汽轮发电机组的轴系扭振 电力系统的某些故障和运行方式，往往导致大型汽轮发电机组的轴系扭转振动，以致造成轴系某些部件或联轴器的疲劳损坏。轴系扭振是指组成轴系的多个转子，如汽轮机的高、中、低压转子，发电机、励磁机转子等之间产生的相对扭转振动。随着汽轮发电机组单机容量增大，轴系的功率密度亦相对增大，以及轴系长度的加长和截面积相对下降，整个轴系成为一个两端自由的弹性系统，并存在着各种不同振型的固有的轴系扭转振动频率。同时随着大电网远距离输电使系统结构和输电技术愈趋复杂。由于这两方面的原因，电力系统因故障或运行方式的改变所引起的电气系统与轴系机械系统扭振频率的耦合作用，将会导致大型汽轮发电机组的轴系扭转振动，严重威胁机组的安全运行。 产生轴系扭振的原因，归纳起来为两个方面：一是电气或机械扰动使机组输入与输出功率（转矩）失去平衡，或者出现电气谐振与轴系机械固有扭振频率相互重合而导致机电共振；二是大机组轴系自身所具有的扭振系统的特性不能满足电网运行的要求。因此，无论产生的原因如何，从性质上又可将轴系扭振分为：短时间冲击性扭振和长时间机电耦合共振性扭振等两种情况。 从原则上讲，电力系统出现的各种较严重的电气扰动和切合操作都会引起大型汽轮发电机组轴系扭振，从而产生交变应力并导致轴系疲劳或损坏，只是其影响程度随运行条件、电气扰动和切合操作方式、频率（次数）等不同而异。其中影响较大的可归纳为以下四个方面： 1．电力系统故障与切合操作对轴系扭振的影响：通常的线路开关切合操作，特别是功率的突变和频繁的变化；手动、自动和非同期并网；输出线路上各种 类型的短路和重合闸等都会激发轴系的扭振并造成疲劳损伤。 2．发电厂近距离短路和切除对轴系扭振的影响：发电厂近距离（包括发电机端）二相或三相短路并切除以及不同相位的并网，都会导致很高的轴系扭转机械 应力。例如在发电机发生三相短路时，短路处电压下降接近于零，于是在短 路持续时间内，一方面与短路前有功负荷对应的同步电磁转矩接近于零，同 时发电机因短路并以振荡形式出现的暂态电磁转距将激发起整个轴系的扭 转振动。 3．电力系统次同步振荡对轴系扭振的影响：在电力系统高压远距离输电线路上，当采用串联补偿电容用以提高输电能力时，该电容器同被补偿的输电线 路的电感，将构成L-C回路（略去回路电阻）并产生谐振。当电网频率与上 述的谐振频率的差值与轴系某一机械固有扭振频率相同或接近时，则上述的 电气谐振与机械扭振合拍并相互激励，从而给机组轴系的安全运行构成严重 的威胁。由于电气谐振频率低于电网频率，通常称为次同步振荡。 4．电力系统负序电流对轴系扭振的影响：发电机定子绕组中的负序电流可由三相负荷不平衡、各种不对称短路、断线故障引起。负序电流相当于一个外力 源，因此由负序电流产生的轴系扭振有别于上述的自激扭振，并称之为强迫 扭振。负序电流在电机中产生的旋转磁场与转子的励磁磁场相互作用，并产 生交变转矩作用在轴系上，如果这一交变转矩的频率同机组轴系某一个固有 的扭振频率重合，就会激发起轴系的扭振。 预防和抑制轴系扭振的措施可以从设计制造、运行方式，机—电配合、在线监测等几个方面针对不同的情况采取相应的措施。 设计制造，是指包括汽轮发电机轴系扭振频率、绕组的设计、选材、工艺和机械加工以及输电系统的线路的结构方式、继电保护、控制手段以及串联电容补偿方式的设计与选择
螺杆压缩机的工作原理 1.什么叫螺杆空压机： 螺杆压缩机是一种工作容积作回转运动的容积式气体压缩机械。气体的压缩依靠容积的变化来实现，而容积的变化又是借助压缩机的一对转子在机壳内作回转运动来达到。 螺杆压缩机的基本结构： 在压缩机的机体中，平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子，通常把节圆外具有凸齿的转子，称为阳转子或阳螺杆。把节圆内具有凹齿的转子，称为阴转子或阴转子，一般阳转子与原动机连接，由阳转子带动阴转子转动转子上的最后一对轴承实现轴向定位，并承受压缩机中的轴向力。转子两端的圆柱滚子轴承使转子实现径向定位，并承受压缩机中的径向力。在压缩机机体的两端，分别开设一定形状和大小的孔口。一个供吸气用，称为进气口；另一个供排气用，称作排气口。 2.螺杆空压机工作原理：螺杆压缩机的工作循环可分为进气，压缩和排气三个过程。随着转子旋转，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环。 1)进气过程：转子转动时，阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空 间最大，此时转子齿沟空间与进气口的相通，因在排气时齿沟的气体被完全排出，排气完成时，齿沟处于真空状态，当转至进气口时，外界气体即被吸入，沿轴向进入阴阳转子的齿沟内。当气体充满了整个齿沟时，转子进气侧端面转离机壳进气口，在齿沟的气体即被封闭。 2)压缩过程：阴阳转子在吸气结束时，其阴阳转子齿尖会与机壳封闭，此时气 体在齿沟内不再外流。其啮合面逐渐向排气端移动。啮合面与排气口之间的齿沟空间渐渐件小，齿沟内的气体被压缩压力提高。 3)排气过程：当转子的啮合端面转到与机壳排气口相通时，被压缩的气体开始 排出，直至齿尖与齿沟的啮合面移至排气端面，此时阴阳转子的啮合面与机壳排气口的齿沟空间为0，即完成排气过程，在此同时转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，进气过程又再进行。
