馬飛
摘要：本人用十余年在機械方面的經歷與一定的基礎理論相結合，闡述了透平機組產生振動的各種因素和減振措施。
關鍵詞：振動；動平衡；垂直膨脹；修正；措施
0 前言
旋轉機械的種類很多，如：發電機、汽輪機、透平壓縮機、膨脹機、水泵、通、鼓風機、電動機等等。此類機械的主要功能都是由旋轉動作完成的，只要轉子一開始轉動，就不可避免地產生振動，振動產生后，會造成一定的危害：它將使工作性能降低或使機械根本無法工作，它使某些零部件因受附加的動載荷而加速磨損、疲勞，甚至斷裂。進而影響壽命或造成事故；振動還將產生噪音而危害人身健康。但是，只要振動不過量，是完全允許的。當機械產生一些不正常的振動或振動過大過量時，其動態性能劣化，又不符合技術要求時，就必須采取措施予以排除，以保證機械的安全、穩定運行。
H700-6.8/0.98空透是6000m3/h制氧機組配套的母機，產自開封總廠。其高、低速轉子均屬剛性轉子，剛性轉子相比柔性轉子，旋轉的平穩性要差。此空透于2003年初安裝完畢試運行。初始期間一至四級軸振動顯示均在技術要求范圍內。但三級的軸振值接近設定的上限，因當時投產日期緊迫，加之對振動所造成的危害認識尚不深刻。所以，乙方未進行處理。以后運行的一年中，三級軸振是逐漸加大的趨勢，也未引起重視。以至04年2月9日釀成高速轉子（3-4級）葉輪輪盤根處軸折斷（疲勞）的惡性事故，給公司的正常生產秩序造成嚴重的影響。
透平壓縮機產生振動的原因是復雜的，多方面的，有由于工藝操作不當引起的，如；發生喘振等；有由于地基基礎沉降、開裂、變形等原因產生基礎振動，進而聯鎖機械引發振動的；有由于與機械相聯接的管路，由于設計、安裝、支護不合理，不能消除由于熱脹而影響到透平機的振動；有由于原動機振動過大而誘發壓縮機振動過大的。
但最主要的原因，本人認為還是由于透平機本身機械諸方面的原因引起的。具體到機械諸因素，情況也是十分復雜的。判斷的準確性也是十分困難和棘手的。其相關的處理減振措施，有的難度也是比較大的。有些誘發振動的原因，僅靠人的經驗和智力有時是不能解決的，還要靠精密的檢測儀器來完成。
下面，本人就自身的體會和不成熟的經驗，淺談一下因機械原因產生軸振動的諸因素及相關的處理措施。
1 旋轉零部件的不平衡
透平離心機內包含著很多作旋轉運動的零部件，如各種傳動軸、葉輪、傳動齒輪、各種形式的聯軸器及電動機轉子等等。這些做旋轉運動的零部件，可統稱為回轉體，在理想的狀態下，回轉體在旋轉和靜止時，對軸承或軸產生的壓力是一樣的，這樣的回轉體是平衡的回轉體。但各種回轉體由于內部材料組織密度不均勻，或毛坯缺陷（空洞、砂眼），加工及裝配中產生的誤差，甚至在設計時就具有非對稱性的幾何形狀等多種因素，使的回轉體在旋轉時，其上每個微小的質點，所產生的離心慣性力不能相互抵消，重心與旋轉中心發生偏移，零部件在高速旋轉時將產生很大的離心慣性力，兩個以上的離心力將組成力偶矩，使軸產生扭曲，發生劇烈的振動。
應采取的相關措施：除在設計、制造、加工、安裝過程中力求合理和提高質量外，要根據回轉體不同的轉速、工作環境和工作性質做不同精度要求的靜、動平衡試驗。零部件轉速愈高，重量越大，直徑越大、長徑比愈大及機器工作精度愈高（汽機轉子、多級透平機、膨脹機轉子等）則必須進行精確的動平衡檢測，甚至還需要做真空動平衡。對于剛性回轉體，當轉速n＜1800r/min和長徑比L/D＜0.5，或者轉速n＜900r/min時，只需做靜平衡即可。而當轉速n＞900r/min和長徑比L/D＞0.5，或者轉速n＞1800r/min時，則必須進行動平衡，對于柔性回轉體，必須要進行動平衡。
2 離心機與原動機（包括單獨增速器）徑、軸向同心度偏差而引起的振動
透平壓縮機一般轉速很高，平均在20000r/min左右，最高達到46000r/min。其葉輪直徑越小，轉速越高，其次則反之。所以，對同心度的精度要求是極嚴格的，其誤差一般不超過0.02mm,尤其值得注意的是除在安裝檢修過程中要達到技術數據要求外，還應注意帶有單獨增速器，按其主、被動齒輪的旋轉和受力方向，還必須做出相應的、正確的同心度修正值。若不作出修正，機組靜止和旋轉時的同心度，因受負載影響，要發生變化的，最后勢必會因為機組對中精度差引起機組產生振動。
3 由于熱膨脹引起的振動
