發(fā)電設(shè)備振動(dòng)測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介

03四月2024發(fā)電設(shè)備振動(dòng)測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介02四月2024發(fā)電設(shè)備振動(dòng)測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介1第一章發(fā)電設(shè)備振動(dòng)測(cè)試技術(shù)第一章2一、振動(dòng)的基本概念

振動(dòng)是物體運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式，其特點(diǎn)是某些物理量（如位移、速度、加速度、電流、壓力等等）在平均值上下兩種狀態(tài)之間交變的現(xiàn)象。

一、振動(dòng)的基本概念振動(dòng)是物體運(yùn)動(dòng)的一種特殊形式，其特點(diǎn)是某3為了研究實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)諸如火力發(fā)電廠內(nèi)的各種水泵、送引風(fēng)機(jī)及汽輪發(fā)電機(jī)組等的振動(dòng)特性，我們要用盡量簡(jiǎn)單的物理模型來(lái)表征它們，這類物理模型則稱為振動(dòng)系統(tǒng)。構(gòu)成這種振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型的基本要素是慣性、復(fù)原性和阻尼。上述由慣性、復(fù)原性、阻尼等要素構(gòu)成的系統(tǒng)，是在外部激勵(lì)的作用下發(fā)生振動(dòng)的。振動(dòng)系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的反應(yīng)稱為響應(yīng)。振動(dòng)學(xué)就是研究給定系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)的響應(yīng)。為了研究實(shí)際機(jī)械系統(tǒng)諸如火力發(fā)電廠內(nèi)的各種水泵、送引風(fēng)機(jī)及汽4汽輪發(fā)電機(jī)組上發(fā)生振動(dòng)的種類盡管繁多，但是按振動(dòng)原因來(lái)分只有強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩大類，強(qiáng)迫振動(dòng)中由轉(zhuǎn)子不平衡力所引起的振動(dòng)約占90%左右，這些周期性的振動(dòng)均可以簡(jiǎn)化為單自由度的線性系統(tǒng)來(lái)處理。振動(dòng)按照它在時(shí)間域內(nèi)的特征可分為周期振動(dòng)和非周期振動(dòng)，周期振動(dòng)是一種特殊而又常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)。振幅、周期和頻率是描述周期振動(dòng)現(xiàn)象的三個(gè)基本物理量。汽輪發(fā)電機(jī)組上實(shí)際發(fā)生的振動(dòng)大多是非簡(jiǎn)諧的周期振動(dòng)，其波形也是多個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成。汽輪發(fā)電機(jī)組上發(fā)生振動(dòng)的種類盡管繁多，但是按振動(dòng)原因來(lái)分只有5二．轉(zhuǎn)子的動(dòng)力特性

1．轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的物理意義大型汽輪發(fā)電機(jī)組在升速或降速過(guò)程中，當(dāng)經(jīng)過(guò)某個(gè)或某些特定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)出現(xiàn)較大的甚至劇烈的振動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速離開(kāi)這些特定轉(zhuǎn)速的一定范圍后，運(yùn)轉(zhuǎn)即趨平穩(wěn)。通常稱這個(gè)或這些轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速。這種現(xiàn)象是由于共振的結(jié)果。這個(gè)轉(zhuǎn)速在數(shù)值上一般非常接近于轉(zhuǎn)子橫向自由振動(dòng)的固有頻率。如果轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，輕則使轉(zhuǎn)子振動(dòng)加??；重則造成事故。特別是轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡較差時(shí)，振動(dòng)會(huì)更大。

二．轉(zhuǎn)子的動(dòng)力特性1．轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的物理意義6發(fā)電設(shè)備振動(dòng)測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介7現(xiàn)以圖1—2(a)所示的最簡(jiǎn)單的單輪盤立軸為例，來(lái)說(shuō)明轉(zhuǎn)子的臨界現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，圓盤形心o’與軸的幾何中心o重合，偏心距為e=o’c。當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)后，由于離心慣性力的作用，軸離開(kāi)AB直線位置，產(chǎn)生動(dòng)撓度y=oo’，這將使重心c離旋轉(zhuǎn)中心o的距離變大，使離心力變大，這時(shí)離心力為F=m(y+e)ω2此離心力與軸的彈性恢復(fù)力ky相平衡，即m（y+e）ω2=ky則y=（3—7）現(xiàn)以圖1—2(a)所示的最簡(jiǎn)單的單輪盤立軸為例，來(lái)說(shuō)明轉(zhuǎn)子的8由上式可以看出：ω增大時(shí)，式中的分母變小，軸的撓度y將增大；當(dāng)ω增大到ω==ωk

