振動(dòng)基本知識(shí)及其故障診斷綜述

1、振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷 傅行軍 東南大學(xué) 火電機(jī)組振動(dòng)國家工程研究中心上篇：振動(dòng)基本知識(shí)一、振動(dòng)及其分類n振動(dòng)振動(dòng)指物體在一定位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。指物體在一定位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 普遍存在于宇宙及人類生產(chǎn)、生活中。是電廠重要安全經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。 電廠中振動(dòng)過大的危害電廠中振動(dòng)過大的危害 （1） 減少設(shè)備的使用壽命，造成設(shè)備損壞，甚至釀成災(zāi)難性事故； （2）動(dòng)靜部件碰摩，使轉(zhuǎn)軸彎曲，部件及基礎(chǔ)損壞； （3）降低機(jī)組的機(jī)械性能和熱力性能； （4）振動(dòng)及其產(chǎn)生的噪聲，影響運(yùn)行人員身體健康和工作效率。n 振動(dòng)的分類（1）按振動(dòng)的產(chǎn)生方式分：）按振動(dòng)的產(chǎn)生方式分： 自由振動(dòng)自由振動(dòng) 受迫振動(dòng)受迫振動(dòng)（2）

2、按振動(dòng)的規(guī)律分：）按振動(dòng)的規(guī)律分： 簡諧振動(dòng)簡諧振動(dòng) 復(fù)合周期振動(dòng)復(fù)合周期振動(dòng) 瞬態(tài)振動(dòng)瞬態(tài)振動(dòng) 隨機(jī)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)（3）按振動(dòng)故障的性質(zhì)分：）按振動(dòng)故障的性質(zhì)分： 自激振動(dòng)自激振動(dòng) 強(qiáng)迫振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)（4）按振動(dòng)模型的自由度分：）按振動(dòng)模型的自由度分： 單自由度振動(dòng)單自由度振動(dòng) 多自由度振動(dòng)多自由度振動(dòng) 二、簡諧振動(dòng)（一）簡諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程（一）簡諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 以以無阻尼自由振動(dòng)的無阻尼自由振動(dòng)的彈簧振子為例得出普遍結(jié)論：彈簧振子為例得出普遍結(jié)論：微分方程特征微分方程特征 運(yùn)動(dòng)學(xué)特征運(yùn)動(dòng)學(xué)特征由由 Fmakx 0 xdtxd222 xxmka2 mk xok解解 可得可得222dx+ x

3、 = 0d t)tcos(Ax 位位 移移振動(dòng)方程振動(dòng)方程速速 度度sin()cos()2dxvAtAtdt 加速度加速度22cos()cos()dvaAtAtdt 24681 01 21 4- 1- 0 . 50 . 51vt xan結(jié)論：結(jié)論： （1）單自由度無阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)是以正弦或余弦函數(shù)表示的，故稱為簡諧振動(dòng)。（2）自由振動(dòng)的角頻率即系統(tǒng)的固有頻率僅由系統(tǒng)本身參數(shù)確 定，與外界激勵(lì)、初始條件無關(guān)。（3）自由振動(dòng)的振幅A和初相角由初始條件所確定。km002020 xvtgvxA xn振幅振幅 A (Amplitude) 偏離平衡位置的最大值。描述振動(dòng)的規(guī)模。n頻率頻率 f (Fre

4、quency) 描述振動(dòng)的快慢。單位為次/秒(Hz) 或次/分(c/min) 。 周期周期 T = 1/f 為每振動(dòng)一次所需的時(shí)間，單位為秒。 圓頻率圓頻率 = 2 f 為每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度，單位為弧度/秒n初相角初相角 (Initial phase) 描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)。（二）描述簡諧振動(dòng)的三要素 （三）簡諧振動(dòng)的合成)tcos(Ax),tcos(Ax20221011 )tcos(Ax 0合振動(dòng)：合振動(dòng)：)cos(2)(cos21221222112212221 AAAAAAAAA1.1.同方向、同頻率簡諧振動(dòng)的合成同方向、同頻率簡諧振動(dòng)的合成仍然為仍然為簡諧振動(dòng)簡諧振動(dòng)A1A2Ax12|

5、2 , 1 , 0,)12(2112AAAnn ， 21122 , 1 , 0,2AAAnn ， 兩種特殊情況：兩種特殊情況：振動(dòng)與其它運(yùn)動(dòng)形式一樣也可以進(jìn)行合成與分解振動(dòng)與其它運(yùn)動(dòng)形式一樣也可以進(jìn)行合成與分解振動(dòng)往往是由若干種頻率的簡諧振動(dòng)合成的振動(dòng)往往是由若干種頻率的簡諧振動(dòng)合成的下面我們研究幾種基本而重要的簡諧振動(dòng)的合成下面我們研究幾種基本而重要的簡諧振動(dòng)的合成22112211 cosAcosAsinAsinAtg A1A2AxA1A2Ax2.2.同方向、不同頻率簡諧振動(dòng)的合成同方向、不同頻率簡諧振動(dòng)的合成周期振動(dòng)周期振動(dòng), tcosAx, tcosAx2211 tcosAtcosAx2

