振動監(jiān)測基礎(chǔ)知識

一、名詞和術(shù)語振動的基本參量：幅值、周期(頻率)和相位機械振動是指物體圍繞其平衡位置附近來回擺動并隨時間變化的一種運動。振動通常以其幅值、周期(頻率)和相位來描述，它們是描述振動的三個基本參量。a?幅值：表示物體動態(tài)運動或振動的幅度，它是機械振動強度的標(biāo)志，也是機器振動嚴重程度的一個重要指標(biāo)。機器運轉(zhuǎn)狀態(tài)的好壞絕大多數(shù)情況是根據(jù)振動幅值的大小來判別的。針對機械設(shè)備的振動信號，選擇有效的特征參數(shù)指標(biāo)，是實現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測的尖鍵，常用的特征參數(shù)包括：有量綱參數(shù)：均方根(RMS),峰值(Peak)峰峰值(Peak-Peak)°均方根(RMS):表征信號的能量，其定義為：均方根是對機組進行狀態(tài)監(jiān)測最重要的指標(biāo)，由于均方根振動信號的能量，當(dāng)機組正常運轉(zhuǎn)時，振動信號的能量處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)，當(dāng)機組某個零部件出現(xiàn)異常后，信號的能量增加，當(dāng)增知到超過設(shè)定閱值時，就可以判斷出機組出現(xiàn)異常、對于速度信號的評估，通常用均方根表示。均方根的穩(wěn)定性和趨勢性較好，許多標(biāo)準(zhǔn)都采用均方根來作為狀態(tài)監(jiān)測的參數(shù)?ISO10816是針對通用機械的狀態(tài)監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，采用速度信號的 RMS乍為特征參數(shù)。VDI3834作為唯——個針對風(fēng)電機組的振動標(biāo)準(zhǔn)，采用速度和加速度的RMS乍為監(jiān)測指標(biāo).峰值是指某段采集的信號中的最高值和最低值，其中，最高值表示為Peak(+)，最低值表示為Peak(-廠由于加速度信號主要表征受力的大小， 因此通常用峰值來表征加速度的大小?峰峰值(Peak-Peak)是指某段采集的信號中，最高值和最低值之間的差值，它是峰值(+)和峰值(?)之間的范圍，由于峰峰值描述的是信號值的變化范圍大小，因此對于位移信號，通常用峰峰值表示。峰一峰值等于正峰和負峰之間的最大偏差值，峰值等于峰一峰值的1/2。只有在純正弦波的情況下，均方根值才等于峰值的0.707倍，平均值等于峰值的0.637倍。而平均值在振動測量中一般則很少使用。b?周期：物體完成一個完整的振動所需要的時間，以T。表示。單位一般是用“秒"表示。例如一個單擺，它的周期就是重錘從左運動到右，再從右運動回左邊起點所需要的時間。頻率：是指振動物體在單位時間（1秒）內(nèi)所產(chǎn)生振動的次數(shù)，即Hz,以fo表示。很顯然，f。二1/Too對于旋轉(zhuǎn)機械的振動來說，存在下述令人感興趣的頻率：a）轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)頻率；b）各種振動分量的頻率；c）機器自身和基礎(chǔ)或其它附著物的固有頻率。相位：是指旋轉(zhuǎn)機械測量中某一瞬間機器的選頻振動信號（如基頻）與軸上某一固定標(biāo)志（如鍵相器）之間的相位差。相位可用來描述某一特定時刻機器轉(zhuǎn)子的位置，一個好的相位測量系統(tǒng)能夠確定每一個傳感器所在的機器轉(zhuǎn)子上“高點”相對機器軸系上某一固定的標(biāo)志點的位置。而平衡狀態(tài)的變化將會引起“高點”位置的變化，這種變化也會通過相位角的變化而表示出來。相位的度量單位為度（°），通常振動相位在0。?360°范圍之間變化。振動的相位在振動分折中十分重要，它不僅反映了不平衡分量的相對位置，在動平衡中必不可少，而且在故障診斷中也能發(fā)揮重要作用。