（3—8）則式（3—7）中的分母為零，y將增大到無(wú)窮大，軸將損壞。這個(gè)轉(zhuǎn)速便是軸的臨界角速度ωk，與其對(duì)應(yīng)的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)，則稱為臨界轉(zhuǎn)速，以nk表示，nk=（3—9）所以臨界轉(zhuǎn)速在數(shù)值上等于轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)而作橫向自由振動(dòng)時(shí)的固有頻率。順便指出，如把其它一些因素（如回轉(zhuǎn)效應(yīng)等）考慮進(jìn)去時(shí)，nk與固有頻率并不完全相等而是略有偏離。

由上式可以看出：ω增大時(shí)，式中的分母變小，軸的撓度y將增大；9從圖1—2可以看出，轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速，即ω<ωk時(shí)，重心c的動(dòng)撓度大于軸形心o’的動(dòng)撓度，很易設(shè)想，重心c由離心力向外拉出去了。當(dāng)轉(zhuǎn)速大于臨界轉(zhuǎn)速，即ω>ωk時(shí)，卻恰恰相反，重心c轉(zhuǎn)到了軸的撓度的內(nèi)側(cè)，使離心力變小成為m（y—e）ω2，這就是越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速后振動(dòng)反而變小的原因。

從圖1—2可以看出，轉(zhuǎn)速低于臨界轉(zhuǎn)速，即ω<ωk時(shí)，重心c的10為保證轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行，轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)時(shí)，其臨界轉(zhuǎn)速要避開(kāi)工作轉(zhuǎn)速一定范圍。對(duì)于雙支點(diǎn)盤式轉(zhuǎn)子，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速在第一、第二臨界轉(zhuǎn)速之間，此時(shí)應(yīng)滿足1.4Nk1<N<0.7NK2；對(duì)于變轉(zhuǎn)速運(yùn)行的轉(zhuǎn)子，一般要求轉(zhuǎn)子第一臨界轉(zhuǎn)速比最高工作轉(zhuǎn)速大20-25%。汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通常遇到的是第一、第二臨界轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)子的工作轉(zhuǎn)速高于第一臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，這類轉(zhuǎn)子稱為撓性轉(zhuǎn)子；反之，稱為剛性轉(zhuǎn)子。對(duì)剛性轉(zhuǎn)子，要求臨界轉(zhuǎn)速高出工作轉(zhuǎn)速20-25%。為保證轉(zhuǎn)子正常運(yùn)行，轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)時(shí)，其臨界轉(zhuǎn)速要避開(kāi)工作轉(zhuǎn)速一定112．單轉(zhuǎn)子和軸系臨界轉(zhuǎn)速的差異

軸系是由單轉(zhuǎn)子通過(guò)聯(lián)軸器連接而成的，例如在汽輪發(fā)電機(jī)組中，有高、中、低汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和勵(lì)磁機(jī)轉(zhuǎn)子等，各單個(gè)轉(zhuǎn)子有其本身的臨界轉(zhuǎn)速，組合成一個(gè)多跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)后，系統(tǒng)也有其自身的臨界轉(zhuǎn)速，軸系與各單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速間既有區(qū)別，又有聯(lián)系，其間存在一定規(guī)律。利用這一規(guī)律，就可估計(jì)軸系臨界轉(zhuǎn)速的分布情況，此外還可估計(jì)在軸系的每一階主振型中那一轉(zhuǎn)子的振動(dòng)特別顯著等。單轉(zhuǎn)子連成軸系后，原為自由狀態(tài)的端面連接后受到了約束，相當(dāng)于在原系統(tǒng)上增加了若干個(gè)線性約束條件，使系統(tǒng)的剛性有所增加，軸各階臨界轉(zhuǎn)速要高于相對(duì)應(yīng)的單轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速。