6、1 nmTTvv 122121 m , n 為整數(shù)，為整數(shù)，mn用用 x-t 圖像合成最方便圖像合成最方便如：如：T1=2s, T2=3sx1t2sx2t3sxt6s結(jié)論：結(jié)論：合振動(dòng)不是簡諧合振動(dòng)不是簡諧振動(dòng)，但有周期性，合振動(dòng)，但有周期性，合振動(dòng)周期為兩個(gè)分振動(dòng)振動(dòng)周期為兩個(gè)分振動(dòng)周期的最小公倍數(shù)周期的最小公倍數(shù)tx1221212vvv 拍拍拍拍， 合振幅做周期性變化的現(xiàn)象叫拍，合振幅大小每變化合振幅做周期性變化的現(xiàn)象叫拍，合振幅大小每變化 一個(gè)周期叫一個(gè)周期叫1拍，單位時(shí)間內(nèi)拍出現(xiàn)的次數(shù)叫拍頻拍，單位時(shí)間內(nèi)拍出現(xiàn)的次數(shù)叫拍頻ttAttAxxx2212121212coscos2)cos(c

7、os 1212 2）兩個(gè)分振動(dòng)頻率很高）兩個(gè)分振動(dòng)頻率很高,又非常接近又非常接近,即即可視為振幅做周期性緩慢變化的準(zhǔn)簡諧振動(dòng)，又稱調(diào)幅可視為振幅做周期性緩慢變化的準(zhǔn)簡諧振動(dòng)，又稱調(diào)幅振動(dòng)振動(dòng)3.方向垂直、同頻率簡諧振動(dòng)的合成xy)cos(),cos(202101 tAytAx將兩個(gè)式子展開，消去參數(shù)將兩個(gè)式子展開，消去參數(shù)t, 可得質(zhì)點(diǎn)可得質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡方程：運(yùn)動(dòng)的軌跡方程： )(sin)cos(21221221222212 AyAxAyAx在一般情況下，為一橢圓方程，橢圓的形狀、大小，在一般情況下，為一橢圓方程，橢圓的形狀、大小，長、短軸方位，由振幅和相位差決定長、短軸方位，由振幅和相位差決

8、定 4.方向垂直、不同頻率簡諧振動(dòng)的合成 n若分振動(dòng)頻率不成整數(shù)比，則合運(yùn)動(dòng)軌跡不能形成穩(wěn)定的封閉曲線，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不具有周期性 n若分振動(dòng)頻率成整數(shù)比，則合運(yùn)動(dòng)軌跡為一穩(wěn)定的封閉曲線，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)具有周期性，軌跡圖形稱為利薩如圖形n圖形的花樣與振幅、初相、頻率比有關(guān) 用作圖法畫利薩如圖形 T1:T2 = 1:2 A1:A2 = 3:2 1 = -/2 2 = /2A1A2xy121234567812345678三、單自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)nd為阻尼自由振動(dòng)的圓頻率為阻尼自由振動(dòng)的圓頻率n阻尼比：阻尼比：nMi、Mi+1分別為阻尼自由振動(dòng)的相鄰超調(diào)量。21ndTd2四、單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)（一）諧激勵(lì)的強(qiáng)

9、迫振動(dòng)（一）諧激勵(lì)的強(qiáng)迫振動(dòng)022202( )sin()2sin()nnnf tFtd ydyyYtdtdt外加作用力：00 ,2YFcmk 00n為質(zhì)量塊上作用有靜力 時(shí)的靜位移Y =F /kk=m y(t)=Ysin( t-穩(wěn)態(tài)振動(dòng)方程-：)022202000222222022( )sin()2sin()1()4()1()11()4(nnnnnnnnf tFtdydyyYtdtdtYFYYMY00n外 加 干 擾 力 ：為 質(zhì) 量 塊 上 作 用 有 靜 力時(shí) 的 靜 位 移Y =F /k式 中 ：振 幅 Y=2 (相 位 差 ： =arcty(t)=Ysin(t-an振 幅 放：-大)因

10、 子2) 圖a)幅頻特性曲線 圖b)相頻特性曲線（1）當(dāng)激勵(lì)頻率時(shí)，振幅達(dá)到最大值，稱臨界。 （2）不管系統(tǒng)的阻尼比是多少，在 時(shí)，位移始終落后于激勵(lì)力90度現(xiàn)象，稱共振。1n21 2n 1nre A O （二）單圓盤轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)和臨界轉(zhuǎn)速01r/ecC A m O O mktmekytymtmekxtxmc222222 dddd臨界轉(zhuǎn)速sincosk y x 由上式中解出x和y,并求得振幅r。圓盤慣性力 軸彈性力 偏心的離心力 單圓盤轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)響應(yīng)單圓盤轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)響應(yīng)01r/ecre A O re C A O re C A O C A C O O c r e r ere A O

