旋轉(zhuǎn)機械講義

1、旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測與故障故障主 講 人 簡 介軒建平博士軒建平博士 華中科技大學 控制科學與工程系博士后 機械與電子信息系副教授中國振動工程學會故障診斷專業(yè)委員會理事 一 旋轉(zhuǎn)機械振動分析基礎二 旋轉(zhuǎn)機械故障特征三 旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)四 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷實例主要內(nèi)容MKt自由振動是系統(tǒng)受到外界干擾，并去掉激振后產(chǎn)生 的振動，又稱自由響應。自由振動反映了系統(tǒng)內(nèi)在的信息。強迫振動：系統(tǒng)在外界干擾作用下的振動響應。外激勵力 ：確定性 周期振動外激勵力 ：非確定性 隨機振動系統(tǒng)外部的非振動的或振動的能量振動系統(tǒng)振動力0)()()(xtkxtcxtm 定，可以用一個方程就描述它的運動。)sin

2、( tfkxxcxm xc kxxm 為慣性項為阻尼項為彈性恢復項)sin(tf為外激力所謂單自由度系統(tǒng)就是在任何時刻，系統(tǒng)的位置只需要一個坐標就可以確rmy)sin(4)1 (1222222tkmrynnn轉(zhuǎn)子的固有頻率轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nn當干擾力的頻率接近系統(tǒng)固有頻率時，振動迅速增大，此時系統(tǒng)處于共振狀態(tài)共振狀態(tài)。對于有阻尼系統(tǒng)，阻尼的耗能作用使共振振幅變小，阻尼越大，共振振幅越小。)()()(.21212122221112112121222211121121212222111211tftftfxxxkkkkkkkkkxxxcccccccccxxxmmmmmmmmmnnnnnnnnnnnnnnn

3、nnnnnnn 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，與外界的因素無關，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。又叫模態(tài)，是振動系統(tǒng)各點在固有頻率下做簡諧振動時，波節(jié)與波腹的振動形態(tài)?；蛘f沿軸向分布的橫向振動大小。振型有助于估算轉(zhuǎn)子與固定部件之間的內(nèi)部間隙，并能估算出轉(zhuǎn)軸上節(jié)點的位置。節(jié)點為轉(zhuǎn)軸上振幅為零的位置。55型國產(chǎn)200MW機組發(fā)電機轉(zhuǎn)子二階振型55型國產(chǎn)200MW機組低壓轉(zhuǎn)子一階振型波形圖就是將振動信號的

4、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。-101-101010020000.511.50100200300400-1012以工頻為主的振動-202-202010020000.510100200300400-202有低頻的次諧波振動-2-1012-202010020030040000.511.5050100150200250300350400-202有高頻的超諧波振動-2-1012-20205010015020000.0050.0102040608010000.51隨機振動-2-1012-20205010000.511.502000400060008

5、00010000-2024拍振用某一測點在連續(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（通常是在相同的轉(zhuǎn)速下）。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。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)速相關的故障比較直觀。趨勢是觀察的某個參數(shù)隨時間的變化關系。分析機組的振動隨時間、負荷等的變化時，趨勢圖非常直觀，對運行人員監(jiān)視機組狀況很有用。表示振動的幅值、相位隨著轉(zhuǎn)速變化的圖形。通常用來確定機組的臨界轉(zhuǎn)速。另一個重要用處就是在進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)。極

6、坐標圖又叫做奈奎斯特圖。就是把波特圖的結果繪制在極坐標上，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。軸心軌跡就是將轉(zhuǎn)子在軸承中運轉(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痢⒂湍u動、油膜振蕩等具有不同軸心軌跡特征的故障。單峰值就是振動的最大點到平衡位置之間的距離。峰峰值實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22_ pVpVms Tdttv

7、TVms02)(12022_/81)sin(_/81pVpdttpVpVmsT22_ pVpVms組成：1X：30um2X：30um振動位移(um)振動烈度(mm/s)合成值52.87.45考核結果B 區(qū)：機組可以長期運行C 區(qū)：不允許長期運行，利用機會進行處理260103msPPVAPPAmsV 圖中 是脈沖信號導前振動信號高點的角度，即振動相位。轉(zhuǎn)于不平衡的軸心軌跡)48. 043. 0(油膜振蕩是轉(zhuǎn)子的渦動頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率油膜振蕩是轉(zhuǎn)子的渦動頻率與轉(zhuǎn)子固有頻率接近時發(fā)生的自激振動接近時發(fā)生的自激振動。空透轉(zhuǎn)速及振動傳感器 氧透轉(zhuǎn)速及振動傳感器 氮透轉(zhuǎn)速及振動傳感器 E臺氧透振動信號 E