电信号扰动下的轴系扭振 摘要 本文用一种改进的Riccati扭转传递矩阵结合Newmark-β方法研究非线性轴系的扭转振动响应。首先，该系统被模化成一系列由弹簧和集中质量点组成的系统，从而建立一个由多段集中质量组成的模型。第二，通过这种新发展起来的程序可以从系统的固有频率和扭振响应中消除累计误差。这种增量矩阵法，联合结合了Newmark-β法改进的Riccati扭转传递矩阵法，进一步应用于解决非线性轴系扭转振动的动力学方程。最后，将一种汽轮发电机组作为一个阐述的例子，另外仿真分析已被应用于分析典型电网扰动下的轴系扭振瞬时响应，比如三相短路，两相短路和异步并置。实验结果验证了本方法的正确性并用于指导涡轮发电机轴的设计。 关键词：传递矩阵法；Newmark-β法；汽轮发电机轴；电学干扰；扭转振动 1.引言 转子动力学在很多工程领域起着很重要的作用，例如燃气轮机，蒸汽轮机，往复离心式压气机，机床主轴等。由于对高功率转子系统需求的持续增长，计算临界转速和动态响应对于系统设计，识别，诊断和控制变得必不可少。由于1970年和1971年发生于南加州Edison’sMohave电站的透平转子事故，业界的注意力集中在由传动行为导致的透平发电机组内的轴的扭转振动。当代的大型透平发电机组单元轴系系统是一种高速共轴回转体。它是由弹性联轴器连接，由透平转子，发电机和励磁机组成。电力系统故障或操作条件的变化引起的机电暂态过程可能导致轴的扭转振动，而轴的扭转振动对于设计来说是非常重要的。对于透平发电机轴系扭振的研究，如发生次同步谐振和高速重合，基本的是对固有频率和振动响应的计算的研究。 当前，有限元法和传递矩阵法是最流行的两种分析轴系扭振的方法。有限元法（FEM）通过二阶微分方程构造出转子系统直接用于控制设计和评估，而传递矩阵法 （TMM）解决频域内的动态问题。TMM使用了一种匹配过程，即从系统一侧的边界条 1
螺杆压缩机振动原因分析 1前言 螺杆压缩机是一种容积型、回转式压缩机,它具有许多活塞压缩机无法比拟的优点。近年来,随着转子齿型和其它结构的不断改进,各方面性能在逐步提高,机型种类也在不断增多,容量范围和使用范围也越来越大,特别是在中型制冷装置上,是取代活塞压缩机具有发展前景的一种机型。但是,由于螺杆压缩机作为一种新型的压缩机,在检修维护保养方面,还缺乏成熟的经验与资料。笔者结合这几年来在螺杆机的维护保养方面的工作经验和实践,就螺杆制冷压缩机在使用过程发生的振动问题,进行分析,找出解决振动的方法,从一个侧面为搞好螺杆压缩机的维护保养进行了探讨。 2问题的提出 该螺杆压缩机组用于江苏金浦集团钟山化工有限公司冷冻装置,为双螺杆式,机组型号为LG20A200Z,由武汉冷冻机厂生产制造,主要技术指标见表1。 螺杆机自投入运行以来一直运行平稳,但前一段时间,压缩机出现振动情况,而且随着时间推移,机组振动的幅度也越来越大,不但严重影响到机组的正常运行,而且还多次由于振动造成有关管路脱焊,从而造成跑氨事故的发生,已直接危及到整套装置的正常运行和操作人员的人身安全,螺杆压缩机的振动问题已到了非解决不可的地步。 3原因分析 3.1分析有可能产生振动的原因 为了使分析更有针对性,我们对机组的振动情况进行了检测,测点(主要分布在轴承处)分布如图1所示。检测结果显示,机组③④两测点处的振动较大,且振幅从大到小的排列次序为③④②①,这充分说明机组的振动是由螺杆机头引起的。
在详细查阅了有关资料及产品说明书,掌握了机组的工作原理及其结构的基础上,对机组的振动原因进行了全面的分析和探讨,认为引起螺杆机组振动的原因有以下几种可能: (1)机组操作不当,吸入过量的润滑油和制冷剂液体; (2)压缩机与电机轴线错位偏心; (3)压缩机地脚螺栓松动或螺帽松动; (4)机组与管道的固有频率相同而产生振动; (5)压缩机与电机联轴节由于敲击变形,传动芯子磨损等因素,联轴器组合件产生偏重,静平衡被破坏; (6)机组内部的阴阳转子在运转中受到了不平衡力的作用。 3.2运用排除法,找出振动的真正原因 (1)对机组进行全面检查后,按照正常开车程序,重新起动机组,调整各运行参数(油压、油温、进气压力、排气压力、电流等)至正常范围; (2)重新校正压缩机与电机同轴度到规定的范围(端面跳动0.08mm,径向跳动0.08mm) ; (3)检查地脚螺栓、螺母有无松动,并紧固好; (4)改变机组有关工艺管线支承点位置,把关键部位的硬管连接改为波纹管连接和不锈钢软管连接,消除共振点。 综上所述,每采取一项相应对策和措施后,都开机试运转,检查机组振动情况,发现机组振动情况暂时虽有所好转,但振动还没有从根本上消除,这说明以上4个方面的原因不是机组振动的主要原因。 (5)检查联轴器,发现有敲击痕,并变形很大;拆卸联轴器,联轴器橡胶传动芯子磨损严重。由此我们推断,联轴器可能产生偏重,静平衡被破坏。再经过多次盘动机组,转动后停止的位置基本维持不变,又从另外一个侧面证明以上的推断。
船舶柴油机的轴系扭转振动的分析与研究 【摘要】本文通过一些国内因轴系扭转振动而引起的断轴断桨的事故实例，来分析引起轴系扭转振动的主要原因，分析扭振主要特性，并提取一些减振和防振的基本控制措施。 【关键词】船舶柴油机轴系扭振危害分析措施 在现代船舶机械工程中，船舶柴油机轴系扭转振动已经成为一个很普遍的问题，它是引起船舶动力装置故障的一个很常见的原因，国内外因轴系扭转而引起的断轴断桨的事故也屡见不鲜，随着科学水平的提高和航运业的发展，人们越来越重视船舶柴油机组的轴系扭转振动，我国《长江水系钢质船舶建造规范》和《钢质海船入级与建造规范》（简称《钢规》）和也均规定了在设计和制造船舶过程中，必须要向船级社呈报柴油机组的轴系扭转振动测量和计算报告，以此来表明轴系扭转振动的有关测量特性指标均在“规范”的允许范围内。 1 船舶柴油机轴系扭转振动现象简介 凡具有弹性与惯性的物体，在外力作用下都能产生振动现象。它在机械，建筑，电工，土木等工程中非常普遍的存在着。振动是一种周期性的运动，在许多场合下以谐振的形式出现的，船舶振动按其特点和形式可分为三种，船体振动，机械设备及仪器仪表振动，和轴系振动。船舶柴油机轴系振动按其形式可分为三种：扭转振动，纵向振动，横向振动。柴油机扭转振动主要是由气缸内燃气压力周期性变化引起的，它的主要表现是轴系上各质点围绕轴系的旋转方向来回不停的扭摆，各轴段产生不相同的扭角。纵向振动主要是由螺旋桨周期性的推力所引起的。