11、 重點(diǎn) 高點(diǎn)C n系統(tǒng)有多個(gè)固有頻率。從小到大，稱為第1階、第2階等等。n每個(gè)頻率有一對應(yīng)的振型和阻尼值。n同一階的固有頻率、振型 和阻尼值一起，稱為模態(tài)模態(tài)。五、多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng) 兩自由度系統(tǒng)的振動(dòng)模態(tài)第二階模態(tài)第一階模態(tài)三自由度系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)第二階模態(tài)第三階模態(tài)第一階模態(tài)振型是各自由度坐標(biāo)的比例值。振型具有正交性。 單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和振型650MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 n1= 604 r/minn2= 1840 r/minn3= 4651 r/min多自由度轉(zhuǎn)子有多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的振型 多轉(zhuǎn)子軸系的臨界轉(zhuǎn)速和振型200MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系汽輪發(fā)電機(jī)組軸系 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型n1 =1002 r/min

12、中壓轉(zhuǎn)子型n2 = 1470 r/min高壓轉(zhuǎn)子型n3 = 1936 r/min低壓轉(zhuǎn)子型n4 = 2014 r/min發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型n5 = 2678 r/min高壓轉(zhuǎn)子 中壓轉(zhuǎn)子 低壓轉(zhuǎn)子 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子 軸系各階振型中，一般有一個(gè)轉(zhuǎn)子起主導(dǎo)作用。 多轉(zhuǎn)子軸系的固有頻率和振型 單跨轉(zhuǎn)子與多跨軸系臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系200MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系汽輪發(fā)電機(jī)組軸系單 個(gè)轉(zhuǎn) 子高壓轉(zhuǎn)子中壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子剛性支承1805131619651053 3149彈性支承169312211740 943 2654多 跨軸 系高壓轉(zhuǎn)子型中壓轉(zhuǎn)子型低壓轉(zhuǎn)子型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型剛性支承2284164325921142 3444

13、彈性支承1936147020141002 2678軸系的各階臨界轉(zhuǎn)速高高于相應(yīng)的單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。彈性支承轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速低低于剛性支承轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。n振動(dòng)的頻率等于外激勵(lì)的頻率。n振型為各階振型的疊加。n各階振型所占的比例，決定于外激勵(lì)的頻率和作用點(diǎn)位置。n激勵(lì)頻率接近某階固有頻率時(shí)，該階振型增大而占主導(dǎo)地位，是為該階共振狀態(tài)。n共振峰大小決定于該階阻尼值和激勵(lì)的位置。n作用在某階節(jié)點(diǎn)上的激勵(lì)力，不能激起該階振動(dòng)。六、多自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)正峰值負(fù)峰值平均絕對值平均絕對值有效值平均值峰峰值簡諧振動(dòng)各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼此間有確定關(guān)系n峰值峰值 xp=A; 峰峰值峰峰值 xp-p=2An平均絕對

14、值平均絕對值 xav=0.637An有效值有效值 xrms=0.707An平均值平均值中篇：振動(dòng)測試 一、振動(dòng)基本量的測量 1.振動(dòng)幅值測量位移、速度和加速度0 x簡諧振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系簡諧振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系 )2sin(ddtAtxv)sin(dd222tAtxatAx sinn振動(dòng)位移振動(dòng)位移 (Displacement)n速度速度 (Velocity)n加速度加速度 (Acceleration) l位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。l三者的幅值相應(yīng)為A、A、A 2。l相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90; 速度領(lǐng)先位移90。xvaxva復(fù)雜振動(dòng)的幅值參數(shù)復(fù)雜振動(dòng)的

15、幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，彼此間無明確定關(guān)系正峰值負(fù)峰值峰峰值xrms若干幅值參數(shù)的定義若干幅值參數(shù)的定義 n瞬時(shí)值瞬時(shí)值 (Instant value) 振動(dòng)的任一瞬時(shí)的數(shù)值。n峰值峰值 (Peak value) 振動(dòng)離平衡位置的最大偏離。n平均絕對值平均絕對值 (Average absolute value)n均值均值 (Mean value) 又稱平均值或直流分量。n有效值有效值 (Root mean square value) TtxTx0avd 1TtxTx0d 1TtxTx02rmsd 1xpx = x(t)常用的幅值參數(shù)及其單位常用的幅值參數(shù)及其單位 n位移位移 峰峰值。峰峰

