故障烈度確定

第十二章故障烈度確定12.1基本概念12.1.1振幅:指振動(dòng)物體（或質(zhì)點(diǎn)）在振動(dòng)過(guò)程中偏離平衡位置的最大距離。振幅有位移振幅、速度振幅和加速度振幅之分。表示方法有單振幅、雙振幅兩種。也有以最大值、平均值、有效值三種來(lái)表示振幅的。圖1表示了它們之間的相互關(guān)系。振值反映振動(dòng)的強(qiáng)度，振幅的平方常與物質(zhì)振動(dòng)的能量成正比。因此，振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)都是用振幅來(lái)表示的。圖12-1圖12-2此，振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)都是用振幅來(lái)表示的。圖12-1圖12-2簡(jiǎn)諧振動(dòng)速度有效值Vrms、峰值Vp、平均值Vav之間振動(dòng)位移、速度和加速度三者之間有著微分、積分關(guān)系。只要獲得其中之一，便可換算求得另外兩個(gè)參數(shù)。在選擇測(cè)量參數(shù)時(shí)，通常應(yīng)選擇能得到最平坦的頻率參數(shù)，這樣可以使測(cè)量?jī)x器的可用動(dòng)態(tài)范圍最寬。在低頻域（10Hz以下），以位移作為振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)，中領(lǐng)域（10Hz—lKHz）,以一定速度級(jí)作為診斷的判據(jù)而在高頻域（1KHz以上），則以加速度作為判定標(biāo)準(zhǔn)。12.1.2?振動(dòng)烈度：諸如極大值、平均值、均方根值或其他描述振動(dòng)的參數(shù)中的一個(gè)或一組指定值。它可適用于瞬時(shí)數(shù)據(jù)或平均后的特定方向的振動(dòng)速度的最大均方根值。12.1.3.均方根值（有效值）Vrms:均方根值也稱(chēng)作為振動(dòng)速度有效值，它的計(jì)算rms方法是先平方、再平均、然后開(kāi)方。振動(dòng)速度有效值是介于幅值和平均值之間的一個(gè)參數(shù)值。對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)來(lái)說(shuō)，速度的最大幅值Vp（峰值）與速度有效值Vrms、速度平均值Vav三者之間的關(guān)系如圖12—2所示。用代數(shù)式表示為：VV=2Vu0.707Vrms4av2pp有效值V描述振動(dòng)信號(hào)的能量，穩(wěn)定性、重復(fù)性好，因而當(dāng)這項(xiàng)指標(biāo)超出正rms常值（故障判定限）較多時(shí)，可以肯定機(jī)械存在故障隱患或故障。12.2振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振源主要來(lái)自于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試和環(huán)境本身。振動(dòng)的存在必然引起結(jié)構(gòu)疲勞和損傷。振動(dòng)疲勞損傷能在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生。