2、信號類型：位移、速度、加速度位移:適用于低頻范圍，轉(zhuǎn)速在1500轉(zhuǎn)/分以下的機組；反映質(zhì)點的位能，可監(jiān)測位能對設(shè)備部件的破壞。速度:適用于中頻段，轉(zhuǎn)速在1500-10000轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)的機組；反映質(zhì)點的動能，可監(jiān)測動能對設(shè)備部件的破壞°加速度:適用于高頻段，轉(zhuǎn)速在10000轉(zhuǎn)/分以上的機組；反映質(zhì)點的受力情況受，可監(jiān)測振源的沖擊力對設(shè)備的破壞程度。三者的轉(zhuǎn)換尖系如下。把一個單擺橫向來看，當(dāng)重錘向上擺，通過起始點0時，其位移為零，而速度為正方向最大，加速度為零；當(dāng)重錘運動到上死點時，位移為正方向最大，此時速度為零，加速度為負方向最大；重錘向下回零時，位移為零，速度為負方向最大，加速度為零；當(dāng)重錘運動到下死點時，位移為負方向最大，而此時速度為零,加速度為正方向最大。結(jié)論：振動速度柑位超前振動位移90。;振動加速度相位超前振動速度90°;振動加速度相位超前振動位移180°相位如果沒有明確指明，其角度增加的方向總是與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向相反。3、 通頻振動、選頻振動、工頻振動通頻振動表示振動原始波形的振動幅值。選頻振動表示所選定的某一頻率正弦振動的幅值。工頻振動表示與所測機器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率相同的正弦振動的幅值。對于工作轉(zhuǎn)速為6000r/min的機器，工頻振動頻率是100HZ工頻振動又叫基頻振動。4、 徑向振動、水平振動、垂直振動、軸向振動徑向振動是指垂直于機器轉(zhuǎn)軸中心線方向的振功。徑向振動有時也稱為橫向振動。水平振動是指與水平方向一致的徑向振動。垂直振動是指與垂直方向一致的徑向振動。軸向振動是指與轉(zhuǎn)軸中心線同一方向的振動。5、同步振動、異步振動同步振動是指與轉(zhuǎn)速頻率成正比變化的振動頻率成分。一般情況（但不是全部情況）下，同步成分是旋轉(zhuǎn)頻率的整數(shù)倍或者整分數(shù)倍，不管轉(zhuǎn)速如何，它們總保持這一尖系，如一倍頻（IX），二倍頻（2X），三倍頻（3X）……，半頻（1/2X），三分之一倍頻（1/3X）……等。異步振動是指與轉(zhuǎn)速頻率無尖的振動頻率成份，也可稱為非同步運動。6諧波、次諧波、亞異步、超異步一個復(fù)雜振動信號所含頻率等于旋轉(zhuǎn)頻率整數(shù)倍的信號分量, 也稱諧波、超諧波或同步。一個復(fù)雜振動信號中所含頻率等于旋轉(zhuǎn)頻率分數(shù)倍的信號分量，也稱為次諧波或分數(shù)諧波。亞異步振動是指頻率低于旋轉(zhuǎn)頻率的非同步振動分量。超異步振動是指頻率高于旋轉(zhuǎn)頻率的非同步振動分量。7、 相對軸振動、絕對軸振動、軸承座振動轉(zhuǎn)子的相對軸振動是指轉(zhuǎn)子軸頸相對于軸承座的振動，它一般是用非接觸式電渦流傳感器來測量。轉(zhuǎn)子的絕對軸振動是指轉(zhuǎn)子軸相對于大地的振動，它可用接觸式傳感器或用一個非接觸式電渦流傳感器和一個慣性傳感器組成的復(fù)合傳感器來測量。兩個傳感器所測量的值進行矢量相加就可得到轉(zhuǎn)子軸相對于大地的振動。軸承座振動是指軸承座相對于大地的振動，它可用速度傳感器或加速度傳感器來測量。8、 自由振動、受迫振動、自激振動、隨機振動自由振動一般是指力學(xué)體系在經(jīng)歷某一初始擾動（位置或速度的變化）后，不再受外界力的激勵和干擾的情形下所發(fā)生的振動。根據(jù)擾動的類型，力學(xué)體系以自身的一種或多種固有頻率發(fā)生自由振動。受迫振動是指在外來力函數(shù)的激勵下而產(chǎn)生的振動。通常，受迫振動按照激勵力的頻率振動。自激振動是指由振動體自身所激勵的振動。維持振動的交變力是由運動本身產(chǎn)生或控制的。