16、值。單位為微米微米（m） n速度速度 有效值。有效值。單位為毫米毫米/ /秒秒（mm/s） n加速度加速度 峰值。峰值。 單位為米米/ /秒平方秒平方（m/s2）2.振動(dòng)信號(hào)的頻率分析n把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分各種頻率成分分別分解出來的方法。n頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。n頻率分析可用頻率分析儀頻率分析儀來實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來完成。n頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。時(shí)間域 頻率域FFTIFFT各種振動(dòng)的頻譜圖各種振動(dòng)的頻譜圖名稱 波 形 頻 譜 名稱 波 形 頻 譜n基頻是轉(zhuǎn)速頻率。n基頻分量的幅值和轉(zhuǎn)子的不平

17、衡大小不平衡大小有關(guān)。n基頻分量的相位和不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位有直接對應(yīng)關(guān)系。n在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標(biāo)記K ，在軸承座上布置鍵相傳感器K（光電式或渦流式），其輸出為相位參考脈沖。n參考脈沖是測量相位的基準(zhǔn)。n參考脈沖也可用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。3.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的基頻分量的幅值和相位的測量 振動(dòng)相位測量原理振動(dòng)相位測量原理n從參考脈沖到第一個(gè)正峰值的轉(zhuǎn)角 定義振動(dòng)相位。n振動(dòng)相位與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度一一對應(yīng)。在平衡和故障診斷中有重要作用。振動(dòng)信號(hào)參考脈沖n波形圖波形圖 (Wave) 時(shí)間域內(nèi)的振動(dòng)波形n頻譜圖頻譜圖 (Spectrum) 組成振動(dòng)的各諧波成分n軸心軌跡軸心軌跡 (Orbit

18、) 轉(zhuǎn)軸中心的振動(dòng)軌跡，由水平和鉛垂兩方向波形合成二、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)測量分析圖示 1.定轉(zhuǎn)速圖示波形圖、頻譜圖及軸心軌跡波形圖、頻譜圖及軸心軌跡軸心軌跡的測定軸心軌跡的測定n軸心軌跡(Orbit)是診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的有力工具。n軸心軌跡可用基頻檢測儀和示波器得到，也可以用計(jì)算機(jī)完成。n波德圖與極坐標(biāo)圖波德圖與極坐標(biāo)圖 (Bode & Polar Plot) 升（降）速時(shí)，基頻幅值和相位的變化n三維頻譜圖三維頻譜圖 (Cascade)n軸心軌跡陣軸心軌跡陣n軸心位置軸心位置 判定軸頸靜態(tài)工作點(diǎn)軸頸靜態(tài)工作點(diǎn)和油膜厚度油膜厚度2.變轉(zhuǎn)速圖示波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖和極坐標(biāo)圖n波德圖(Bode

19、 Plot)和極坐標(biāo)圖(Polar Plot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動(dòng)的幅值和相位隨機(jī)器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。n三維頻譜圖是頻頻譜的集合譜的集合。n本圖的第三個(gè)坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速。n本圖表明在升、降速過程中振動(dòng)頻譜的變化。n第三坐標(biāo)也可是時(shí)間、工藝參數(shù)等。三維頻譜圖三維頻譜圖 （譜陣圖）（譜陣圖）軸心軌跡陣圖軸心軌跡陣圖汽輪發(fā)電機(jī)組一個(gè)軸承在不同轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡陣軸心位置的測定軸心位置的測定n軸心位置可以用計(jì)算機(jī)及其外設(shè)來繪制。渦流傳感器的輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)部分靜態(tài)部分軸心軌跡軸心位置間隙變化平均間隙軸心位置的變化軸心位置的變化汽輪發(fā)電機(jī)中壓缸軸承汽輪發(fā)電機(jī)中壓缸軸承n升速時(shí)軸心位置逐漸升高。n到工作

20、轉(zhuǎn)速時(shí)，偏心率為0.66；偏位角32。屬正常。n以后數(shù)月，軸承基礎(chǔ)下沉，導(dǎo)致軸心上浮，偏心率減少，偏位角接近90。n發(fā)生了油膜振蕩。n監(jiān)測軸心位置有助于發(fā)現(xiàn)機(jī)器的故障。磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備繪圖儀測量電路基頻檢測儀記錄儀數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)汽輪機(jī)齒輪增速箱壓縮機(jī)渦流傳感器速度傳感器加速度傳感器鍵相傳感器三、旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測量系統(tǒng)及儀器磁電速度傳感器磁電速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：磁電效應(yīng)典型頻率范圍：10Hz1000Hz典型線性范圍：02mm典型靈敏度 ：20mV/mm/sn測量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對絕對振動(dòng)振動(dòng)的速度。n不適于測量瞬態(tài)振動(dòng)瞬態(tài)振動(dòng)和很快的變速過程變速過程。n輸出阻抗

