振動分析基礎知識

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上旋轉機械振動分析基礎汽輪機、發(fā)電機、燃氣輪機、壓縮機、風機、泵等都屬于旋轉機械，是電力、石化和冶金等行業(yè)的關鍵設備。這些設備出現故障后，大多會帶來嚴重的經濟損失。 振動在設備故障中占了很大比重，是影響設備安全、穩(wěn)定運 行的重要因素。振動又是設備的“體溫計”，直接反映了設備健康狀況，是設備安全評估的重要指標。一臺機組正常運行時，其振動值和振動變化值都應該比較小。一旦機組振動值變大，或振 動變得不穩(wěn)定，都說明設備出現了一定程度的故障。振動對機組安全、穩(wěn)定運行的危害主要表現在： (1)振動過大將會導致軸承烏金疲勞損壞。 (2)過大振動將會造成通流部分磨損，嚴重時將會導致大軸

2、彎曲。統計數據表明，汽輪發(fā)電機組 60以上的大軸彎曲事故就是由于摩擦引起的。(3)振動過大還將使部件承受大幅交變應力，容易造成轉 子、聯結螺栓、管道、地基等的損壞。正因為振動對設備安全運行相當重要，人們對振動問題都很重視。目前大型機組上普遍安裝了振動監(jiān)測系統，并將振動信號投了保護。振動超標時，保護動作，機組自動停機，從而保證設備的絕對安全。一、振動分析基本概念 振動是一個動態(tài)量。圖 所示是一種簡單的振動形式簡 諧振動，即振動量按余弦（或正弦）函數規(guī)律周期性地變化，幅值反映了振動大??；頻率反映了振 動量動態(tài)變化的快慢程度；相位反映了信號在t=0時刻的初始狀態(tài)?？梢姡瑸榱送耆枋鲆粋€振動信號，必須

3、同時知道幅值、頻率和相位這三個 參數，人們稱之為振動分析的三要素。 振動是一個動態(tài)變化量。為了突出反映交變量的影響，振動監(jiān)測時常取波形中正、負峰值的差值作為振動幅值，又稱為峰峰值。簡諧振動是一種簡單的振動形式，實際機組上發(fā)生的振動比簡諧振動要復雜得多。不管振動多么復雜，由信號分析理論可知，都可以將其分解為若干具有不同頻率、幅值和相位 的簡諧分量的合成。旋轉機械振動分析離不開轉速，為了方便和直觀起見，常以 1x 表示與轉動頻率相等的頻率，又稱為工（基）頻；以 0.5x、2x、3x 等表示與轉動頻率的 0.5 倍、2 倍和 3 倍等相等的頻率，又稱為半頻、二倍頻、三倍 頻。 采用信號分析理論中的快

4、速傅立葉變換（FFT）可以快速、方便地求出復雜振動信號中所含頻率分量的幅值和相位。該過程稱 為頻譜分析，并已成為振動故障分析領域基本和常用的工具。 頻譜分析所起的作用可以概括為以下兩點：(1） 不同故障所對應的頻率不同。例如：轉子不平衡故障的 頻率為工頻，汽流激振和油膜振蕩等故障的頻率為低頻，電磁激 振等故障的頻率為高頻等。頻率特征是故障判斷的必要條件。某 種故障必然具備相應的頻率特征。因此，根據頻譜分析結果可以 對故障性質作一個初步、定性判斷。本書第 35 章將詳細介紹 每一種故障的頻率特征。 （2） 多種故障的頻率特征具有很強的相似性，頻率特征并不 是故障判斷的充分條件。例如，熱變形、不平

5、衡、共振、剛度不 足、摩擦等故障的特征頻率都是工頻，僅根據頻率特征無法將故障原因進一步定量細化。為了能確診故障原因，振動分析必須結 合過程參數和相關試驗數據進行，突出相似故障之間的微小差別。 二、 振動位移、速度和加速度 除了振動位移外，振動分析時還經常用到振動速度和加速 度。將位移信號對時間求一次和兩次導數，可以分別得到振動速 度和加速度；反之，對振動加速度信號進行一次和二次積分可以分別得到 速度和位移信號。（1）振動位移、速度和加速度信號的頻率相同。不管采用何 種表示方式，故障性質不會變化，都可以用于振動監(jiān)測。三種方 式在旋轉機械振動分析中都有廣泛應用。 （2）在相同位移幅值下，頻率越高，

6、振動所產生的交變應力 越大，對設備的危害也越大。因此，故障頻率越高，位移幅值應 該控制得越嚴格。對于旋轉機械而言，轉速越高，振動標準越嚴。 （3）振動速度（或加速度）幅值是振動位移和頻率（或頻率 平方）的乘積，幅值中同時反映了振動頻率和位移幅值的影響， 較單純的振動位移幅值更全面。 （4）振動加速度相位超前振動速度相位 90o，振動速度相位 又超前振動位移相位 90o。采用不同表示方式時，必須考慮相互 之間的相位差。 （5）值得指出的是，同一種故障在振動位移、速度和加速度頻譜中表現出來的故障特征不完全相同。于高頻振動故障，為了在故障的早期能夠比較明顯地反映出振動變化，采用振動速度或加速度監(jiān)測比

7、較有效。 對于低頻振動故障，監(jiān)測振動位移更能夠突出反映 振動變化。（6）振動位移、速度和加速度之間可以相互轉換。雖然將位移信號對時間求導可以得到速度信號和加速度信號，但是由于求導過程中誤差有可能會放大，實際上很少進行這樣的轉換。信號積分過程中誤差是收斂的，因此，目前采用得比較多的是由加速度或速度信號積分求出位移信號。一些采用加速度傳感器的振動儀表，可以通過積分同時測量出振動加速度、速度和位移值。 轉換關系（1）位移信號對時間求導得到速度，再求導得 到加速度（2）加速度對時間積分得到速度，再積分得到 位移選用原則（1） 三種表示方式都可以用于監(jiān)測；（2） 速度和加速度信號更能突出反映高頻分量的變