8、臺氮透振動信號F臺空透振動信號 F臺氮透振動信號 F臺氧透振動信號信號采集站1信號采集站2信號采集站3E臺空透振動信號信號采集服務器工程師站服務器信號采集站4監(jiān)測診斷工作站信號采集站2信號采集站2系 統(tǒng) 主 頁系 統(tǒng) 組 態(tài)狀 態(tài) 監(jiān) 測診 斷 分 析采 樣 數(shù) 據(jù) 庫 管 理輔 助 模 塊系 統(tǒng) 定 義信 號 采 集 組 態(tài)信 號 特 征 量 提 取 組 態(tài)監(jiān) 測 組 態(tài)分 析 組 態(tài)報 表 組 態(tài)設 備 維 修 記 錄記 錄 編 輯 、 修 改 、 刪 除數(shù) 據(jù) 備 份統(tǒng) 計 報 表W W W 信 息 發(fā) 布W W W 信 息 檢 索軟 件 下 載 服 務實 時 動 態(tài) 監(jiān) 測 （ 虛 擬

9、 儀 器界 面 ）可 視 化 處 理 （ 設 備 音 、 動畫 顯 示 ）信 號 分 析 ： 信 號 波 形 分 析 ，軸 心 軌 跡 分 析 ， 信 號 相 關 分 析信 號 頻 譜 分 析 ， 譜 陣 分 析數(shù) 字 濾 波 分 析 ， 其 它 分 析（ 小 波 ， 倒 頻 譜 ， 頻 率 細 化 等 ）設 備 趨 勢 分 析 ：統(tǒng) 計 圖 ，統(tǒng) 計 報 表 ，設 備 劣 化 曲 線診 斷 專 家 系 統(tǒng) ：故 障 診 斷規(guī) 則 編 輯平整軋機系統(tǒng) 傳感器布置 系統(tǒng)軟件信號采集狀態(tài)監(jiān)測精密分析數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)通信通道選擇硬件設置參數(shù)設定信號采集信號保存特征量計算 實時振動頻譜特征量報警用戶存盤

10、打印 系統(tǒng)設置參數(shù)入庫數(shù)據(jù)查詢報表系統(tǒng)打印時域分析（鑒相處理、轉(zhuǎn)速處理、數(shù)學運算、相關處理）頻域分析（幅值譜、對數(shù)譜、倒譜等）時頻分析統(tǒng)計過程控制（控制圖、PCA分析、PLS分析等）去廠級 MIS 網(wǎng)設備管理層網(wǎng)絡數(shù)據(jù)采集層（560點）S-NET輸力強分散采集系統(tǒng)振動信號流熱工信號流主機服務器工程師站鍋爐操作站汽機操作站振動信號采 集 站工藝參數(shù)采 集 站IMPIMPIMP200MW汽輪發(fā)電機組網(wǎng)橋打印機 1打印機 2振動信號預處理裝置汽機操作站鍋爐操作站系統(tǒng)拓撲結構圖 2.6 荊門熱電廠 200MW#4 機組分布式監(jiān)測診斷系統(tǒng)結構圖采用分布式采集系統(tǒng)，布置簡潔、采集可靠。系統(tǒng)采集的信號類型復

11、雜、量大，共有560個測點，并可根據(jù)用戶需要進行擴充。信號包括慢變模擬量、快變振動信號、狀態(tài)型開關量、脈沖量和中斷型開關量，能滿足火電廠單元機組運行監(jiān)測需要。系統(tǒng)是一個大型多功能系統(tǒng)，是集單元機組DAS與狀態(tài)監(jiān)測、汽機和鍋爐以及熱力系統(tǒng)能損分析、現(xiàn)場軸系高速動平衡及汽輪發(fā)電機組故障診斷專家系統(tǒng)于一體的綜合系統(tǒng)。 系統(tǒng)具有靈活實用的在線組態(tài)功能?？蓪y點管理信息、各操作站顯示畫面和顯示參數(shù)、過程參數(shù)的成組相關圖、故障追憶參數(shù)表、機組運行管理指標體系（小指標）等進行在線修改和組態(tài)，不影響系統(tǒng)的正常工作。修改和組態(tài)的結果立即反映在系統(tǒng)運行中。 系統(tǒng)有完整的數(shù)據(jù)庫，可記錄一年內(nèi)機組的運行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫包括熱工參數(shù)歷史數(shù)據(jù)庫、振動參數(shù)歷史數(shù)據(jù)庫（波形及各倍頻特征量）、開關量歷史數(shù)據(jù)庫、異常參數(shù)數(shù)據(jù)庫、啟停機數(shù)據(jù)庫、事故追憶數(shù)據(jù)庫等。 系統(tǒng)與廠級MIS系統(tǒng)互聯(lián)，既給MIS系統(tǒng)提供豐富信息，又與MIS系統(tǒng)相互獨立，MIS系統(tǒng)故障不會影響本系統(tǒng)的安全正常工作。獲得授權的MIS系統(tǒng)用戶可以在網(wǎng)絡上運行本系統(tǒng)的實時監(jiān)測部分，詳細了解機組狀況。同時，在異地可通過Modem進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸，獲取機組的狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行性能分析和故障診斷。 系統(tǒng)操作簡單，維護工作量小。小屏幕監(jiān)視器的操作站只有五個按鍵，通過操作這五個按鍵，可選擇監(jiān)視模擬量或開關量或脈沖量參數(shù)表、棒圖、趨勢曲線、啟