機械故障與振動波形特征

第二章振動狀態(tài)監(jiān)測基礎(chǔ)知識

構(gòu)成一個確定性振動有3個基本要素，即振幅D，頻率f（或ω）和相位φ。即使在非確定性振動中，有時也包含有確定性振動。振幅、頻率、相位，這是振動診斷中經(jīng)常用到的三個最基本的概念。

1）

振幅D:簡諧振動可以用下面函數(shù)式表示：特點：速度比位移的相位超前90o，加速度比位移的相位超前180o。比速度超前90o。2.1振動信號的描述中點上限下限

1）振幅式中A為最大振幅（μm或mm），指振動物體（或質(zhì)點）在振動過程中偏離平衡位置的最大距離）。

峰值（單峰值）：A

峰峰值（雙峰值，雙幅）：2A必須特別說明一個與振動幅值有關(guān)的物理量即速度有效值Vrms，亦稱速度均方根值。這是一個經(jīng)常用到的振動測量參數(shù)。因為它最能反映振動的烈度，所以又稱振動烈度指標(biāo)。

振幅反映振動的強度，振幅的平方常與物質(zhì)振動的能量成正比。因此，振動診斷標(biāo)準(zhǔn)都是用振幅來表示的。速度有效值Vrms、速度最大值Vp（峰值）、速度平均值Vav之間的關(guān)系如下式。速度有效值介于速度最大值和速度平均值之間。2）

頻率f頻率f：振動物體（或質(zhì)點）每秒鐘振動的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz。振動頻率在數(shù)值上等于周期T的倒數(shù)，即：f=1/T

式中T——周期，即質(zhì)點再現(xiàn)相同振動的最小時間間隔(s或ms)。頻率還可以用角頻率ω來表示，即：ω＝2πf

頻率是振動診斷中一個最重要的參數(shù)，振動頻率與診斷方案的確定、狀態(tài)識外、診斷標(biāo)準(zhǔn)的選用有關(guān)。

3）

相位ψ

相位ψ由轉(zhuǎn)角ωt與初相角φ兩部分組成:ψ＝ωt＋φ

振動信號的相位，表示振動質(zhì)點的相對位置。

不同振動源產(chǎn)生的振動信號都有各自的相位。*

相位相同的振動會引起合拍共振，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。* 相位相反的振動會產(chǎn)生互相抵消的作用，起到減振的效果。由幾個諧波分量疊加而成的復(fù)雜波形，即使各諧波分量的振幅不變，僅改變相位角，也會使波形發(fā)生很大變化，甚至變得面目全非。

相位測量分析在故障診斷中亦有相當(dāng)重要的地位，一般用于諧波分析，動平衡測量，識別振動類型和共振點等許多方面。兩物體振動相位差為0度兩物體振動相位差為180度t0度2πABt2πAB90度t2πABπ兩物體振動相位差90度轉(zhuǎn)機振動相位的測定在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標(biāo)記K’，在軸承座上布置鍵相傳感器K

（光電或渦流式），其輸出的參考脈沖為相位的基準(zhǔn)。以參考脈沖后到第一個正峰值的轉(zhuǎn)角定義振動相位，即a。振動相位直接和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角度有關(guān)，在平衡和故障診斷中有重要作用。參考脈沖也用于測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。2023/2/772023/2/78旋轉(zhuǎn)機械振動測量中的相位是指某一制定的諧振信號相對于轉(zhuǎn)軸上某個物理標(biāo)記產(chǎn)生的每轉(zhuǎn)一次的脈沖信號之間的角度差。測振儀顯示的相位是振動傳感器逆轉(zhuǎn)向到高點的角度，也就是高點順轉(zhuǎn)向振動傳感器的角度，或波形圖上鍵向標(biāo)記到高點的角度。2.2振動位移、速度、加速度之間的關(guān)系振動位移

(Displacement)速度

(Velocity)加速度

(Acceleration)

位移、速度、加速度都是同頻率的簡諧波。三者幅值依次為A、A、A2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90°;速度領(lǐng)先位移90°。2023/2/712:31101)2)3)系統(tǒng)—

用以完成一定功能的各有關(guān)部分的組合2.3有關(guān)名詞解釋（GB/T2298—91）機械系統(tǒng)—

由質(zhì)量、剛度、和阻尼各元素組成的系統(tǒng)剛度（K）—

作用在彈性元件上的力（或力矩）的增量與相應(yīng) 的位移的增量之比（表征系統(tǒng)支承強弱的物理量）阻尼（C）—

能量隨時間或距離的耗散（消耗能量的物質(zhì)）阻尼器—

用能量耗散的方法減少沖擊和振動的裝置隔振器—

用來在某一頻率范圍內(nèi)減弱振動傳輸?shù)母粽衿骷?/p>

—

作用于系統(tǒng)的外力或其它輸入

大多數(shù)機械設(shè)備的振動是左圖所示幾種振動中的一種，或是某幾種振動的組合。設(shè)備在實際運行中，其表現(xiàn)的周期信號往往淹沒在隨機振動信號中，而當(dāng)設(shè)備故障程度加劇時，隨機振動中的周期成分加強。因此，從某種意義上講，設(shè)備振動診斷過程，是從隨機信號中提取周期成分的過程。2.4振動的分類2.4.1按振動的動力學(xué)特征分類及其概念1）自由振動與固有頻率這種振動靠初始激勵（通常是一個脈沖力）一次性獲得振動能量，歷程有限，一般不會對設(shè)備造成破壞，不是現(xiàn)場設(shè)備診斷所需考慮的目標(biāo)。描寫單自由度線性系統(tǒng)的運動方程式為： 式中x-振動位移量通過對自由振動方程的求解，我們導(dǎo)出了一個很有用的關(guān)系式：無阻尼自由振動的振動頻率為:式中：m—物體的質(zhì)量、k—物體的剛度

這個振動頻率與物體的初始情況無關(guān)，完全由物體的力學(xué)性質(zhì)決定是物體自身固有的稱為固有頻率，這個結(jié)論對復(fù)雜振動體系同樣成立。它揭示了振動體的一個非常重要的特性。許多設(shè)備強振問題，如強迫共振、失穩(wěn)自激、非線性諧波共振等均與此有關(guān)。

阻尼振動體在運動過程中總是會受到某種阻尼作用，如空氣阻尼、材料內(nèi)摩擦損耗等，只有當(dāng)阻尼小于臨界值時才可激發(fā)起振動。臨界阻尼Ce：振動體的一種固有屬性。阻尼比ζ：實際阻尼系數(shù)C與臨界阻尼Ce之比。

當(dāng)阻尼比ζ＜1時，為一種振幅按指數(shù)規(guī)律衰減的振動，其振動頻率與初始振動無關(guān)，振動頻率ω略小于固有頻率ωn；

當(dāng)ζ≥1時，物體不會振動，而是作非周期運動。2)強迫振動和共振物體在持續(xù)的周期變化的外力作用下產(chǎn)生的振動叫強迫振動，如由不平衡、不對中所引起的振動。圖1-4為強迫振動的力學(xué)模型。（慣性力）（阻尼力）（彈性力）（激振力）圖1－4強迫振動力學(xué)模型圖1－5強迫振動響應(yīng)過程a)強迫振動b)衰減振動c)合成振動

由圖1-5所見，衰減自由振動隨時間推移迅速消失，而強迫振動則不受阻尼影響，是一種振動頻率和激振力同頻的振動。從而可見，強迫振動過程不僅與激振力的性質(zhì)（激勵頻率和幅值）有關(guān)，而且，與物體自身固有的特性（質(zhì)量、彈性剛度、阻尼）有關(guān)，這就是強迫振動的特點。強迫振動的特點：（1）物體在簡諧力作用下產(chǎn)生的強迫振動也是簡諧振動，其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)頻率與激勵頻率相等。由強迫振動的運動方程式知，其解由通解和特解組成，即通解部分為衰減自由振動，特解部分為穩(wěn)態(tài)強迫振動。式中A-自由振動的振幅，B-強迫振動的振幅。ζ-阻尼比，φ,ψ-初相角。（2）振幅B的大小除與激勵力大小寫成正比、與剛度成反比外，還與頻率比、阻尼比有關(guān)。（a）當(dāng)激勵力的頻率很低時，即ω/ωn很小時：強迫振動的振幅接近于靜態(tài)位移（力的頻率低，相當(dāng)于靜力），即振幅B與靜力作用下的位移比值β=1。（b）當(dāng)激勵力的頻率很高時：β≈0，即物體由于慣性原因跟不上力的變化而幾乎停止不動。（c）當(dāng)激勵力的頻率與固有頻率相近時：若阻尼很小，則振幅很大，為共振現(xiàn)象。共振頻率為此時共振振幅為：共振區(qū)角頻率：一般為(0.7~1.4)ωn（3）