横向振动主要是由转抽的不平衡，如螺旋桨的悬重以及伴流不均匀产生的推力不均匀等的力的合成。 船舶由于振动引起的危害不但可以产生噪音，严重影响旅客和船员休息，还会造成仪器和仪表的损害，严重的时候甚至出现船体裂缝断轴断桨等海损事故，直接影响船舶的航行安全。而在船舶柴油机轴系的三种振动中，产生危害最大的便是扭转振动，因扭转振动而引起的海损事故也最多，因此对扭转振动的研究也最多。而且当柴油机轴系出现扭转振动时，一般情况下，船上不一定有振动的不适感，因此这种振动也是最容易被忽视的一种振动形式，一旦出现扭转振动被忽视，往往意味着会发生重大的事故。更应该注意的是，当发动机运转在主临界速度时，自由端的传动齿轮箱往往容易发生齿击或噪声大的现象，这时检查时会发现齿轮有点蚀或剥落等磨损现象，严重时会有断齿事故。有时在强共振的情况下，轴系中的某些位置只要数分钟运行就能自行发热，稍有疏忽，就可能造成断轴断桨的海损事故。 2 船舶柴油机因扭振而引起的断轴断桨的事故及分析 （1）广西海运局北海分局所属沿海货轮400吨桂海461、462、463，三条
船舶轴系扭振计算 1 已知条件 轴系原始资料 2 当量系统 2.1惯量计算（或给定） 2.2 刚度计算（或给定） 2.3 当量系统转化，即将系统转化成惯量－刚度系统，并给出当量系统图以及相关参数（见表） 当量系统参数
3 固有频率计算（自由振动计算并画出振型图） Holzer表 4 共振转速计算 5强迫振动计算(动力放大系数法的计算步骤) 步骤1：激励计算
步骤2：计算第1惯性圆盘的平衡振幅 步骤3：计算各部件的动力放大系数
步骤4：求总的放大系数 d r s p e Q Q Q Q Q Q 111111++++= 步骤5：计算第1质量的振幅 A ＝Q ×A 1st 步骤6：轴段共振应力计算 101,A k k ?=+ττ 步骤7：共振力矩计算 步骤8：非共振计算 2 22 2 1111??? ? ??+??? ???????? ? ??-= c c st n n Q n n A A 步骤9：扭振许用应力计算（按CCS96规范） 步骤10：作出扭振应力或振幅－转速曲线 能量法计算步骤： 步骤1 相对振幅矢量和的计算（如为一般轴系，可省略） 步骤2 激励力矩计算M v （若为柴油机轴系，方法同动力放大系数法步骤1；若为一般轴系，则已知条件给定） 步骤3：激励力矩功的计算 ∑=k T A M W απν1 步骤4：阻尼功的计算 各部件的阻尼功
部件外阻尼功的计算： 步骤5：阻尼力矩功W c 的计算(为系统各部件总阻尼功之和) +++++=cr cs cp cd ce c W W W W W W 步骤6：求第1质量振幅A1 c T W W A = 1 步骤7－11同动力放大系数法步骤6－10 强迫振动计算结果表：
第22卷 第5期（总第131期）2011年10月 船舶 SHIP&BOAT Vol.22No.5October，2011 ［船舶轮机］ 某船舶推进轴系扭振计算分析 金立平 （吉林省地方海事局 ［关键词］船舶推进轴系；有限元；转动惯量；扭振［摘 要］提高轴系扭振计算精度，必须有精确的原始参数，以准确掌握船舶轴系扭振情况。在有限元分析软件 中，建立曲柄半拐等的三维模型，用有限元分析方法精确的确定了各质量、轴段的转动惯量、扭转刚度等精确原始参数。基于建立的实船轴系当量系统，计算出了各结自由振动的频率及对应的共振转速，自由端和飞轮输出端的振幅，分析了轴段应力和扭矩随曲轴转角及转速的变化关系。结果表明在整个转速范围内，扭转振幅小于限定值，轴段的最大扭矩和应力均小于材料许用值，本船舶轴系扭转振动状况是良好的。 ［中图分类号］U664.21 ［文献标志码］A ［文章编号］1001-9855（2011）05-0046-04 长春130061）Torsionalvibrationcalculationandanalysisofashippropulsionshaft JINLi-ping （JiLinLocalMaritimeSafetyAdministration，Changchun130061） Keywords：marinepropulsionshafting；FEM；inertiamoment；torsionalvibration Abstract：Thepreciseoriginalparametersarecriticalforimprovingthecalculationaccuracyofshafttorsi onalvibration.Athree-dimensionalmodeofahalfcrankisestablishedinthefiniteelementanalysissoftwaretoaccurate lycalculatetheoriginalparameterssuchasthemomentofinertiaandtorsionalstiffnessofeachs haftsection.Basedontheestablishedrealshipshaftingequivalentsystem,thispapercalculatedt hefreevibrationfrequencyandthecorrespondingresonancespeed,aswellasthevibrationampl itudeofthefreeendandtheflywheeloutputend,analyzedtherelationshipofthestressandtorque ofshaftsandthecrankangleandenginespeed.Theresultsshowthatinthewholespeedrange,thet
