設(shè)備振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

1、機(jī)械振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用,第一講 機(jī)械設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)診斷基礎(chǔ)理論 第二講 機(jī)械振動(dòng)測(cè)試分析簡(jiǎn)介 第三講 機(jī)械振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用,第一講 機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測(cè)診斷基礎(chǔ)理論,一振動(dòng)的基礎(chǔ)理論 二常用監(jiān)測(cè)診斷分析方法 三、振動(dòng)分析的過(guò)程,一 振動(dòng)的基礎(chǔ)理論 機(jī)械振動(dòng)是指物體圍繞其平衡位置作往復(fù)交替的運(yùn)動(dòng),慣性力 阻尼力 彈性力 干擾力,機(jī)械振動(dòng)的來(lái)源 *機(jī)器零件的制造公差 *組裝時(shí)的間隙 *零件間的摩擦 *旋轉(zhuǎn)不平衡等 但有時(shí)也利用振動(dòng)的特性來(lái)幫助我們工作,A 機(jī)械振動(dòng)的分類(lèi),B 周期振動(dòng)與簡(jiǎn)諧振動(dòng),周期振動(dòng)一般可看作是多個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加。 簡(jiǎn)諧振動(dòng)是機(jī)械振動(dòng)中最基本、最簡(jiǎn)單的一種形式，其軌跡可以看作是一個(gè)作勻速圓周運(yùn)

2、動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)在坐標(biāo)軸上的投影，可用后面的數(shù)學(xué)式表示,X= Xmsin(2t/T+) = Xmsin(2ft+) = Xmsin(t+) X-質(zhì)點(diǎn)位移 Xm-位移最大值，振幅(A) T-周期，質(zhì)點(diǎn)重復(fù)同一運(yùn)行所需最短時(shí)間 f-頻率，單位時(shí)間同一狀態(tài)出現(xiàn)次數(shù)，1/T - 圓頻率，2f -初始相位角 -園頻率（rad/s) ,f-頻率（Hz) ,T-周期（s,振動(dòng)的三個(gè)要素： 幅值、頻率（周期）、相位,其中：2f f1/T,振動(dòng)位移、速度和加速度 振動(dòng)位移對(duì)時(shí)間求一次、二次導(dǎo)數(shù)得到速度、加速度信號(hào),位移、速度、加速度 v = Xmsin(t+ /2) a = 2 Xmsin(t+ ) 振動(dòng)速度信號(hào)比位移

3、超前90，幅值是位移信號(hào)倍；振動(dòng)加速度信號(hào)比振動(dòng)速度超前90，幅值是速度信號(hào)倍,常用單位,位移 峰峰值 微米 速度 有效值（均方根值） 毫米秒 加速度 峰值 米秒2,振動(dòng)波形的峰值、峰峰值、有效值和平均值 峰值： Xpeak= Xm 峰峰值：Xp-p 2Xm,平均值算術(shù)平均值,有效值（均方根值,正弦波形的有效值,速度有效值（均方根值,測(cè)試參數(shù)的選擇原則,故障診斷為突出故障頻率成分，對(duì)低頻故障推薦采用位移信號(hào)分析，對(duì)高頻故障推薦采用速度、加速度信號(hào),測(cè)試參數(shù)的選擇原則 位移X 與頻率f 無(wú)關(guān)，特別適合低頻振動(dòng)選用。 速度 V X 與頻率f成正比，通常推薦選用。 加速度 A VX2 頻率f2 成正

4、比，特別適合高頻振動(dòng)選用。 2f,二.狀態(tài)監(jiān)測(cè)常用分析方法簡(jiǎn)介 幅值分析（振動(dòng)總值、列度）、變化趨勢(shì) 波形分析：峰值變化、周期性特點(diǎn) 頻譜分析：振動(dòng)能量的頻率分布分析 倒頻譜分析 波特圖 三維譜圖,沖擊頻響：測(cè)物體自振頻率 傳遞函數(shù)：反應(yīng)系統(tǒng)輸入、輸出信號(hào)之間的幅頻系和相頻關(guān)系。 相干分析：用來(lái)確定輸出信號(hào)有那些頻率成分、多大程度來(lái)自輸入信號(hào)。 相位分析：設(shè)備各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)相位的比較,常見(jiàn)振動(dòng)圖形基本概念,不同的振動(dòng)狀態(tài)表示方式具有不同的特點(diǎn)，有些故障在某些圖形上反映不明顯，但在另外一些圖形上卻表現(xiàn)得比較突出。 常用圖形有：波形圖、頻譜圖、瀑布圖、級(jí)聯(lián)圖、趨勢(shì)圖、軸心軌跡圖、軸中心位置圖、奈奎斯特