21、低，抗干擾力強(qiáng)。n傳感器質(zhì)量較大，對小型對象有影響。n在傳感器固有頻率附近有較大的相移。渦流位移傳感器渦流位移傳感器n不接觸測量不接觸測量，特別適合測量轉(zhuǎn)軸和其他小型對象的相對位移。n有零頻率響應(yīng)零頻率響應(yīng)，可測靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。n靈敏度與被測對象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。n相移很小。接收形式：相對式變換形式：電渦流典型頻率范圍：020kHz典型線性范圍：02mm典型靈敏度 ：8.0V/mm (對象為鋼)渦流傳感器的工作原理渦流傳感器的工作原理輸出電壓 u 正比于間隙 d且于測量對象的材質(zhì)有關(guān)壓電加速度傳感器壓電加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應(yīng)典型頻率范圍：0.2Hz10kHz

22、線性范圍和靈敏度隨各種不同型號(hào)可在很大范圍內(nèi)變化。n測量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對振絕對振動(dòng)動(dòng)的加速度。n適應(yīng)高頻振動(dòng)高頻振動(dòng)和瞬態(tài)振動(dòng)瞬態(tài)振動(dòng)的測量。n傳感器質(zhì)量小，可測很高振級(jí)。n現(xiàn)場測量要注意電磁場、聲場和接地回路的干擾。軸承振動(dòng)的測點(diǎn)布置軸承振動(dòng)的測點(diǎn)布置 軸振動(dòng)的測點(diǎn)布置軸振動(dòng)的測點(diǎn)布置軸承振動(dòng)與軸振動(dòng)的比較軸承振動(dòng)與軸振動(dòng)的比較軸 承 振 動(dòng)軸 振 動(dòng)測量設(shè)備 傳感器易于安裝、拆卸 測定振動(dòng)容易 測量設(shè)備價(jià)格較低 傳感器安裝受限制 測定振動(dòng)較軸承困難 測量設(shè)備價(jià)格高性能特點(diǎn) 測振靈敏度?。ó?dāng)軸輕而本體剛度大時(shí)，對振動(dòng)變化反映遲鈍） 有關(guān)參考資料豐富，掌握的限值范圍廣 測量設(shè)備可靠性高 測振靈

23、敏度高（在任何情況下，對振動(dòng)變化反映較靈敏） 可直接測得基本界限值（如不平衡，軸內(nèi)應(yīng)力等） 界限值不通用 測量設(shè)備（特別是傳感器）可靠性低環(huán)境影響 測量結(jié)果受周圍環(huán)境的影響小 測量結(jié)果受周圍環(huán)境的影響大應(yīng)用場合 監(jiān)測機(jī)械的所有各種振動(dòng) 能得到更詳細(xì)的關(guān)于轉(zhuǎn)子的振動(dòng)信息，可作高精度現(xiàn)場平衡數(shù)據(jù)四、振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（一）軸承座振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（一）軸承座振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T6075.2-2007)GB/T6075.2-2007)準(zhǔn)則一：振動(dòng)幅值的標(biāo)準(zhǔn) 1.1.評價(jià)區(qū)域和區(qū)域邊界評價(jià)區(qū)域和區(qū)域邊界 50MW以上汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)軸承座以上汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)軸承座區(qū)域區(qū)域A:新投產(chǎn)的機(jī)器通常在此區(qū)域內(nèi)新投產(chǎn)的機(jī)器通常在此區(qū)域內(nèi)

24、 振動(dòng)速度評價(jià)區(qū)域邊界的推薦值振動(dòng)速度評價(jià)區(qū)域邊界的推薦值區(qū)域區(qū)域B:可長期運(yùn)行可長期運(yùn)行 單位：振動(dòng)速度均方根值單位：振動(dòng)速度均方根值/(mm/s)區(qū)域區(qū)域C:不適宜長期連續(xù)運(yùn)行，不適宜長期連續(xù)運(yùn)行， 有適當(dāng)機(jī)會(huì)采取補(bǔ)救有適當(dāng)機(jī)會(huì)采取補(bǔ)救區(qū)域區(qū)域D:一般認(rèn)為足以引起機(jī)器損壞一般認(rèn)為足以引起機(jī)器損壞注：適用于額定轉(zhuǎn)速正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況注：適用于額定轉(zhuǎn)速正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況區(qū)域邊界區(qū)域邊界1500或或1800r/min3000或或3600r/min A/B 2.8 3.8 B/C 5.3 7.5 C/D 8.5 11.82.2.穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的限值穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的限值報(bào)警的設(shè)定報(bào)警的設(shè)定n報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高