螺杆压缩机性能分析 作者：管理员发布于：2012-12-10 23:23:19 文字：【大】【中】【小】 空压机的使用不仅让公司在节能这块有了大幅的提升，并且公司的生产效率这点也比以前有了更好的改善。 螺杆式空气压缩机具有结构简单、工作可靠和操作方便等一系列独特的优点，现在已经得到了全面而又广泛的应用。螺杆式压缩机气体的压缩是靠装置于机壳内互相平行啮合的阴阳转子的齿槽的容积变化而达到。转子副在与它精密配合的机壳内转动，使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化而沿着转子轴线由吸入侧推向排出侧，完成吸入、压缩、排气三个工作过程。进气过程，转子转动时，阴阳转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子齿沟空间与进气口的相通，因在排气时齿沟的气体被完全排出，排气完成时，齿沟处于真空状态，当转至进气口时，外界气体即被吸入，沿轴向进入阴阳转子的齿沟内。当气体充满了整个齿沟时，转子进气侧端面转离机壳进气口，在齿沟的气体即被封闭。压缩过程，阴阳转子在吸气结束时，其阴阳转子齿尖会与机壳封闭，此时气体在齿沟内不再外流。其啮合面逐渐向排气端移动。啮合面与排气口之间的齿沟空间渐渐减小，齿沟内的气体被压缩压力提高。排气过程，当转子的啮合端面转到与机壳排气口相通时，被压缩的气体开始排出，直至齿尖与齿沟的啮合面移至排气端面，此时阴阳转子的啮合面与机壳排气口的齿沟空间为零，即完成排气过程，在此同时转子的啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，进气过程又再进行。螺杆空气压缩机组是由螺杆压缩机主机、电动机、油气分离器、冷却器、风扇、水分离器、电气控制箱以及气管路、油管路、调节系统等组成。 螺杆压缩机的性能影响分析 螺杆压缩机是依靠转子的不断啮合输出压缩气体的，因此主轴转速的变化，对压缩机的容积流量、排气压力都会产生影响，因此主轴转速是影响螺杆压缩机性能的一大因素。当排气压力增大，压缩机功耗也增加，比功率增大，则经济效益下降，所以排气压力对压缩机的能耗有非常显著的影响。同时，一些试验结果表明外界的环境温度也会对螺杆压缩机的性能产生影响。中国在不同季节与不同区域的气温相差较大，环境温度不同则压缩机的吸气温度也不同，这一参数将直接影响了螺杆压缩机的性能。因此，对于以上影响螺杆压缩机性能的因素进行分析，将对螺杆压缩机的使用产生非常大的帮助。 结构与性能分析 螺杆压缩机是一种双轴容积式回转型压缩机，其主要是主(阳)副(阴)两根转子配合，组成啮合副，主副转子齿形外部同机壳内壁构成封闭的基元容积;而蜗杆(单螺杆)压缩机是一种单轴容积式回转型压缩机，其啮合副是由一根蜗杆和两个对称平面布置的星轮所组成，由其蜗杆螺槽和星轮齿面及机壳内壁形成封闭的基元容积。 螺杆压缩机的机体均分为两种，一种为皮带传动式，另一种为直接传动
船舶轴系扭振计算的一般步骤 （能量法和放大系数法） 1 已知条件 轴系原始资料
2 当量系统 2.1惯量计算（或给定） 2.2 刚度计算（或给定） 2.3 当量系统转化，即将系统转化成惯量－刚度系统，并给出当量系统图以及相关参数（见表） 当量系统参数 3 固有频率计算（自由振动计算并画出振型图） Holzer表 4 共振转速计算
5强迫振动计算(动力放大系数法的计算步骤) 步骤1：激励计算
步骤2：计算第1惯性圆盘的平衡振幅 步骤3：计算各部件的动力放大系数 步骤4：求总的放大系数 d r s p e Q Q Q Q Q Q 111111++++= 步骤5：计算第1质量的振幅
A ＝Q ×A 1st 步骤6：轴段共振应力计算 101,A k k ?=+ττ 步骤7：共振力矩计算 步骤8：非共振计算 2 22 2 1111??? ? ??+??? ???????? ? ??-= c c st n n Q n n A A 步骤9：扭振许用应力计算（按CCS96规范） 步骤10：作出扭振应力或振幅－转速曲线 6强迫振动计算(能量法的计算步骤) 步骤1 相对振幅矢量和的计算（如为一般轴系，可省略） 步骤2 激励力矩计算M v （若为柴油机轴系，方法同动力放大系数法步骤1；若为一般轴系，则已知条件给定） 步骤3：激励力矩功的计算 ∑=k T A M W απν1 步骤4：阻尼功的计算 各部件的阻尼功 部件外阻尼功的计算：
步骤5：阻尼力矩功W c 的计算(为系统各部件总阻尼功之和) +++++=cr cs cp cd ce c W W W W W W 步骤6：求第1质量振幅A1 c T W W A = 1 步骤7－11同动力放大系数法步骤6－10 强迫振动计算结果表： 7 一缸不发火的扭振计算 1）不发火气缸的平均指示压力近似为零，相应的气体简谐系数为bv ；其他气缸的平均指示压力pimis 为： i i mi s p z z p 1 -= N/mm2；式中：z-气缸数,pi 按前面计算公式计算。 2）相应的Cimis 为：v im is v im is b p a C += 3）一缸不发火影响系数为:∑∑=a C a C mis imis νγ 式中：Cv 、Cvmis ——分别为正常发火与一缸不发火时的简谐系数； ∑a 、∑mis a 分别为正常发火与一缸不发火时的相对振幅矢量和，其中∑mis a 按下式计算： ∑∑∑==+=z k z k k k k k k k mis a a a 1 1 2 ,12 ,1)cos ()sin (νζβνζβ 不发火缸vmis k C b νβ= ，其他气缸为1； 4）一缸不发火的振幅、应力和扭矩： 第1质量振幅为： 11A A mis γ= 轴段应力为： 1,!,1++=k k k m isk γττ 齿轮啮合处振动扭矩为：G gmis T T γ= 弹性联轴器振动扭矩为：R rmis T T γ=
描述：双螺杆压缩机是海上石油平台的重要设备之一。由于双螺杆压缩机组结构相对复杂，包含轴承、齿轮、螺杆等结构部件，造成机组振动信号中往往包含多种特征频率，对采用振动监测实现双螺杆压缩机故障诊断增加了难度，无...
