第四节 轴系的纵向振动
中国造船质量标准
5．1．1．1到厂的管材要核对技术证件，进行外观检验，并按管子的材质、炉批号、级别、规格分类妥善保管。
5．1．1．2质量控制要点：
a．规格和表面质量；
b．下料长度与编号；
c．堆放与保管。
5．1．3管子弯曲
5．1．3．1管子弯曲可采用冷弯或热弯。冷弯时管子的弯曲半径一般应不小于外径的3倍，舱柜加热管和安装位置狭窄处等特殊管子的弯曲半径一般
5．2．2管子安装
5．2．2．1管子一般按单元、分段、总段和船上等不同安装阶段进行安装。
5．2．2．2质量控制要点：
a．安装顺序和坐标尺寸；
b．管端连接面和管内异物清理；
c．管子连接螺栓规格、材质；
d．管子连接密封材料；e．管子Fra bibliotek设备连接精度。
5．2．3管子附件和支架安装
5．2．3．1管子附件和支架安装
中国造船质量标准
CSQS
1998
中国造船工业总公司
第一篇生产过程质量控制
1
1.1
1.2
2
2.1
2.2
2.3
3
3.1
3.2
3.3
3.4
4
5
5.1
5.2
5.3
5.4
6
6.1
6.2
6.3
6.4
7
7.1
7.2
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7.4
8
8.1
8.2
8.3
8.4
9
9.1
9.2
9.3
9.4
10
10.1
10.2
10.3
10.4
8．1．1．4连接法兰上的铰制螺栓孔加工后需与铰制螺栓冷套或液压过盈配合。
船舶轴系共振转换器的非线性振动特性研究
上述 研 究 中，共振 转 换器 的安装 方式 是基 于文 献 ［］ ７的结构形 式 串联至 推力 轴承 内，并且 没有考 虑 内部 工作 流 体特 性变 化 的对 减振 效 果 的影 响 。然而 在 船舶 航行 中，共振 转 换器 承受 了纵 向推 力 ，轴 系 纵 向载荷 的变 化 将 改变 该装 置 内流 体 的工作 压 强 ， 由流体 工作 压 强与流 体 的体积 模 量 、密度 以及 动力 粘 性 系数 之 间 的关系 可 知 ，共振 转 换器 的等 效 减振 参 数将 随之 改变 。为更好 地利 用 共振 转换 器控制 轴 系纵 向振 动 并开 展装 置 的研 制 工作 ，有 必要 分析 工 作流 体特 性随轴 系 纵 向载 荷变 化 时的减振 效果 。
５卷 ２
第 ４期（ 总第 １８ ） ９期
中
国
造
船
、ｏ ２ Ｎｏ ４ （ ｅ ｉ ｌ １ ８ ，１ ５ ． Ｓ ｒａ Ｎｏ ９ ）
Ｄ ｅ ． ０１ ｃ２ １
２１ 年 １ 月 ０１ ２
Ｓ Ｐ ＵＩ Ｄ ＮＧ ＯＦＣ Ｉ ＨＩＢ Ｌ Ｉ Ｈ ＮＡ
文 章 编 号 ： １０ —８２ （０ １ ４０ ７ ．９ ０ ０４ ８ ２ １ ）０ ．０４０
中
国
造
船
学术 论文
ｍ Ｉ ：
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一
式 中， ０ 表示 推力 轴承 内流体 的受压面 积 ， 和 １ 示外接 管系 的截 面积和 长度 ， 表 示外接 腔体 的 Ａ１ 表 体 积 。Ｐ 、Ｂ 和 分别 表示 减振装 置 内工作 流体 的密度 、体积 模量 和运 动粘 性系 数 。根 据推 力轴承 基 ｌ ｔ
基于CPLD的船舶轴系振动测量分析仪的研究
滤波 整形 送到 Ｃ Ｌ 进行 计数 、 ＰＤ 锁存 、 处理 。 纵
第ｉ 脉冲 轴 振 幅为 ： 个
‘
２ １ｌ ：
４ 对 Ｃ Ｌ 进 行 控制 并驱 动 ＵＳ 接 口与 Ｐ ， Ｐ Ｄ Ｂ Ｃ 机进行通信和数据 传输 。 Ｃ Ｌ Ｄ显 示 屏 可显 示转 速 、 域 波 形 和 频谱 图形 ， 时 以方 便 测量 人员 监 测 。 时 ， 同 系统 通 过 Ｕ Ｂ 口可与 Ｐ Ｓ 接 Ｃ