物體位移達到最大值的時間與激振力達到最大值的時間是不同的，兩者之間存在有一個相位差，這個相位差同和頻率比與阻尼比有關(guān)。 當(dāng)ω=ωr時，即共振時，相位差ψ等于90°。

當(dāng)ω>>ωr時，相位差ψ≈180°。3)自激振動

自激振動是在沒有外力作用下，只是由于系統(tǒng)自身的原因所產(chǎn)生的激勵而引起的振動，如油膜振蕩、喘振等。自激振動是一種比較危險的振動。設(shè)備一旦發(fā)生自激振動，常常使設(shè)備運行失去穩(wěn)定性。

比較規(guī)范的定義是：在非線性機械系統(tǒng)內(nèi)，由非振蕩能量轉(zhuǎn)變?yōu)檎袷幖钏a(chǎn)生的振動稱為自激振動。

自激振動的特點：1）隨機性。因為能引發(fā)自激振動的激勵（大于阻尼力的失穩(wěn)力）一般都是偶然因素引起的，沒有一定規(guī)律可循。2）振動系統(tǒng)非線性特征較強，即系統(tǒng)存在非線性阻尼、元件（如油膜的粘溫特性，材料內(nèi)摩擦）、非線性剛度元件（柔性轉(zhuǎn)子、結(jié)構(gòu)松動等）才足以引發(fā)自激振動，使振動系統(tǒng)所具有的非周期能量轉(zhuǎn)為系統(tǒng)振動能量。3）自激振動頻率與轉(zhuǎn)速不成比例，一般低于轉(zhuǎn)子工作頻率，與轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速相符合。只是需要注意，由于系統(tǒng)的非線性，系統(tǒng)固有頻率會有一些變化。4）轉(zhuǎn)軸存在異步渦動。5）振動波形在暫態(tài)階段有較大的隨機振動成分，而穩(wěn)態(tài)時，波形是規(guī)則的周期振動，這是由于共振頻率的振值遠大于非線性影響因素所致；與一般強迫振動近似的正弦波（與強迫振動激勵源的頻率相同）有區(qū)別。

自由振動、強迫振動、自激振動這三種振動在設(shè)備故障診斷中有各自的主要使用領(lǐng)域。對于結(jié)構(gòu)件，因局部裂紋、緊固松動等原因?qū)е陆Y(jié)構(gòu)件的特性參數(shù)發(fā)生改變的故障，多利用脈沖力所激勵的自由振動來檢測，測定構(gòu)件的固有頻率、阻尼系數(shù)等參數(shù)的變化。對于減速箱、電動機、低速旋轉(zhuǎn)設(shè)備等機械故障，主要以強迫振動為特征，通過對強迫振動的頻率成分、振幅變化等特征參數(shù)分析，來鑒別故障。對于高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備以及能被工藝流體所激勵的設(shè)備，除了需要監(jiān)測強迫振動的特征參數(shù)外，還需監(jiān)測自激振動的特征參數(shù)。2.4.2按振動頻率分類

在低頻范圍，主要測量的振幅是位移量。這是因為在低頻范圍造成破壞的主要因素是應(yīng)力的強度。位移量是與應(yīng)變、應(yīng)力直接相關(guān)的參數(shù)。在中頻范圍，主要測量的振幅是速度量。這是因為振動部件的疲勞進程與振動速度成正比，振動能量與振動速度的平方成正比。在這個范圍內(nèi)，零件的疲勞破壞為主要表現(xiàn)，如點蝕、剝落等。在高頻范圍，主要測量的振幅是加速度。它表征振動部件所受沖擊力的強度。沖擊力的大小與沖擊的頻率與加速度值正相關(guān)。低頻振動：f<10Hz中頻振動：f=10～1000Hz高頻振動：f>1000Hz機械振動（按頻率分類）2.5單自由度系統(tǒng)的強迫振動振動的頻率等于激勵的頻率。振幅大小與激勵力的大小成正比。激勵頻率接近固有頻率時，振幅增大稱為共振。共振峰大小決定于阻尼大小。振幅和位相隨激勵頻率而變化，變化規(guī)律用系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性來表示。2023/2/722幅頻特性相頻特性2.6系統(tǒng)固有頻率和阻尼的確定2023/2/7232.7設(shè)備振動問題簡化系統(tǒng)模型MFF—

激勵力KX-XC機器的力學(xué)模型基礎(chǔ)在線性系統(tǒng)中，部件呈現(xiàn)的振幅與作用在部件上的激振力成正比，與它的動剛度成反比。系統(tǒng)剛度直接影響到軸系的不平衡振動響應(yīng)，當(dāng)支承動剛度或設(shè)備的結(jié)構(gòu)剛度較低時，在不大的激振力作用下，也會產(chǎn)生顯著的振動。

作用在系統(tǒng)上的激振力

系統(tǒng)動剛度，產(chǎn)生單位振幅（位移）所需的交變力

系統(tǒng)靜剛度，產(chǎn)生單位位移（變形）所需的靜力

系統(tǒng)放大系數(shù)

提示：在機械設(shè)備振動故障維修中，必須特別注意設(shè)備的支承剛度問題！如部件連接剛度、軸系裝配間隙等，都會嚴(yán)重影響到設(shè)備的運行質(zhì)量

第三章常用振動測試傳感器3振動傳感器的特征與選擇

3.1振動傳感器的分類1）

按所測機械量輸出信號分

（1）加速度傳感器

（2）速度傳感器

（3）位移傳感器2）按機械接收原理分

相對式、慣性式；3）按機電變換原理分

電動式、壓電式、電渦流式、電感式、電容式、電阻式、光電式；（4）力傳感器（5）應(yīng)變傳感器（6）扭振傳感器（7）扭矩傳感器3.2振動傳感器選擇時應(yīng)注意的關(guān)鍵參數(shù)

1）頻響范圍（線性范圍）2）使用溫度范圍

3）靈敏度（靈敏度越大越好嗎？）4）量程3.3振動傳感器原理

1）壓電加速度傳感器特點2023/2/729接收形式：慣性式變換形式：壓電效應(yīng)典型頻率范圍：0.2Hz~10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號可在很大范圍內(nèi)變化。測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振動的加速度。適應(yīng)高頻振動和瞬態(tài)振動的測量。傳感器質(zhì)量小，可測很高振級?，F(xiàn)場測量要注意電磁場、聲場和接地回路的干擾。典型的壓電加速度傳感器及其特性2023/2/730預(yù)緊環(huán)底座質(zhì)量塊出線口晶體片2）磁電速度傳感器測量非轉(zhuǎn)動部件的絕對振動的速度。不適于測量瞬態(tài)振動和很快的變速過程。低，抗干擾力強。傳感器質(zhì)量較大，對小型對象有影響。在傳感器輸出阻抗固有頻率附近有較大的相移。2023/2/731接收形式：慣性式變換形式：磁電效應(yīng)典型頻率范圍：10Hz~1000Hz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：20mV/mm/s典型的磁電速度傳感器及其特性2023/2/7323）渦流位移傳感器不接觸測量，特別適合測量轉(zhuǎn)軸和其他小型對象的相對位移。有零頻率響應(yīng)，可測靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。相移很小。靈敏度與被測對象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。2023/2/733接收形式：相對式變換形式：電渦流典型頻率范圍：0~20kHz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：8.0V/mm(對象為鋼)典型的渦流位移傳感器及其特性2023/2/734第四章

