电厂转动设备振动讲解与案例分析【谷风研究】

1、探讨课题：电厂转动设备振动案例讲解与分析 培训部门：培 训 人： 培训日期：,1,技术研究,培训内容：,1、专业术语解释 2、振动的测量方法 3、振动的分类 4、常见引起振动故障的原因 5、案例讲解,2,技术研究,专业术语解释,1、机械振动 物体相对于平衡位置所作的往复运动称为机械振动。简称振动。例如，机器箱体的颤动、管线的抖动、叶片的摆动等都属于机械振动。 振动用基本参数、即所谓“振动三要素”振幅、频率、相位加以描述。,3,技术研究,专业术语解释,振幅：振幅是物体动态运动或振动的幅度。 振幅是振动强度和能量水平的标志，是评判机器运转状态优劣的主要指标 峰峰值、单峰值、有效值 振幅的量值可以表

2、示为峰峰值（pp）、单峰值（p）、有效值（rms）或平均值（ap）。 峰峰值是整个振动历程的最大值，即正峰与负峰之间的差值； 单峰值是正峰或负峰的最大值；有效值即均方根值。只有在纯正弦波(如简谐振动)的情况下，单峰值等于峰峰值的1/2， 有效值等于单峰值的0.707倍，平均值等于单峰值的0.637倍；平均值在振动测量中很少使用。 它们之间的换算关系是：峰峰值2单峰值20.707有效值。此换算关系并无多大的实用价值，只是说明振幅在表示为峰峰值、峰值、有效值时，数值不同、相差很大。,4,技术研究,专业术语解释,振动烈度是振动标准中的通用术语，是描述一台机器振动状态的特征量。在我国及国际振动标准中，

3、几乎都规定振动烈度的度量值为振动速度的有效值。 在对一般转动设备进行振动监测时，应测量振动速度的有效值（并要求在靠近轴承位置处的水平、垂直、轴向三个方向上进行测量，取最大值），因为只有振动烈度才有振动标准可以参照,5,技术研究,专业术语解释,频率、周期 频率f是物体每秒钟内振动循环的次数，单位是赫兹Hz。频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。 周期T是物体完成一个振动过程所需要的时间，单位是秒s。 例如一个单摆，它的周期就是重锤从左运动到右，再从右运动回左边起点所需要的时间。频率与周期互为倒数，f1/T。对旋转机械来说，转子每旋转一周就是完成了一个振动过程，为一个周期，或者说振动循环

4、变化了一次。因此转速n、角速度都可以看作频率，称为旋转频率、转速频率、圆频率，或n、f不分，都直接简称为频率，它们之间的换算关系为：f=n/60，2f2n/600.1n，其中转速n的单位为转/分钟r/min，角速度的单位为弧度/秒rad/s,6,技术研究,专业术语解释,倍频、一倍频、二倍频、0.5倍频、工频、基频、转频 倍频就是用转速频率的倍数来表示的振动频率。 一倍频，即实际运行转速频率又称为工频、基频、转频 例如，某机器的实际运行转速n为6000r/min，那么，转速频率n/606000/60100Hz，其工频为100Hz，二倍频为200Hz，半频为50Hz。,7,技术研究,专业术语解释,

5、通频振动、选频振动 通频振动是原始的、未经傅里叶变换分解处理的、由各频率振动分量相互迭加后的总振动。其振动波形是复杂的波形。 选频振动是从通频振动中所分解出来的、振动波形是单一正弦波的、某一选定频率的振动（如工频、0.5倍频、二倍频、）,8,技术研究,专业术语解释,相位角 由转角wt与初相位角 两部分组成， 即 = wt + 。 相位表示振动质点的相对位置。不同振源产生的信号都有各自的相位。相位相同会引起合拍共振产生严重后果。相位相反，会产生互相抵消的作用，起到减振的效果。,9,技术研究,振动测量方法,振动的测量主要可以根据以下3中方式表示： 振动位移、振动速度、振动加速度。 振幅分别用振动位