自激振動通常有下述特點：振動頻率為亞異步或超異步，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不同步。自激振動的頻率以轉(zhuǎn)子的固有頻率為主。多數(shù)為徑向振動。振幅可能發(fā)生急劇上升，直到受非線性作用以極限圓為界。振幅的變化與轉(zhuǎn)速或負荷尖系密切。失穩(wěn)狀態(tài)下的振動能量來源于系統(tǒng)本身。隨機振動是指當(dāng)描述系統(tǒng)振動的狀態(tài)變量不能用確切的時間函數(shù)來表述，無法確定狀態(tài)變量在某瞬時的確切數(shù)值，其物理過程具有不可重復(fù)性和不可預(yù)知性時，也就是在任何時刻，其振動的大小不能正確預(yù)知的振動。9、共振、臨界轉(zhuǎn)速、固有頻率共振是振幅和相位的變化響應(yīng)狀態(tài)，由對某一特殊頻率的作用力敏感的相應(yīng)系統(tǒng)所引起。一個共振通常通過振幅的顯著增加和相應(yīng)的相位移動來識別。 在共振發(fā)生時，當(dāng)激振頻率稍有變化（頻率上升或下降）時，其振動響應(yīng)就會明顯地減小。每一個轉(zhuǎn)子，連同支持它的軸承組成的系統(tǒng)，都有若干階橫向振動的固有頻率，每一階固有頻率又有它所對應(yīng)的振型。在一定的轉(zhuǎn)速下，某一階固有頻率可以被轉(zhuǎn)子上的不平衡力激起，這個與固有頻率一致的轉(zhuǎn)速就被稱為臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)系統(tǒng)作自由振動時，其振動的頻率只與系統(tǒng)本身的質(zhì)量（或轉(zhuǎn)動慣量）、剛度和阻尼有尖。這個由系統(tǒng)的固有性質(zhì)所決定的振動頻率，稱為系統(tǒng)的固有頻率。二、測量位置選擇由于軸承承載著機器的負荷，許多典型的機械問題如不平衡、不對中、松動等都會將振動信號傳遞給軸承。因此通過監(jiān)測軸承的振動，就會同時發(fā)現(xiàn)上述典型機械故障及軸承的缺陷。選擇機組的測點位置，根據(jù)以下原則并考慮現(xiàn)場后續(xù)維護便利性，充分溝通之后確定：選擇振動測點應(yīng)盡量靠近被測軸承的承載區(qū)；安裝點與被監(jiān)測的轉(zhuǎn)動部件最好只有一個界面，盡可能避免多層相隔，以減少振動信號在傳遞過程中因中間環(huán)節(jié)造成的能量衰減；測量點與振動傳遞介質(zhì)必須要有足夠的剛度;女裝位置的選擇不能影響對機組的Fl常維護、檢修和管理；傳感器需要安裝在易于維護、不會受到外在影響與破壞的位置。圖3典型設(shè)備測點布置三?選擇采集設(shè)置大部分數(shù)據(jù)采集器采集頻譜作為其篩選功能的一部分，頻率范圍必須能正確的反映樣本，還要選擇合適的傳感器和合適的頻率范圍。頻譜的頻率范圍低于振動的最大頻率時也會造成信號丟失。如果頻率范圍很寬，可能會分辨率太低而得不到離散頻率的信息，如果默認的頻率范圍達不到足夠的分辨率，必須采集和分析多個數(shù)據(jù)采樣。如何才能既要有足夠高的分辨率分析工作頻率和邊帶，又要包括高頻的軸承和齒輪嚙合頻率？把數(shù)據(jù)測點分解成兩個或三個帶寬，或者增加諧線以提高分辨率。這樣，一個測點可能就需要幾個采樣，或者數(shù)據(jù)采集器能對單個樣本做幾個帶寬處理。選擇合適的頻率范圍和譜線數(shù)，以便有足夠的分辨率得到所有的振動特征。數(shù)據(jù)采集多長時間（采樣數(shù)據(jù)長度）數(shù)據(jù)采樣時間越長，采集的周期數(shù)越多，旋轉(zhuǎn)信息獲得的越多。采樣長度原貝I」：所測量部位旋轉(zhuǎn)16個周期以上。多久采集一個數(shù)據(jù)（采樣頻率）采樣頻率越高信號信息越多；數(shù)據(jù)量大，無用信息多。采樣頻率原則：采樣頻率=分析上限頻率X2.56采樣頻帶范圍設(shè)置多少（分析頻帶）頻帶越寬無用信息越多，采樣時間越長；頻帶窄，丟失有用數(shù)據(jù)。 原則：滿足采樣定理；頻率分辨率適中；盡量滿足頻帶最