振動標(biāo)準(zhǔn)解析2023/2/712:3136ISO10816-1-1995機械振動在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評定機器振動第1部分:總則ISO10816-1ISO10816-2TechnicalCorrigendum1-2004機械振動.通過在非旋轉(zhuǎn)部件上的測量評價機械振動.第2部分:超過50MW功率的標(biāo)準(zhǔn)操作速度為1500r/min、1800r/min、3000r/min和3600r/min的固定式蒸汽輪機和發(fā)電機.技術(shù)勘誤1ISO10816-2ISO10816-2-2001在非旋轉(zhuǎn)部件上的測量和評定機器的機械振動第2部分：功率超過50MW、額定轉(zhuǎn)速在1500r/min、1800r/min、3000r/min和3600r/min的陸地安裝的汽輪機發(fā)和發(fā)電機ISO10816-2ISO10816-3-1998機械振動在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評定機器振動第3部分:在額定功率大于15kW、額定轉(zhuǎn)速在120r/min和15000r/min之間現(xiàn)場測量的工業(yè)機器ISO10816-3ISO10816-4-1998機械振動在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評定機器振動第4部分:不包括航空器類的燃氣輪驅(qū)動裝置ISO10816-4ISO10816-5-2000機械振動在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評定機器振動第5部分:水力發(fā)電廠和泵站機組ISO10816-5ISO10816-6-1995機械振動在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評定機械振動第6部分:額定功率在100KW以上的往復(fù)式機器ISO10816-64.1.振動標(biāo)準(zhǔn)的選擇與制定2023/2/72023/2/712:3137GB/T6075.1-1999idtISO10816-1:1995在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動第1部分：總則GB/T6075.2-2007idtISO10816-2:2001在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動第2部分：50MW以上，額定轉(zhuǎn)速1500r/min、1800r/min、3000r/min、3600r/min陸地安裝的汽輪機和發(fā)電機GB/T6075.3-2001idtISO10816-3:1998在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動第3部分：額定功率大于15kW額定轉(zhuǎn)速在120r/min~15000r/min之間的在現(xiàn)場測量的工業(yè)機器GB/T6075.4-2001idtISO10816-4:1998在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動第4部分：不包括航空器類的燃氣輪機驅(qū)動裝置GB/T6075.5-200*idtISO10816-5:2000在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機組GB/T6075.6-200*idtISO10816-6:1995在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動第6部分：功率大于100kW的往復(fù)式機器2023/2/712:3138GB/T11348.1-1999idtISO7919-1:1996旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定第1部分：總則GB/T11348.2-2007idtISO7919-2:2001旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定第2部分：50MW以上，額定轉(zhuǎn)速1500r/min、1800r/min、3000r/min、3600r/min陸地安裝的汽輪機和發(fā)電機GB/T11348.3-1999idtISO7919-3:1996旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定第3部分：耦合的工業(yè)機器

GB/T11348.4-1999idtISO7919-4:1996旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定第4部分：燃氣輪機組GB/T11348.5-200*idtISO7919-5:1997旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定第5部分：水力發(fā)電廠和泵站機組1.ISO

7919-1~7非往復(fù)式機器的機械振動

在旋轉(zhuǎn)軸上的測量和評價機械振動2.ISO

5348:1998(GB/T

14412-2005)加速度計的機械安裝3.ISO

2954:1975

(GB/T13824-1992)對測量振動烈度儀器的要求4.ISO16063-1:1998(GB/T20485.1-2008)振動與沖擊傳感器校準(zhǔn)方法第1部分：基本概念5.ISO1925:2001(GB/T6444-2008)機械振動

平衡詞匯6.ISO1940-1:2003(GB/T9239.1-2006)機械振動恒態(tài)(剛性)轉(zhuǎn)子平衡品質(zhì)要求第1部分：規(guī)范與平衡允差的檢驗7.ISO11342:1998(GB/T6557-2009)撓性轉(zhuǎn)子機械平衡的方法和準(zhǔn)則8.ISO10817-1:1998旋轉(zhuǎn)軸振動測量系統(tǒng)9.ISO/TC108/SC5WG7N2機器狀態(tài)監(jiān)測和診斷

專業(yè)人員的培訓(xùn)及認證10.ISO

1217:1996

容積式壓縮機

驗收試驗2023/2/712:313911.ISO

3046-1:2002往復(fù)式內(nèi)燃機

性能第1部分：標(biāo)準(zhǔn)參考條件，動力說明，燃料和潤滑油消耗以及試驗方法12.ISO

3046-3:2006往復(fù)式內(nèi)燃機

性能第3部分：試驗測量13.ISO

2314:2009燃氣輪機

驗收試驗14.ISO

4020:2001ISO

4392-3:1993路面車輛

柴油機的燃料過濾

試驗方法15.ISO

5151:2010液壓液體動力

發(fā)動機特性的確定

第3部分：在恒定和恒扭矩下非導(dǎo)管空氣調(diào)節(jié)器和汽泵性能試驗和鑒定16.ISO

5389:2005渦輪壓縮機

性能試驗規(guī)程17.ISO

5801:2007工業(yè)風(fēng)機使用標(biāo)準(zhǔn)化氣道的性能試驗18.ISO

6954:2000機械振動與沖擊

商船振動的整體評定指南19.ISO

8002:1986機械振動

陸地車輛

報告測量數(shù)據(jù)的方法20.ISO

8528-1:2005往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組第1部分：應(yīng)用，鑒定和性能2023/2/712:314021.ISO8528-6:2005往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組第6部分：試驗方法22.ISO8528-9:199往復(fù)式內(nèi)燃機驅(qū)動的交流發(fā)電機組第9部分：機械振動的測量和評定23.ISO8579-2:1993齒輪驗收規(guī)程

第二部分：在驗收試驗中齒輪裝置的機械振動的確定24.ISO8821:1989機械振動

軸和配鍵的平衡(慣例)25.ISO9905:1994離心泵的技術(shù)規(guī)定I類26.ISO9906:1999旋轉(zhuǎn)離心泵

驗收的液壓性能試驗規(guī)程I級和II級27.ISO9908:1993離心泵的技術(shù)規(guī)定III類28.ISO

13253:1995

導(dǎo)管空氣調(diào)節(jié)器和空對空汽泵

性能試驗和鑒定29.ISO

13350:1999工業(yè)風(fēng)機

噴氣風(fēng)機的性能試驗2023/2/712:314130.ISO

14695:2003風(fēng)機振動的測量方法31.IEC60034

旋轉(zhuǎn)電機

鑒定和性能32.SAERP1587:1981推薦的宇航實習(xí)，美國汽車工程師學(xué)會[飛機燃氣輪機監(jiān)測系統(tǒng)指南]33.ASMEPowerTestCodePTC10壓縮機和抽風(fēng)機美國機械工程師學(xué)會動力試驗規(guī)程34.JB/T8097-1999泵的振動測量與評價方法35.API670振動、軸向位置和軸承溫度監(jiān)測系統(tǒng)36.API681應(yīng)用于石油、化工、天然氣行業(yè)的液環(huán)真空泵及壓縮機37.GB2807-81《電機振動測定方法》2023/2/712:31422023/2/712:3143轉(zhuǎn)速振幅（雙振幅）（mm）優(yōu)等良好合格n≤10000.050.070.101000＜n≤20000.040.060.082000＜n≤30000.030.040.05n＞30000.020.030.041500r/min3000r/min相對位移絕對位移相對位移絕對位移A（良好）10012080100B（合格）200240165200C（停機）3003852603201.1機組振動標(biāo)準(zhǔn)1）附屬機械軸承振動標(biāo)準(zhǔn)附屬機械軸承振動標(biāo)準(zhǔn)2）機組軸振動標(biāo)準(zhǔn)國產(chǎn)200MW及以下機組，一般以測軸承為準(zhǔn)，如測軸振動制造廠家無規(guī)定時，可參照下表執(zhí)行。大型汽輪發(fā)電機組軸振參考標(biāo)準(zhǔn)（雙振幅um）2023/2/712:3144優(yōu)良好合格1500r/min≤30≤50≤703000r/min≤20≤25≤50≥5000r/min≤10≤25≤503）軸承振動標(biāo)準(zhǔn)軸承振動標(biāo)準(zhǔn)（雙振幅，mm）4）ISO3945振動標(biāo)準(zhǔn)振動烈度Vf（mm/s）與振動位移峰峰值Sp-p（mm）之間的換算關(guān)系

Sp-p＝2√2Vf/ω其中角速度ω＝2лf，f為頻率。當(dāng)f＝50Hz時，振動烈度與振動位移對應(yīng)值見下表：振動烈度與振動位移對應(yīng)值Vf(mm/s)0.450.711.121.82.84.57.111.218.028.045.071.0Sp-p(um)46.310162540.6631001622504066302023/2/712:3145振動烈度Vf（mm/s）支撐分類剛性支撐柔性支撐0.45A（好）A（好）0.711.121.8B（滿意）B（滿意）2.84.57.1C（不滿意）C（不滿意）11.218D（立即停機）D（立即停機）2845712023/2/712:3146