因此旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)和軸承等部件經(jīng)受疲勞損傷的程度在振動(dòng)設(shè)計(jì)中是十分重要的。振動(dòng)部件的疲勞與振動(dòng)速度成正比，振動(dòng)所產(chǎn)生的能量與振動(dòng)速度的平方成正比，能量傳遞的結(jié)果造成磨損和其它缺陷。因此，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)判定標(biāo)準(zhǔn)中，無(wú)論從疲勞損傷還是磨損等缺陷來(lái)說(shuō)，許多振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)都是采用Vrms作為判別參數(shù)，因?yàn)樗钅芊从痴駝?dòng)的烈度，所以又稱(chēng)振動(dòng)烈度指標(biāo)。12.2.1大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械目前推薦使用的振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)(GB6075-85)表12.1振動(dòng)烈度的范圍(10—1000Hz)分級(jí)范圍mm/s振動(dòng)烈度范圍mm/s0.110.071-0.1120.180.112-0.180.280.18-0.280.450.28-0.450.710.45-0.711.120.71-1.121.81.12-1.82.81.8-2.84.5284.57.14.5-7.111.27.1-11.21811.2-182818-284528-457145-71振動(dòng)烈度每之間相差4dB即1.6倍。表12.2振動(dòng)烈度的范圍判定每種機(jī)器質(zhì)量的實(shí)例分級(jí)范圍mm/s在該范圍極限上的速度均方根值mm/s第一類(lèi)第二類(lèi)第三類(lèi)第四類(lèi)0.280.280.450.711.121.121.82.84.5AAAA0.450.71B1.12B1.8CB2.8CB4.57.111.27.1D1811.2DC2818D452845D71將機(jī)器分成六類(lèi)第一類(lèi):小型機(jī)器。在正常工作條件下與整機(jī)連成一體的發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器零件（15KW以下的生產(chǎn)用電機(jī)是這類(lèi)機(jī)器典型的例子。第二類(lèi)：中型機(jī)器。沒(méi)有專(zhuān)用基礎(chǔ)的中等尺寸的機(jī)器（輸出功率為15-75HW的電機(jī)是典型的實(shí)例），剛性地固定在專(zhuān)用基礎(chǔ)上的發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器（300KW以下）。第三類(lèi)：大型機(jī)器。安裝在剛性非常大的（在測(cè)振方向上）重的基礎(chǔ)上的帶有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的大型原動(dòng)機(jī)和其他大型機(jī)器。第四類(lèi)：透平機(jī)器。安裝在剛性非常小的（在測(cè)振方向上）基礎(chǔ)上帶有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的大型原動(dòng)機(jī)和其他大型機(jī)器（例如透平發(fā)動(dòng)機(jī)組，特別是結(jié)構(gòu)輕的透平發(fā)動(dòng)機(jī)組）。第五類(lèi)：安裝在剛性非常大的（在測(cè)振方向上）基礎(chǔ)上帶有不平衡慣性力的機(jī)器和機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（不平衡慣性力是由機(jī)器往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件造成的）。第六類(lèi)：安裝在剛性非常小的（在測(cè)振方向上）基礎(chǔ)上帶有不平衡慣性力（由機(jī)器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)零件造成的）的機(jī)器和機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。只有松動(dòng)耦合旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的機(jī)器，如研磨機(jī)中大的回轉(zhuǎn)軸。具有可變的不平衡力矩能自成系統(tǒng)地進(jìn)行工作而不用連接件的機(jī)器，如離心機(jī)、加工廠中用的振動(dòng)篩、動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)機(jī)和振動(dòng)臺(tái)。以前四種作為實(shí)例進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，由此得到了對(duì)它們的評(píng)價(jià)，如上表所示。振動(dòng)烈度每增加2級(jí)算一檔，推薦分為A、B、C、D四級(jí)評(píng)價(jià)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)在重要的測(cè)點(diǎn)上（特別是軸承處）測(cè)得的最大值在下表中相應(yīng)的范圍內(nèi)時(shí)就可以按下表中的值對(duì)電機(jī)或機(jī)器進(jìn)行質(zhì)量評(píng)定。在多數(shù)情況下水平振動(dòng)的允差是垂直振動(dòng)的允差兩倍。第五類(lèi)、第六類(lèi)機(jī)器，特別是往復(fù)運(yùn)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)和慣性力的相對(duì)影響的變化是相當(dāng)大，所以振動(dòng)特性變化也大。因此按前四類(lèi)機(jī)器那樣將它們進(jìn)行分類(lèi)是很困難的。在第五類(lèi)機(jī)器中很容易由機(jī)器所產(chǎn)生的多個(gè)頻率分量激起與其剛性安裝系統(tǒng)相應(yīng)的相當(dāng)高的固有頻率。對(duì)于這類(lèi)機(jī)器來(lái)說(shuō)，可能會(huì)出現(xiàn)20—30mm/s或更高的振動(dòng)速度均方根值，而不會(huì)造成什么事故。另外如果耦合是有效的，則在距離重心相同的點(diǎn)上可能會(huì)出現(xiàn)大的位移。在第六類(lèi)機(jī)器中，彈性安裝的機(jī)器允許有較大的允差。這種機(jī)器具有隔振作用，由安裝點(diǎn)傳到周?chē)淖饔昧κ呛苄〉摹Ｔ谶@種情況下，在安裝系統(tǒng)上機(jī)器旁邊所測(cè)得的振動(dòng)級(jí)大于把機(jī)器固定在剛性相當(dāng)大的支撐物上所測(cè)得的振動(dòng)級(jí)在高轉(zhuǎn)速的電機(jī)上可測(cè)得50mm/s或更高速度的均方根值。附加部分可能會(huì)有更大的振動(dòng)速度，因?yàn)樗鼈兂３Ｊ艿焦舱竦挠绊?。在通過(guò)共振區(qū)時(shí)，可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)具有5mm/s數(shù)量級(jí)的速度均方根值。12-2?2大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定振動(dòng)烈度評(píng)定等級(jí)(GB11347-89)表12.3振動(dòng)烈度支承類(lèi)別Vrms(mm/s)剛性支承柔性支承0.46AA0.711.121.82.8B4.6B7.1C11.2C18.0D28.0D46.071.0此表適用于轉(zhuǎn)速為10—200r/s(6000—12000rpm)的大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)烈度等級(jí)