5、圖等,振動(dòng)波形,振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程表示出來(lái)。測(cè)量到振動(dòng)幅值、頻率、相位和波形變化。 振動(dòng)信號(hào)是否平穩(wěn)、有沒(méi)有毛刺、削波、調(diào)頻、調(diào)幅、波動(dòng)、不穩(wěn)定等異?，F(xiàn)象。在頻譜圖表現(xiàn)的不是很明顯。摩擦故障時(shí)，很多毛刺或削波等，不平衡故障為標(biāo)準(zhǔn)正弦波,幅值分析,振動(dòng)總值、 （列度）的分析判斷 與標(biāo)準(zhǔn)允許值比較 與歷史統(tǒng)計(jì)值比較 與同類(lèi)機(jī)組振動(dòng)值比較 振動(dòng)值變化趨勢(shì)的分析判斷 總量值的趨勢(shì) 頻段值的趨勢(shì),振動(dòng)頻譜,通常情況振動(dòng)信號(hào)包含很多簡(jiǎn)諧振動(dòng)成分，當(dāng)頻率成分較多時(shí)，從振動(dòng)波形中很難直接看出波形中包含的頻率成分。作傅里葉變換求出頻率。頻譜圖將這些頻率成分和大小表示出來(lái)。 不同振動(dòng)故障所包含的振動(dòng)頻率成分并不相

6、同。不平衡故障主要為與轉(zhuǎn)速同頻的工頻成分；油膜振蕩故障為與轉(zhuǎn)子系統(tǒng)固有頻率相對(duì)應(yīng)的低頻成分等。與轉(zhuǎn)速相等頻率成分定義為基頻或工頻，如1x、2x、3x、1/2x,頻譜分析 頻譜分析是機(jī)械故障診斷中使用得最廣泛的信號(hào)處理方法之一，大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械一般都產(chǎn)生帶有周期的振動(dòng)信號(hào)，并不是都只含有單一頻率成分的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，而是包含有多種的頻率成分，這些頻率成分往往直接與機(jī)器中各零部件的機(jī)械物理特性聯(lián)系在一起。頻域分析的基礎(chǔ)是頻率分析方法，利用傅里葉變換，將復(fù)雜的信號(hào)分解為簡(jiǎn)單信號(hào)的疊加。 傅里葉變換,快速富里葉分析(FFT)原理,頻譜分析示意,0.5x 1x 2x 3x 4x 5x,升、降速波德圖,以轉(zhuǎn)速為橫

7、坐標(biāo)，升降速過(guò)程中振幅和相位變化作為縱坐標(biāo)得到的反映變速過(guò)程中振動(dòng)變化情況的圖形。 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下的振幅和相位；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的共振放大系數(shù)（A臨/A工=38 ）；轉(zhuǎn)子振型；系統(tǒng)的阻尼大小。由這些數(shù)據(jù)可以獲得有關(guān)轉(zhuǎn)子的平衡狀況和振動(dòng)體剛度阻尼特性等動(dòng)態(tài)參數(shù)。 最大功能：判斷系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)速，過(guò)臨界時(shí)振幅最大，相位變化最明顯（受系統(tǒng)阻尼影響），不同機(jī)組過(guò)臨界相位變化幅度不同。 多次啟停過(guò)程中振動(dòng)變化有沒(méi)有異常。正常情況下，升、降速過(guò)程振動(dòng)基本吻合。動(dòng)靜摩擦、轉(zhuǎn)子熱彎曲時(shí)，快速停機(jī)過(guò)臨界振動(dòng)比開(kāi)機(jī)要大,波特圖 ：轉(zhuǎn)速與振幅、相位之間的關(guān)系,振型圖,軸系上各點(diǎn)振動(dòng)分布情況，指導(dǎo)動(dòng)平衡