功率標(biāo)準(zhǔn)K(<15Kw)M(>15~75Kw)G(>75Kw)T(彈性支撐)注意值1.82.84.57.1危險值4.57.111.2185）ISO2372國際振動烈度標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速：600~12000r/min;10~1000Hz的通頻帶速度有效值Vrms2023/2/712:31476）2023/2/712:31487）電機的振動強度極限（ISO2373）質(zhì)量等級速度r/min軸高在80～400mm允許最大Vrms值80≤H≤132132<H≤225225<H≤400mm/sin/smm/sin/smm/sin/sN級600~36001.80.0712.80.1104.50.177R級600~1800>1800~36000.711.120.0280.0441.121.80.0440.0711.82.80.0710.110S級600~1800>1800~36000.450.710.0180.0280.711.120.0280.0441.121.80.0440.0712023/2/712:31498）部分日本引進設(shè)備的Dp-p(全振幅)標(biāo)準(zhǔn)序號設(shè)備類別轉(zhuǎn)速r/min允許全振幅（mm）標(biāo)準(zhǔn)代號1*單列式往復(fù)壓縮機0.15JISB341-19762*多列式往復(fù)壓縮機0.03JISB8341-19763*對稱平衡式往復(fù)壓縮機0.02JISB8341-19764離心泵150030000.040.03輕柴油裂解年產(chǎn)30萬噸乙烯技術(shù)資料第一冊5離心式壓縮機4000600080001000012000140000.0720.0180.01550.0140.01250.012輕柴油裂解年產(chǎn)30萬噸乙烯技術(shù)資料第一冊2023/2/712:31509）電廠汽輪機振動標(biāo)準(zhǔn)（IEC1968）單位：um轉(zhuǎn)速r/min軸流式汽輪機振動標(biāo)準(zhǔn)(軸承處全振幅)優(yōu)等良好合格1500<30<50<703000<20<30<50轉(zhuǎn)速（r/min）10001500180030003600060007200軸承振動7550402521126軸振動150100805042241210）IEC振動標(biāo)準(zhǔn)（雙振幅，um）IEC振動標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速r/min（允許全振幅（μm））〈20002000~40004000~60006000~10000〉10000軸承座振動17.512.5107.56.2軸振3523201512.52023/2/712:315111）JEAC3717-1974振動標(biāo)準(zhǔn)日本電氣協(xié)會10MW汽輪發(fā)電機組振動允許值2023/2/712:3152Vrms(mm/s)狀態(tài)判別≤5.0良好≤6.3合格Vrms(mm/s)狀態(tài)判別≤1.5良好≤2.8允許≤4.5較差12）一般離心式/軸流式通風(fēng)機振動判別標(biāo)準(zhǔn)（JB/TQ334-87）

我國風(fēng)機專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)13）大型離心式/軸流式鼓風(fēng)機振動判別標(biāo)準(zhǔn)（JB/TQ433-85）2023/2/712:315314）2023/2/712:3154振動烈度等級機器結(jié)構(gòu)上的整體振動的極限值振動位移μm(r.m.s)振動速度mm/s(r.m.s)振動加速度m/s2(r.m.s)1.1≤17.8≤1.12≤1.761.8≤28.3≤1.78≤2.792.8≤44.8≤2.82≤4.424.5≤71.0≤4.46≤7.017.1≤113≤7.07≤11.111.2≤178≤11.2≤17.618≤283≤17.8≤27.928≤448≤28.2≤44.245≤710≤44.6≤70.171≤1125≤70.7≤111112≤1784≤112≤176180＞1784＞112＞176注：該極限值表示從2赫茲到10赫茲的范圍內(nèi)為恒定位移。從10赫茲到250赫茲恒定速度。250赫茲到1000赫茲為恒定加速度。

14）振動烈度等級（2Hz～1000Hz）A區(qū)—良好，新建造的機器振動水平落在該區(qū)域B區(qū)—合格，檢修后的機器振動水平落在該區(qū)域C區(qū)—不合格，機器存在故障隱患應(yīng)該適時檢修D(zhuǎn)區(qū)—故障嚴(yán)重，繼續(xù)運行會對機器造成破壞153050Am/s2HAm/s2Vmm/sDμmdBn－dBdBc－dBBACD2.54.57.13080507.0

15

2020

30405.01520振動狀況綜合評價標(biāo)準(zhǔn)模型——

振動位移——

振動速度——

振動加速度——

高頻加速度——

軸承沖擊值——

軸承地毯值15）部分經(jīng)驗門限值4.2設(shè)備狀態(tài)的判定標(biāo)準(zhǔn)的制訂1）按測量參數(shù)⑴位移標(biāo)準(zhǔn)⑵速度標(biāo)準(zhǔn)⑶加速度標(biāo)準(zhǔn)2）按制定方法

(1)絕對標(biāo)準(zhǔn)(2)相對標(biāo)準(zhǔn)(3)類比標(biāo)準(zhǔn)2023/2/712:31

第56頁

1.2.1相對判定標(biāo)準(zhǔn)的制訂以正常狀態(tài)的測定值為初值，以當(dāng)前實測數(shù)據(jù)達到初值的倍數(shù)為閾值來判定設(shè)備當(dāng)前所出的狀態(tài)。

1）常用的相對標(biāo)準(zhǔn)

ISO建議的相對標(biāo)準(zhǔn)2023/2/712:31

第57頁低頻（＜1KHZ）機械高頻（＞4KHZ）機械注意2.5倍6倍異常10倍100倍

4.2.2我國一些廠家采用的相對標(biāo)準(zhǔn)

2023/2/712:31

第58頁低頻（＜1KHZ）機械高頻（＞4KHZ）機械注意1.3~2倍3倍異常4倍6倍旋轉(zhuǎn)機械、齒輪滾動軸承和滑動軸承良好1~2倍1~2倍異常2~4倍2~6倍故障＞4倍＞6倍

日本豐田利夫建議的相對標(biāo)準(zhǔn)

4.2.3企業(yè)相對標(biāo)準(zhǔn)的建立的方法

對具體設(shè)備制定切實可行的相對標(biāo)準(zhǔn)，是最合適的。①確定基線（初值）：以等時間間隔為基礎(chǔ)，至少取二十個有效數(shù)據(jù)的平均值作為初值。注意：同測點、同方向、同角度和同壓力。②計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)值：

平均值：

標(biāo)準(zhǔn)差：2023/2/712:31

第59頁③計算注意和危險的標(biāo)準(zhǔn)：2023/2/712:31

第60頁

注意標(biāo)準(zhǔn)：

危險標(biāo)準(zhǔn)：a)低頻領(lǐng)域（1KHZ以下）

b)高頻領(lǐng)域（10KHZ以上）1.2.4企業(yè)相對標(biāo)準(zhǔn)的建立示例

由上述平均值和標(biāo)準(zhǔn)差的公式可計算出：

μ0=0.211，σ0=0.056注意標(biāo)準(zhǔn)為：xe=0.211+3×0.056=0.380.38/0.211=1.8>1.5(判定標(biāo)準(zhǔn)有效。)危險標(biāo)準(zhǔn)為：x=3*0.211+9*0.056=1.14

1.14/0.211=5.42023/2/712:31

第61頁123456789100.150.190.160.170.250.180.190.150.180.22111213141516171819200.270.320.190.210.170.230.200.150.350.293.3類比判定標(biāo)準(zhǔn)相同條件下，對數(shù)臺設(shè)備的同一部位進行測定，并對測定值相互比較進行判定的方法，稱為類比判定標(biāo)準(zhǔn)。對于同規(guī)格、同型號、同工況的小型機械如水泵,，在缺乏必要的標(biāo)準(zhǔn)時可采用類比標(biāo)準(zhǔn)進行判別。2023/2/712:31

第62頁測部位泵名速度/（cm/s）①②③④A0.060.070.060.07B0.060.050.070.06C0.060.070.140.17D0.060.070.050.071.4診斷標(biāo)準(zhǔn)的使用方法1）診斷標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性與相對性不要將絕對標(biāo)準(zhǔn)絕對化適用于所有設(shè)備的絕對值判定標(biāo)準(zhǔn)是沒有的。2）明確標(biāo)準(zhǔn)適用的對象和應(yīng)用條件3）標(biāo)準(zhǔn)的綜合應(yīng)用三種標(biāo)準(zhǔn)的采用原則（優(yōu)先順序）：