2．單轉(zhuǎn)子和軸系臨界轉(zhuǎn)速的差異12現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的波德曲線上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些非臨界轉(zhuǎn)速的峰。這些峰可能來(lái)自轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)與基礎(chǔ)耦合形成的共振、軸承座結(jié)構(gòu)共振、轉(zhuǎn)子上存在大不平衡量引起的非線性共振和測(cè)量系統(tǒng)電信號(hào)干擾等。尤其前兩條在現(xiàn)場(chǎng)中是經(jīng)常遇到的,它們給臨界轉(zhuǎn)速的判斷帶來(lái)了一定困難?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)得到的波德曲線上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些非臨界轉(zhuǎn)速的峰。這些峰13三．振動(dòng)測(cè)試技術(shù)1．振動(dòng)測(cè)試的內(nèi)容

1）新機(jī)投運(yùn)中的振動(dòng)測(cè)試

2）運(yùn)行中的振動(dòng)監(jiān)測(cè)

3）振動(dòng)試驗(yàn)中的振動(dòng)測(cè)試

4）動(dòng)平衡中的振動(dòng)測(cè)試

5）研究性的振動(dòng)測(cè)試

三．振動(dòng)測(cè)試技術(shù)1．振動(dòng)測(cè)試的內(nèi)容142．傳感器的種類及選擇

傳感器的選擇

a.電渦流傳感器:是將振動(dòng)位移的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的非接觸式傳感器。為非接觸式測(cè)量，通常用于旋轉(zhuǎn)部件的振動(dòng)測(cè)量。轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)即采用渦流傳感器測(cè)量。b.速度傳感器:是將振動(dòng)速度的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的非接觸式傳感器。c.加速度傳感器:是將振動(dòng)加速度的變化轉(zhuǎn)換為電量變化的非接觸式傳感器。2．傳感器的種類及選擇15速度傳感器和加速度傳感器通常用于接觸式測(cè)量，廣泛用于非旋轉(zhuǎn)部件上振動(dòng)的測(cè)量。振動(dòng)傳感器的安裝

渦流傳感器:（1）初始間隙;（2）被測(cè)表面;（3）金屬材料;（4）溫度影響

速度傳感器：（1）測(cè)點(diǎn)位置要選擇正確，傳感器的質(zhì)量中心線必須與軸承的軸線重合。（2)傳感器安裝要穩(wěn)固，不能有晃動(dòng)。

速度傳感器和加速度傳感器通常用于接觸式測(cè)量，廣泛用于非旋轉(zhuǎn)部163．振動(dòng)監(jiān)測(cè)的基本參數(shù)

動(dòng)態(tài)參數(shù)有：振幅、頻率、相位角、振動(dòng)波形

a．振幅振幅是表征機(jī)組振動(dòng)嚴(yán)重程度或烈度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。它可以用位移、速度或加速度表示，從它的大小或變化可以判斷機(jī)組是否在平穩(wěn)地運(yùn)行。

3．振動(dòng)監(jiān)測(cè)的基本參數(shù)17對(duì)于振動(dòng)的度量通常有單峰值、雙峰值、平均值和有效值四種方法（圖3-7）。但汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的度量主要是以峰值，并且是以峰與峰之間的振動(dòng)值即所謂雙峰值為度量標(biāo)準(zhǔn)。

振動(dòng)信號(hào)分析與處理的最基本和最重要的內(nèi)容，就是從合成波形中檢測(cè)出基頻信號(hào)，并準(zhǔn)確地測(cè)定其幅值和相位?；l檢測(cè)的重要性是因?yàn)樾D(zhuǎn)機(jī)械的許多振動(dòng)問(wèn)題研究都是與基頻有關(guān)。由質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)是基頻振動(dòng)。因此，在進(jìn)行動(dòng)平衡時(shí)，要求較準(zhǔn)確地測(cè)定基頻的幅值與相位。在研究轉(zhuǎn)子軸的不平衡響應(yīng)，測(cè)定影響系數(shù)，也需要測(cè)定基頻的幅值與相位。實(shí)測(cè)機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速，就是依據(jù)基頻的幅值與相位來(lái)判斷。