摘要：双螺杆压缩机是海上石油平台的重要设备之一。由于双螺杆压缩机组结构相对复杂，包含轴承、齿轮、螺杆等结构部件，造成机组振动信号中往往包含多种特征频率，对采用振动监测实现双螺杆压缩机故障诊断增加了难度，无法有效地提取和区分各故障频率。本文总结双螺杆压缩机常见且产生较复杂故障频率的机械故障，分析这些故障的振动频谱，提取频谱中频率特征，最后对比和总结故障频谱特征，进而找出区分每一种故障频率的特征，为振动监测实现双螺杆压缩机的有效诊断提供帮助。 1 前言 双螺杆空气压缩机是海洋石油平台的重要设备之一，主要供仪表设备用气和公共用气等，与平台的其它系统有着密切的联系。在平台高效正常的生产过程中，保证双螺杆压缩机的正常运行已成为日常监测维护的重要工作之一。 双螺杆压缩机具有可靠性高、动平衡强、占地面积小、容积效率高、结构简单等优点。双螺杆压缩机是由相互啮合的阴阳螺杆，在壳体内按一定传动比以相反方向转动，通过减小工作容积对气体进行压缩。 一个完整的双螺杆压缩机组包括原动机（电动机）、传动机构（皮带传动或联轴器）和双螺杆压缩机。这样整个机组就包含轴承、齿轮、螺杆、电机转子甚至皮带等较多易产生振动的部件，因此在机组振动频谱中多夹杂这些部件产生
的正常振动频率或异常频率。由于振动监测是对机械设备进行状态监测和故障诊断最常用的监测方法，因此通过振动监测实现对双螺杆压缩机组的诊断，需要提取和分析常见故障的振动频谱。双螺杆压缩机组的振动测点布置图如图1 所示。根据双螺杆压缩机组的结构及多年的经验总结出压缩机常见且故障频率容易混杂的故障形式包括：轴承故障、电机转子条故障、齿轮故障、螺杆故障等。下面分别对各种故障的振动特征进行分析。 2 常见故障的振动特征 2.1轴承故障 轴承作为易损件，其常见的失效方式包括磨损、疲劳、断裂等。当轴承元件的工作表面出现局部缺陷时，会以一定的通过频率产生一系列的宽带冲击和冲击衰减响应。通过现场的监测总结双螺杆压缩机轴承常见的故障包含轴承早期故障、轴承磨损、轴承严重故障等。轴承早期故障、轴承磨损、轴承严重故障频谱图分别如图2中a、b、c所示。根据以上故障频谱图可以总结此类故障的频谱图特点，如表1所示。 包络分析是诊断轴承早期故障最有效的方法，包络谱中出现轴承故障频率一般为早期轴承故障；如果包络谱和速度谱中出现明显的轴承故障频率及其谐波，那说明该轴承故障程度较为严重，时域波形甚至出现严重冲击，根据幅值大小可判定是否更换轴承。图2c显示加速度包络总值和速度值较高，说明轴承故障严重且需要立刻更换轴承；速度谱中高频部分出现轴承缺陷频率是由于轴承磨损及运行状况较差引起的高频振动。 2.2 电机转子条故障 转子是电机重要的旋转部件之一，较易出现故障。三相异步电动机常有4、6等条转子，科学技术与工程投稿因此电动机振动频谱中常伴有4倍或6倍等工频的转子条频率。但当转子松动时，振动频谱中就会出现以工频谐波为中心的边频带；当转子条断裂时，振动频谱中出现转子条通过频率及其谐波。转子条松动频谱图如图3所示。电机工频为50 Hz，由于电机转子条出现气隙不均或松动，造成频谱图中出现三倍工频150 Hz的波峰并激起其变频带。 2.3 齿轮故障 双螺杆压缩机驱动端一般安装一副增速齿轮或在非驱动端安装传动齿轮，其作用是传输动力并调节螺杆间的间隙及分配。齿轮的振动特性与传动特性有关。由于齿轮轮廓加工工艺、配合、材质等因素影响，齿轮啮合往往伴随着磨损等现
1 轴系基本数据 轴系布置数据 船舶类型海船 安装类型螺旋桨 中间轴连接方式键槽 减振器无 弹性联轴器无 齿轮箱无 总质量数12 主支质量数12 1级分支数0 2级分支数0 柴油机基本参数 型号7S60MC 制造厂/ 气缸数目7 冲程数 2 气缸型式直列 额定功率(kW) 13570 额定转速(r/min) 105 最低稳定转速(r/min) 30 缸径(mm) 600 活塞行程(mm) 2292 往复部件重量(kg) 5559 平均有效压力(MPa) 1.7 连杆中心距(mm) 2628 发火顺序1-7-2-5-4-3-6 机械效率0.83 第1气缸质量号 2 螺旋桨基本参数 型号Fault 制造厂Fault 直径(mm) 700 叶数 4 盘面比0.7 螺距比 1.1 转动惯量(kg.m^2) 230 螺旋桨所处单元号12
2 系统当量参数表 序号分支号惯量(Kgm^2) 刚度(MNm/rad) 外径(mm) 内径(mm) 传动比标识 1 0 209.0000 1329.787 2 672.0 115.0 1 2 0 10171.0000 1095.290 3 672.0 115.0 1 气缸#1 3 0 10171.0000 1135.0738 672.0 115.0 1 气缸#2 4 0 10171.0000 1054.8523 672.0 115.0 1 气缸#3 5 0 10171.0000 1055.9662 672.0 115.0 1 气缸#4 6 0 10171.0000 1133.7868 672.0 115.0 1 气缸#5 7 0 10171.0000 1165.5012 672.0 115.0 1 气缸#6 8 0 10171.0000 1538.4615 620.0 115.0 1 气缸#7 9 0 3901.0000 3115.2648 620.0 115.0 1 推力轴 10 0 5115.0000 60.3500 480.0 0.0 1 中间轴 11 0 613.9000 166.8335 590.0 0.0 1 螺旋桨轴 12 0 75197.0000 1.0000 100.0 0.0 1 螺旋桨