絕對標(biāo)準(zhǔn)＞相對標(biāo)準(zhǔn)＞類比標(biāo)準(zhǔn)從維修的角度：兼用絕對值判定標(biāo)準(zhǔn)和相對值判定標(biāo)準(zhǔn)。注：對具體設(shè)備制定切實可行的相對標(biāo)準(zhǔn)，是最合適的。2023/2/712:31

第63頁5.7頻譜分析中的幾個常用概念工頻、基頻、轉(zhuǎn)頻、1X（1倍頻）諧波、次諧波、倍頻諧波倍頻是指某一頻率的整倍數(shù)頻率分量，如2X，3X，4X，5X……nX。次諧波是指某一頻率的分?jǐn)?shù)倍頻率分量，如1/2X，1/3X，1/4X，3/2X……

最高分析頻率、采樣頻率、采樣點數(shù)N、頻率分辨率、譜線數(shù)M2023/2/712:3164第六章旋轉(zhuǎn)機械故障診斷技術(shù)6.0基于振動分析的故障診斷的一般方法1）觀察時域波形的形狀，讀取有效值、峰值、平均值、脈沖指標(biāo)、峭度指標(biāo)等參數(shù)。根據(jù)時域波形的有量剛參數(shù)如有效值等判斷設(shè)備總體狀態(tài)。2）觀察頻譜圖中各頻率分量的大小和分布。既要關(guān)心各

頻率分量幅值具體量的大小又要關(guān)心各頻率分量幅值的相對大小。從頻率分布及其結(jié)構(gòu)判斷故障類型，并結(jié)合設(shè)備總體狀態(tài)判斷其嚴(yán)重程度2023/2/712:31666.1

旋轉(zhuǎn)機械振動的動力學(xué)特征及信號特點6.1.1轉(zhuǎn)子特性

轉(zhuǎn)子組件是旋轉(zhuǎn)機械的核心部分，由轉(zhuǎn)軸及固定裝上的各類盤狀零件（如：葉輪、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、軸承等）所組成。

從動力學(xué)角度分析，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。剛性轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)動頻率低于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)子為剛性轉(zhuǎn)子，如電動機、中小型離心式風(fēng)機等。柔性轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)動頻率高于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)子為柔性轉(zhuǎn)子，如燃氣輪機轉(zhuǎn)子。在工程上，我們也把對應(yīng)于轉(zhuǎn)子一階橫向固有頻率的轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)代的大型轉(zhuǎn)動機械，為了提高單位體積的做功能力，一般均將轉(zhuǎn)動部件做成高速運轉(zhuǎn)的柔性轉(zhuǎn)子（工作轉(zhuǎn)速高于其固有頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速），采用滑動軸承支撐。由于滑動軸承具有彈性和阻尼，因此，它的作用遠不止是作為轉(zhuǎn)子的承載元件，而且已成為轉(zhuǎn)子動力系統(tǒng)的一部分。在考慮到滑動軸承的作用后，轉(zhuǎn)子——軸承系統(tǒng)的固有振動、強迫振動和穩(wěn)定特性就和單個振動體不同了。柔性轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速由于柔性轉(zhuǎn)子在高于其固有頻率的轉(zhuǎn)速下工作，所以在起、停車過程中，它必定要通過固有頻率這個位置。此時機組將因共振而發(fā)生強烈的振動，而在低于或高于固有頻率轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時，機組的振動是一般的強迫振動，幅值都不會太大，共振點是一個臨界點。故此，機組發(fā)生共振時的轉(zhuǎn)速也被稱之為臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速往往不止一個，它與系統(tǒng)的自由度數(shù)目有關(guān)。實際情況表明：帶有一個轉(zhuǎn)子的軸系，可簡化成具有一個自由度的彈性系統(tǒng)，有一個臨界轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)軸上帶有二個轉(zhuǎn)子，可簡化成二個自由度系統(tǒng)，對應(yīng)有二個臨界轉(zhuǎn)速，依次類推。其中轉(zhuǎn)速最小的那個臨界轉(zhuǎn)速稱為一階臨界轉(zhuǎn)速nc1，比之大的依次叫做二階臨界轉(zhuǎn)速nc2、三階臨界轉(zhuǎn)速nc3。工程上有實際意義的主要是前幾階，過高的臨界轉(zhuǎn)速已超出了轉(zhuǎn)子可達的工作轉(zhuǎn)速范圍。臨界轉(zhuǎn)速的變動為了保證大機組能夠安全平穩(wěn)的運轉(zhuǎn)，軸系轉(zhuǎn)速應(yīng)處于該軸系各臨界轉(zhuǎn)速的一定范圍之外，一般要求：剛性轉(zhuǎn)子n<0.75nc1柔性轉(zhuǎn)子1.4nc1<n<0.7nc2式中，nc1、nc2分別為軸系的一階、二階臨界轉(zhuǎn)速。機組的臨界轉(zhuǎn)速可由產(chǎn)品樣本查到或在起停車過程中由振動測試獲取。需指出的是，樣本提供的臨界轉(zhuǎn)速和機組實際的臨界轉(zhuǎn)速可能不同，因為系統(tǒng)的固有頻率受到種種因素影響會發(fā)生改變。設(shè)備故障診斷人員應(yīng)該了解影響臨界轉(zhuǎn)速改變的可能原因。一般地說，一臺給定的設(shè)備，除非受到損壞，其結(jié)構(gòu)不會有太大的變化，因而其質(zhì)量分布、軸系剛度系數(shù)都是固定的，其固有頻率也應(yīng)是一定的。但實際上，現(xiàn)場設(shè)備結(jié)構(gòu)變動的情況還是很多的，最常遇到的是換瓦，有時是更換轉(zhuǎn)子，不可避免的是設(shè)備維修安裝后未能準(zhǔn)確復(fù)位等等，都會影響到臨界轉(zhuǎn)速的改變。多數(shù)情況下，這種臨界轉(zhuǎn)速的改變量不大，處在規(guī)定必須避開的轉(zhuǎn)速區(qū)域內(nèi)，因而被忽略。6.1.2轉(zhuǎn)子—軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定與失穩(wěn)：轉(zhuǎn)子——軸承系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指轉(zhuǎn)子在受到某種小干擾擾動后能否隨時間的推移而恢復(fù)原來狀態(tài)的能力，也就是說擾動響應(yīng)能否隨時間增加而消失。 如果響應(yīng)隨時間增加而消失，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是穩(wěn)定的。 若響應(yīng)隨時間增加，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就失穩(wěn)了。油膜渦動與油膜振蕩：

在瓦隙較大的情況下，轉(zhuǎn)子常會因不平衡等原因而偏離其轉(zhuǎn)動中心，致使油膜合力與載荷不能平衡，就會引起油膜渦動。油膜渦動是一種比較典型的失穩(wěn)。機組的穩(wěn)定性能在很大程度上取決于滑動軸承的剛度和阻尼。當(dāng)系統(tǒng)具有正阻尼時，系統(tǒng)具有抑制作用，振動逐漸衰減。反之系統(tǒng)具有負阻尼時，油膜渦動就會發(fā)展為油膜振蕩。油膜渦動與油膜振蕩都是油膜承載壓力波動的反映，表現(xiàn)為軸的振動。（1）油膜渦動與油膜振蕩的發(fā)生條件①只發(fā)生在使用壓力油潤滑的滑動軸承上。在半潤滑軸承上不發(fā)生。②油膜振蕩只發(fā)生在轉(zhuǎn)速高于臨界轉(zhuǎn)速的設(shè)備上。

（2）油膜渦動與油膜振蕩的信號特征①油膜渦動的振動頻率隨轉(zhuǎn)速變化，與轉(zhuǎn)頻保持f=（0.43～0.48）fn。②油膜振蕩的振動頻率在臨界轉(zhuǎn)速所對應(yīng)的固有頻率附近，不隨轉(zhuǎn)速變化。③兩者的振動隨油溫變化明顯。（3）油膜渦動與油膜振蕩的振動特點

①油膜渦動的軸心軌跡是由基頻與半速渦動頻率疊加成的雙橢圓，較穩(wěn)定。②油膜振蕩是自激振蕩，維持振動的能量是轉(zhuǎn)軸在旋轉(zhuǎn)中供應(yīng)的，具有慣性效應(yīng)。由于有失穩(wěn)趨勢，導(dǎo)致摩擦與碰撞，因此軸心軌跡不規(guī)則，波形幅度不穩(wěn)定，相位突變。