對(duì)于振動(dòng)的度量通常有單峰值、雙峰值、平均值和有效值四種方法（18發(fā)電設(shè)備振動(dòng)測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介19隨著振動(dòng)測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，目前大型機(jī)組上大多數(shù)都安裝了測(cè)量軸振的裝置，，它可以同時(shí)測(cè)出軸承的絕對(duì)振動(dòng)、軸的相對(duì)振動(dòng)和軸的絕對(duì)振動(dòng)。軸承的絕對(duì)振動(dòng)是指以地面為參考坐標(biāo)測(cè)得的振幅值。

軸的相對(duì)振動(dòng)是指以軸承為參考坐標(biāo)測(cè)量的軸振。用非接觸式電渦流傳感器固定在軸承上就可測(cè)得軸的相對(duì)振動(dòng)。

軸的絕對(duì)振動(dòng)是以地面為參考坐標(biāo)的軸振，采用復(fù)合式傳感器即可直接測(cè)出軸的絕對(duì)振動(dòng)。隨著振動(dòng)測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，目前大型機(jī)組上大多數(shù)都安裝了測(cè)量軸振20b．頻率

振動(dòng)的頻率通常以機(jī)械工作轉(zhuǎn)速的倍數(shù)來(lái)表示（1×，2×等等）。振動(dòng)頻率對(duì)分析振動(dòng)原因有著特別重要的作用，不同的振動(dòng)源,其振動(dòng)頻率一般也是不同的。某一特定頻率的振動(dòng)可能和機(jī)器的多種故障相連，我們不應(yīng)簡(jiǎn)單地企圖將某一特征頻率和某一特殊故障直接聯(lián)系起來(lái)。分析振動(dòng)故障時(shí)，頻率是重要的參量，它有助于我們對(duì)振動(dòng)進(jìn)行分類，但是它僅是一種參量。如要得到正確的結(jié)果，就必須對(duì)所有相關(guān)的參量進(jìn)行綜合分析。b．頻率21c．相位角在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，相位有其特定的明確的含義，它是指基頻信號(hào)的正最大處相對(duì)于轉(zhuǎn)軸上某一確定標(biāo)記的相位差。從儀器測(cè)量的相位角，我們可以找到轉(zhuǎn)子上振動(dòng)高點(diǎn)與某一固定點(diǎn)之間的相對(duì)位置，進(jìn)而由高點(diǎn)位置來(lái)確定轉(zhuǎn)子上殘余不平衡的位置。轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的任一變化都會(huì)引起振動(dòng)高點(diǎn)變化，這種變化通過(guò)相角、振幅或二者的共同變化反映出來(lái)。c．相位角22d．振動(dòng)波形振動(dòng)的通頻振動(dòng)波形是該點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)電量的實(shí)時(shí)顯示，由波形可以最直觀了解機(jī)器的運(yùn)行狀況。在振動(dòng)分析中，由波形可以直觀地看出振動(dòng)有無(wú)高次諧波、幅值如何、振幅是否穩(wěn)定等。此外，振動(dòng)波形有時(shí)還有其他參數(shù)或圖形所不能替代的重要作用。

d．振動(dòng)波形23靜態(tài)參數(shù)有：軸心徑向平均位置、軸向位置、差脹、缸體的膨脹、偏心度、軸承油膜壓力a．軸心徑向平均位置

軸心徑向平均位置（簡(jiǎn)稱軸心位置）是指在軸心沒(méi)有徑向振動(dòng)時(shí)，軸心相對(duì)于軸承座的位置。軸心的徑向相對(duì)振動(dòng)即是圍繞此軸心位置而產(chǎn)生的。軸心位置通常用偏心距ｅ和偏位角α來(lái)定位。

