搜索【經(jīng)驗分享】 轉(zhuǎn)子動力學有關的規(guī)范和標準【轉(zhuǎn)發(fā)】
2017-02-15 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
為了保證旋轉(zhuǎn)機械能夠安全可靠地運行,并有一定的服役壽命,有關單位和組織,通過匯集和分析相關理論成果和實際經(jīng)驗,制訂了許多規(guī)范和標準。
這些規(guī)范和標準就級別說,有國際的、國家的、行業(yè)協(xié)會的和企業(yè)的。規(guī)范和標準是工程技術長期實踐的結(jié)晶,其中的關鍵數(shù)據(jù)一般都是經(jīng)過驗證的。
對于企業(yè)來說,設計規(guī)范往往都是企業(yè)的核心技術內(nèi)容。因此,我們對待規(guī)范和標準,首先要有尊重和敬畏的態(tài)度,嚴格遵照執(zhí)行。但另一方面也要看到,規(guī)范和標準是針對普遍的和一般的情況制定的,因此偏于安全。
根據(jù)不同的具體情況和條件,可有一定的靈活性。使用者不應墨守成規(guī),在應用過程中要有所發(fā)現(xiàn),有所創(chuàng)新,但這要十分謹慎,要經(jīng)過充分分析和驗證。
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1. 關于轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)子在彈性支撐下的各階臨界轉(zhuǎn)速不應在工作轉(zhuǎn)速n的±10%范圍內(nèi),阻尼轉(zhuǎn)速也應避開工作轉(zhuǎn)速的±10%范圍,如果不能滿足要求,應校核轉(zhuǎn)子的不平衡響應。
有的標準要求在(0.2~0.6)×n和(0.2~0.6)×n范圍內(nèi)沒有臨界轉(zhuǎn)速,其中n為工作轉(zhuǎn)速。
2.關于轉(zhuǎn)子的平衡品質(zhì)和不平衡響應
對于功能、結(jié)構(gòu)、尺寸等各不相同的轉(zhuǎn)子,它們的不平衡狀態(tài)應當用一個統(tǒng)一的尺度來衡量,這個尺度成為平衡品質(zhì)。平衡品質(zhì)G值與不平衡離心力在轉(zhuǎn)子軸承上引起的動壓力成正比。即:具有相同平衡品質(zhì)的各種機器,其軸承單位面積上承受的動壓力大致相當。
根據(jù)轉(zhuǎn)子的平衡品質(zhì)、轉(zhuǎn)子質(zhì)量和工作最大轉(zhuǎn)速,可確定轉(zhuǎn)子的允許不平衡量。以最能激發(fā)工作轉(zhuǎn)速下各階模態(tài)為原則,將它分配到轉(zhuǎn)子的各平衡面上,計算不平衡響應,然后與有關標準比較。
由于不平衡量的分布、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的阻尼都難以確定,加之計算結(jié)果往往是轉(zhuǎn)軸的絕對振動,而標準一般規(guī)定的是轉(zhuǎn)軸(相對于軸承座)的相對振動或軸承座的振動,所以嚴格說兩者難以直接比較。
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但是一些資料中還能查到一些規(guī)定,列出如下供參考。
在工作轉(zhuǎn)速穩(wěn)態(tài)運行時,機組各軸頸振動峰峰值不大于50μm,軸承座振動峰峰值不大于25μm;過臨界轉(zhuǎn)速時,機組各軸頸振動峰峰值不大于150μm,軸承座振動峰峰值不大于75μm。
汽輪機轉(zhuǎn)子在25%~85%工作轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi),轉(zhuǎn)子響應的峰峰值應小于0.229mm;在85%~125%工作轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi),轉(zhuǎn)子響應的峰峰值應小于0.076mm,否則校核轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。
3.關于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的對數(shù)衰減率