25、出的量為報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為B/C值得值得25%n推薦報(bào)警值一般不超過區(qū)域邊界推薦報(bào)警值一般不超過區(qū)域邊界B/C值的值的1.25倍倍停機(jī)的設(shè)定停機(jī)的設(shè)定n一般來說，停機(jī)限值在一般來說，停機(jī)限值在C或或D內(nèi)內(nèi)n推薦停機(jī)限值應(yīng)不超過區(qū)域邊界推薦停機(jī)限值應(yīng)不超過區(qū)域邊界C/D值的值的1.25倍倍3.3.瞬態(tài)運(yùn)行的振動(dòng)幅值瞬態(tài)運(yùn)行的振動(dòng)幅值 1)額定轉(zhuǎn)速下瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)額定轉(zhuǎn)速下瞬態(tài)運(yùn)行時(shí) 通常振動(dòng)應(yīng)不超過區(qū)域邊界通常振動(dòng)應(yīng)不超過區(qū)域邊界C/D值值 2)升降速和超速時(shí)升降速和超速時(shí)n報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為B/C值得值得25%n推薦報(bào)警值一般不超過區(qū)域邊

26、界推薦報(bào)警值一般不超過區(qū)域邊界C/D值的值的1.25倍倍n此時(shí)一般不設(shè)定停機(jī)值此時(shí)一般不設(shè)定停機(jī)值準(zhǔn)則二：振動(dòng)幅值變化的標(biāo)準(zhǔn) 在穩(wěn)態(tài)工況下，如果振動(dòng)變化量明顯，達(dá)到在穩(wěn)態(tài)工況下，如果振動(dòng)變化量明顯，達(dá)到B/C值的值的25%，要查明原因和確，要查明原因和確定措施定措施（二）轉(zhuǎn)軸振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（二）轉(zhuǎn)軸振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T6075.2-2007)GB/T6075.2-2007)準(zhǔn)則一：振動(dòng)幅值的標(biāo)準(zhǔn) 1.1.評價(jià)區(qū)域和區(qū)域邊界評價(jià)區(qū)域和區(qū)域邊界 50MW以上以上3000r/min汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸區(qū)域區(qū)域A:新投產(chǎn)的機(jī)器通常在此區(qū)域內(nèi)新投產(chǎn)的機(jī)器通常在此區(qū)域內(nèi) 振動(dòng)位移評價(jià)區(qū)域邊界的推薦

27、值振動(dòng)位移評價(jià)區(qū)域邊界的推薦值區(qū)域區(qū)域B:可長期運(yùn)行可長期運(yùn)行 單位：振動(dòng)位移峰單位：振動(dòng)位移峰-峰值峰值/微米微米(um)區(qū)域區(qū)域C:不適宜長期連續(xù)運(yùn)行，不適宜長期連續(xù)運(yùn)行， 有適當(dāng)機(jī)會(huì)采取補(bǔ)救有適當(dāng)機(jī)會(huì)采取補(bǔ)救區(qū)域區(qū)域D:一般認(rèn)為足以引起機(jī)器損壞一般認(rèn)為足以引起機(jī)器損壞注：適用于額定轉(zhuǎn)速正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況注：適用于額定轉(zhuǎn)速正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況區(qū)域邊界區(qū)域邊界相對相對軸振軸振絕對絕對軸振軸振 A/B 80 100 B/C120165150200 C/D1802602503202.2.穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的限值穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的限值報(bào)警的設(shè)定報(bào)警的設(shè)定n報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為B

28、/C值得值得25%n推薦報(bào)警值一般不超過區(qū)域邊界推薦報(bào)警值一般不超過區(qū)域邊界B/C值的值的1.25倍倍停機(jī)的設(shè)定停機(jī)的設(shè)定n一般來說，停機(jī)限值在一般來說，停機(jī)限值在C或或D內(nèi)內(nèi)n推薦停機(jī)限值應(yīng)不超過區(qū)域邊界推薦停機(jī)限值應(yīng)不超過區(qū)域邊界C/D值的值的1.25倍倍3.3.瞬態(tài)運(yùn)行的振動(dòng)幅值瞬態(tài)運(yùn)行的振動(dòng)幅值 1)額定轉(zhuǎn)速下瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)額定轉(zhuǎn)速下瞬態(tài)運(yùn)行時(shí) 通常振動(dòng)應(yīng)不超過區(qū)域邊界通常振動(dòng)應(yīng)不超過區(qū)域邊界C/D值值 2)升降速和超速時(shí)升降速和超速時(shí)n報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為B/C值得值得25%n轉(zhuǎn)速大于轉(zhuǎn)速大于0.9倍的額定轉(zhuǎn)速，推薦報(bào)警值不宜大于區(qū)域邊界倍的額