靜態(tài)參數(shù)有：軸心徑向平均位置、軸向位置、差脹、缸體的膨脹、偏24b．軸向位置軸向位置是指推力盤和止推軸承之間的相對(duì)位置。通過(guò)對(duì)該參數(shù)的監(jiān)測(cè)就是要避免機(jī)組轉(zhuǎn)子與靜子之間發(fā)生嚴(yán)重軸向摩擦，使其不會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性事故。

c．差脹差脹是轉(zhuǎn)軸與機(jī)器缸體之間的相對(duì)膨脹。

d、缸體的膨脹對(duì)大型機(jī)組除了測(cè)量差脹之外，還要監(jiān)視缸體的膨脹。知道了缸體的膨脹和差脹，就可以確定轉(zhuǎn)子或是缸體的膨脹情況。如果缸體膨脹不暢，自然就會(huì)引起振動(dòng)。

b．軸向位置25e、偏心度（峰-峰值）

偏心度（峰-峰值）是指轉(zhuǎn)軸靜態(tài)時(shí)的彎曲量。

f．軸承油膜壓力大型汽輪發(fā)電機(jī)組上各主軸承一般都裝有頂軸油壓表，頂軸油泵停止后，頂軸油壓實(shí)際上反映了油膜的壓力。

e、偏心度（峰-峰值）264．振動(dòng)測(cè)試儀器汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)測(cè)試所使用的儀器包括安裝于機(jī)組的用于長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)的裝置（TSI），以及用于振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)的便攜式振動(dòng)測(cè)試儀器兩大類。

5.振動(dòng)測(cè)試方法

1）機(jī)組啟動(dòng)中的振動(dòng)測(cè)試

2）不同負(fù)荷下機(jī)組各軸承振動(dòng)的測(cè)量

(1)首先應(yīng)全面測(cè)試(2)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)(3)測(cè)量基頻振幅同時(shí)測(cè)量通頻振幅

(4)轉(zhuǎn)子上應(yīng)作固定測(cè)相標(biāo)記

4．振動(dòng)測(cè)試儀器273）轉(zhuǎn)子平衡時(shí)振幅和相位的測(cè)量轉(zhuǎn)子平衡時(shí)主要測(cè)量的是有關(guān)測(cè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)軸或軸承基頻振幅和相位。轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡是以振動(dòng)向量為計(jì)算依據(jù)的，而軸承的振動(dòng)向量是以基頻振幅和相位來(lái)定的。因此不論是原始振動(dòng)還是試加重后的振動(dòng)，一般至少測(cè)量2~3遍，從中選取有代表性的振幅和相位。轉(zhuǎn)子平衡技巧的一個(gè)重要方面是測(cè)準(zhǔn)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速下振幅和相位。因?yàn)橹挥性谂R界轉(zhuǎn)速時(shí)才能實(shí)現(xiàn)振型正交，只有在臨界轉(zhuǎn)速下才能正確地判定該階不平衡分量的位置，從而有效地加以平衡。3）轉(zhuǎn)子平衡時(shí)振幅和相位的測(cè)量28四．振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)1．振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的作用

對(duì)于各類旋轉(zhuǎn)機(jī)械，因其運(yùn)行條件和具體要求各異，振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)也各不相同。各個(gè)國(guó)家一般都有自己的國(guó)家級(jí)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)主要建立在已有機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上。盡管這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定目前還不很完善，但是按照這樣的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定執(zhí)行，一般能保證機(jī)組的安全運(yùn)行。表征振動(dòng)大小的參數(shù)有三個(gè)，即位移（振幅）、速度和加速度。目前評(píng)定現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行機(jī)組振動(dòng)狀況的標(biāo)準(zhǔn)有三種尺度：軸承振幅、轉(zhuǎn)軸振幅和軸承振動(dòng)烈度。制定這三種尺度的主要出發(fā)點(diǎn)都是為了避免轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件應(yīng)力過(guò)載、軸瓦過(guò)載、動(dòng)靜碰磨、轉(zhuǎn)動(dòng)部件過(guò)度磨損、防止與振動(dòng)有關(guān)的故障進(jìn)一步擴(kuò)大。四．振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)292．機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)a.軸承振動(dòng)的振幅標(biāo)準(zhǔn)

汽輪發(fā)電機(jī)組軸承座振動(dòng)界限值（位移、峰-峰值、μm）

汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速（r／min）優(yōu)良合格15003050703002030702．機(jī)組振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速（r／min）優(yōu)良合格15030b.轉(zhuǎn)軸振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)

各區(qū)域轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)位移界限值

轉(zhuǎn)速rpm區(qū)域1500180030003600轉(zhuǎn)軸相對(duì)振動(dòng)位移（峰—峰值μm）

A/B12011010090B/C170~240160~220150~200145~