旋轉機械的常見種類及振動分類

01 旋轉機械的常見種類

絕大多數機械都有旋轉件，所謂旋轉機械是指主要功能由旋轉運動來完成的機械，尤其是指主要部件作旋轉運動的、轉速較高的機械。旋轉機械種類繁多，有汽輪機、燃氣輪機、離心式壓縮機、發電機、水泵、水輪機、通風機以及電動機等。這類設備的主要部件有轉子、軸承系統、定子和機組殼體、聯軸器等，轉速從每分鐘幾十轉到幾萬、幾十萬轉。

幾種典型的旋轉機械如下所示。

1）汽輪機

汽輪機（Steam Turbine）是將蒸汽的能量轉換成為機械功的旋轉式動力機械，又稱蒸汽透平。主要用作發電用的原動機，也可直接驅動各種泵、風機、壓縮機和船舶螺旋漿等。還可以利用汽輪機的排汽或中間抽汽滿足生產和生活上的供熱需要。

2）離心式壓縮機

離心式壓縮機（Centrifugal Compressor），通過葉輪對氣體作功，將能量傳遞給氣體，最終使其壓力得到提升。可以為單級葉輪，也可為多級。離心式壓縮機是一種葉片旋轉式壓縮機（即透平式壓縮機）。在離心式壓縮機中，高速旋轉的葉輪給予氣體的離心力作用，以及在擴壓通道中給予氣體的擴壓作用，使氣體壓力得到提高。

3）發電機

發電機（Electric Generator）是將其他形式的能源轉換成電能的機械設備。最早產生于第二次工業革命時期，由德國工程師西門子于1866年制成。它由水輪機、汽輪機、柴油機或其他動力機械驅動，將水流、氣流、燃料燃燒或原子核裂變產生的能量轉化為機械能傳給發電機，再由發電機轉換為電能。發電機在工農業生產、國防、科技及日常生活中有廣泛的用途。

4）水泵

水泵（Water Pump）是輸送液體或使液體增壓的機械。它將原動機的機械能或其他外部能量傳送給液體，使液體能量增加。主要用來輸送液體，包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液態金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。

5）風機

風機（Fan）是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流體機械。排氣壓力低于1.5x105Pa。風機廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻，鍋爐和工業爐窯的通風和引風，空氣調節設備和家用電器設備中的冷卻和通風，谷物的烘干和選送，風洞風源和氣墊船的充氣和推進等。

6）電動機

電動機（Motor）是把電能轉換成機械能的設備，它是利用通電線圈在磁場中受力轉動的現象制成，電動機按使用電源不同分為直流電動機和交流電動機，電力系統中的電動機大部分是交流電機，可以是同步電機或者是異步電機。電動機主要由定子與轉子組成。通電導線在磁場中受力運動的方向跟電流方向和磁感線（磁場方向）方向有關。電動機工作原理是磁場對電流受力的作用。使電動機轉動。

02 旋轉機械振動分類

旋轉機械的主要功能是由旋轉部件來完成的，轉子是其最主要的部件。旋轉機械發生故障的主要特征是機器伴有異常的振動和噪聲，其振動信號從幅域、頻域和時域反映了機器的故障信息。因此，了解旋轉機械在故障狀態下的振動機理，對于監測機器的運行狀態和提高診斷故障的準確率都非常重要。

旋轉機械振動按機械振動性質可以分為3類：

1）強迫振動

強迫振動又稱同步振動，是由外界持續周期性激振力作用而引起的振動。強迫振動從外界不斷地獲得能量來補償阻尼所消耗的能量，使系統始終保持持續的等幅振動。該振動反過來并不影響擾動力。產生強迫振動的主要原因有轉子質量的不平衡、聯軸器不對中、轉子的靜摩擦、機械部件松動、轉子部件或軸承破損等。強迫振動的特征頻率總是等于擾動力的頻率。例如，由于轉子質量不平衡引起的強迫振動，其振動頻率恒等于轉速頻率。

2）自激振動

機器運行過程中由機械內部運動本身產生的交變力引起的振動叫自激振動，一旦振動停止，交變力也自然消失；自激振動頻率即機械的固有頻率（或臨界頻率），與外來激勵的頻率無關。旋轉機械中常見的自激振動有油膜渦動和油膜振蕩。它主要由轉子內阻、動靜部件的干摩擦等引起。與強迫振動相比，自激振動出現比較突然，振動的強度比較嚴重，短時間內就會對機器造成嚴重破壞。

3）非定常強迫振動

非定常強迫振動是由外來擾動力引起的一種強迫振動。其特點是與擾動力具有相同的頻率；振動本身反過來會影響擾動力的大小與相位；振動的幅值和相位都是變化的。比如轉子軸上某一部位出現不均勻的熱變形，就相當于給轉子增加了不平衡質量，它將會使振動的幅值和相位都發生變化。反過來，振動幅值和相位的變化又影響不均勻熱變形的大小與部位，從而使強迫振動連續不斷地發生變化。