6、移、振动速度、振动加速度值加以描述、度量，三者相互之间可以通过微分或积分进行换算。在振动测量中，除特别注明外，习惯上，振动位移的量值为峰峰值，单位是微米m或密耳mil；振动速度的量值为有效值，单位是毫米/秒mm/s或英寸/秒ips；振动加速度的量值是单峰值，单位是重力加速度g或米/秒平方m/s2，1g=9.81m/s2,10,技术研究,振动测量方法,在低频范围内，振动强度与位移成正比；在中频范围内，振动强度与速度成正比；在高频范围内，振动强度与加速度成正比。 因为频率低意味着振动体在单位时间内振动的次数少、过程时间长，速度、加速度的数值相对较小且变化量更小，因此振动位移能够更清晰地反映出振动强

7、度的大小；而频率高，意味着振动次数多、过程短，速度、尤其是加速度的数值及变化量大，因此振动强度与振动加速度成正比 同时也可以这样理解：振动位移具体地反映了间隙的大小，振动速度反映了能量的大小，振动加速度反映了冲击力的大小 实际应用时，大型旋转机械的振动用振动位移的峰峰值m表示，用装在轴承上的非接触式电涡流位移传感器来测量转子轴颈的振动；一般转动设备的振动用振动速度的有效值mm/s表示，用手持式或装在设备壳体上靠近轴承处的磁电式速度传感器或压电式加速度传感器（如今主要是加速度传感器）来测量；齿轮和滚动轴承的振动用振动加速度的单峰值g表示，用加速度传感器来测量,11,技术研究,振动测量方法,按照I

8、SO2372可以把对应设备按照以下分类： 小型转机，如15kW以下的电机； 安装在刚性基础上的中型转机，功率在300kW以下； 大型转机，机器支承系统为刚性支承状态； 大型转机，机器支承系统为挠性支承状态 按照ISO3945可以把对应设备按照以下分类： 当支座的固有频率大于转子轴承系统的固有频率时，为刚性支承状态； 当支座的固有频率小于转子轴承系统的固有频率时，为挠性支承状态,12,技术研究,专业术语解释,13,技术研究,振动测量方法,ISO32373和DIN45665 电动机振动标准 1电动机按其中心高度(H)分为三个类型，中心高度越大，振动阈值越大 2电动机状态判别分为三个等级：正常、良好

9、、特佳。 3本标准是指电动机在空转（不带负荷）条件下的阈值。 4诊断参数为速度有效值(Vrms)。,14,技术研究,振动测量方法,水电部汽轮发电机组振动标准（轴承双振幅允许值） 1本标准规定测点位置在轴承处的垂直和水平方向。 2阈值的大小取决于汽轮机的转速，转速愈大，振动位移允许值愈小。 3状态评判分为三个等级：“优”、“良”、“合格”。 4诊断参数为位移峰峰值(即双振幅)。,15,技术研究,振动测量方法,离心鼓风机和压缩机技术振动标准 注： 1本标准按转速将离心鼓风机和压缩机分为4个类型，转速越高，允许振动值越小。 2测点部位分两种型式：主轴轴承和齿轮箱轴承，后者振动值允差略高予前者。 3诊

10、断参数为振动位移峰峰值(双幅)。,16,技术研究,振动的分类,按对系统输入不同的分类 自由振动：系统初始干扰或原有的外激振力取消后产生的振动，即当系统的平衡被破坏后，没有外力作用而只靠其弹性恢复力来维持的振动。 强迫振动：系统在外力作用下被迫产生的振动。 自激振动：由于系统具有非振荡性能源和反馈特性，并有能源补充，而产生的一种稳定的周期性振荡,17,技术研究,振动的分类,按照系统的输出特性分类 简谐振动：振动量的时间历程为单一正弦或余弦函数的振动。 非简谐周期振动：振动量为时间的周期函数，而又不是简谐振动的振动。即简谐振动之外的周期振动。 瞬态振动：振动量为时间的非周期函数，且通常只在一定的时

11、间段内发生的振动。 准周期振动： 随机振动：振动量不是时间的确定性函数,18,技术研究,19,技术研究,振动的分类,按振动频率分类 按照振动频率的高低，通常把振动分为三类 低频振动： f 1000Hz,20,技术研究,常见振动的故障分析,1.各种不同类型的故障所引起的振动都有各自的特征频率。 转子不平衡的振动频率是工频 齿式联轴器（带中间齿套）不对中的振动频率是二倍频 油膜涡动的振动频率是0.5倍频(实际上要小一点) 2.由各频率成分的幅值大小和分布情况，从中查找出发生了异常变化的频率，再联系故障特征频率探索构成振动激振力的来源，是判别振动故障类型通常采用的诊断方法。 3.但是反过来，某种振动

