转子动力学有关的规范和标准

Claudia

导读

为了保证旋转机械能够安全可靠地运行，并有一定的服役寿命，有关单位和组织，通过汇集和分析相关理论成果和实际经验，制订了许多规范和标准。

这些规范和标准就级别说，有国际的、国家的、行业协会的和企业的。规范和标准是工程技术长期实践的结晶，其中的关键数据一般都是经过验证的。

对于企业来说，设计规范往往都是企业的核心技术内容。因此，我们对待规范和标准，首先要有尊重和敬畏的态度，严格遵照执行。但另一方面也要看到，规范和标准是针对普遍的和一般的情况制定的，因此偏于安全。

根据不同的具体情况和条件，可有一定的灵活性。使用者不应墨守成规，在应用过程中要有所发现，有所创新，但这要十分谨慎，要经过充分分析和验证。

一.与设计有关的规范

1. 关于转子的临界转速
转子在弹性支撑下的各阶临界转速不应在工作转速n的±10%范围内，阻尼转速也应避开工作转速的±10%范围，如果不能满足要求，应校核转子的不平衡响应。

有的标准要求在（0.2~0.6）×n和（0.2~0.6）×n范围内没有临界转速，其中n为工作转速。

2.关于转子的平衡品质和不平衡响应
对于功能、结构、尺寸等各不相同的转子，它们的不平衡状态应当用一个统一的尺度来衡量，这个尺度成为平衡品质。平衡品质G值与不平衡离心力在转子轴承上引起的动压力成正比。即：具有相同平衡品质的各种机器，其轴承单位面积上承受的动压力大致相当。

根据转子的平衡品质、转子质量和工作最大转速，可确定转子的允许不平衡量。以最能激发工作转速下各阶模态为原则，将它分配到转子的各平衡面上，计算不平衡响应，然后与有关标准比较。

由于不平衡量的分布、转子系统的阻尼都难以确定，加之计算结果往往是转轴的绝对振动，而标准一般规定的是转轴（相对于轴承座）的相对振动或轴承座的振动，所以严格说两者难以直接比较。

但是一些资料中还能查到一些规定，列出如下供参考。

在工作转速稳态运行时，机组各轴颈振动峰峰值不大于50μm，轴承座振动峰峰值不大于25μm；过临界转速时，机组各轴颈振动峰峰值不大于150μm，轴承座振动峰峰值不大于75μm。

汽轮机转子在25%~85%工作转速的范围内，转子响应的峰峰值应小于0.229mm；在85%~125%工作转速的范围内，转子响应的峰峰值应小于0.076mm，否则校核转子的稳定性。

3.关于转子系统的对数衰减率
转子的各阶固有频率的对数衰减率δ都应大于0.15~0.20（丹麦 J.W.Lund推荐）。

东方汽轮机厂对汽轮机规定：转子的各阶固有频率的对数衰减率δ都应大于0.20。

哈尔滨汽轮机厂对汽轮机规定：转子各阶固有频率的对数衰减率δ都应大于0.12。

美国GE公司规定在工作转速±10%范围内的临界转速的对数衰减率δ都应大于0.1；不在此范围内的临界转速的对数衰减率δ不作规定。

油膜失稳的阈速应大于1.25n，其中n为工作转速。

对于固定瓦块的轴承应计算其比压，例如，日立公司控制椭圆轴瓦轴承设计比压大于0.8MPa（最小比压0.32Mpa，安全系数2.5），以防止油膜失稳。

4. 关于品质因子Q
品质因子Q是无量纲量。Q因子大，表示振动模态的阻尼小，自由振动衰减慢，强迫振动的共振峰尖锐。

一些国家标准和国际标准采用Q因子来评价机械振动特性，称为机器的不平衡灵敏度，如国家标准GB/T 19874《机械振动 机器不平衡敏感度和不平衡灵敏度》，它等效于同名的国际标准。

5.关于扭转振动
转子的扭转振动固有频率应避开工频和其倍频的±10%。

如果转子的某阶扭振固有频率不满足上述要求，则应另作安全校核。校核方法是：在电机上加8%的满负荷的正弦激励扭矩，频率等于该固有频率，此时轴系各截面处的扭转切应力均应不大于相应转子材料的剪切疲劳限。

此外如用于发电，则需要校核发电机两相短路、三相失步等故障时转子有关轴颈的扭转切应力。故障的电磁扭矩应由电机设计部门提供。

短路故障时，轴系各截面的最大切应力不应大于材料的屈服限57.7%。

失步故障时，轴系各截面的最大切应力不应大于材料的屈服限77.9%。

二. 与验收和运行有关的标准

这类标准和规范虽然和设计没有直接的关系，但是设计者必须加以注意和了解，以便设计时合理地布置测点，采取各种措施减小机械运行时的振动。

目前，关于转动机械振动限值的国家标准有两个：

GB/T 6075是以非转动部件（一般为轴承座）的绝对振动为控制参数。

GB/T 11348是以转子轴颈相对于轴承座的振动为主要控制参数。

三. 参考文献

[1] 闻邦椿，顾家柳，夏松波，王正.高等转子动力学[M].北京：机械工业出版社，2000：34.

[2] GB/T 6075.1机械振动 在非转动部件上测量评价机器的振动，第1部分：总则

[3] GB/T 6075.2 机械振动 在非转动部件上测量和评价机器的振动，第2部分：功率大于50MW陆地安装的大型汽轮发电机组

[4] GB/T 6075.3 机械振动 在非转动部件上测量和评价机器的振动，第3部分：额定功率大于15KW，额定转速在120r/min至15000r/min之间的在现场测量的工业机器

[5] GB/T 6075.4 机械振动 在非转动部件上测量和评价机器的振动，第4部分：不包括航空器类的燃气轮机驱动装置

[6] GB/T 6075.5 机械振动 在非转动部件上测量和评价机器的振动，第5部分：水力发电厂和泵站机组

[7] GB/T 6075.6 机械振动 在非转动部件上测量和评价机器的振动，第6部分：功率大于100kW的往复式机器

[8] GB/T 13824 旋转和往复式机器的机械振动—对测量振动烈度一起的要求

注： 本资料来源于清华大学动力许与控制丛书“十二五”国家重点图书出版规划项目——转动机械的转子动力学设计，作者：清华大学，王正教授。