8、工作。選取加重平面、確定加重方式。計(jì)算得出，研究實(shí)測(cè)方法,瀑布圖,將不同時(shí)刻的頻譜圖疊加在一起，以時(shí)間作為坐標(biāo)得到的三維圖形。x軸振動(dòng)頻率，y軸時(shí)間，z軸振幅。 根據(jù)瀑布圖可以直觀看到不同時(shí)刻的振動(dòng)頻譜，了解異常振動(dòng)故障發(fā)生時(shí)頻譜及幅值變化情況。 可以判斷機(jī)器臨界轉(zhuǎn)速、振動(dòng)原因以及系統(tǒng)的阻尼等情況。 由頻譜分析儀或信號(hào)處理裝置直接顯示出來(lái),短期趨勢(shì)圖,將振動(dòng)幅值和相位隨時(shí)間變化情況表示出來(lái)?？梢詫?duì)一段時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)變化情況進(jìn)行分析，判斷機(jī)組是否穩(wěn)定、有沒(méi)有周期性等,長(zhǎng)期趨勢(shì)圖,示例,三、振動(dòng)分析的過(guò)程： 問(wèn)診 監(jiān)測(cè) 診斷 措施 問(wèn)診：了解設(shè)備背景，運(yùn)行環(huán)境、可能引起振動(dòng)的原因 設(shè)備結(jié)構(gòu)（傳動(dòng)鏈參

9、數(shù)，如齒輪齒數(shù)、軸承型號(hào)、皮帶輪直徑 等）、設(shè)備的動(dòng)態(tài)特性等信息; 設(shè)備運(yùn)行工況，過(guò)程參數(shù)：溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、負(fù)荷 設(shè)備維修檔案,監(jiān)測(cè): 確定振動(dòng)測(cè)試分析方案 測(cè)試（轉(zhuǎn)速、負(fù)荷）； 測(cè)點(diǎn)位置；測(cè)試參數(shù)（振動(dòng)位移、速度、加速度）； 絕對(duì)振動(dòng)、相對(duì)振動(dòng) 測(cè)試振動(dòng)的方向（H/V/A） 數(shù)據(jù)類(lèi)型（幅值、頻譜、波形、相位） 信號(hào)檢測(cè)類(lèi)型：峰值、峰峰值、有效值,診斷：引起振動(dòng)的原因和部位 振動(dòng)幅值趨勢(shì)分析 振動(dòng)波形識(shí)別 頻譜分析、峰值能量譜分析 頻響特性與相干分析 瞬時(shí)頻率變化與相位分析 措施：給出結(jié)論 繼續(xù)運(yùn)行；還能運(yùn)行多久? 維修、檢查；部位,第二講 機(jī)械振動(dòng)測(cè)試,一振動(dòng)傳感器種類(lèi)和選擇 二、振動(dòng)傳感

10、器測(cè)量位置選擇,一、振動(dòng)傳感器種類(lèi)和選擇,電渦流型、速度型、加速度型、電容型、電感型五類(lèi)。后兩者受周?chē)橘|(zhì)影響較大，很少使用。前三種傳感器優(yōu)缺點(diǎn)。 電渦流傳感器-頭部有扁平的感應(yīng)線圈，高頻電纜輸出。感應(yīng)線圈通上高頻電流（12MHz）時(shí)，線圈周?chē)a(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)。周?chē)饘賹?dǎo)體表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流，根據(jù)楞次定律，電渦流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)與感應(yīng)線圈電磁場(chǎng)方向相反，這兩個(gè)磁場(chǎng)疊加，改變了感應(yīng)線圈的阻抗，感應(yīng)線圈內(nèi)阻抗變化可表示為： Z = f（,r,I,）。 - 導(dǎo)磁系數(shù) - 電導(dǎo)率 r - 線圈尺寸因子 - 感應(yīng)線圈與導(dǎo)體之間的距離 I - 勵(lì)磁電流 - 勵(lì)磁電流圓頻率,當(dāng)金屬導(dǎo)體結(jié)構(gòu)均勻、各向同性且