（4）消除措施①設(shè)計時使轉(zhuǎn)子避開油膜共振區(qū)；②增大軸承比壓，減小承壓面；③減小軸承間隙；④控制軸瓦預(yù)負荷，降低供油壓力；⑤選用抗振性好的軸承結(jié)構(gòu)；⑥適當(dāng)調(diào)整潤滑油溫；⑦從多方面分析并消除產(chǎn)生的因素。6.1.3轉(zhuǎn)子的不平衡振動機理 旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子由于受材料的質(zhì)量分布、加工誤差、裝配因素以及運行中的沖蝕和沉積等因素的影響，致使其質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心存在一定程度的偏心距。靜不平衡：偏心距較大時，靜態(tài)下，所產(chǎn)生的偏心力矩大于摩擦阻力矩，表現(xiàn)為某一點始終恢復(fù)到水平放置的轉(zhuǎn)子下部，其偏心力矩小于摩擦阻力矩的區(qū)域內(nèi)，稱之為靜不平衡。動不平衡：偏心距較小時，不能表現(xiàn)出靜不平衡的特征，但是在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，表現(xiàn)為一個與轉(zhuǎn)動頻率同步的離心力矢量，離心力F=Meω2，從而激發(fā)轉(zhuǎn)子的振動。這種現(xiàn)象稱之為動不平衡。特點：靜不平衡的轉(zhuǎn)子，由于偏心距e較大，表現(xiàn)出更為強烈的動不平衡振動。要求：雖然作不到質(zhì)量中心與旋轉(zhuǎn)中心絕對重合，但為了設(shè)備的安全運行，必需將偏心所激發(fā)的振動幅度控制在許可范圍內(nèi)。（1）不平衡故障的信號特征①時域波形為近似的等幅正弦波。②軸心軌跡為比較穩(wěn)定的圓或橢圓，這是因為軸承座及

基礎(chǔ)的水平剛度與垂直剛度不同所造成。③頻譜圖上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動頻率處的振幅。④在三維全息圖中，轉(zhuǎn)頻的振幅橢圓較大，其他成份較小。

（2）敏感參數(shù)特征①振幅隨轉(zhuǎn)速變化明顯，這是因為，激振力與角速度ω是指數(shù)關(guān)系

②當(dāng)轉(zhuǎn)子上的部件破損時，振幅突然變大。例如某燒結(jié)廠抽風(fēng)機轉(zhuǎn)子焊接的合金耐磨層突然脫落，造成振幅突然增大。實例1：

某公司有一臺電動機，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，運行中發(fā)現(xiàn)振動異常，測取軸承部位的振動信號作頻譜分析，其譜圖如右下圖所示。以電動機轉(zhuǎn)頻（50Hz）最為突出，判斷電動機轉(zhuǎn)子存在不平衡。在作動平衡測試時，轉(zhuǎn)子不平衡量達5000g.cm，遠遠超過標(biāo)準(zhǔn)允許值150。經(jīng)動平衡處理后，振動狀態(tài)達到正常。這個實例，故障典型，過程完整。它的價值在于印證了不平衡故障的一個最重要特征，激振頻率等于轉(zhuǎn)頻，又通過動平衡測試處理進一步驗證了診斷結(jié)論的正確性。轉(zhuǎn)子不平衡不平衡故障的典型頻譜特征是工頻分量占主導(dǎo)地位實例2：

某引風(fēng)機，型號Y2805-4型，轉(zhuǎn)速1480r/min，功率75kW，結(jié)構(gòu)簡圖見圖。①、②－引風(fēng)機軸承測點③～⑤－電機測點測點方位①②③④⑤H20.0（26Hz）4.62.52.4－V5.53.41.0－4.5A3.72.41.6－－引風(fēng)機振動速度有效值（mm/srms）H、V、A分別代表水平、垂直和軸向測點①水平方向頻譜從頻率結(jié)構(gòu)看，測點①水平方向的頻率結(jié)構(gòu)非常簡單，幾乎只存在風(fēng)機的轉(zhuǎn)速頻率（26Hz近似于轉(zhuǎn)頻）。對比表中測點①、②振值，可見測點②的振值比測點①要小得多。測點①最靠近風(fēng)機葉輪，其振動值最能反映風(fēng)機葉輪的振動狀態(tài)。據(jù)此判斷風(fēng)機葉輪存在不平衡故障。2023/2/712:3182不平衡故障機理轉(zhuǎn)子力學(xué)模型2023/2/712:3183令，則其復(fù)數(shù)形式的運動方程為

設(shè)其特解為:因

故有

解出和

代入后可得：2023/2/712:3184再令，

則有

6.1.4轉(zhuǎn)子與聯(lián)軸節(jié)的不對中振動機理

轉(zhuǎn)子不對中包括軸承不對中和軸系不對中兩類。軸承不對中本身不引起振動，它影響軸承的載荷分布、油膜形態(tài)等運行狀況。一般情況下，轉(zhuǎn)子不對中都是指軸系不對中，故障原因在聯(lián)軸節(jié)處。

引起軸系不對中的原因：①安裝施工中對中超差；②冷態(tài)對中時沒有正確估計各個轉(zhuǎn)子中心線的熱態(tài)升高量，工作時出現(xiàn)主動轉(zhuǎn)子與從動轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生動態(tài)對中不良；③軸承座熱膨脹不均勻；④機殼變形或移位；⑤地基不均勻下沉；⑥轉(zhuǎn)子彎曲，同時產(chǎn)生不平衡和不對中故障。

軸系不對中可分為三種情況：

①軸線平行不對中②軸線交叉不對中③軸線綜合不對中在實際情況中，都存在著綜合不對中。只是其中平行不對中和交叉不對中所占的比重不同而已。由于兩半聯(lián)軸節(jié)存在不對中，因而產(chǎn)生了附加的彎曲力。由于轉(zhuǎn)動，這個附加彎曲力的方向和作用點也被強迫發(fā)生改變，從而激發(fā)出轉(zhuǎn)頻的2倍、4倍等偶數(shù)倍頻的振動。其主要激振量以2倍頻為主，某些情況下4倍頻的激振量也占有較高的份量。更高倍頻的成份因所占比重很少，通常顯示不出來。

軸系不對中故障特征：

①時域波形在基頻正弦波上附加了2倍頻的諧波。②軸心軌跡圖呈香蕉形或8字形。③頻譜特征：主要表現(xiàn)為徑向2倍頻、4倍頻振動成份，有角度不對中時，還伴隨著以回轉(zhuǎn)頻率的軸向振動。④在全息圖中2、4倍頻橢圓較扁，并且兩者的長軸近似垂直。平行不對中角度不對中實例：

某廠一臺離心壓縮機，結(jié)構(gòu)如圖所示。電動機轉(zhuǎn)速1500r/min（轉(zhuǎn)頻為25Hz）。該機自更換減速機后振動增大，A點水平方向振動烈度值為6.36mm/s，位移D=150μm，超出正常水平。

測點A水平方向振動信號的頻譜結(jié)構(gòu)圖明顯的2X特征重新對中后2X基本消失

不對中故障甄別：

①不對中的譜特征和裂紋的譜特征類似，均以兩倍頻為主，二者的區(qū)分主要是振動幅值的穩(wěn)定性，不對中振動比較穩(wěn)定。用全息譜技術(shù)則容易區(qū)分，不對中為單向約束力，二倍頻橢圓較扁。軸橫向裂紋則是旋轉(zhuǎn)矢量，二倍頻全息譜比較圓。②帶滾動軸承和齒輪箱的機組，不對中故障可能引發(fā)出通過頻率或嚙合頻率的高頻振動，這些高頻成分的出現(xiàn)可能掩蓋真正的振源。如高頻振動在軸向上占優(yōu)勢，而聯(lián)軸器相聯(lián)的部位軸向工頻亦相應(yīng)較大，則齒輪振動可能只是不對中故障所產(chǎn)生的過大的軸向力的響應(yīng)。③軸向工頻有可能是角度不對中，也有可能是軸承不對中。一般情況，角度不對中，軸向工頻振值比徑向為大；而軸承不對中正好相反，因為后者是由不平衡引起，它只是對不平衡力的一種響應(yīng)。通頻振動：表示振動原始波形的振動幅值。 選頻振動：表示所選定的某一頻率正弦振動的幅值。工頻振動：表示與所測機器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率相同的正弦振動的幅值?；l振動：工頻振動又叫基頻振動。例：對于工作轉(zhuǎn)速為6000r/min的機器，工頻振動頻率是100HZ。6.1.5轉(zhuǎn)軸彎曲故障的機理

