旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)故障分析講義

機(jī)械振動(dòng)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基本概念轉(zhuǎn)子振動(dòng)的幾個(gè)重要概念相位，固有頻率，臨界轉(zhuǎn)速振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)各種分析圖譜第一頁(yè)，共三十三頁(yè)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念1振動(dòng)相位的測(cè)量與鍵相信號(hào)在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)，相位的含義是：振動(dòng)信號(hào)的某一點(diǎn)（高點(diǎn)或零點(diǎn)），與基準(zhǔn)脈沖信號(hào)之間在時(shí)間上的關(guān)系。脈沖測(cè)相法：在轉(zhuǎn)子上貼一條反光帶或開(kāi)鍵槽，用光電傳感器或渦流傳感器產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)速完全同步的脈沖信號(hào)，求脈沖信號(hào)前沿與振動(dòng)信號(hào)上某一點(diǎn)之間的時(shí)間距離，即為振動(dòng)相位。第二頁(yè)，共三十三頁(yè)。脈沖測(cè)相法圖中j是脈沖信號(hào)導(dǎo)前振動(dòng)信號(hào)高點(diǎn)的角度，即振動(dòng)相位。返回第三頁(yè)，共三十三頁(yè)。固有頻率一根轉(zhuǎn)子在一定的轉(zhuǎn)速下，如果沒(méi)有阻尼衰減作用，此時(shí)給它一個(gè)擾動(dòng)讓其自由振動(dòng)的話，那么這個(gè)轉(zhuǎn)子將按照一定的頻率振動(dòng)下去，這個(gè)振動(dòng)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(dòng)情況只能影響他振動(dòng)的幅度，但不會(huì)干擾他的振動(dòng)頻率。這個(gè)頻率我們稱：是這根轉(zhuǎn)子的固有頻率。返回第四頁(yè)，共三十三頁(yè)。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(lái)，這個(gè)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(méi)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(shí)，轉(zhuǎn)子振動(dòng)的振幅將會(huì)趨于無(wú)窮大，這種系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子上個(gè)位置，各點(diǎn)振動(dòng)達(dá)到最大值的轉(zhuǎn)速是相同的，這個(gè)轉(zhuǎn)速就是臨界轉(zhuǎn)速。對(duì)于這種有阻尼的振動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子各點(diǎn)振幅達(dá)到最大值時(shí)并不是在同一個(gè)轉(zhuǎn)速下，而是在一個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間，臨界轉(zhuǎn)速的實(shí)際意義就是一個(gè)轉(zhuǎn)速的區(qū)間。返回第五頁(yè)，共三十三頁(yè)。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(shí)，由振動(dòng)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(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，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(guò)程中發(fā)生變形的轉(zhuǎn)子稱為柔性轉(zhuǎn)子。返回第六頁(yè)，共三十三頁(yè)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念常見(jiàn)振動(dòng)測(cè)試的特征圖形所有的信號(hào)都可以分類成時(shí)域圖形和頻域圖形。最常用的就是：

a波形圖

b

頻譜圖常見(jiàn)的幾種振動(dòng)信號(hào)所對(duì)應(yīng)的波形圖與頻譜圖第七頁(yè)，共三十三頁(yè)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念常見(jiàn)振動(dòng)測(cè)試的特征圖形兩種連續(xù)的三維頻譜圖：c瀑布圖d級(jí)聯(lián)圖第八頁(yè)，共三十三頁(yè)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)試的基本概念常見(jiàn)振動(dòng)測(cè)試的特征圖形f趨勢(shì)圖g波特圖h極坐標(biāo)圖I軸心動(dòng)態(tài)軌跡j

軸心靜態(tài)軌跡第九頁(yè)，共三十三頁(yè)。波形圖波形圖就是將振動(dòng)信號(hào)的時(shí)間歷程表示出來(lái)。從波形圖可以看出振動(dòng)信號(hào)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(yè)，共三十三頁(yè)。頻譜圖當(dāng)對(duì)時(shí)域波型數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析可以看到信號(hào)是由哪些頻率成分的分量組成的，以及各個(gè)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(shí)刻的頻譜。返回第十一頁(yè)，共三十三頁(yè)。常見(jiàn)振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形與頻譜圖(1)以工頻為主的振動(dòng)第十二頁(yè)，共三十三頁(yè)。常見(jiàn)振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形與頻譜圖(2)有低頻的次諧波振動(dòng)第十三頁(yè)，共三十三頁(yè)。常見(jiàn)振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形與頻譜圖(3)有高頻的超諧波振動(dòng)第十四頁(yè)，共三十三頁(yè)。常見(jiàn)振動(dòng)信號(hào)對(duì)應(yīng)的波形與頻譜圖(5)返回拍振第十五頁(yè)，共三十三頁(yè)。瀑布圖用某一測(cè)點(diǎn)在連續(xù)時(shí)間范圍內(nèi)測(cè)的的頻譜圖按時(shí)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(shí)間變化的。返回第十六頁(yè)，共三十三頁(yè)。級(jí)聯(lián)圖級(jí)聯(lián)圖是轉(zhuǎn)速連續(xù)變化時(shí)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(gè)頻率的軸線是傾斜的直線。級(jí)聯(lián)圖用來(lái)分析與轉(zhuǎn)速相關(guān)的故障比較直觀。返回第十七頁(yè)，共三十三頁(yè)。趨勢(shì)圖趨勢(shì)是觀察的某個(gè)參數(shù)隨時(shí)間的變化關(guān)系。分析機(jī)組的振動(dòng)隨時(shí)間、負(fù)荷等的變化時(shí)，趨勢(shì)圖非常直觀，對(duì)運(yùn)行人員監(jiān)視機(jī)組狀況很有用。返回第十八頁(yè)，共三十三頁(yè)。波特圖表示振動(dòng)的幅值、相位隨著轉(zhuǎn)速變化的圖形。通常用來(lái)確定機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速。另一個(gè)重要用處就是在進(jìn)行動(dòng)平衡時(shí)有助于用來(lái)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(yè)，共三十三頁(yè)。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(cè)試軸振動(dòng)時(shí)，很容易得到原始的晃度矢量。返回第二十頁(yè)，共三十三頁(yè)。軸心動(dòng)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(lái)。必須在一個(gè)平面安裝兩個(gè)互相垂直的渦流傳感器?？梢詭椭袛嗄Σ?、油膜渦動(dòng)、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(yè)，共三十三頁(yè)。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(guò)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(duì)軸心靜態(tài)軌跡都有影響。通過(guò)軸心靜態(tài)軌跡可以確定轉(zhuǎn)子的下列情況：第二十二頁(yè)，共三十三頁(yè)。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(guò)程及定速后軸頸在軸承中的位置。支撐狀況變化對(duì)軸頸靜態(tài)位置的影響。油膜狀況的變化。外部作用力對(duì)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(yè)，共三十三頁(yè)。振動(dòng)幅值的度量單峰值就是振動(dòng)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(dòng)的波峰與波谷的距離。振動(dòng)測(cè)量?jī)x器輸出的位移振動(dòng)振幅通常都是峰峰值。有效值又叫均方根值，對(duì)于速度振幅的度量，又叫做振動(dòng)烈度。