扭振测量和Q T V介绍 1.引言 噪声及振动问题,在旋转部件开发中,是一个必须充分重视的因素。就车辆而言,旋转机械或旋转部件包括：发动机(引擎),动力传动系, 变速装置, 压缩机和泵等等?。对它们的动力特性, 必须了解得非常透彻, 力图实现宁静、平顺、安全地运转?。通常, 对线振动和角振动的测量和分析, 是分头进行的??。旋转件横向振动的测量方法, 是大家熟悉的,研究得已经比较透彻?，为了充分把握结构的动力特性, 通常会实施多通道并行的测量和分析?。而扭振测量则需使用专门的设备, 它们一般并不集成在一总体动力学测试系统内?。 2.扭振的“源—传导—接收”模型 研究动力学问题的一般方法,是建立所谓“源—传导—接收”模型（图1）。在某一部位（接收部位）观测到的响应,视为由源和源在结构上沿某途径传导产生的效果。由于结构的共振或反共振效应，源可能在传导过程中被放大或者被衰减。此外，它们可能沿多个不同途径，传导至接收部位。 图1 扭振的“源——传导——接收”模型接收部位或响应部位的振动，通常是刚体运动伴随柔体运动的复合现象。前者一般不产生交变应力，后者则会引起交变应力，并成为某种耐久性问题的根源。传递途径分析（TPA）涉及到某接收部位对源的干扰，这种干扰经由其可能的传导途径，并依赖于传导途径固有的动力学特性，影响整个结构的响应。 用同样的方法，我们来研究扭转振动。先是有一个“源”，譬如说，发动机给出的交变输入力矩。力矩传递过程，牵涉到轴系、齿轮传动系或皮带传动系等的动力特性。最终表现出来的，是旋转件的转速变化。如果沿整个轴，各部位的转速变化都是相同的、一致的，那么在严格的意义上，这不能算作是扭振，仅仅只是转速在变罢了（这相当于线振动分析中的刚体模态）。仅当沿轴不同部位检测到的转速增量有幅值和相位的相对变化时，扭振才确实发生了。当激励频率接近于扭振谐振频率时，会导致旋转件产生很大的内应力。如果未设置专门的监测设备，就有可能发生严重的耐久性问题。 习惯上，凡是在平均转速上、下发生得转速波动，都被称之为扭转振动，无论转轴的不同截面之间是否真正存在相对扭转。
工艺与设备 2018·05 134 Chenmical Intermediate 当代化工研究 螺杆压缩机的振动分析 ＊韩忠明 （青海盐湖镁业有限公司 青海 816000） 摘要：本文通过对华北油田公司储运部的螺杆压缩机振动产生的原因进行分析，通过分析提出了相应的解决措施，使该机组的振动强度 下降到正常的范围之内，这样可保证了机组的安全运行，从而取得更好的经济利益和社会环保效果。关键词：螺杆压缩机；振动分析；改进措施 中图分类号：T 文献标识码：A Vibration Analysis of Screw Compressor Han Zhongming (Qinghai Salt Lake Magnesium Industry CO., LTD., Qinghai, 816000) Abstract ：This paper analyzes the causes of the vibration of screw compressor in the storage and transportation department of north China Oil Field Company. Through the analysis, this paper puts forward corresponding measures to reduce the vibration intensity of the unit to a normal range, which can ensure the safe operation of the unit, and thus achieve better economic benefits and social environmental protection effects. Key words ：screw compressor ；vibration analysis ；improvement measures 1.引言 随着华北油田原油的加工能力的提升，相关设备不断扩充，新设备的建设和投用，因此，尾气的排放也在逐渐增多。在炼油的时候原油经过各种炼油装置之后就会产生火炬的尾气，并且还含有颗粒性杂质。经过研究，要想确保含有颗粒的尾气正常运输，采用螺杆压缩机最为适用。但是螺杆压缩机存在一处问题，就是振动超标，因此，只要将振动超标这个问题完美解决，就可以保证尾气回收工作的正常运行。 研究者们的不懈努力，许多新型的负极材料被相继发现。像硅、锗、锡基材料，它们拥有高的理论比容量、良好的导电性能，具有潜在的应用前景。然而，此类材料在充电过程会形成Li X Si、Li X Ge合金化合物，导致材料体积发生剧烈膨胀，破坏电极材料的结构。为了解决体积膨胀问题，研宄者相继开发出碳包覆、电极材料纳米化等方法，并且取得了良好的效果。