舶 轴系 扭 振 与纵 振信 号 。 并可通 过 ＬＣ Ｄ显示 时 域 、 域 图 形 ， 便 轴 系 振动 的实 时监 测 频 方 分析。
本 文 采用 精 度 较 高 ， 使用 较 广 泛 的光 电 ．０ １ 编码 器 采集 扭 振信 号 、 电涡流 传 感器 采 集纵 降 到 △ ≤０ ０ ０ ％ 。 １ ２ 纵向振 动测 量原理 ． 振 信 号 ， 用 脉 冲 填 充 法 提 高 信 号 采 集 精 使 电 涡 流 传 感 器 将 纵 振 的 线位 移 转 换 成 度， 并利用 Ｃ Ｌ 进行 计数 、 Ｐ Ｄ 锁存 来提 高 系统 与其 成 正 比的 模拟 电压 信 号 输 出 。 出信 号 输 的集 成度 ， 计 了一 个适 用 性 强的 高精 度 船 设 通过 滤波 、 Ａ／Ｄ转换 ， 再传 送 到 Ｃ Ｄ进 行计 ＰＬ 舶 轴 系振 动 测量 系 统 。 数 处理 。
・
应 用研 究 ・
基于 Ｃ Ｌ Ｐ Ｄ的船舶轴系振动测量分析仪的研 究
张禄禄 杨 农林 龙 文 学
（ 中科技 大学船舶 与海洋工程 学院 华
湖北武汉
４０７） ３０４
摘 要： 出 了 提 基于ｃ Ｌ 的船舶轴 系振 动测量仪的设计 。 用Ｅ Ｐ ｌ８ ＰＤ 采 Ｍ ７２计数 ，ＩｌＦ ４ Ｐｃ ６ ７进行 控制， 并采 用脉 冲填充法降低 系统理论测量误 差， 以 可
机械动力学-9
1 l d x, t E J d dx 2 0 dt
2
式中，Jd为圆盘单位长度上对直径的转动惯量。由材料力学可知
x, t
u x, t x
式中，u x, t 为单元上任意点的横向位移。有
x, t i x ui t
3、支承单元
二、轴的传递矩阵
三、固有频率的计算
轴两端的边界条件和相应的频率方程如表所示
例题
§9.4 轴的横向振动临界转速计算（有限元法）
一、建立有限元模型
1.划分单元，建立广义坐 一般常见的轴多呈阶梯状，划分单元时注意如下几点：1）将轴大体依阶 梯划分为轴单元，某一段阶梯很长时要适当分为几个轴单元；2）轴上安有轮 、盘的部分要单独划为单元，称为盘单元；3）支承点必须取为节点，且节点 设在轴承宽度的中点处。若单元数目为Ne，则节点数目Nn为
i 1
4
式中：
ix
d x dx
得
l 1 4 4 1 E ui t J d ix x dxu j t u T m u j 0 2 i1 j 1 2
式中
m
，为基于圆盘角位移的质量矩阵，其元素可依下式计算：
§9.2 轴系的扭转振动固有频率计算
一、轴系扭转振动的力学模型
如图所示，取I为等效构件。将系统中各轴上的惯性、弹性、力矩和角位 移都折算到等效构件上去，用等效构件上的等效量来代替，即可得到如图b 的力学模型。 等效刚度根据等效弹簧的变形 能与原来轴上的变形能相等的原 则来确定。 1、等效刚度 （1）等截面轴的扭转刚度系数 由材料力学可知：
Nn Ne 1
单元和节点自左至右编号。每个节点处建立两个广义坐标：横向弹性位移和 弹性转角。在第i个节点处建立的广义坐标编号为：横向弹性位移U2i-1和弹性 转角 U2i广义坐标数目Nu为
660MW汽轮机#4轴承Y向振动异常波动原因分析及故障处理
660MW汽轮机#4轴承Y向振动异常波动原因分析及故障处理摘要：轴承是汽轮机的一个重要组成部件，主轴承也叫径向轴承，它的作用是承受转子的全部重量以及由于转子质量不平衡引起的离心力，保证转子在汽缸中的正确径向位置。
轴承的振动大小直接影响汽轮机的安全稳定运行，对于轴承振动大的问题需全面进行分析，准确判断出振动大的原因，并采取相应处理措施，确保汽轮机长期安全稳定运行。
关键词：可倾瓦轴承、振动异常波动、定位销孔、磨损。