設(shè)備停用一段較長時間后重新開機時，常常會遇到振動過大甚至無法開機的情況。這多半是設(shè)備停用后產(chǎn)生了轉(zhuǎn)子軸彎曲的故障。轉(zhuǎn)子彎曲有永久性彎曲和臨（暫）時性彎曲兩種情況。永久性彎曲是指轉(zhuǎn)子軸呈弓形。造成永久彎曲的原因有設(shè)計制造缺陷(轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)不合理、材質(zhì)性能不均勻)、長期停放方法不當(dāng)、熱態(tài)停機時未及時盤車或遭涼水急冷所致。臨時性彎曲指可恢復(fù)的彎曲。造成臨時性彎曲原因有預(yù)負荷過大、開機運行時暖機不充分、升速過快等致使轉(zhuǎn)子熱變形不均勻等。軸彎曲振動的機理和轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心類似，因而都要產(chǎn)生與質(zhì)量偏心類似的旋轉(zhuǎn)矢量激振力，與質(zhì)心偏離不同點是軸彎曲會使軸兩端產(chǎn)生錐形運動，因而在軸向還會產(chǎn)生較大的工頻振動。

轉(zhuǎn)軸彎曲故障的振動信號特征：（軸彎曲故障的振動信號與不平衡基本相同。）

①時域波形為近似的等幅正弦波；②軸心軌跡為一個比較穩(wěn)定的圓或偏心率較小的橢圓，由于軸彎曲常陪伴某種程度的軸瓦摩擦，故軸心軌跡有時會有摩擦的特征；③頻譜成份以轉(zhuǎn)動頻率為主，伴有高次諧波成份。與不平衡故障的區(qū)別在于：彎曲在軸向方面產(chǎn)生較大的振動。6.1.6轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的故障機理轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的振動響應(yīng)與所在的位置、裂紋深度及受力的情況等因素有極大的關(guān)系，因此所表現(xiàn)出的形式也是多樣的。在一般情況下，轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一周，裂紋總會發(fā)生張合。轉(zhuǎn)軸的剛度不對稱，從而引發(fā)非線性振動，能識別的振動主要是1X、2X、3X倍頻分量。

轉(zhuǎn)軸橫向裂紋的振動信號特征：①振動帶有非線性性質(zhì)，出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頻率的l×、2×、3×…·等高倍分量，隨裂紋擴展，剛度進一步下降，l×、2×……等頻率幅值隨之增大，相位角則發(fā)生不規(guī)則波動，與不平衡相角穩(wěn)定有差別。②開停機過程中，由于非線性諧頻關(guān)系，會出現(xiàn)分頻共振，即轉(zhuǎn)子在經(jīng)過1／2、1／3……臨界轉(zhuǎn)速時，相應(yīng)的高倍頻(2×、3×)正好與臨界轉(zhuǎn)速重合，振動響應(yīng)會出現(xiàn)峰值。③裂紋的擴展速度隨深度的增大而加速，相應(yīng)的l×、2×（倍頻）的振動也會隨裂紋擴展而快速上升，同時1×、2×相位角出現(xiàn)異常波動。④全息譜表現(xiàn)為2倍頻的橢圓形狀，與軸系不對中的扁圓形狀有明顯的差別。

故障甄別

穩(wěn)態(tài)運行時，應(yīng)能與不對中故障區(qū)分。全息譜是最好的區(qū)分方法。6.1.7連接松動故障的機理松動振動異常的基本原因：振動幅值由激振力和機械阻抗共同決定，松動使連接剛度下降，這是松動振動異常的基本原因。支承系統(tǒng)松動引起異常振動的機理：從以下兩個側(cè)面加以說明。1)當(dāng)軸承套與軸承座配合具有較大間隙或緊固力不足時，軸承套受轉(zhuǎn)子離心力作用，沿圓周方向發(fā)生周期性變形，改變軸承的幾何參數(shù)。進而影響油膜的穩(wěn)定性。2)當(dāng)軸承座螺栓緊固不牢時，由于結(jié)合面上存在間隙，使系統(tǒng)發(fā)生不連續(xù)的位移。上述兩頂因素的改變，都屬于非線性剛度改變，變化程度與激振力相聯(lián)系，因而使松動振動顯示出非線性特征。松動的典型特征是產(chǎn)生2×及3×、4×、5×等高倍頻的振動。連接松動故障的振動特征：

①軸心軌跡混亂，重心飄移。②頻譜圖中，具有3×、5×、7×等高階奇次倍頻分量，也有偶次分量。③松動方向的振幅大。當(dāng)高次諧波的振幅值大于轉(zhuǎn)動頻率振幅的1/2時，應(yīng)懷疑有松動故障。6.1.8

碰摩故障的機理

動靜件之間的輕微摩擦，開始時故障癥狀可能并不十分明顯，特別是滑動軸承的輕微碰摩，由于潤滑油的緩沖作用，總振值的變化是很微弱的，主要靠油液分析發(fā)現(xiàn)這種早期隱患；有經(jīng)驗的診斷人員，由軸心軌跡也能做出較為準(zhǔn)確的診斷。當(dāng)動靜碰摩發(fā)展到一定程度后，機組將發(fā)生碰撞式大面積摩擦，碰摩特征就將轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕Y狀。地腳松動引起振動的方向特征及頻率結(jié)構(gòu)機械松動實例

某發(fā)電廠1＃發(fā)電機組，結(jié)構(gòu)如圖。

1-汽輪機2-減速機3-發(fā)電機4-勵磁機①－后軸承②－前軸承汽輪機前后軸承振動值①umP－P②umP－PH8530V156A2828H、V、A分別代表水平、垂直和軸向振動信號所包含的主要頻率成分都是奇數(shù)倍轉(zhuǎn)頻，尤以3倍頻最突出。另外，觀察其振動波形振幅變化很不規(guī)則，含有高次諧波成分。根據(jù)所獲得的信息，判斷汽輪機后軸承存在松動。動靜碰摩的特點分析：動靜碰摩與部件松動具有類似特點。動靜碰摩是當(dāng)間隙過小時發(fā)生動靜件接觸再彈開，改變構(gòu)件的動態(tài)剛度；松動是連接件緊固不牢、受交變力(不平衡力、對中不良激勵等)作用，周期性地脫離再接觸，同樣是改變構(gòu)件的動態(tài)剛度。不同點是，前者還有一個切向的摩擦力，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動。轉(zhuǎn)子強迫振動、碰摩自由振動和摩擦渦動運動疊加到一起，產(chǎn)生出復(fù)雜的、特有的振動響應(yīng)頻率。由于碰摩力是不穩(wěn)定的接觸正壓力，時間上和空間位置上都是變化的，因而摩擦力具有明顯的非線性特征(一般表現(xiàn)為豐富的超諧波)。因此，動靜碰摩與松動相比，動靜碰摩振動成分的周期性相對較弱，而非線性更為突出。

碰摩故障的振動特征：

1)時域波形存在“削頂”現(xiàn)象，或振動遠離平衡位置時出現(xiàn)高頻小幅振蕩。2)頻譜上除轉(zhuǎn)子工頻外，還存在非常豐富的高次諧波成分(經(jīng)常出

現(xiàn)在氣封摩擦?xí)r)。3)嚴(yán)重摩擦?xí)r，還會出現(xiàn)1／2×、l／3×、1/N×等精確的分頻成分(經(jīng)常出現(xiàn)在軸瓦磨損時)。4)全息譜上出現(xiàn)較多、較大的高頻橢圓，且偏心率較大。5)提純軸心軌跡(1×、2×、3×、4×合成)存在“尖角”。6)軸瓦磨損時，還伴有軸瓦溫度升高、油溫上升等特征，氣封摩

擦?xí)r，在機組起停過程中，可聽到金屬摩擦?xí)r的聲音。7)軸瓦磨損時，對潤滑油樣進行鐵譜分析，可發(fā)現(xiàn)如下特征：

①譜片上磁性磨粒在譜片入口沿磁力線方向呈長鏈密集狀排列，且存在超過20μm的金屬磨粒；

②非磁性磨粒隨機地分布在譜片上，其尺寸超過20μm；

③譜片上測試的光密度值較上次測試有明顯的增大。摩擦高次諧波及其分?jǐn)?shù)倍諧波是摩擦的主要頻譜特征波形出現(xiàn)“削頂”豐富的高次諧波碰摩故障的故障甄別：1)由于故障機理與松動類似，兩者不容易加以區(qū)分。據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗：松