除了硅、锗、锡基材料以外，过渡金属氧化物／硫化物也有良好的储锂效果，它们的理论容量都要高于商业化的碳材料。作为过渡金属氧化物中一员，氧化铁已经得到了研究者们的广泛关注。相对于其他氧化物，氧化铁具有高的理论容量、价格低廉、无毒无污染等优点。但是，和其它氧化物一样，低的导电性以及体积膨胀效应限制了氧化铁在生产实际中的应用。碳包覆己经成为解决此类问题的主要方法，并且收到了不错的成效。 3.锂离子电池电极制造工艺 (1)筛粉、烘粉工艺。烘粉工艺流程：第一，正极。将正极材料放在烘箱140摄氏度恒温烘干8小时，同时还要抽真空120分钟，接着再烘干60分钟，抽真空30分钟。将烘干的正极材料放在50摄氏度的恒温烘箱进行保存。第二，负极。负极材料放在烘箱140摄氏度恒温烘干8小时，同时还要抽真空120分钟，接着再烘干60分钟，抽真空30分钟。将烘干的负极材料放在50摄氏度的恒温烘箱进行保存。 (2)配胶工艺。①正极：将粘结剂PVdF用NMP溶解，加入到含有锂盐的有机溶剂中，调制成正极浆料。②负极：将粘结剂PVdF用NMP溶解，与负极活性物质石墨或MCMB混合调制成负极浆料。 (3)匀浆工艺。①正极：将主料磷酸铁锂粉（90%以上） 与sp混合后放入匀浆机，搅拌40分钟（设置低速10r/min、高速100r/min），然后加入配胶搅拌15分钟（设置低速40r/min），二次加胶完成抽真空0.08Mpa，最后加入适量NMP。反转清泡60分钟（设置速度为30r/min），再一次抽真空0.08Mpa。②负极：将主料石墨碳粉（90%以上）与sp混合后放入匀浆机，搅拌40分钟（设置低速10r/min、高速100r/min)，然后加入配胶搅拌15分钟（设置低速40r/min），二次加胶完成抽真空0.08Mpa，最后加入适量NMP。反转清泡60分钟（设置速度为30r/min），再一次抽真空0.08Mpa。 (4)涂覆工艺。设定涂覆温度依次为100°、120°、 120°、110°。机器温度上升的同时用酒精或丙酮擦拭涂布钢辊、胶辊及刀辊；调整涂布机头上刀与辊的间隙；调整电极涂布量在合适范围内；预调整时用塞尺测试两边间隙一致且符合要求，微调时通过涂布机的千分表控制精度；每一个格0.001mm。涂布所需的各参数均通过触摸屏进行设定（温控除外）。涂布前检查NMP回收装置是否正常如有故障不可涂布。在涂布过程中应确保NMP回收装置正常工作，防止环境污染。 (5)碾压工艺。根据电极的要求依次穿过各辊，根据需要调整辊隙、松开位置、张力、校正等，并测试压力，确保测试后的厚度能满足试验表的要求技术参数，正确安装待压极片。轧制过程可根据保持连杆状态或单动状态的需要进行调整。 ?【参考文献】 [1]柴丽莉,张力,曲群婷,郑洪河.锂离子电池电极粘结剂的研究进展[J].化学通报,2013,v.7604:299-306. ?【作者简介】 王广伟（1990-），男，贵州梅岭电源有限公司；研究方向：锂电池制造工艺。 上接第133页 下转第135页
转动惯量对轴系扭振测试的影响 发表时间：2019-07-22T15:57:14.870Z 来源：《基层建设》2019年第13期作者：余成双 [导读] 舟山市港航与口岸管理局浙江舟山 316000 在对轴系扭振理论进行大量的研究后，我们对影响轴系扭振计算结果的各种因素进行了详细的分析，研究发现对船舶轴系扭振计算影响较大的有平均指示压力、运动部件往复惯性力产生的干扰力矩、气体力和运动部件重力所产生的力矩以及外阻尼系数等，而在工程应用中比较常见的影响计算精度的扭振参数有联轴节的刚度、转动惯量、减振器等。本文选取一条轴系固有频率计算值与实测值不一致的船舶进行了分析，对这些影响因素进行了深入的分析和研究，来具体说明转动惯量对轴系扭振测试的影响。 某船在扭振测试时，在主机自由端连接光电编码器，其测得的扭振信号接至“ZDCL—Ⅳ型轴系振动测量分析仪”，如图6.2-1所示。 6.2-1 扭振测试布点示意图 测试方法为：在400～990r/min的转速范围内，每间隔20r/min左右为一档，对脱排工况进行测试；在360～980r/min的转速范围内，每间隔20r/min左右为一档，对柴油机的正常发火航行工况进行测试。 对测试结果的分析中，发现该船在脱排工况所测转速范围内，未测到明显的共振转速，而且在航行工况所测转速范围内也未测到主谐次3次和6次的共振转速，分别见图6.2-2和图6.2-3。但是在航行工况851.4r/min附近测得双节5次共振转速，频谱及典型波形见图6.2-4。 图6.2-2 3谐次频谱图 图6.2-3 6谐次频谱图 图6.2-4 双节5谐次频谱图 该船轴系扭振应力测试值都在规范许用值范围之内，如表6.2-1所示： 表6.2-1 正常发火航行工况扭振测量值及规范许用值 该船在双节5谐次的计算频率为90.33Hz，而实测固有频率为70.95Hz，相对误差达到27.32%，误差如此之大，已经大大超出规范允许的范围。我们对可能存在的问题进行了逐步排查，在反复核实柴油机相关参数并与柴油机厂家进行沟通后，发现问题应该不是出在主机的参数选取上。我们又对齿轮箱、轴系、螺旋桨的扭振参数进行了核算，也没能发现什么问题。最后，我们将最可能出现变数的联轴节刚度取值进行了反复核算，发现除非大幅度地将联轴节的刚度从38kNm/rad减小到18kNm/rad，才能使计算固有频率值减小到基本与实测值相符，但是这种大幅度降低某一个参数值的做法基本上是不切实际的，弹性联轴器的供货商也不认同这种做法。 