1 概述华润电力（六枝）有限公司为2x660MW两台燃煤发电机组，汽轮机采用哈尔滨汽轮机厂有限公司生产的N660-24.2/566/566、超临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、凝汽式汽轮机。
该汽轮机轴承是由四组垫块支撑的具有自位功能的可倾瓦轴承。
该轴承由四块浇有巴式合金的钢制瓦组成，具有径向调整和润滑功能。
轴承壳体制成两半，在水平中分面用圆柱销固定。
每个瓦块支承在垫块的中心上。
垫块的球形端部与调整垫块接触，确保了轴承支承在垫块的支点上，并自对中心。
轴承是由来自轴承润滑油系统的油进行润滑的。
润滑油是通过在轴承箱中的通道提供给轴承的。
润滑油通过在球面垫块中心的小孔进入轴承壳体下半，轴承壳体两端面上开有环槽，润滑油经过环槽通过在水平和垂直方向上开的8 个孔进入轴承各瓦块，沿着各瓦块间的轴颈表面分布，并从两端排出，油通过两侧的挡油环的排油孔排出，返回轴承箱中。
2 故障介绍2018年10月18日开始，#1汽轮机#4轴承Y向振动开始出现异常波动（最大值140μm），此后，异常波动值逐步增大，11月26日最大突变达到530.99μm。
在#4轴承Y向振动异常波动期间，#4轴承X向振动保持在65μm～95μm之间，#4轴承盖振保持在10μm左右，#4轴承体内存在异常声音； #5轴承X向、Y向振动保持在85μm左右，有时瞬间波动最大到136μm，又迅速恢复到85μm左右，其他轴承振动无异常；#3、#4、#5轴承瓦温、回油温度、油膜压力等保持稳定，无异常变化。
工学轴系扭转振动
运动部件的重力及往复惯性力的周期性变化引起的激励
接受功率的部件不能均匀的地吸收扭振而形成的激励
常见的现象
低速柴油机轴系容易出现节点在传动轴中的单节点振动
中速柴油机轴系，常易出现节点在曲轴的双节点扭振
对于长轴系及有传动齿轮的轴系，在使用转速范围内，可 能有1、2和3节点的振动模态
2021/7/7
工学轴系扭转振动
3
一.关于“推进轴系扭振”
轴系扭转振动有何危害？
使曲轴、传动轴及凸轮轴产生过大的交变应力，甚至导致疲劳 折损；
使传动齿轮间产生撞击现象，引起齿面点蚀，乃至断齿； 使橡胶联轴器橡胶件撕裂、螺栓折断； 使刚性联轴器出现振动松动，螺栓折断； 发动机零部件磨损加快，地脚螺栓折断； 柴油发电机组输出不允许的电压波动； 引起扭转—纵向耦合振动； 产生继发性激励，激起柴油机机架、齿轮箱的横向振动，并通
传动齿轮的主、从动齿轮可作为两个集中质量，并 假设两者之间的刚度很大(一般可取轴系中最大刚 度的1000倍)。齿轮装置轴系中，从动系统应转化 为与柴油机转速相同的当量系统。
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工学轴系扭转振动
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当量转化方法(续)
柴油机、弹性联轴器、气胎离合器、变速齿轮装置、 减振器等制造厂应提供经实验验证的扭转参数。
弹性联轴器、气胎离合器和弹性扭振减振器等，其 主动、从动惯性轮作为两个质量集中点，其刚度应 取弹性元件的动态刚度值。
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工学轴系扭转振动
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当量转化方法(续)
硅油减振器可简化为一个由其壳体惯量与惯性轮惯 量之半组成的当量惯量；也可转化为由2个质量点 组成。
当以传动轴法兰接合面作为质量中心时，轴的转动 惯量平分加在相邻法兰的质量上。
拖网渔船轴系转动时陀螺效应对坎贝尔图的影响
