马飞
摘要：本人用十余年在机械方面的经历与一定的基础理论相结合，阐述了透平机组产生振动的各种因素和减振措施。
关键词：振动；动平衡；垂直膨胀；修正；措施
0 前言
旋转机械的种类很多，如：发电机、汽轮机、透平压缩机、膨胀机、水泵、通、鼓风机、电动机等等。此类机械的主要功能都是由旋转动作完成的，只要转子一开始转动，就不可避免地产生振动，振动产生后，会造成一定的危害：它将使工作性能降低或使机械根本无法工作，它使某些零部件因受附加的动载荷而加速磨损、疲劳，甚至断裂。进而影响寿命或造成事故；振动还将产生噪音而危害人身健康。但是，只要振动不过量，是完全允许的。当机械产生一些不正常的振动或振动过大过量时，其动态性能劣化，又不符合技术要求时，就必须采取措施予以排除，以保证机械的安全、稳定运行。
H700-6.8/0.98空透是6000m3/h制氧机组配套的母机，产自开封总厂。其高、低速转子均属刚性转子，刚性转子相比柔性转子，旋转的平稳性要差。此空透于2003年初安装完毕试运行。初始期间一至四级轴振动显示均在技术要求范围内。但三级的轴振值接近设定的上限，因当时投产日期紧迫，加之对振动所造成的危害认识尚不深刻。所以，乙方未进行处理。以后运行的一年中，三级轴振是逐渐加大的趋势，也未引起重视。以至04年2月9日酿成高速转子（3-4级）叶轮轮盘根处轴折断（疲劳）的恶性事故，给公司的正常生产秩序造成严重的影响。
透平压缩机产生振动的原因是复杂的，多方面的，有由于工艺操作不当引起的，如；发生喘振等；有由于地基基础沉降、开裂、变形等原因产生基础振动，进而联锁机械引发振动的；有由于与机械相联接的管路，由于设计、安装、支护不合理，不能消除由于热胀而影响到透平机的振动；有由于原动机振动过大而诱发压缩机振动过大的。
但最主要的原因，本人认为还是由于透平机本身机械诸方面的原因引起的。具体到机械诸因素，情况也是十分复杂的。判断的准确性也是十分困难和棘手的。其相关的处理减振措施，有的难度也是比较大的。有些诱发振动的原因，仅靠人的经验和智力有时是不能解决的，还要靠精密的检测仪器来完成。
下面，本人就自身的体会和不成熟的经验，浅谈一下因机械原因产生轴振动的诸因素及相关的处理措施。
1 旋转零部件的不平衡
透平离心机内包含着很多作旋转运动的零部件，如各种传动轴、叶轮、传动齿轮、各种形式的联轴器及电动机转子等等。这些做旋转运动的零部件，可统称为回转体，在理想的状态下，回转体在旋转和静止时，对轴承或轴产生的压力是一样的，这样的回转体是平衡的回转体。但各种回转体由于内部材料组织密度不均匀，或毛坯缺陷（空洞、砂眼），加工及装配中产生的误差，甚至在设计时就具有非对称性的几何形状等多种因素，使的回转体在旋转时，其上每个微小的质点，所产生的离心惯性力不能相互抵消，重心与旋转中心发生偏移，零部件在高速旋转时将产生很大的离心惯性力，两个以上的离心力将组成力偶矩，使轴产生扭曲，发生剧烈的振动。
应采取的相关措施：除在设计、制造、加工、安装过程中力求合理和提高质量外，要根据回转体不同的转速、工作环境和工作性质做不同精度要求的静、动平衡试验。零部件转速愈高，重量越大，直径越大、长径比愈大及机器工作精度愈高（汽机转子、多级透平机、膨胀机转子等）则必须进行精确的动平衡检测，甚至还需要做真空动平衡。对于刚性回转体，当转速n＜1800r/min和长径比L/D＜0.5，或者转速n＜900r/min时，只需做静平衡即可。而当转速n＞900r/min和长径比L/D＞0.5，或者转速n＞1800r/min时，则必须进行动平衡，对于柔性回转体，必须要进行动平衡。
2 离心机与原动机（包括单独增速器）径、轴向同心度偏差而引起的振动
透平压缩机一般转速很高，平均在20000r/min左右，最高达到46000r/min。其叶轮直径越小，转速越高，其次则反之。所以，对同心度的精度要求是极严格的，其误差一般不超过0.02mm,尤其值得注意的是除在安装检修过程中要达到技术数据要求外，还应注意带有单独增速器，按其主、被动齿轮的旋转和受力方向，还必须做出相应的、正确的同心度修正值。若不作出修正，机组静止和旋转时的同心度，因受负载影响，要发生变化的，最后势必会因为机组对中精度差引起机组产生振动。
3 由于热膨胀引起的振动