Vms

有效值

Vp_p峰峰值返回第二十四頁(yè)，共三十三頁(yè)。有效值與振動(dòng)烈度（1）ISO規(guī)定：頻率在10Hz到1000Hz范圍內(nèi)振動(dòng)速度的均方根值叫做振動(dòng)烈度。速度均方根值：簡(jiǎn)諧振動(dòng)v(t)=1/2*Vp_psin(wt)，利用上述定義，可以得到：返回第二十五頁(yè)，共三十三頁(yè)。有效值與振動(dòng)烈度（2）選用振動(dòng)烈度的意義轉(zhuǎn)子故障時(shí)的振動(dòng)頻率成分復(fù)雜，大量振動(dòng)失效分析表明：不同頻率的振動(dòng)有不同的危害，在相同的振幅下，振動(dòng)頻率越高，產(chǎn)生的危害越大。同時(shí)由于振動(dòng)的能量與速度的平方成正比，為充分考慮高頻振動(dòng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行安全的影響，在機(jī)組振動(dòng)狀態(tài)的評(píng)定中更多采用振動(dòng)烈度。第二十六頁(yè)，共三十三頁(yè)。有效值與振動(dòng)烈度（3）選用振動(dòng)烈度的意義例轉(zhuǎn)子振動(dòng)由兩個(gè)同相位的頻率分量組成，按位移與振動(dòng)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(yè)，共三十三頁(yè)。振動(dòng)烈度與振動(dòng)位移的換算簡(jiǎn)諧振動(dòng)下的振動(dòng)烈度與振動(dòng)位移的換算單位:振動(dòng)位移um

振動(dòng)烈度mm/s

轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)/分例：3000轉(zhuǎn)時(shí)，振動(dòng)烈度是6mm/s，換算出來(lái)，振動(dòng)位移是：54um。返回第二十八頁(yè)，共三十三頁(yè)。機(jī)組振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定概況目前我國(guó)與汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)有關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有：GB11347—1989大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)烈度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定和評(píng)定.GB11348.1—1989旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量與評(píng)定第一部分：總則GB11348.2—1997

旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量與評(píng)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(yè)，共三十三頁(yè)。機(jī)組振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的國(guó)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(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)第一部分：總則在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)第二部分：超過(guò)50MW陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機(jī)組第三十頁(yè)，共三十三頁(yè)。機(jī)組振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)(1)返回國(guó)標(biāo)“GB11348.2—1997旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量與評(píng)定第二部分：陸地安裝的大型汽輪發(fā)電機(jī)組”將振動(dòng)幅值所劃分的區(qū)域：第三十一頁(yè)，共三十三頁(yè)。機(jī)組振動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)(2)報(bào)批標(biāo)準(zhǔn)“在非旋轉(zhuǎn)部件上測(cè)量和評(píng)價(jià)機(jī)器的機(jī)械振動(dòng)第一部分：總則”給出振動(dòng)烈度表示的4個(gè)區(qū)域。返回第三十二頁(yè)，共三十三頁(yè)。內(nèi)容梗概機(jī)械振動(dòng)與轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的基本概念。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)，相位的含義是：振動(dòng)信號(hào)的某一點(diǎn)（高點(diǎn)或零點(diǎn)），與基準(zhǔn)脈沖信號(hào)之間在時(shí)間上的關(guān)系。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(lái)，這個(gè)與固有頻率一致的轉(zhuǎn)速就叫做臨界轉(zhuǎn)速。對(duì)于這種有阻尼的振動(dòng)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子各點(diǎn)振幅達(dá)到最大值時(shí)并不是在同一個(gè)轉(zhuǎn)速下，而是在一個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)間，臨界轉(zhuǎn)速的實(shí)際意義就是一個(gè)轉(zhuǎn)速的區(qū)間。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在遠(yuǎn)低于它的第一階臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由振動(dòng)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(huì)因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，由于共振轉(zhuǎn)子發(fā)生撓曲變