11、,r,I,一定時(shí)，感應(yīng)線圈阻抗變化是感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體之間距離的單值函數(shù)。 , I,一定時(shí)，增大線圈尺寸r，磁場(chǎng)分布范圍將增大，但磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度的變化幅度減少，反之則相反。這種傳感器的線性范圍隨感應(yīng)線圈直徑增大而增加，而傳感器靈敏度（單位間隙的阻抗變化值）隨感應(yīng)線圈直徑增大而減少。 信號(hào)經(jīng)放大、檢波、濾波后，可得到一個(gè)與值成正比的輸出電壓。輸出電壓直流分量正比于感應(yīng)線圈與金屬導(dǎo)體的靜態(tài)間隙。若線圈與金屬板之間存在相對(duì)振動(dòng)，則有交流電壓輸出，它正比于線圈與金屬板之間的相對(duì)位移。 前置器到電渦流傳感器的高頻電纜是由制造廠精心調(diào)配好的，不同型號(hào)或不同系列的傳感器不能互換，而且不能延長(zhǎng)或截短，最長(zhǎng)達(dá)10

12、米,電渦流傳感器安裝,工作溫度-最高容許溫度180，國(guó)產(chǎn)傳感器大部分120 以下。實(shí)際工作溫度超過(guò)70 ，靈敏度顯著降低，還會(huì)損壞。必須安裝在軸瓦內(nèi)，特制高溫傳感器容許安裝在汽封附近。 避免交叉感應(yīng)-兩個(gè)傳感器不能考得太近，交叉感應(yīng)，傳感器輸出靈敏度降低，要求大于2540mm。 避免側(cè)隙過(guò)小-頭部?jī)蓚?cè)存在導(dǎo)體，側(cè)隙較小，也使傳感器輸出靈敏度顯著降低，不僅考慮冷態(tài)，而且還要考慮汽缸和轉(zhuǎn)子受熱后膨脹。側(cè)隙d，頭部外露高度2d。 避免支架共振和松動(dòng)-支架自振頻率高于23倍工作頻率，支架采用68mm厚扁鋼，懸臂長(zhǎng)度不超過(guò)100mm。傳感器與支架的連接采用支架上攻絲再用鎖母拼緊。 傳感器頂部與被測(cè)物體之

13、間的靜態(tài)間隙有要求，考慮工作轉(zhuǎn)速下軸頸位置的變化,速度傳感器,目前較常見(jiàn)的一種振動(dòng)傳感器，工作原理實(shí)際上是一個(gè)往復(fù)式永磁小發(fā)電機(jī)。支承不同，有相對(duì)式和絕對(duì)式兩種。 絕對(duì)式傳感器外殼固定在振動(dòng)物體上時(shí)，整個(gè)傳感器跟著振動(dòng)物體一起振動(dòng)，而處在空氣間隙內(nèi)的動(dòng)線圈是用很軟的簧片固定在外殼上的，其自振頻率很低。當(dāng)振動(dòng)體頻率大于自振頻率15倍時(shí)，動(dòng)線圈處在相對(duì)（傳感器外殼）靜止?fàn)顟B(tài)，線圈與磁鋼之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)： E = BLv B 磁場(chǎng)強(qiáng)度 L 感應(yīng)線圈導(dǎo)線長(zhǎng)度 v 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 B、L一定時(shí)，輸出電 勢(shì)E正比于振動(dòng)速度v， 所有稱(chēng)它為速度傳感器， 或絕對(duì)式傳感器，或地 震式傳

