weixin 发表于 2021-3-29 16:44

自激振动到底是个啥?

什么是自激振动?与强迫振动有啥区别?如何防治油膜振荡?接下来,将对这些问题逐一介绍。
什么是自激振动?当存在可将非振动相关能量转换为振动能量的机制时,会发生自激振动。例如,微风中的白杨树叶的摆动就属于自激振动,通过涡旋脱落机制,作为能量源的风被转换为树叶的扭转振动和横向振动。从更大的范围上看,1940年塔科马海峡大桥的毁坏便是由类似机制引发的,吹过桥梁的风与桥梁结构相互作用,对桥梁产生具有多个不同扭转模式的气动力激励,最终扭转振动的振幅变得足够大,从而导致了桥梁毁坏。
自激振动始终与能量转换机制导致的系统固有频率的激励有关。因此在某种意义上,自激振动的现象与共振现象类似,主要区别在于向振动系统传递能量的方式不同。共振与固有频率下的周期性作用力有关(如转子中的不平衡),而自激振动则与某些其他能量源的转换有关(如气流中的能量)。

流体诱发的失稳是由转子与周围流体的相互作用引起,流体诱发的失稳会产生较大的振幅,通常为次同步的转子自激振动,注意,次同步振动的频率为转子-轴承系统的固有频率。失稳可导致密封圈、轴承、叶轮或其他转子零件上的转子与定子发生摩擦。振动还会在转子中产生明显的交变应力,导致疲劳失效。“失稳”一词可以这么理解,当转子在流体诱发失稳状态下运转时,实际上是以大幅振动的稳定极限环运转,但转子在运转过程中超过了预期的运转限制,因此从这个意义说,转子是不稳定的。

换言之,如果频谱图中并没有出现转子-轴承系统的固有频率,而出现了一些别的异常频率,那么应该根据实际情况具体分析,而不是武断得出转子出现了自激振动发生了失稳。

那么,流体诱发失稳的原因是什么呢?

旋转机械的用途是将旋转产生的能量转化为有用功,通常会涉及转子与工作流体(气体或液体)间的相互作用。并且大型机器中的多数轴承均为流体动力油膜轴承,与周围的工作流体或轴承流体间互相的旋转作用,会使得流体发生一定程度的涡动,这种涡动便是导致流体诱发失稳的主要原因。

根据小编的了解,除了流体动力油膜轴承(实际上就是滑动轴承),各种类似结构比如流体动压密封等出现小间隙流动情况的结构,也会使得转子与工作流体之间互相作用,也可能产生由于流体诱发的自激振动现象,频谱上表现为出现转子-轴承系统的固有频率。

强迫振动与自激振动的区别某转子强迫振动和自激振动的轴承位置运动轨迹及FFT图谱
油膜振荡如何治理?某转子发生油膜振荡时的轴心轨迹图及瀑布图
油膜振荡是转子失稳的一种表现形式,小编总结了以下防治措施,供大家参考:

临时措施:

· 增加油温;

· 更换粘度较低的油;

· 减小轴承的宽度,以增加比压;

· 抬高失稳轴承的标高,增加轴承的负载。

根本措施:

· 改变轴瓦的结构,增加预载荷,开油槽,改变供油方式;

· 改用稳定性更好的轴承,比如可倾瓦轴承;

· 改变转子结构,将其临界转速提高到工作转速的一半以上。

来源:DyRoBeS公众号(ID:dyrobes),本文内容来自于多部经典转子动力学相关教材。

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