什么是干涉图？临界转速映射 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡 什么是干涉图？临界转速映射 • 便携式平衡仪、振动分析仪"Balanset"，用于对破碎机、风机、粉碎机、联合收割机螺旋输送机、轴、离心机、涡轮机以及许多其他转子进行动态平衡

什么是干涉图？临界速度映射

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理解干涉图

定义：什么是干涉图？

一个 干涉图 是用于……的图形工具 转子动力学 确定激励频率与系统频率“干扰”（匹配）的转速范围 固有频率, 为……创造条件 谐振. “干扰”一词指的是强迫频率（来自）与噪声之间的不良相互作用。 不平衡, （例如，刀片通过或其他来源）以及可能导致过度振动的固有频率 振动.

虽然与……密切相关 坎贝尔图, 干涉图通常特别侧重于突出显示交叉点（干涉）和相关的速度区域，这些区域在操作过程中应该避免或快速通过。.

与坎贝尔图的关系

实际上，“干涉图”和“坎贝尔图”这两个术语经常互换使用，因为它们展示的信息相似。然而，它们之间也存在一些细微差别：

坎贝尔图强调

  • 完整展现了固有频率随速度变化的情况
  • 将固有频率曲线显示为速度的连续函数。
  • 主要用于全面的转子动力学分析和设计

干涉图重点

  • 重点关注具体问题领域——交汇点
  • 通常包括围绕临界速度的阴影“禁区”
  • 更注重操作层面，强调速度范围以避免
  • 可能包含除不平衡之外的多种激励源

干涉图的构建

干涉图的构建方式与坎贝尔图类似，但增加了额外的操作背景：

基本要素

  • 水平轴： 转速（RPM 或 Hz）
  • 纵轴： 激励频率或固有频率（赫兹或千赫兹）
  • 自然频率线： 展示系统固有频率如何随速度变化
  • 激发级数线： 1X、2X、3X 和其他激励源的对角线

附加功能

  • 交叉点已突出显示： 临界速度用符号或注释明确标示
  • 禁速区域： 每个临界速度周围的阴影带显示了应避免的速度范围。
  • 运行速度范围： 通常以垂直条带或高亮区域的形式清晰标示
  • 快速穿越区： 启动/关闭过程中快速通过的速度范围
  • 多个激发源： 叶片通过频率、齿轮啮合频率、轴承缺陷频率曲线

干扰类型

干涉图可以识别各种类型的问题交互：

1. 同步干扰 (1X)

最常见的类型是，每转一次的不平衡力与固有频率重合。这是经典的 临界速度 健康）状况。

2.谐波干扰（2倍、3倍等）

运行速度的高次谐波也能激发共振。常见来源包括：

  • 2倍： 来自 错位, 机械松动或不对称刚度
  • 3倍、4倍： 从齿轮齿接触、多叶轴承或结构不对称

3. 叶片/导叶通过干涉

对于涡轮机械而言，叶片通过频率（叶片数×转速）会激发结构模态。干涉图显示了叶片通过频率线与固有频率的交点。.

4. 次同步干扰

油旋等现象（通常为 0.43X-0.48X）会产生次同步干扰，必须加以识别和管理。.

5. 拍频干扰

在耦合系统或具有多个旋转元件的系统中，轻微的速度差异产生的拍频会产生干扰。.

机械设计中的实际应用

设计阶段应用

  1. 避免临界速度： 确保运行速度范围不与干扰区域重叠
  2. 分离裕度验证： 确认所有关键转速周围有足够的裕量（通常为±15%至±30%）。
  3. 激励源管理： 如果无法避免干扰，则降低激励源的幅度（改善平衡、减少错位等）。
  4. 阻尼要求： 确定增强之处 减震 需要控制共振振动

修改和故障排除

当现有机械出现振动问题时，干涉图可以提供帮助：

  • 确定问题是否是由于运行速度过于接近临界速度造成的。
  • 评估拟议的修改方案（轴承变更、增加质量、刚度修改）
  • 预测速度变化或变速运行的影响
  • 确定问题是否由意外激励源引起