透平压缩机正常工作时，其机体本身及联接的管路温度是相当高的，所以，其热胀量也是比较大的。而电动机由于工作性质和转速的不同，其工作温度相比透平机而言是相对低的，所以其热胀量也小的多。不同的热胀量如何使其达到统一，而使整个机组运转平稳，不产生额外的振动呢？除了在设计时要充分考虑这些因素，如设计机座、机身、埚壳、管路等在热胀冷缩时，用以消除这些热胀因素的滑键及槽、膨胀螺栓、管路的伸缩节等零部件外，在安装时，要确保这些零部件的可靠性，以消除这些不利因素的影响。更值得注意的是，在原动机与压缩机初次安装调整其同心度精度时，还要根据安装时的环境温度，电动机和压缩机不同的工作温度，准确地计算出其径向同心度（垂直膨胀）的修正值。这个垂直膨胀将引起联轴器法兰的位移。这个位移不能由联轴器吸收（轴向的可吸收），因此必须对整个机组的垂直膨胀给予特殊的考虑，来消除来自这两个热源的不同的热膨胀量。如：SVK10-4S氮透机组垂直膨胀量竞相差高达0.80mm,如不进行修正，或修正值计算有误，即使安装时对中的精度再准确，也会因这个垂直膨胀给予破坏，进而使同心度遭到变化，使整个透平机组产生振动，而不能平稳运行。
4 由于传动齿轮轮齿啮合精度达不到要求而诱发轴振动
这也是由机械原因引起透平机振动的主因之一。（前面提到H700-6.8/0.98空透三-四级轴折断的主因之一），自那次事故发生后，虽更换了新转子，因齿轮组未更换，三级的轴振幅值仍在上限运行。在2006年更换了该机组的大、小齿轮组三付。当时虽经厂方（开封鼓风机厂）人员调整，但三级的轴振值并未好转。时振幅值：（三级：5点：43µm;6点：44µm）正常值为＜31.0µm.其它六点的振幅正常，对此，厂方也没有采取其它措施进行处理。此情况下，若继续运转下去，其后果将是严重的。
有关人员面对客观事实，认真分析了振动过大的种种原因，最后得出结论：主要是传动齿轮高速轴（三—四级转轴）齿轮与大齿轮（主动齿轮）轮齿接触面积小（仅45%），而设计要求：动齿面接触面积要大于60%，如动齿面接触面积不好确定，静齿面接触面积大于65%也为合格。无论动，静齿面接触都不允许在轮齿的两端出现。接下来就是用何种方案来进行处理了。因为，三~四级是同一转轴，是动三级？还是动四级？这是较关键的问题，不但涉及的因素多，而且还有一个难易的问题。而且此轴承是可倾瓦（五块瓦），在一般情况下，是不允许在轴承的内孔进行修刮的。如修刮轴承内孔不但破坏了轴承的型线，还破坏了轴承原有的接触精度和间隙变大。如此，我们决定在三级轴承的瓦窝及瓦块的背面进行处理。经多次仔细处理，使动齿面的接触面积达到85%。经开车运行检验，三级的轴振值由原来的43um,44um,降到了调整 后的10um,14um,其它六点的振幅也有一定的好转。所以有力的说明了传动齿轮轮齿接触精度的高低也是诱发机组振动的主因之一。
5 由于转轴轴颈部位沾磁或消磁不彻底，而显示震动值虚假偏高
透平机的转子是机组的关键部件，转轴更是关键之最。对其材质加之加工工艺，精度… …均有极严格的要求.其轴径部位还需常经过精密磨床加工,在加工过程及后续工艺中,难免有沾磁及消磁不彻底的现象产生.此现象对振动传感器影响甚大,使显示值虚假偏高,从而产生误判。
5#空分3TYS85+2TYS68氧透机组中的低压转子为明显一例，该机组自投产之日起，低压转子的高压端的两点显示，明显高于其它六个点的显示。虽距轴振报警值还有一定的距离，而且手触轴承部位感觉也不明显，但这个误显，在未弄 清事实之前，始终是有关人员的一块心病。虽经仪控，机械系统多次查找都未发现问题。我们还请来了杭氧厂家来做现场振动测试也没有明显答案。后又与安装单位配合，仔细查找症结所在，经反复大量的调查，对换，比对，终于发现了问题。若将传感器固定在距原测点一定距离时（150mm左右）轴振显示与其它六个点显示基本一致。由此双方认定原测点部位沾磁，在出厂时消磁不彻底，对传感器进行干扰，进而引发了虚假的轴振数值显示。自那以后，低压转子高压端的两点显示一直稳定无变化。这样的例子很少见，没有耐心，细致，认真的态度是很难发现的。
6 由机械原因引起振动过大的其它因素
除上述五点外，诸如联轴器的动平衡精度低；齿轮联轴器轮齿齿形遭破坏；联轴器内油量不足或过多；油膜振荡；轴承背过盈不够；轴承接触面积，角度及间隙不合要求；润滑油温过高，油压过低；叶轮与轴配合松动出现裂纹等物理现象诸因素。都是引起机械振动过大的原因。我们要根据不同的振动因素，尽量准确的作出判断。有的放矢的采取有效地措施消除或减少振动。
综上所述，透平压缩机产生振动过大过量的诸多因素，还有待我们进行更深入的探讨和研究。吸取教训总结经验，不断地完善和提高，是我们大家共同努力的方向。