12.2.3中心高55mm以上電機(jī)振動(dòng)烈度限值(GB-10068-2000)表12.4不同軸中心高H(mm)的振動(dòng)烈度限值,mm/s(有效值)振動(dòng)等級(jí)額定轉(zhuǎn)速r/mm電機(jī)在自由懸置狀態(tài)下測(cè)量剛性安裝56<HW132132〈HW225225〈HW400H>400H>400N600-36001.82.83.53.52.8R600-18000.711.121.81.81.8>1800-36001.121.82.82.81.8s600-18000.450.711.12>1800-36000.711.121.8注1、如未規(guī)定級(jí)別，電機(jī)應(yīng)符合N級(jí)要求2、R級(jí)電機(jī)多用于機(jī)床驅(qū)動(dòng)中，S級(jí)電機(jī)用于對(duì)于振動(dòng)要求嚴(yán)格的特殊機(jī)械運(yùn)動(dòng)，S級(jí)適用于軸中心高H<400mm的電機(jī)。3、對(duì)要求比表1中數(shù)值更小的電機(jī)，推薦從數(shù)系0.45、0.71、1.12、1.8和2.8mm/s等中選取限值。4、對(duì)于軸中心高大于400mm的電機(jī)，兩種安裝方法均適用，除非另有協(xié)議，可由制造廠選擇安裝方式。5、制造廠和用戶應(yīng)考慮到檢測(cè)儀器可能有土10%的測(cè)試允差。6、一臺(tái)電機(jī)，自身的平衡較好，符合表中的級(jí)別，但當(dāng)安裝在現(xiàn)場(chǎng)中受各種因素，如地基不平、被驅(qū)動(dòng)機(jī)械的反作用等的影響，也會(huì)顯示很大的振動(dòng)。另外，由于所驅(qū)動(dòng)的諸單元的固有頻率與電機(jī)旋轉(zhuǎn)體少量殘余不平衡激勵(lì)頻率極為接近也會(huì)引起振動(dòng)，在這種情形下，不僅只是對(duì)電機(jī)，而且對(duì)數(shù)置里的每一單元都要檢驗(yàn)。7、以相同機(jī)座帶底腳臥式電機(jī)的軸中心高作為無(wú)底腳電機(jī)、上腳式電機(jī)或立式電機(jī)的軸中心高。12.2.4往復(fù)式機(jī)器整機(jī)振動(dòng)烈度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(GB/T12779-91)表12.5mm/s當(dāng)量振動(dòng)烈度分級(jí)范圍Vmm/s振級(jí)值機(jī)器類(lèi)型船用柴油機(jī)(GB-3256-85)機(jī)車(chē)用柴油機(jī)(GB-5913-36)無(wú)隔振裝置有隔振裝置無(wú)隔振裝置有隔振裝置0.280.280.450.711.121.82.84.57.111.2AAAA0.450.711.121.802.804.507.10BB11.2B18.0CBC!