12、频率又和多种类型的故障有关联。例如，动不平衡的特征频率是工频，但不能说工频高就是发生了动不平衡，因为某些轴承及不对中等故障的振动频率也是工频。因此，频率和振动故障的对应关系并不是唯一的。为了得到正确的诊断结论，需要对各种振动信息进行综合分析,21,技术研究,常见振动的故障分析,工频成分在所有情况下都存在，工频幅值几乎总是最大，应该在其发生异常增大的情况下才视为故障特征频率。工频所对应的故障类型相对较多。 多数（60以上）为不平衡故障，如转子发生机械损伤脱落（断叶片、叶轮破裂等）、结垢、初始不平衡，以及轴弯曲等； 相当数量（接近40）为轴承偏心类故障，如间隙过大、轴承合金磨损、轴颈与轴承偏心、轴

13、承座刚度差异过大等；此外，还有刚性联轴器的角度（端面）不对中；支座、壳体、基础的松动、变形、裂缝等支承刚度异常引起的振动或共振；运行转速接近临界转速；发电机及电动机转子偏心等。,22,技术研究,常见振动的故障分析,二倍频成分在所有情况下也都存在，幅值往往低于工频的一半，常伴有呈递减状的三倍频、四倍频，也应该在异常增大的情况下视为故障特征频率。 二倍频所对应的故障类型较为集中。绝大多数为不对中（含联轴器）故障,23,技术研究,案例分析及讲解,XX 厂#42 凝结泵振动处理 1 振动概况 #42 凝泵电机小修前振动正常，小修时更换了泵与电机的连接短轴，并对电 机进行了检查。小修后电机振动超标，动平

14、衡加重后振动在 100um 左右，偏大。,24,技术研究,2 振动分析及处理 #42 凝泵投入运行后，电机振动数值较动平衡后有所增加，且随着运行时间的增加，振动有不断上涨的趋势。被迫切换到 41 凝泵运行。在 41 凝泵运行的情况下，对 42 凝泵电机振动进行了测量。测量结果表明，电机上轴承南北方向振动很不稳定，在 90180m 之间波动；东西方向相对稳定，基本保持在 150160m。对其进行频谱分析，发现南北方向工频成分只有 70m 左右，但却存在着大量的低频成分，这也是该方向振动不稳定的主要原因；而东西方向以工频成分为主，低频成分很少。分析认为，42 凝泵电机振动超标首先有 41 凝泵对它

15、的影响，这可以从 42凝泵电机即使在停运的情况下其南北方向的振动就达到了30110m得到证实；其次，从其自身来讲，南北方向（凝泵出水方向）刚度差也是不争的事实。针对这种情况，决定在凝泵南北方向加支撑来提高其刚度。加支撑后，南北方向振动有所好转，但东西方向无大的改善。随后，上海电机厂来人对该泵电机又进行了一次动平衡，处理后振动无改善。以上现象表明该电机目前的振动不是单纯的平衡问题，有可能是凝泵-电机系统修后出现了 结构共振。要想解决该问题，必须从根本上改变凝泵-电机整个系统的振动特性。经研究决定，更换备用电机是最为便捷的办法。更换电机后，东西、南北方向振动仍很大，超过 200um，但以工频成分为

16、主。通过动平衡加重 700 克后，42 凝泵电机的振动：东西方向为 40m 左右，南北方向亦不超过 50m，振动达到了优良。,25,技术研究,3 结论及评述（1）该凝泵电机由于立式安装，系统阻尼小，对外界扰动较敏感，易于发生结构共振；在实际检修中，要提高检修质量、严格控制工艺标准，尽量减小来自外部的扰动力。（2）发生共振后，首先可以采用精确动平衡将不平衡激振力降到最低，在动平衡时， 由于两台泵并列运行时相互影响很大， 尽量在单台运行时进行。 另外，还可采取增加系统刚性消除薄弱环节、避开共振方向等措施。,26,技术研究,案例分析及讲解,XX 厂 厂 3 机 机 2 号立式凝结水泵振动诊断及处理