14、感器。 相對(duì)式彈簧較硬，很少采用。 若要取得與振動(dòng)位移成正比 的振動(dòng)信號(hào)，傳感器輸出的 信號(hào)必須經(jīng)積分回路。一般 在儀表內(nèi)，也有單獨(dú)分離出來(lái)， 稱(chēng)為速度/位移轉(zhuǎn)換器（VDC,速度傳感器安裝,方式-手扶、橡皮泥粘接、永磁吸盤(pán)固定、螺絲固定。 工作溫度-120以下，過(guò)高損壞絕緣和退磁，靈敏度降低。 避免傳感器固定不穩(wěn)和共振。 測(cè)點(diǎn)位置前后一致。 傳感器的互換性。 傳感器安裝方向與測(cè)量方向一致,加速度傳感器,它利用石英、陶瓷等材料壓電特性，當(dāng)外力作用在這些材料上時(shí)產(chǎn)生電荷。這種裝置固定在振動(dòng)物體上，由于物體振動(dòng)產(chǎn)生加速度。a=2A=42f2A（單幅值）。 根據(jù)牛頓定律F=ma，施加在 壓電晶體片上的

15、作用力與重 質(zhì)量和振動(dòng)加速度成正比。 而壓電晶體片輸出電荷與作 用在晶體片上的力成正比。 當(dāng)m一定時(shí)，傳感器輸出電荷 與振動(dòng)加速度成正比。 它不能作靜態(tài)測(cè)量，只能動(dòng)態(tài)測(cè)量。只有在受到連續(xù)交變力作用下，壓電晶體才能連續(xù)不斷產(chǎn)生電荷，在電路中形成電流、電壓。 輸出信號(hào)通過(guò)較長(zhǎng)導(dǎo)線輸?shù)秸駝?dòng)儀，即使輸入阻抗很高，也會(huì)顯著降低傳感器的靈敏度，必須先送到前置放大器。 經(jīng)過(guò)一次、二次積分獲得振動(dòng)速度、振動(dòng)位移，但振動(dòng)信號(hào)衰減98%以上，靈敏度不足，受外界干擾影響大，在汽輪發(fā)電機(jī)組上沒(méi)有廣泛應(yīng)用。 對(duì)于具有滾動(dòng)軸承或齒輪部件的旋轉(zhuǎn)機(jī)械來(lái)講，由于需要獲得故障振動(dòng)加速度信號(hào)，加速度得到廣泛應(yīng)用,放 大 器,慣 性

16、 質(zhì) 量,壓 電 晶 體,絕 緣 體,導(dǎo) 電 平 面,絕 緣 體,預(yù) 載 螺 釘,加速度傳感器示意圖,二、振動(dòng)傳感器測(cè)量位置選擇,第三講 機(jī)械振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用,一、 標(biāo)準(zhǔn)的作用與制定 二、 軸承振動(dòng)和軸振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) 三、 標(biāo)準(zhǔn)的使用和保護(hù)值的設(shè)定 四、 機(jī)械振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用三示例,一 、標(biāo)準(zhǔn)的作用與制定,1. 振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的作用： 檢查考核機(jī)器的設(shè)計(jì)水平、制造質(zhì)量、安裝質(zhì)量、檢修質(zhì)量 保障機(jī)器安全運(yùn)行，防止發(fā)生振動(dòng)事故 2. 制定振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)： 安全性 經(jīng)濟(jì)性 標(biāo)準(zhǔn)制定主要靠經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律,振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi),目前最常采用的是通頻振幅來(lái)衡量機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)的，根據(jù)所使用傳感器的種類(lèi)分為： 軸承振動(dòng)評(píng)定，用接觸式傳感器(例如磁電式振動(dòng)速度傳感器或壓電式振動(dòng)加速度傳感器)放置在軸承座上進(jìn)行測(cè)量 2) 軸振動(dòng)評(píng)定，用非接觸式傳感器(例如電渦流式傳感器) 測(cè)量軸相對(duì)于機(jī)殼的振動(dòng)值或軸的絕對(duì)振動(dòng)值。 評(píng)定參數(shù)可用振動(dòng)位移峰峰值和振動(dòng)烈度(即均方根值，它代表了振動(dòng)能量的大小)來(lái)表示,二、軸承振動(dòng)和軸振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn),50MW以上，3000RPM汽輪機(jī)軸振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（P-P,軸振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（P-P,汽輪機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)軸承振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（P