28.018.028.045.071.0112180C45.0DCD71.0D112D18012.2.5中小功率柴油機(jī)振動(dòng)烈度評(píng)級(jí)(GB-1039-89)表12.6多缸柴油機(jī)振動(dòng)品質(zhì)分級(jí)評(píng)定表

71.045.071.0112180DDDC11.218012.2.6泵振動(dòng)烈度評(píng)級(jí)(GB10889-89)為了評(píng)價(jià)泵的振動(dòng)級(jí)別,按泵的中心高和轉(zhuǎn)速把泵分四類(lèi),見(jiàn)表12.8表12.8泵的分類(lèi)轉(zhuǎn)速mmW225>225-550>550類(lèi)別r/mmin第一類(lèi)W1800W1000――第一類(lèi)>1800-4500>1000-1800>600-1500第一類(lèi)>4500-12000>1800-4500>1500-3600第一類(lèi)――>4500-12000>3600-12000泵的振動(dòng)評(píng)價(jià)方法是首先按泵的中心高和轉(zhuǎn)速查表12.8確定泵的類(lèi)別,再根據(jù)泵的振動(dòng)烈度級(jí)查表12.9,就可以得到評(píng)價(jià)泵的振動(dòng)級(jí)別。表12.91—4類(lèi)泵的振動(dòng)評(píng)級(jí)由表12.1---表12.9所列各種國(guó)際、部標(biāo)、企標(biāo)，在大致相同的情況下可

能還會(huì)有一些差異。上述評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)都是絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，即根據(jù)振動(dòng)值來(lái)判斷振動(dòng)級(jí)。以振動(dòng)值作為評(píng)定機(jī)器振動(dòng)狀態(tài)，是制造廠出廠檢驗(yàn)的依據(jù)，這種評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)往往是比較苛刻的。一般說(shuō)來(lái)，絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)都是較為保守的，根據(jù)長(zhǎng)期使用的經(jīng)驗(yàn)，即使在超出此類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，仍然被監(jiān)視使用，因此，必須從本企業(yè)在用設(shè)備的狀態(tài)出發(fā)，在參考絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，建立本企業(yè)的設(shè)備診斷的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)（包括類(lèi)比標(biāo)準(zhǔn)）。這樣，方可達(dá)到設(shè)備診斷的目的，即保證設(shè)備的高效、安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。12.3振動(dòng)烈度指標(biāo)的故障判斷方法均方根值（有效值Vrms）是對(duì)時(shí)間平均的，因而它適用于像磨損之類(lèi)的振幅值隨時(shí)間緩慢變化的故障診斷。12.3.1有摩擦的振動(dòng)特征1）頻率特征摩擦振動(dòng)屬于非線性振動(dòng)，頻帶范圍較寬，除了1X基頻外，還有2X、3X等高次諧波，以及1/2X、1/3X等低次諧波成分。在某些特殊情況下，摩擦還可能激起系統(tǒng)的固有頻率振動(dòng)。在現(xiàn)場(chǎng)診斷中，有時(shí)會(huì)碰到一個(gè)在不同轉(zhuǎn)速下都出現(xiàn)但又不知來(lái)歷的高頻1/3X等低次諧波成分。在某些特殊情況下，摩擦還可能激起系統(tǒng)的固有頻率振動(dòng)。在現(xiàn)場(chǎng)診斷中，有時(shí)會(huì)碰到一個(gè)在不同轉(zhuǎn)速下都出現(xiàn)但又不知來(lái)歷的高頻圖12-3圖12-3分量，這個(gè)頻率很可能就是機(jī)器的固有頻率。2）幅值變化摩擦振動(dòng)在幅值變化上呈現(xiàn)非穩(wěn)定狀態(tài)，局部碰擦?xí)r更為突出。隨著故障擴(kuò)大摩擦弧度增加，其時(shí)轉(zhuǎn)頻幅值反而有所下降，2次、3次……高次諧波幅值卻有所增長(zhǎng)，發(fā)展下去將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。3）波形特征轉(zhuǎn)子與定子之間的徑向摩擦，在時(shí)域波形上常常表現(xiàn)為削波狀態(tài)，“截頭

