旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動故障分析講義

旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動故障分析講義第一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測試的基本概念1振動相位的測量與鍵相信號在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測量領(lǐng)域內(nèi)，相位的含義是：振動信號的某一點(diǎn)（高點(diǎn)或零點(diǎn)），與基準(zhǔn)脈沖信號之間在時間上的關(guān)系。脈沖測相法：在轉(zhuǎn)子上貼一條反光帶或開鍵槽，用光電傳感器或渦流傳感器產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)速完全同步的脈沖信號，求脈沖信號前沿與振動信號上某一點(diǎn)之間的時間距離，即為振動相位。第二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三脈沖測相法圖中j是脈沖信號導(dǎo)前振動信號高點(diǎn)的角度，即振動相位。返回第三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三固有頻率一根轉(zhuǎn)子在一定的轉(zhuǎn)速下，如果沒有阻尼衰減作用，此時給它一個擾動讓其自由振動的話，那么這個轉(zhuǎn)子將按照一定的頻率振動下去，這個振動的頻率只取決于系統(tǒng)本身的質(zhì)量、剛度、轉(zhuǎn)速，與外界的因素?zé)o關(guān)，外界的擾動情況只能影響他振動的幅度，但不會干擾他的振動頻率。這個頻率我們稱：是這根轉(zhuǎn)子的固有頻率。返回第四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三臨界轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子在一定的轉(zhuǎn)速下，某一階固有頻率可以被轉(zhuǎn)子的不平衡激起來，這個與固有頻率一致的轉(zhuǎn)速就叫做臨界轉(zhuǎn)速。如果假設(shè)轉(zhuǎn)子的支撐沒有阻尼作用，當(dāng)受到了與自身的固有頻率一致的交變的干擾作用力時，轉(zhuǎn)子振動的振幅將會趨于無窮大，這種系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子上個位置，各點(diǎn)振動達(dá)到最大值的轉(zhuǎn)速是相同的，這個轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速。對于這種有阻尼的振動系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子各點(diǎn)振幅達(dá)到最大值時并不是在同一個轉(zhuǎn)速下，而是在一個轉(zhuǎn)速區(qū)間，臨界轉(zhuǎn)速的實(shí)際意義就是一個轉(zhuǎn)速的區(qū)間。返回第五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三剛性轉(zhuǎn)子與柔性轉(zhuǎn)子的區(qū)分轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在遠(yuǎn)低于它的第一階臨界轉(zhuǎn)速時，由振動引起的撓曲變形較小，轉(zhuǎn)子不平衡力的產(chǎn)生主要是由于不平衡質(zhì)量偏離轉(zhuǎn)子原始曲線，其偏心距不會因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動發(fā)生變化，這種轉(zhuǎn)子可以認(rèn)為是剛性轉(zhuǎn)子。按ISO的規(guī)定，如果轉(zhuǎn)子的最高工作轉(zhuǎn)速與第一臨界轉(zhuǎn)速之比小于0.7，就平衡而言，轉(zhuǎn)子可以被認(rèn)為是剛性的。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近于它的臨界轉(zhuǎn)速時，由于共振轉(zhuǎn)子發(fā)生撓曲變形，不平衡質(zhì)量與原始軸線的距離隨轉(zhuǎn)速變化，即運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)生變形的轉(zhuǎn)子稱為柔性轉(zhuǎn)子。返回第六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測試的基本概念常見振動測試的特征圖形所有的信號都可以分類成時域圖形和頻域圖形。最常用的就是：

a波形圖

b頻譜圖常見的幾種振動信號所對應(yīng)的波形圖與頻譜圖第七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測試的基本概念常見振動測試的特征圖形兩種連續(xù)的三維頻譜圖：c瀑布圖d級聯(lián)圖第八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測試的基本概念常見振動測試的特征圖形f趨勢圖g波特圖h極坐標(biāo)圖I軸心動態(tài)軌跡j