拖网渔船轴系转动时陀螺效应对坎贝尔图的影响胡政和;严谨;邹律龙【摘要】提出了一种渔船轴系主动结构特征辨识的方法.进一步对36.3m拖网渔船轴系的坎贝尔图(Campbell diagram)进行了分析,确定了拖网渔船轴系的临界速度,结合拖网渔船轴系静态结构的特征频率,分析了陀螺效应对坎贝尔图的影响.采用的主动结构动态特征辨识方法,具有一定实用价值.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2017(000)009【总页数】5页(P54-57,65)【关键词】陀螺效应;坎贝尔图;涡动效应;动力特性【作者】胡政和;严谨;邹律龙【作者单位】广东海洋大学,广东湛江524088;广东海洋大学,广东湛江524088;广东海洋大学,广东湛江524088【正文语种】中文【中图分类】U674.41拖网渔船在沿海地区的需求越来越强烈，对拖网渔船的性能的需求也越来越高。
其中拖网渔船轴系振动对渔船的整体性能的影响十分凸显，可以说是整个渔船性能的关键。
所以对渔船轴系振动的研究尤其重要。
影响渔船轴系振动的影响因素很多，除了轴系本体结构（如：轴系的支撑点的位置，密封装置等）对振动有直接的影响外，还有一些边界条件（如：附连水效应等）对其也有影响[1]。
本文在对拖网渔船轴系振动的分析基础上，重点通过陀螺效应对渔船轴系振动的影响分析了坎贝尔图显现出来的结果。
介绍了陀螺效应和涡动效应的区别，以及不考虑涡动效应等问题。
拖网渔船轴系振动包括横向振动、纵向振动、扭转振动三种类型。
每种振动中都有自己的固有频率，当一个激振力频率和固有频率相接近的时候，将出现共振[2]。
本文通过有限元模态分析，计算出可能发生共振的频率。
在进行振动计算的时候，横向振动，纵向振动，扭转振动是不能分开计算的，因为它们之间具有相互关联的作用。
对于阻尼的考虑，具体情况具体分析。
在本文研究的对象中，主要考虑了横向振动。
（1）扭转振动船舶轴系在螺旋桨或发动机的周期性扭转力矩的激励下，发生在轴系自转轴心扭转变形的现象称为扭转振动。
浅谈汽轮机轴系异常振动的原因
浅谈汽轮机轴系异常振动的原因摘要：随着工业技术的不断进步，汽轮机作为关键的动力设备，在保障能源生产中发挥着至关重要的作用。
然而，汽轮机轴系的异常振动问题一直是影响其稳定运行的主要难题。
本文综合分析了导致汽轮机轴系异常振动的多种因素，包括机械不平衡、轴承故障、热力影响及操作错误。
通过深入探讨各种振动监测方法和故障诊断技术，本文旨在提供针对性的维护策略，以优化汽轮机的运行效率和延长其使用寿命。
关键词：汽轮机；轴系；异常振动；故障诊断；维护策略引言：汽轮机作为现代工业和能源领域的核心动力设备，其性能稳定性对整个生产系统的效率和安全具有决定性影响。
尤其是轴系的异常振动，不仅会降低机器效率，还可能导致重大故障。
鉴于此，本文聚焦于汽轮机轴系的异常振动问题，通过分析振动的成因，探讨有效的监测和诊断方法。
本研究的目标是通过深入理解异常振动的机理，为汽轮机的稳定运行和故障预防提供科学的理论支持和实践指导。
一、汽轮机轴系振动概述1.轴系结构和功能轴系主要由轴、轴承和联轴器等组成，其结构设计和完整性对汽轮机的性能和效率起着决定性作用。
轴本身是一种长条形的金属部件，其主要功能是支撑转子，保证其在高速旋转时的稳定性。
轴系的设计必须考虑到动力传输的效率和系统的动态平衡。
为此，轴系的设计和制造精度要求极高，以确保在长时间运行中的可靠性和耐久性。
轴承作为轴系的重要组成部分，承担着支撑和定位转子的任务。
它们确保轴能够在适当的位置上平稳旋转，同时减少摩擦和磨损。
轴承的类型和配置直接影响着轴系的振动特性和运行寿命。
此外，联轴器在轴系中也扮演着关键角色，它连接着不同的机械部件，传递扭矩，同时允许一定程度的位移和角度偏差，以适应机器运行中的微小变形和热膨胀。