设立禁速区

干涉图的一个关键特征是定义禁速区或限速区：

区域宽度确定

每个禁区的宽度取决于几个因素：

  • 系统阻尼： 低阻尼需要更宽的区域；高阻尼允许更窄的区域。
  • 激励幅度： 强激励源需要更宽的避让区域
  • 运营后果： 关键设备可能需要更保守（更宽）的区域
  • 典型值： 对于阻尼良好的系统，误差为±15%；对于阻尼不良的系统，误差为±20-30%。

操作规程

根据干涉图，制定操作规程：

  • 允许连续运行： 无干扰的速度范围
  • 需要快速穿越： 启动/关闭过程中必须快速通过的禁区
  • 绝对禁止： 严重共振区域，严禁操作。

示例：涡轮干涉图

考虑一台具有以下特性的蒸汽轮机：

  • 运行速度： 3000 转/分 (50 赫兹)
  • 首次临界速度： 2400 转/分 (40 赫兹)
  • 第二临界速度： 4200 转/分 (70 赫兹)
  • 刀片数量： 60
  • 转速为 3000 转/分时的叶片通过频率： 60 × 50 Hz = 3000 Hz

干涉图显示：

  • 1X 线穿过第一个固有频率： 临界转速为 2400 转/分——禁区：2040-2760 转/分 (±15%)
  • 1X 线穿过第二固有频率： 临界转速为 4200 转/分——由于运行转速远低于此，因此无需担心。
  • 运行速度（3000 转/分）： 在两个临界速度之间保持安全，并具有良好的间隔裕度
  • 刀片通过频率： 在 3000 Hz 时，工作范围内不会对结构模式造成干扰

操作指南：

  • 启动时，转速在 30 秒内加速至 2040-2760 RPM 范围。
  • 连续运转转速在 2800-3200 转/分之间是可以接受的。
  • 请勿尝试在 2040-2760 转/分之间连续运转。

高级考量

温度效应

一些干涉图包含多条曲线，显示固有频率如何随温度变化而变化（热膨胀会影响刚度和轴承特性）。临界转速也会随着机器升温而改变。.

荷载效应

对于工艺载荷会显著影响轴承刚度或转子挠度的机械，干涉图可能会显示不同载荷条件下的曲线族。.

耦合系统

当多个转子耦合在一起时（电机-水泵组、汽轮发电机组），干涉图必须考虑耦合的扭转和横向模式，这些模式可能会产生额外的临界速度。.

创建干涉图

来自分析模型

  1. 建立转子轴承系统的有限元模型
  2. 计算多种转速下的固有频率
  3. 绘制固有频率与速度的关系曲线
  4. 叠加激励顺序线（1X、2X、叶片通过等）
  5. 标明交叉点并设立禁区
  6. 标注操作速度范围和步骤

来自实验数据

  1. 进行启动和滑行测试，并进行振动监测
  2. 产生 瀑布图 或 波特图
  3. 通过振幅峰值和相位偏移确定临界速度位置
  4. 绘制干涉图，标出观测到的临界速度。
  5. 根据测得的振动水平，建立经验禁区。

对运营和维护的益处

干涉图为机器操作员和维护人员提供了有价值的指导：

  • 明确操作限制： 安全速度范围和不安全速度范围的视觉指示
  • 启动/关闭程序： 确定快速穿越的速度
  • 变速运行： 定义了可调速驱动器的可接受速度范围
  • 故障排除工具： 有助于诊断振动问题是否与速度有关
  • 修改计划： 显示拟议变更在实施前的影响
  • 训练辅助工具： 用于理解机器动态行为的教育工具

对于关键旋转机械而言，干涉图是一份重要的文件，操作人员、维护技术人员和工程人员都应该能够查阅，以确保每个人都了解机器的动态特性，并在安全的速度范围内操作机器。.

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