3）波形特征余弦”形狀的波形常被視為摩擦故障特有的重要標(biāo)志。12.3.2實(shí)例分析§■12圖12-5變頻機(jī)主軸上端結(jié)構(gòu)1一主軸2—軸承孑一軸承座4一待卻骨5—密封總一桶慮器實(shí)例1某單位有一臺(tái)變頻機(jī)組，主軸轉(zhuǎn)速2996r/min（軸頻50Hz）。通過(guò)計(jì)算，機(jī)器上端軸承各特征頻率分別為：內(nèi)圈fi=390Hz，外圈§■12圖12-5變頻機(jī)主軸上端結(jié)構(gòu)1一主軸2—軸承孑一軸承座4一待卻骨5—密封總一桶慮器對(duì)A處的速度信號(hào)作時(shí)域和頻域分析。從時(shí)域波形圖上可見(jiàn)，其振動(dòng)波形上下不對(duì)稱(chēng)，下邊呈“截頭”狀，上邊尖銳突出，呈摩擦特征。頻譜圖中20Hz的頻率峰值最突出，呈保持架的特征頻率。此外還有轉(zhuǎn)速頻率及分?jǐn)?shù)倍低次諧波，說(shuō)明有非線性問(wèn)題存在。頻率及分?jǐn)?shù)倍低次諧波，說(shuō)明有非線性問(wèn)題拆機(jī)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，軸承座孔有滑動(dòng)摩擦痕跡，孔徑呈不均勻磨損，保持架破裂。經(jīng)查明，引起故障的原因，主要在于安裝不良，對(duì)中性不好所致。實(shí)例2某冶煉廠一臺(tái)用于余熱發(fā)電的小型汽輪發(fā)電機(jī)組，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速5550r/min（轉(zhuǎn)頻92.5Hz），發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速1500r/min（轉(zhuǎn)頻25Hz）。減速器小齒輪（主動(dòng)齒輪）齒數(shù)z1=27，大齒輪（被

動(dòng)齒輪)齒數(shù)z2=100，齒輪嚙合頻率fm=2497.5Hz測(cè)點(diǎn)①軸承溫度持續(xù)上升(憂百昌)^(SUE)￡(憂百昌)^(SUE)￡圖12-8a)b)c)圖分別為水平、垂直和軸向譜圖。在三個(gè)方向都存在90Hz圖12-8a)b)c)圖分別為水平、垂直和軸向譜圖。在三個(gè)方向都存在90Hz和50Hz振動(dòng)圖12-9測(cè)點(diǎn)①軸承下軸瓦損壞情況以及大量高次諧波，其中垂直為最強(qiáng)烈。頻譜結(jié)構(gòu)顯示測(cè)點(diǎn)①軸承振動(dòng)信號(hào)存在嚴(yán)重的非線性問(wèn)題。根據(jù)這些情況判斷測(cè)點(diǎn)①軸承軸瓦存在松動(dòng)，并由松動(dòng)而引起摩擦，處于松動(dòng)與摩擦并存?zhèn)赛c(diǎn)①②HVAHVA謹(jǐn)度有效值V^/(nun/』3.687.492.893.902.152.61位移峰嶂值/Jp-p/pjn25.974L9014.9624.75LE0713.50

狀態(tài)。拆機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)①軸承下軸瓦表面巴氏合金局部龜裂脫落，有摩擦燒傷痕跡。實(shí)例3某廠一臺(tái)軋機(jī)減速器，投入運(yùn)行后振動(dòng)很大，電動(dòng)機(jī)為可調(diào)速電動(dòng)機(jī)，工作轉(zhuǎn)速500r/min，功率970kW，小齒輪齒數(shù)50狀態(tài)。拆機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)①軸承下軸瓦表面巴氏合金局部龜裂脫落，有摩擦燒傷痕跡。實(shí)例3某廠一臺(tái)軋機(jī)減速器，投入運(yùn)行后振動(dòng)很大，電動(dòng)機(jī)為可調(diào)速電動(dòng)機(jī)，工作轉(zhuǎn)速500r/min，功率970kW，小齒輪齒數(shù)50，大齒輪齒數(shù)148。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至150r/min時(shí)，減速器振動(dòng)值Vrms見(jiàn)下表。①②④VAVAVAVA6.57.814.412.69.58.313.311.8注：