17、1 振动概况 该泵是 600MW 机组立式凝结水泵，泵出安装地面到电机顶高约 5 米。该泵原工作转速是 1490RPM，电机顶部振动 50 微米。变频改造后在 750rpm 时电机上部水平振动 185-220，下部 78-95。过了 750RPM 后，随转速升高，振动逐渐下降。,27,技术研究,振动测试分析及处理 现场测试表明在 760-780rpm， 电机振动能达到 300-400 左右。 随转速上升，振动逐渐下降，到 1494rpm 振动降到：电机上部 45，电机下部 13。升降速过程重复性很好。在各转速下振动频谱是一倍频。以上现象表明泵电机系统在760-780rpm 存在共振， 其共振频

18、率是13Hz。分析认为制造厂在设计时，是按 1490RPM 定速设计，1490RPM 已远远避开了共振转速 760-780rpm，而改变频后，在 760-780rpm 区间距共振转速太近，所以导致在 750rpm 下运行越振越大。在现场做轴系高速动平衡，以降低 750rpm 下的振动为主要目的，同时对890rpm、1043 rpm、 1194rpm 、1346 rpm、 1494 rpm 下的振动综合考虑。在电机上部加重轮盘上加重 260 克，使各转速下振动都降到 60 以下。,28,技术研究,案例分析及讲解,结论及评述 该凝泵电机变频改造后由于工作转速区间的扩大，导致其中包含了系统的共振转速

19、工作转速区间的扩大，导致其中包含了系统的共振转速， 在不改变系统特性的情况下， 可通过轴系平衡降低残余激振力来解决问题。现场动平衡也表明加重灵敏度敏度很高，属于共振。,29,技术研究,案例分析及讲解,XX 厂#11 一次风机电机振动故障诊断 1 振动概况 该一次风机电机运行中声音异常，针对这种情况2009 年 3 月两次到现场对该风机电机轴承进行了故障诊断，时隔半个月。为了比较，同时测了同一台炉的11、12 一次风机电机轴承振动。,30,技术研究,振动分析及处理 从现场两次测得的振动数值看，11 一次风机两端轴承各方向振动幅值均在 10 以内；但振速却达到了 23.4mm/s，加速度达到了 1

20、5.318.4 m/s,明显偏大。与同时测量的12 一次风机电机轴承比较，12 一次风机电机振动幅值与11 相当，亦在 10 以内；但振速、加速度要小得多。11 振速是12 的 58倍，加速度是12 的 10 余倍。另外轴承温度、噪声方面11 也要比12 明显。高一些。而且比较两次振动测量数据可以发现，12 风机的振动基本保持稳定，而11 风机的振动有增加的趋势，说明11 风机的确存在故障。对11 一次风机电机做频谱分析，频谱很丰富，高低频均大量存在，数值与工频相当甚至更甚。判断轴承保持架及内、外环损坏的可能性大。鉴于当时11 电机的整体振动水平还不算大，建议观察运行，并加强监测，特别是重点关

21、注振速和加速度的变化趋势及轴承温度等， 如发现有明显的、 进一步增加的趋势振速和加速度的变化趋势及轴承温度等， 如发现有明显的、 进一步增加的趋势就要采取措施； 如没有进一步的变化， 坚持到 4 月份的小修中再对该风机电机轴承进行全面检查处理。在 5 月份检修中解体检查轴承损坏，更换轴承后正常。,31,技术研究,结论及评述 通过两台风机振动位移、振速、振动加速度比较和振动频谱分析，对11一次风机电机的 轴承故障可以进行正确的判断。,32,技术研究,案例分析及讲解,XX 厂 2 号炉 A 引风机振动诊断及处理 1 振动概况 该引风机是轴流式单风轮静叶可调，风机转子支撑轴承在风机缸内。电机与风机转子通过加长轴和两个弹性联轴器连接。本次大修前该风机振动很小，本次检修为了查轴承，要解体轴承箱，必须要把风轮拆下来。 拆风轮后发现风轮与轴配合的圆孔椭圆了， 左右各有 30 丝间隙，同时发现轴细。对轴进行了喷涂、车削，装风轮时轴粗了，修风轮孔，把基准修掉了，回装后振动很大。厂经两次解体检修仍然振动很大