29、定轉(zhuǎn)速，推薦報(bào)警值不宜大于區(qū)域邊界C/D值值n轉(zhuǎn)速小于轉(zhuǎn)速小于0.9倍的額定轉(zhuǎn)速，推薦報(bào)警值不宜大于區(qū)域邊界倍的額定轉(zhuǎn)速，推薦報(bào)警值不宜大于區(qū)域邊界C/D值的值的1.5倍倍準(zhǔn)則二：振動(dòng)幅值變化的標(biāo)準(zhǔn) 在穩(wěn)態(tài)工況下，如果軸振動(dòng)變化量明顯，達(dá)到在穩(wěn)態(tài)工況下，如果軸振動(dòng)變化量明顯，達(dá)到B/C值的值的25%，要查明原因和，要查明原因和確定措施確定措施下篇：故障診斷概述 機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的原因和性質(zhì)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的原因和性質(zhì)自激振動(dòng) 機(jī)械系統(tǒng)（質(zhì)量（質(zhì)量M、剛度、剛度K、阻尼、阻尼C構(gòu)成）構(gòu)成） 強(qiáng)迫振動(dòng)自由振動(dòng)反饋機(jī)制持續(xù)激勵(lì)初始激勵(lì)恒定能源激激 勵(lì)勵(lì)響響 應(yīng)應(yīng)簡易診斷和精密診斷簡易診斷和精密診斷狀態(tài)監(jiān)測（

30、簡易診斷）狀態(tài)監(jiān)測（簡易診斷） 內(nèi)容：n識(shí)別有無故障n明確故障嚴(yán)重程度n作出故障趨勢分析由設(shè)備維修人員在現(xiàn)場進(jìn)行故障診斷（精密診斷）故障診斷（精密診斷） 內(nèi)容：n確定故障部位n確定故障原因n提出維修建議由設(shè)備診斷人員在現(xiàn)場或中心進(jìn)行 精密診斷的方法精密診斷的方法n頻譜分析法n趨勢分析法 通頻值趨勢分析、頻譜趨勢分析n時(shí)域分析法 波形分析、相關(guān)函數(shù)分析n倒頻譜分析法n模態(tài)分析法n隨機(jī)減量法其他數(shù)學(xué)方法 模式識(shí)別法 模糊診斷法 故障樹診斷法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 小波分析法 灰色系統(tǒng)法 分形幾何法故障診斷的專家系統(tǒng)框圖故障診斷的專家系統(tǒng)框圖n專家系統(tǒng)是一個(gè)故障診斷的專用程序。n用戶可以把其中積累的診斷專家的

31、知識(shí)用于診斷工作。結(jié)果及解釋征兆事實(shí)庫知識(shí)獲取征兆獲取推理機(jī)診斷知識(shí)庫設(shè)備參數(shù)庫工作存貯器人機(jī)對話故障對策傳感器信號(hào)領(lǐng)域?qū)＜矣?戶轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械常見故障的頻率特征轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械常見故障的頻率特征強(qiáng)迫振動(dòng)類故障強(qiáng)迫振動(dòng)類故障自激振動(dòng)類故障自激振動(dòng)類故障X: 轉(zhuǎn)動(dòng)頻率強(qiáng)迫振動(dòng)故障類 轉(zhuǎn)子不平衡故障的特征轉(zhuǎn)子不平衡故障的特征n振幅隨轉(zhuǎn)速變化而變化，過臨界轉(zhuǎn)速有共振峰n相位隨轉(zhuǎn)速變化而變化，過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)變化大n振動(dòng)1X頻率為主n波形為簡諧波，少毛刺。n軸心軌跡為圓或橢圓。n軸向振動(dòng)不大。轉(zhuǎn)子不平衡的類型轉(zhuǎn)子不平衡的類型轉(zhuǎn)子不對中的類型及對振動(dòng)的影響轉(zhuǎn)子不對中的類型及對振動(dòng)的影響正確對中 e = 0, = 0平行不

32、對中 e 0, = 0角度不對中 e = 0, 0綜合不對中 e 0, 0自激振動(dòng)故障類（失穩(wěn)振動(dòng)類）造成失穩(wěn)的因素造成失穩(wěn)的因素n滑動(dòng)軸承的油膜力n密封中的流體力n定、轉(zhuǎn)子間徑向間隙不均勻n轉(zhuǎn)軸的材料內(nèi)阻和結(jié)構(gòu)內(nèi)阻n轉(zhuǎn)子內(nèi)腔部分充液n轉(zhuǎn)子和定子的碰摩n轉(zhuǎn)子質(zhì)量和剛性在各徑向不對稱失穩(wěn)的危害失穩(wěn)的危害n突發(fā)性一般無明顯的先兆。n失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)一般規(guī)模很大。n低周渦動(dòng)，轉(zhuǎn)軸受交變應(yīng)力。引起疲勞破壞。油膜軸承工作原理油膜軸承工作原理oo1eW發(fā)散楔收斂楔最小油膜間隙最大油膜間隙油膜壓力分布油膜失穩(wěn)的機(jī)理油膜失穩(wěn)的機(jī)理ycxcykxkfycxcykxkfyyyxyyyxyxyxxxyxxx油膜力油膜力軸頸