軸心靜態(tài)軌跡第九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三波形圖波形圖就是將振動信號的時間歷程表示出來。從波形圖可以看出振動信號是否平穩(wěn)、毛刺、削波、調(diào)頻、調(diào)幅等異?，F(xiàn)象。返回第十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三頻譜圖當(dāng)對時域波型數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析可以看到信號是由哪些頻率成分的分量組成的，以及各個分量的幅值情況。這是目前進(jìn)行故障診斷與分析最普遍使用的圖形。以頻率為橫坐標(biāo)，以振幅為縱坐標(biāo)，將分析結(jié)果繪制在圖上就可以得到某一時刻的頻譜。返回第十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三常見振動信號對應(yīng)的波形與頻譜圖(1)以工頻為主的振動第十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三常見振動信號對應(yīng)的波形與頻譜圖(2)有低頻的次諧波振動第十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三常見振動信號對應(yīng)的波形與頻譜圖(3)有高頻的超諧波振動第十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三常見振動信號對應(yīng)的波形與頻譜圖(5)返回拍振第十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三瀑布圖用某一測點(diǎn)在連續(xù)時間范圍內(nèi)測的的頻譜圖按時間順序排列組成瀑布圖。瀑布圖中可以看到各種頻率的組成與振幅是如何隨時間變化的。返回第十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三級聯(lián)圖級聯(lián)圖是轉(zhuǎn)速連續(xù)變化時的頻譜圖依次組成三維連續(xù)的頻譜圖。他的Z軸是轉(zhuǎn)速，各個頻率的軸線是傾斜的直線。級聯(lián)圖用來分析與轉(zhuǎn)速相關(guān)的故障比較直觀。返回第十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三趨勢圖趨勢是觀察的某個參數(shù)隨時間的變化關(guān)系。分析機(jī)組的振動隨時間、負(fù)荷等的變化時，趨勢圖非常直觀，對運(yùn)行人員監(jiān)視機(jī)組狀況很有用。返回第十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三波特圖表示振動的幅值、相位隨著轉(zhuǎn)速變化的圖形。通常用來確定機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速。另一個重要用處就是在進(jìn)行動平衡時有助于用來分析轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量所處的軸向位置、不平衡振型的階數(shù)。返回第十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三極坐標(biāo)圖極坐標(biāo)圖又叫做奈奎斯特圖。就是把波特圖的結(jié)果繪制在極坐標(biāo)上，得到的振幅—轉(zhuǎn)速曲線是一條環(huán)形線。判斷轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，容易得到模態(tài)參數(shù)。用渦流傳感器測試軸振動時，很容易得到原始的晃度矢量。返回第二十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三軸心動態(tài)軌跡圖軸心軌跡就是將轉(zhuǎn)子在軸承中運(yùn)轉(zhuǎn)情況以二維軌跡形式表示出來。必須在一個平面安裝兩個互相垂直的渦流傳感器?？梢詭椭袛嗄Σ?、油膜渦動、油膜振蕩等具有不同軸心軌跡特征的故障。返回第二十一頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三軸心靜態(tài)軌跡軸心靜態(tài)軌跡給出了不同工況下軸徑在軸承中的位置，它是通過渦流傳感器的間隙電壓發(fā)生的變化得到的。許多參數(shù)的變化對軸心靜態(tài)軌跡都有影響。通過軸心靜態(tài)軌跡可以確定轉(zhuǎn)子的下列情況：第二十二頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三軸心靜態(tài)軌跡送高壓頂軸油后軸頸的浮起量。轉(zhuǎn)速升高過程及定速后軸頸在軸承中的位置。支撐狀況變化對軸頸靜態(tài)位置的影響。油膜狀況的變化。外部作用力對軸頸靜態(tài)位置的影響。判斷瓦溫升高的原因。返回第二十三頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三振動幅值的度量單峰值就是振動的最大點(diǎn)到平衡位置之間的距離。峰峰值實(shí)際上就是振動的波峰與波谷的距離。振動測量儀器輸出的位移振動振幅通常都是峰峰值。有效值又叫均方根值，對于速度振幅的度量，又叫做振動烈度。

Vms有效值

Vp_p峰峰值返回第二十四頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三有效值與振動烈度（1）ISO規(guī)定：頻率在10Hz到1000Hz范圍內(nèi)振動速度的均方根值叫做振動烈度。速度均方根值：簡諧振動v(t)=1/2*Vp_psin(wt)，利用上述定義，可以得到：返回第二十五頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三有效值與振動烈度（2）選用振動烈度的意義轉(zhuǎn)子故障時的振動頻率成分復(fù)雜，大量振動失效分析表明：不同頻率的振動有不同的危害，在相同的振幅下，振動頻率越高，產(chǎn)生的危害越大。同時由于振動的能量與速度的平方成正比，為充分考慮高頻振動對機(jī)組運(yùn)行安全的影響，在機(jī)組振動狀態(tài)的評定中更多采用振動烈度。第二十六頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三有效值與振動烈度（3）選用振動烈度的意義例轉(zhuǎn)子振動由兩個同相位的頻率分量組成，按位移與振動烈度考核，將得到有不同的結(jié)果：（按GB11347.1-89）返回第二十七頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三振動烈度與振動位移的換算簡諧振動下的振動烈度與振動位移的換算單位:振動位移um

振動烈度mm/s

轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分例：3000轉(zhuǎn)時，振動烈度是6mm/s，換算出來，振動位移是：54um。返回第二十八頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三機(jī)組振動的標(biāo)準(zhǔn)汽輪發(fā)電機(jī)組振動的國家標(biāo)準(zhǔn)制定概況目前我國與汽輪發(fā)電機(jī)組振動有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)有：GB11347—1989大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動烈度的現(xiàn)場測定和評定.GB11348.1—1989旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量與評定第一部分：總則GB11348.2—1997

旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量與評定第二部分：陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機(jī)組.第二十九頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三機(jī)組振動的標(biāo)準(zhǔn)汽輪發(fā)電機(jī)組振動的國家標(biāo)準(zhǔn)制定概況現(xiàn)在正在批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)有：撓性轉(zhuǎn)子機(jī)械平衡的方法和準(zhǔn)則在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機(jī)器的機(jī)械振動第一部分：總則在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機(jī)器的機(jī)械振動第二部分：超過50MW陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機(jī)組第三十頁，共三十二頁，編輯于2023年，星期三機(jī)組振動的標(biāo)準(zhǔn)(1