透平壓縮機正常工作時，其機體本身及聯接的管路溫度是相當高的，所以，其熱脹量也是比較大的。而電動機由于工作性質和轉速的不同，其工作溫度相比透平機而言是相對低的，所以其熱脹量也小的多。不同的熱脹量如何使其達到統一，而使整個機組運轉平穩，不產生額外的振動呢？除了在設計時要充分考慮這些因素，如設計機座、機身、堝殼、管路等在熱脹冷縮時，用以消除這些熱脹因素的滑鍵及槽、膨脹螺栓、管路的伸縮節等零部件外，在安裝時，要確保這些零部件的可靠性，以消除這些不利因素的影響。更值得注意的是，在原動機與壓縮機初次安裝調整其同心度精度時，還要根據安裝時的環境溫度，電動機和壓縮機不同的工作溫度，準確地計算出其徑向同心度（垂直膨脹）的修正值。這個垂直膨脹將引起聯軸器法蘭的位移。這個位移不能由聯軸器吸收（軸向的可吸收），因此必須對整個機組的垂直膨脹給予特殊的考慮，來消除來自這兩個熱源的不同的熱膨脹量。如：SVK10-4S氮透機組垂直膨脹量競相差高達0.80mm,如不進行修正，或修正值計算有誤，即使安裝時對中的精度再準確，也會因這個垂直膨脹給予破壞，進而使同心度遭到變化，使整個透平機組產生振動，而不能平穩運行。
4 由于傳動齒輪輪齒嚙合精度達不到要求而誘發軸振動
這也是由機械原因引起透平機振動的主因之一。（前面提到H700-6.8/0.98空透三-四級軸折斷的主因之一），自那次事故發生后，雖更換了新轉子，因齒輪組未更換，三級的軸振幅值仍在上限運行。在2006年更換了該機組的大、小齒輪組三付。當時雖經廠方（開封鼓風機廠）人員調整，但三級的軸振值并未好轉。時振幅值：（三級：5點：43µm;6點：44µm）正常值為＜31.0µm.其它六點的振幅正常，對此，廠方也沒有采取其它措施進行處理。此情況下，若繼續運轉下去，其后果將是嚴重的。
有關人員面對客觀事實，認真分析了振動過大的種種原因，最后得出結論：主要是傳動齒輪高速軸（三—四級轉軸）齒輪與大齒輪（主動齒輪）輪齒接觸面積?。▋H45%），而設計要求：動齒面接觸面積要大于60%，如動齒面接觸面積不好確定，靜齒面接觸面積大于65%也為合格。無論動，靜齒面接觸都不允許在輪齒的兩端出現。接下來就是用何種方案來進行處理了。因為，三~四級是同一轉軸，是動三級？還是動四級？這是較關鍵的問題，不但涉及的因素多，而且還有一個難易的問題。而且此軸承是可傾瓦（五塊瓦），在一般情況下，是不允許在軸承的內孔進行修刮的。如修刮軸承內孔不但破壞了軸承的型線，還破壞了軸承原有的接觸精度和間隙變大。如此，我們決定在三級軸承的瓦窩及瓦塊的背面進行處理。經多次仔細處理，使動齒面的接觸面積達到85%。經開車運行檢驗，三級的軸振值由原來的43um,44um,降到了調整 后的10um,14um,其它六點的振幅也有一定的好轉。所以有力的說明了傳動齒輪輪齒接觸精度的高低也是誘發機組振動的主因之一。
5 由于轉軸軸頸部位沾磁或消磁不徹底，而顯示震動值虛假偏高
透平機的轉子是機組的關鍵部件，轉軸更是關鍵之最。對其材質加之加工工藝，精度… …均有極嚴格的要求.其軸徑部位還需常經過精密磨床加工,在加工過程及后續工藝中,難免有沾磁及消磁不徹底的現象產生.此現象對振動傳感器影響甚大,使顯示值虛假偏高,從而產生誤判。
5#空分3TYS85+2TYS68氧透機組中的低壓轉子為明顯一例，該機組自投產之日起，低壓轉子的高壓端的兩點顯示，明顯高于其它六個點的顯示。雖距軸振報警值還有一定的距離，而且手觸軸承部位感覺也不明顯，但這個誤顯，在未弄 清事實之前，始終是有關人員的一塊心病。雖經儀控，機械系統多次查找都未發現問題。我們還請來了杭氧廠家來做現場振動測試也沒有明顯答案。后又與安裝單位配合，仔細查找癥結所在，經反復大量的調查，對換，比對，終于發現了問題。若將傳感器固定在距原測點一定距離時（150mm左右）軸振顯示與其它六個點顯示基本一致。由此雙方認定原測點部位沾磁，在出廠時消磁不徹底，對傳感器進行干擾，進而引發了虛假的軸振數值顯示。自那以后，低壓轉子高壓端的兩點顯示一直穩定無變化。這樣的例子很少見，沒有耐心，細致，認真的態度是很難發現的。
6 由機械原因引起振動過大的其它因素
除上述五點外，諸如聯軸器的動平衡精度低；齒輪聯軸器輪齒齒形遭破壞；聯軸器內油量不足或過多；油膜振蕩；軸承背過盈不夠；軸承接觸面積，角度及間隙不合要求；潤滑油溫過高，油壓過低；葉輪與軸配合松動出現裂紋等物理現象諸因素。都是引起機械振動過大的原因。我們要根據不同的振動因素，盡量準確的作出判斷。有的放矢的采取有效地措施消除或減少振動。
綜上所述，透平壓縮機產生振動過大過量的諸多因素，還有待我們進行更深入的探討和研究。吸取教訓總結經驗，不斷地完善和提高，是我們大家共同努力的方向。