33、渦動(dòng)軌跡軸頸渦動(dòng)軌跡 油膜力做的功油膜力做的功)sin(sintbytaxcos)( )( sin)(22yxxyyyxxxyyxccabbcackkabW常大于零恒小于零較小可不計(jì)如W0，就可能會(huì)失穩(wěn)。彈性力 阻尼力失oxykyy cyykxx cxxkxy cxykyx cyx油膜半速渦動(dòng)油膜半速渦動(dòng)n流入油 0.5R (C+e) 流出油 0.5R (C-e)n故多余的油為R en如軸頸繞O 作角速度為 的渦動(dòng)，就留出空間 2R e n為維持流量平衡，就有 2R e = R en得 = 0.5 ，是為半速渦動(dòng)半速渦動(dòng)分析流經(jīng)此直徑的油流o1e C-eC+eoR 半速渦動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)形態(tài)半速渦動(dòng)

34、下的運(yùn)動(dòng)形態(tài) 公轉(zhuǎn)（渦動(dòng)）速度為自轉(zhuǎn)速度 的一半。 轉(zhuǎn)子上軸向的各纖維受交變力，交變的頻率為- 。自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn) 正常情況下的轉(zhuǎn)子同步正進(jìn)動(dòng)正常情況下的轉(zhuǎn)子同步正進(jìn)動(dòng) 定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子作 剛體弓形回轉(zhuǎn)剛體弓形回轉(zhuǎn)（同步正進(jìn)動(dòng)），轉(zhuǎn)子上軸向的各纖維不受交變力。 軸心線形狀決定于不平衡分布、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速的分布。 變轉(zhuǎn)速時(shí)，軸心線形狀、彎曲大小和相位均變化。自轉(zhuǎn)公轉(zhuǎn) 油膜振蕩的特征油膜振蕩的特征升速降速t2cc0渦動(dòng)振幅轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速降速tc2c0渦動(dòng)頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速突發(fā)性突發(fā)性：到達(dá)閾速 t 時(shí)，突然發(fā)生。閾速大于2 倍固有頻率。破壞性破壞性：振幅一般很大。 渦動(dòng)頻率鎖住在 c ；低周正向進(jìn)動(dòng)，軸纖維受交

35、變應(yīng)力。慣性慣性： 消失滯后于發(fā)生。從油膜渦動(dòng)發(fā)展到油膜振蕩從油膜渦動(dòng)發(fā)展到油膜振蕩渦動(dòng)頻率 c/min轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速r/min油膜渦動(dòng)的波形和軸心軌跡油膜渦動(dòng)的波形和軸心軌跡 渦動(dòng)頻率約為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一半，并隨轉(zhuǎn)速變化。 渦動(dòng)方向?yàn)檎蜻M(jìn)動(dòng)。軸心軌跡出現(xiàn)雙內(nèi)環(huán)。 渦動(dòng)的幅度并不很大。 油膜振蕩的波形和軸心軌跡油膜振蕩的波形和軸心軌跡 到達(dá)閾速時(shí)突然發(fā)生，幅度一般很大。 渦動(dòng)頻率鎖定在轉(zhuǎn)子的固有頻率，不再隨轉(zhuǎn)速變化。 渦動(dòng)方向?yàn)檎蜻M(jìn)動(dòng)。軸心軌跡為多重橢圓。 一旦發(fā)生不易消失，有慣性效應(yīng) 。油膜振蕩的防治措施油膜振蕩的防治措施 臨時(shí)措施臨時(shí)措施 增加油溫。 更換粘度較低的油。 減小軸承的寬度，以增 加

36、比壓。 抬高失穩(wěn)軸承的標(biāo)高，增加軸承的負(fù)載。 減小軸承的間隙。 根本措施根本措施 改變軸瓦的結(jié)構(gòu)。 增加預(yù)負(fù)荷，開油槽，改變供油方式等 改用穩(wěn)定性較好的軸承。 圓瓦橢圓瓦多油葉瓦多油楔瓦可傾瓦 改變轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，將其臨界轉(zhuǎn)速提高到工作轉(zhuǎn)速的一半以上。油膜失穩(wěn)的實(shí)例油膜失穩(wěn)的實(shí)例50010001500200025003000020406080100120140 改瓦 前 改瓦 后第 6瓦 的 振 幅 m機(jī)組轉(zhuǎn) 速 r/min軸承狀態(tài)軸瓦寬度mm比壓N/cm2閾速r/min最大振幅m#6、#7原瓦41013.52500128第一次縮#6、#7瓦35015.7250040第二次縮#6瓦33016.8_ 某電廠某電廠 1號(hào)機(jī)組號(hào)機(jī)組200MW 汽流激振故障機(jī)理汽流激振故障機(jī)理 （1）葉頂間隙激振力）葉頂間隙激振力 間隙不均，動(dòng)葉氣動(dòng)力不等，形成渦動(dòng)激振力，如圖。（2）汽封蒸汽激振力）汽封蒸汽激振力 動(dòng)葉頂部汽封中蒸汽受擠壓而對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生反作用力，從而