可提高临界转速
  • 轴承跨距减小会提高第一临界速度
  • 基础加固会影响整个系统的响应

诊断意义

横向振动分析是机械诊断的基石：

  • 趋势： 长期监测横向振动可以发现正在出现的问题。
  • 故障识别： 振动频率和模式可识别特定故障类型
  • 严重程度评估： 与标准值相比，振幅表明问题的严重程度。
  • 平衡验证： 横向振动减少证实平衡成功。
  • 基于状态的维护： 振动水平触发维护措施

有效控制横向振动对于旋转机械的可靠、长期运行至关重要，因此它是振动监测计划、预测性维护策略和转子动力学设计考虑的主要重点。.

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类别 词汇表振动诊断
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