轉(zhuǎn)子的各階固有頻率的對數(shù)衰減率δ都應大于0.15~0.20(丹麥 J.W.Lund推薦)。
東方汽輪機廠對汽輪機規(guī)定:轉(zhuǎn)子的各階固有頻率的對數(shù)衰減率δ都應大于0.20。
哈爾濱汽輪機廠對汽輪機規(guī)定:轉(zhuǎn)子各階固有頻率的對數(shù)衰減率δ都應大于0.12。
美國GE公司規(guī)定在工作轉(zhuǎn)速±10%范圍內(nèi)的臨界轉(zhuǎn)速的對數(shù)衰減率δ都應大于0.1;不在此范圍內(nèi)的臨界轉(zhuǎn)速的對數(shù)衰減率δ不作規(guī)定。
油膜失穩(wěn)的閾速應大于1.25n,其中n為工作轉(zhuǎn)速。
對于固定瓦塊的軸承應計算其比壓,例如,日立公司控制橢圓軸瓦軸承設計比壓大于0.8MPa(最小比壓0.32Mpa,安全系數(shù)2.5),以防止油膜失穩(wěn)。
4. 關于品質(zhì)因子Q
品質(zhì)因子Q是無量綱量。Q因子大,表示振動模態(tài)的阻尼小,自由振動衰減慢,強迫振動的共振峰尖銳。
一些國家標準和國際標準采用Q因子來評價機械振動特性,稱為機器的不平衡靈敏度,如國家標準GB/T 19874《機械振動 機器不平衡敏感度和不平衡靈敏度》,它等效于同名的國際標準。
5.關于扭轉(zhuǎn)振動
轉(zhuǎn)子的扭轉(zhuǎn)振動固有頻率應避開工頻和其倍頻的±10%。
如果轉(zhuǎn)子的某階扭振固有頻率不滿足上述要求,則應另作安全校核。校核方法是:在電機上加8%的滿負荷的正弦激勵扭矩,頻率等于該固有頻率,此時軸系各截面處的扭轉(zhuǎn)切應力均應不大于相應轉(zhuǎn)子材料的剪切疲勞限。
此外如用于發(fā)電,則需要校核發(fā)電機兩相短路、三相失步等故障時轉(zhuǎn)子有關軸頸的扭轉(zhuǎn)切應力。故障的電磁扭矩應由電機設計部門提供。
短路故障時,軸系各截面的最大切應力不應大于材料的屈服限57.7%。
失步故障時,軸系各截面的最大切應力不應大于材料的屈服限77.9%。
這類標準和規(guī)范雖然和設計沒有直接的關系,但是設計者必須加以注意和了解,以便設計時合理地布置測點,采取各種措施減小機械運行時的振動。
目前,關于轉(zhuǎn)動機械振動限值的國家標準有兩個:
GB/T 6075是以非轉(zhuǎn)動部件(一般為軸承座)的絕對振動為控制參數(shù)。
GB/T 11348是以轉(zhuǎn)子軸頸相對于軸承座的振動為主要控制參數(shù)。
[1] 聞邦椿,顧家柳,夏松波,王正.高等轉(zhuǎn)子動力學[M].北京:機械工業(yè)出版社,2000:34.
[2] GB/T 6075.1機械振動 在非轉(zhuǎn)動部件上測量評價機器的振動,第1部分:總則
[3] GB/T 6075.2 機械振動 在非轉(zhuǎn)動部件上測量和評價機器的振動,第2部分:功率大于50MW陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機組
[4] GB/T 6075.3 機械振動 在非轉(zhuǎn)動部件上測量和評價機器的振動,第3部分:額定功率大于15KW,額定轉(zhuǎn)速在120r/min至15000r/min之間的在現(xiàn)場測量的工業(yè)機器
[5] GB/T 6075.4 機械振動 在非轉(zhuǎn)動部件上測量和評價機器的振動,第4部分:不包括航空器類的燃氣輪機驅(qū)動裝置
[6] GB/T 6075.5 機械振動 在非轉(zhuǎn)動部件上測量和評價機器的振動,第5部分:水力發(fā)電廠和泵站機組
[7] GB/T 6075.6 機械振動 在非轉(zhuǎn)動部件上測量和評價機器的振動,第6部分:功率大于100kW的往復式機器
[8] GB/T 13824 旋轉(zhuǎn)和往復式機器的機械振動—對測量振動烈度一起的要求
注: 本資料來源于清華大學動力許與控制叢書“十二五”國家重點圖書出版規(guī)劃項目——轉(zhuǎn)動機械的轉(zhuǎn)子動力學設計,作者:清華大學,王正教授。
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