在多方查找验算无果后，我们想到最后一种可能性，主机在安装上船以后，船东因为实际需要可能会在主机自由端加装皮带轮之类的元件，而设计公司并不是太了解船上的实际情况，因此设计师可能在生成计算模型的时候漏掉某一个元件。经实船查验，并与轮机长交流之后发现，该船主机自由端确实加装了一个皮带轮，相当于在主机的自由端增加了一个惯量为7.41kgm2的惯性轮。将该惯性轮加入整个系统中经重新建模并计算后得出，该船调整后的计算频率为72.35Hz，与实测固有频率70.95Hz的相对误差缩小到1.97%，调整后的计算频率及误差见表6.2-2。 表6.2-2 调整前后计算值与实测对比表 因此得出结论，该船首次计算所出现的远超规范允许的误差现象的原因，就是因为设计师漏掉了一个质量点所致。参考文献：
扭振测量和QTV介绍 1.引言 噪声及振动问题,在旋转部件开发中,是一个必须充分重视的因素。就车辆而言,旋转机械或旋转部件包括：发动机(引擎),动力传动系, 变速装置, 压缩机和泵等等?。对它们的动力特性, 必须了解得非常透彻, 力图实现宁静、平顺、安全地运转?。通常, 对线振动和角振动的测量和分析, 是分头进行的??。旋转件横向振动的测量方法, 是大家熟悉的,研究得已经比较透彻?，为了充分把握结构的动力特性, 通常会实施多通道并行的测量和分析?。而扭振测量则需使用专门的设备, 它们一般并不集成在一总体动力学测试系统内?。 2.扭振的“源—传导—接收”模型 研究动力学问题的一般方法,是建立所谓“源—传导—接收”模型（图1）。在某一部位（接收部位）观测到的响应,视为由源和源在结构上沿某途径传导产生的效果。由于结构的共振或反共振效应，源可能在传导过程中被放大或者被衰减。此外，它们可能沿多个不同途径，传导至接收部位。 图1 扭振的“源——传导——接收”模型 接收部位或响应部位的振动，通常是刚体运动伴随柔体运动的复合现象。前者一般不产生交变应力，后者则会引起交变应力，并成为某种耐久性问题的根源。传递途径分析（TPA）涉及到某接收部位对源的干扰，这种干扰经由其可能的传导途径，并依赖于传导途径固有的动力学特性，影响整个结构的响应。 用同样的方法，我们来研究扭转振动。先是有一个“源”，譬如说，发动机给出的交变输入力矩。力矩传递过程，牵涉到轴系、齿轮传动系或皮带传动系等的动力特性。最终表现出来的，是旋转件的转速变化。如果沿整个轴，各部位的转速变化都是相同的、一致的，那么在严格的意义上，这不能算作是扭振，仅仅只是转速在变罢了（这相当于线振动分析中的刚体模态）。仅当沿轴不同部位检测到的转速增量有幅值和相位的相对变化时，扭振才确实发生了。当激励频率接近于扭振谐振频率时，会导致旋转件产生很大的内应力。如果未设置专门的监测设备，就有可能发生严重的耐久性问题。 习惯上，凡是在平均转速上、下发生得转速波动，都被称之为扭转振动，无论转轴的不同截面之间是否真正存在相对扭转。 注意, 转矩变化或转速变化，不能只看到表面现象。实际上，旋转件之间传递的力和力矩，只是机械载荷的一部分。而发生的机械振动和噪声，也应视为动力载荷的另一部分。
轴系扭振计算书设绘通则
1 主题内容与适用范围 1.1 本标准规定了“柴油机轴系扭振计算书”的设绘依据、基本要求、内容要 点、数据准备、注意事项、校审要点、质量要求以及附录。 1.2 本标准适用于下列柴油机动力装置在正常工况和任意一缸熄火工况下的扭 振特性计算。 1.2.1 船舶柴油机推进轴系，包括双机并车轴系，PTO轴系、可调距螺旋桨轴 系； 1.2.2 船舶柴油机发电机组轴系； 1.2.3 柴油机水力测功器轴系； 1.2.4燃气轮机推进轴系的自由振动计算。 2引用标准及设绘依据图纸 2.1 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效，所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 a) GB4476-84金属船体制图； b) GB4954-85船舶设计常用文字符号。 2.2 设绘依据图纸 a) 轮机说明书； b) 轴系布置图； c) 有关产品说明书尾轴尾管总图。 3 基本要求 3.1 船舶柴油机轴系扭振计算原理 3.1.1 计算模型 程序是把柴油机轴系简化成一个线性集总参数系统模型。如图1所示。
图1 3.1.2 计算公式 对一个有n个质量的系统，在圆频率为ω的激励力矩作用下，第k个质量的运动方程为： J kφk+C kφk+C k-1,k(φk-φk-1)+C k,k+1(φk-φk+1) +k k-1,k(φk-φk-1)+k k,k+1(φk-φk+1)=M k sin(ωt+ρk) (k=1,2,3,…n)……………………….(3.1.2) 式中: φk、φk、φk第k个质量的角位移、角速度、角加速度； J k第k个质量的转动惯量； C k-1,k、C k,k+1第k-1个和第k个质量间，第k个和第k+1 个质量间的轴段阻尼； k k-1,k、k k,k+1第k-1个和第k个质量间，第k个和第k+1 个质量间的刚度； M k 作用在第k个质量上的激励力矩振幅值； ρk 激励力矩的初相位；