2.振动的类型和特征汽轮机轴系的振动可分为几种基本类型，每种类型都有其独特的特征和成因。
首先是平衡振动，通常源于轴系本身或安装的不平衡，导致旋转时产生离心力，进而引起周期性振动。
这种振动的特点是频率与机器转速一致，振幅随转速变化而变化。
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第四节轴系的纵向振动
一、轴系的纵向振动及危害
轴系在外力作用下，沿轴线方向产生的周期性变形现象，称为轴系的纵向振动。
轴系纵振的激振力主要是气缸内的气体压力和往复运动部件产生的惯性力通过连杆作用在曲柄销上的径向分量和螺旋桨在不均匀伴流场中产生的周期性轴向激振力。
此外，轴系的扭转振动也可能激起轴系的纵向振动，特别是在扭振固有频率与纵振固有频率相同或相近时，还会产生扭转-纵向耦合振动现象。
推进轴系纵向振动的危害性主要表现在以下几个方面：
（1）柴油机、传动装置和轴系的故障。
如：曲轴弯曲疲劳破坏；推力轴承的松动；艉轴管的早期磨损；传动齿轮的破坏和磨损等。
（2）在推力轴承上的轴向力作用在柴油机的机体上并引起船体构件及上层建筑的附加振动。
对于中速柴油机一般不存在轴向振动，因为中速机的轴系刚度很高，其固有频率远高于激振力的频率。
中国船级社要求对于大型低速柴油机推进轴系，必须提交其推进轴系的纵向振动特性并获得船级社的批准。
二、推进轴系纵向振动的消减和回避
1.推进轴系纵向振动的衡量标准
中国船级社要求持续运转的纵振振幅不得超过计算值。
对于瞬时通过的允许纵振振幅值，一般不超过计算值的1.5倍。
如果超过持续运转的许用值，则应设转速禁区。
一般在r=0.85时由共振或上坡波产生的纵振振幅应不超过持续运转许用值，在r=1.0时由共振或下坡波产生的纵振振幅也应不超过持续运转许用值。
2. 纵向振动的消减和回避
（1）调频
系统纵振固有频率的基本方法是改变轴段的纵向刚度、集中质量及分布。
改变轴系的长度或直径，可以提高或降低轴系的纵振固有频率，从而把有害纵振共振移开；在轴系纵振相对振幅较大处安装附加质量，或调整主机飞轮质量，不仅可以降低轴系纵振固有频率而且可以改变振型，从而达到避开有害纵振共振转速或减小振幅的作用。
（2）减小输入系统的激振能量
副简谐引起的有害共振和柴油机发火顺序有关。
改变发火顺序，可以减小输入系统的振动能量。
但这一方法对主简谐引起的纵振无效。
艉部不均匀伴流场是诱导螺旋桨激振力的直接原因，改善伴流提高螺旋桨的设计水平和加工精度，
对改善轴系的振动有着积极作用。
此外，调整螺旋桨和柴油机曲轴间的夹角，也可以使柴油机和螺旋桨激振力产生的纵振响应相互抵消一些。
（3）避免扭转-纵向耦合振动
轴系的纵向振动有可能由轴系强烈的扭转振动耦合激发产生，特别是两者临界转速相同或相近时更易产生。
这时，所有减小扭振的措施对降低纵振耦合响应都是有效的。
而纵振的消减与回避措施中，除调频外的其他方法都不会有大的效果。
改变纵振固有频率，拉开扭振与纵振临界转速的距离，能有效地降低扭振-纵振耦合响应。
（4）配置减振器
安装纵向振动减振器是降低纵向振动响应的最有效方法。
几乎所有低速二冲程柴油机都配有纵振减振器。
纵振减振器安装在柴油机曲轴自由端上，其结构如图5-8所示。
减振器活塞与曲轴自由端直接连接，油压缸体固定在柴油机机架上，缸体内活塞的左右端充满压力润滑油，活塞可以在压力油缸内旋转和纵向振动。
当曲轴振动时，滑油通过节流阀从活塞一侧泵向另一侧，间隙的大小根据所需阻尼力由计算和试验确定。
由于其液压缸体固定在柴油机机架上，这样使曲轴自由端受到一定的纵向约束作用，从而提高了轴系的纵振固有频率，同时，由于液压油的阻尼作用，使纵振振幅减小，达到减振的目的。
图5-8 纵振减振器。