8、化；（3） 位移信號進行監(jiān)測更能突出反映低頻分量的變化三、 旋轉機械振動標準 振動直接影響到大型旋轉機械的安全、穩(wěn)定運行。目前，大 型旋轉機械振動評定尺度主要有軸承座振動位移、軸承座振動烈度和軸徑向位移三種。 （一）、軸承座振動 軸承座振動，又稱為軸承振動或瓦振，它是以軸承座垂直、水平和軸向三個方向中的最大振動為評定依據。振動位移和振動烈度是軸承座振動監(jiān)測所主要采用的兩個尺度。 1、軸承座振動位移 表 3 給出了我國電力工業(yè)技術管理法規(guī)中給出的汽輪發(fā) 電機組軸承振動標準。該標準以軸承振動位移信號峰峰值為尺 度，在我國電力行業(yè)得到了廣泛應用，是汽輪發(fā)電機組軸承座振 動評判的主要依據。 表 3 汽

9、輪發(fā)電機組軸承振動標準（單位：m） 汽輪發(fā)電機組轉速優(yōu)良合格1500 rpm3050703000 rpm2030502、軸承振動烈度振動速度幅值同時反映了振動位移幅值和頻 率的影響，因此又稱為振動烈度。對于高頻振動或沖擊型振動， 監(jiān)測振動烈度比振動位移更為有效。支承剛度對軸承振動的影響很大。相同激勵力下，支承剛度 越小，軸承振動越大。因此，軸承振動烈度評定時，針對剛性支 承和柔性支承給出了不同標準。剛性支撐通常指的是支撐系統固 有頻率高于激振力頻率，柔性支撐通常指的是支撐系統固有頻率 低于激振力頻率。ISO10816：1996 規(guī)定：如在測量方向上機器與 支撐系統組合的低自振頻率至少大于主激振

10、頻率（大多數情況 下為旋轉頻率）25，則支撐系統在該方向上可看作剛性支撐， 其它支撐系統都可看作柔性支撐。例如：大型電動機、泵和小型 汽輪發(fā)電機組一般是剛性支承，大型汽輪發(fā)電機組部分軸承座則 采用柔性支承。某些情況下，支撐部件可能在某一測量方向上為 剛性，而在其它方向上為柔性。A區(qū) 域新投產機組的振動應在此區(qū)域內。B區(qū) 域振動在此區(qū)域內的機組通常認為是合格的，可以長期運行。C區(qū) 域振動在此區(qū)域內的機組不適宜長期連續(xù)運行。一般來說，該機器可在這種狀態(tài)下運行有限時間，直到有采取補救行動的合適時機為止。D區(qū) 域振動在此區(qū)域內，通常認為其劇烈程度足以引起機組破壞。表 6 功率50MW 陸地安裝的大型汽

11、輪發(fā)電機組 區(qū)域邊界軸轉速（rpm）1500 或 18003000 或 3600振動速度 mm/s（rms）A/B2.83.8B/C5.37.5C/D8.511.8（二）、轉軸振動標準 軸承座振動并不能完全反映轉軸在軸瓦內的振動（軸振）。軸承振動和軸振的比值與軸承支承剛度有關。激振力一定時，支承剛度越大，軸承座振動越小，軸振越大。即使在不大的軸承振動下，轉軸仍有可能存在較大的相對振動。轉軸振動過大，可能使軸承烏金疲勞損壞并導致動、靜部件碰磨。振動評定標準中應充 分考慮該因素。為彌補軸承振動不能全面反映轉軸振動的不足，大型旋轉機械一般考慮以轉軸振動作為機組振動狀態(tài)評定標準的尺度。大型汽輪發(fā)電機軸

12、振標準（峰峰值，GB/T 11348.2-1997）m區(qū)域相對振動絕對振動界限A80120-165180-260100150-200250-320報警打閘BCD四、大唐集團轉動設備振動標準1軸承振動標準:1.1以振幅為標準（峰值pp) m工作轉速優(yōu)良(A)合格(B)報警(C)打閘(D)15003050703000203050100表中：當軸承振幅大于B而小于C時，不發(fā)報警，但應設法消除。1.2以振動烈度為標準（有效值rms)工作轉速(rmin)A(mm/s)B(mm/s)C(mm/s)D(mm/s)600120001.84.611.211.2表中A新投產機器應達到標準B機器可以長期運行C機器尚

13、可短期運行，但必須采取補救措施D停機，不允許運行2轉軸振動標準相對軸振(m)絕對軸振（m)優(yōu)良(A)80100合格(B)120150報警(C)120150打閘(D)260320注：（1）具體機組的振動限值應根據機組設計、長期運行特點確定后，由廠總工程師批準后執(zhí)行；（2）按兩個互成90°的傳感器的大值考核；（3）相對軸振增減超過40m 或絕對軸振增減超過50m 時應報警；（4）新投產機組的軸振水平應在(A)以內；3機組通過臨界轉速的振動標準3.1軸承振動： 合格值50m 打閘值l00m3.2轉軸振動：（1）相對軸振： 合格值80m 打閘值260m（2）絕對軸振： 合格值100m 打閘值320m4機組起動過程中，在中速暖機之前，軸承振動超過30m或軸振動超過100m立即打閘停機；通過臨界轉速時，軸承振動超過100m,相對軸振超過200m應立即打閘停機。嚴禁強行通過臨界轉速或降