動a.松動時以高次諧波為特征；b.松動振動來源于不平衡力，故松動振動隨轉(zhuǎn)速變化比較明顯；c.在波形表現(xiàn)形式上：松動則不存在削頂問題。碰

摩a.摩擦?xí)r以分?jǐn)?shù)諧波為特征；b.碰摩受間隙大小控制，與轉(zhuǎn)速關(guān)系不甚密切；c.在波形表現(xiàn)形式上：摩擦常可見到削頂波形。2)局部碰摩與全弧碰摩的區(qū)分全弧碰摩分頻明顯，超諧波消失，局部輕摩擦很少有分頻出現(xiàn)，諧波幅值小但階次多，局部嚴(yán)重摩擦介于兩者之間，有分頻也有低次諧波，且諧波幅值比基頻還大?；l則由未碰撞前的較大值變?yōu)檩^小值。在軌跡上，局部摩擦軌跡亂而不放大，正進動；連續(xù)全弧摩擦則隨時間逐漸擴散，進動方向為反進動。6.1.9喘振的機理

喘振是一種很危險的振動，常常導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部密封件、葉輪導(dǎo)流扳、軸承等損壞，甚至導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲、聯(lián)軸器及齒輪箱等機構(gòu)損壞。它也是流體機械特有的振動故障之一。

喘振是壓縮機組嚴(yán)重失速和管網(wǎng)相互作用的結(jié)果。它既可以是管網(wǎng)負荷急劇變化所引起，也可以是壓縮機工作狀況變化所引起。

當(dāng)進入葉輪的氣體流量減少到某一最小值時，氣流的分離區(qū)擴大到整個葉道，使氣流無法通過。這時葉輪沒有氣量甩出，壓縮機出口壓力突然下降。由于壓縮機總是和管網(wǎng)連在一起的，具有較高背壓的管網(wǎng)氣體就會倒流到葉輪里來。瞬間倒流來的氣流使葉輪暫時彌補了氣體流量的不足，葉輪因而恢復(fù)正常工作，重新又把倒回來的氣流壓出去，但過后又使葉輪流量減少，氣流分離又重新發(fā)生。如此周而復(fù)始。壓縮機和其連接的管路中便產(chǎn)生出一種低頻率高振幅的壓力脈動，造成機組強烈振動。

喘振是壓力波在管網(wǎng)和壓縮機之間來回振蕩的現(xiàn)象，其強度和頻率不但和壓縮機中嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離有關(guān)，還和管網(wǎng)容量有關(guān)；管網(wǎng)容量越大，則喘振振幅愈大，頻率愈低；管網(wǎng)容量小，則喘振振幅小，喘振頻率也較高，一般為0.5～20Hz。電動機的振動限值分為N級(普通級)、R級(一級)和S級(優(yōu)等級)等三個等級，如無其他規(guī)定，電動機的振動應(yīng)符合N級的要求。異步電動機的振動限值：在空載時的振動限值應(yīng)符合表10規(guī)定中的某一等級的要求，并在各類型電動機標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。其他各類型電動機的振動限值各類型電動機標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。異步電動機的振動測定按GB2807-81《電機振動測定方法》。2023/2/712:311096.2通過電流頻譜法診斷電機故障

交流感應(yīng)電動機的啟動電流較大（通常為滿載電流的5～7倍），在很短的啟動時間內(nèi)，籠形繞組將承受很大的熱應(yīng)力和機械應(yīng)力，導(dǎo)致籠條和端環(huán)在很高的應(yīng)力作用下疲勞斷裂。根據(jù)故障統(tǒng)計結(jié)果，交流感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)子斷條、端環(huán)開裂、高阻接頭、機械不平衡、轉(zhuǎn)子軸彎曲等是常見故障，其中有些故障即使停車拆下檢修仍難以發(fā)現(xiàn)問題。

交流感應(yīng)電動機定子繞組通以三相交流電后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與通過轉(zhuǎn)子和定子之間的氣隙磁通相互作用，在轉(zhuǎn)子與定子表面間產(chǎn)生電磁作用，其強度與磁通密度的平方成正比。如果電動機發(fā)生故障，就會改變正常的氣隙磁通波形。作為氣隙磁通波形函數(shù)的定子電流頻率信號及雜散磁通信號會對故障有明顯的反映。

2023/2/712:311101）轉(zhuǎn)子繞組故障產(chǎn)生機理

轉(zhuǎn)子繞組故障包括轉(zhuǎn)子籠條斷裂、轉(zhuǎn)子端環(huán)開裂、壓鑄鋁

轉(zhuǎn)子中的鑄造空隙或氣孔以及轉(zhuǎn)子中的不良銅焊接頭等。

籠形轉(zhuǎn)子繞組故障發(fā)生和發(fā)展過程如下：

(1)在即將發(fā)生故障的部位出現(xiàn)過熱現(xiàn)象和很高的熱應(yīng)力或機

械應(yīng)力；

(2)達到疲勞極限時籠條斷裂，并產(chǎn)生電??；

(3)在繼續(xù)啟動時，相鄰的籠條通過更大的電流，并承受更大

的機械和熱應(yīng)力；

(4)造成更多籠條斷裂、故障擴大，產(chǎn)生較大的單邊磁拉力，

使電動機產(chǎn)生振動、噪聲、定子電流擺動和溫升增加、轉(zhuǎn)速波動。2）電流頻譜法檢測轉(zhuǎn)子繞組故障的原理

理想電動機的定子電流應(yīng)當(dāng)只存在單一供電頻率分量。電動

機轉(zhuǎn)子出現(xiàn)故障時，定子電流頻譜圖上，在與電源頻率相差二

倍轉(zhuǎn)差頻率(±2sf)的位置上各出現(xiàn)一個邊頻帶。假設(shè)電動機的極

對數(shù)為P，供電頻率為ω，在機械轉(zhuǎn)角為θ處產(chǎn)生的磁動勢m

可由下式表示：

m1=N1I1sin(ωt—Pθ)

式中：

N1——定子繞組每相匝數(shù)；

I1——定子電流；

ω——電源角頻率；

θ——轉(zhuǎn)子相位角。

轉(zhuǎn)子的相位角由下式確定：φ=θ－ωrt式中：ωr——轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)角速度。

由上可得轉(zhuǎn)子極對數(shù)P=2時的磁動勢為：

m1=N1I1sin[(ω－ωr)t—φ)]

在正常情況下，轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的磁動勢m與定子磁動勢

相平衡：

m2=N2I2sin[(ω－ωr)t—φ)]

如果轉(zhuǎn)子發(fā)生故障，如一根斷條，那么由轉(zhuǎn)子電流引起的

磁動勢為：

m1=N1I1sin[(ω－ωr)t—φ)]sin（2φ）

因此：

m2=｛cos[(ω－ωr)t—3φ]－cos[(ω－ωr)t+θ]｝

同(4)式類似，上式的磁動勢m在定子中感應(yīng)產(chǎn)生的磁動勢

m為：

m1=｛cos[(ω－2ωr)t—3θ]－cos[(ω－2ωr)

t+θ]｝

如果二極電動機的轉(zhuǎn)差率用下式表示：s=(ω－ωr)/ω

則：m1=｛cos[(3－2ωr)t—3θ]－cos[(1－2s)

t－θ]｝

這時，磁動勢的前一個分量，因其包含3ωt和3θ，在三相定子回路上感應(yīng)產(chǎn)生的電動勢為零，所以在定子電流上不會產(chǎn)生分量。但是，第二個分量在定子電流中感應(yīng)出一個比電源頻串低2sω的三相電流分量。這種電流的周期性變化反作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生頻率為二倍轉(zhuǎn)差頻率的轉(zhuǎn)矩變化。如果轉(zhuǎn)子不具備極大慣性矩，這種變化會反應(yīng)在轉(zhuǎn)速的變化上。此速度效應(yīng)導(dǎo)致定子中的三次諧磁通的變化，使電流以頻率ω(1-2s)變化。

邊頻帶峰值同主頻峰值的差值直接反映轉(zhuǎn)子損壞程度。隨著

斷條數(shù)目的增加，ω(1—2s)處的幅值增大，由此Hargis等人提出了鼠籠式電動機的斷條數(shù)預(yù)測公式:

式中：

R1——與頻率處幅值之比；

P——極對數(shù)；

R——轉(zhuǎn)子槽數(shù)；

n——預(yù)測轉(zhuǎn)子斷條數(shù)。2023/2/712:31