振动基础与故障诊断

1、2021-6-25 1 旋转设备振动课件旋转设备振动课件 振动基础与故障诊断振动基础与故障诊断 2021-6-25 2 转子振动基础 l振动现象及其危害振动现象及其危害 l振动是物体振动是物体( (质点质点) )或某种状态随时间往复变化的现象，机械振动是指物体或某种状态随时间往复变化的现象，机械振动是指物体 在平衡位置附近来回往复的运动。它是衡量旋转机械能否持续可靠运行的在平衡位置附近来回往复的运动。它是衡量旋转机械能否持续可靠运行的 重要指标。振动状态是机组设计制造重要指标。振动状态是机组设计制造安装检修和运行维护水平的综合反安装检修和运行维护水平的综合反 映。映。 l当振动超过一定的限值（

2、标准）时，可能会产生下列危害：当振动超过一定的限值（标准）时，可能会产生下列危害： (1) (1) 机组动静部分碰磨；机组动静部分碰磨； (2) (2) 部件的疲劳损坏；部件的疲劳损坏； (3) (3) 连接或紧固件的断裂与松脱；连接或紧固件的断裂与松脱； (4) (4) 损坏基础和周围的建筑物；损坏基础和周围的建筑物； (5) (5) 降低机组运行的经济性；降低机组运行的经济性； (6) (6) 过大的振动及其引发的噪声影响运行人员健康过大的振动及其引发的噪声影响运行人员健康。 2021-6-25 3 振动基础知识振动基础知识( (一一) ) l四种振动形式：四种振动形式： l1.简谐振动：

3、运动量随时间按简谐振动：运动量随时间按谐和函数谐和函数的形式变化的形式变化 l2.周期振动：运动量变化经过一个固定的时间间隔不断重复周期振动：运动量变化经过一个固定的时间间隔不断重复 l3.非周期振动：振动量变化随时间不呈现重复性非周期振动：振动量变化随时间不呈现重复性 l4.随机振动：任一给定时刻的运动量不能预先确定随机振动：任一给定时刻的运动量不能预先确定. l 两个以上频率不相同的简谐振动合成在一起，便形成一个复合振动，反两个以上频率不相同的简谐振动合成在一起，便形成一个复合振动，反 过来，任何周期振动又都可以分解成若干个简谐振动。付里叶变换是进行过来，任何周期振动又都可以分解成若干个简

4、谐振动。付里叶变换是进行 这种分解的有效工具这种分解的有效工具. l 旋转机械的振动信号都是周期性连续信号，习惯称这种信号为通频信号。旋转机械的振动信号都是周期性连续信号，习惯称这种信号为通频信号。 用用FFT分解后得到的一系列简谐信号中，与转动频率相同的简谐振动具有分解后得到的一系列简谐信号中，与转动频率相同的简谐振动具有 特殊的意义，它被称之为一倍频振动，也有称之为工频、基频、选频、同特殊的意义，它被称之为一倍频振动，也有称之为工频、基频、选频、同 频或频或1X等。等。 l 频率为转速二分之一和两倍的简谐振动在旋转机械的振动分析也是较常频率为转速二分之一和两倍的简谐振动在旋转机械的振动分析

5、也是较常 用到的，它们分别被简称为半频（用到的，它们分别被简称为半频（1/2X）和倍频（两倍频，）和倍频（两倍频，2X）振动。）振动。 l低于工作转速频率的振动，统统被称为低频振动；高于工作转速频率的振低于工作转速频率的振动，统统被称为低频振动；高于工作转速频率的振 动，被称为高频振动。它们可能是转动频率的整分数倍或整数倍，也可能动，被称为高频振动。它们可能是转动频率的整分数倍或整数倍，也可能 不是。不是。 2021-6-25 4 振动基础知识振动基础知识( (二二) ) l振动位移、速度和加速度振幅的量度振动位移、速度和加速度振幅的量度 l简谐振动可以用位移、速度和加速度三种形式表示。简谐振

6、动可以用位移、速度和加速度三种形式表示。 l位移的大小，用振幅位移的大小，用振幅 Ap 表示，即最大位移到平衡位置之间的距离，也称表示，即最大位移到平衡位置之间的距离，也称 作单峰值；振动的波峰与波谷之间的垂直距离称作为峰峰值，表示为作单峰值；振动的波峰与波谷之间的垂直距离称作为峰峰值，表示为 Ap- p；单位都是微米（；单位都是微米（m）或毫米（）或毫米（mm）。电厂习惯用）。电厂习惯用“丝丝”或或“道道”表表 示，示，1毫米是毫米是100丝，丝，1丝等于丝等于10微米。在描述振幅的大小时，如果不做特微米。在描述振幅的大小时，如果不做特 别的注明，所指振幅都是峰峰值别的注明，所指振幅都是峰峰

7、值. l速度和加速度的振幅也可以用峰值或峰峰值来表示。速度和加速度的振幅也可以用峰值或峰峰值来表示。 l对于速度振幅，对于速度振幅， 因为振动能量与速度的平方成正比例，所以更多地是使用因为振动能量与速度的平方成正比例，所以更多地是使用 均方根值或称有效值均方根值或称有效值, 又称作振动烈度，单位：又称作振动烈度，单位：mm/s。 2021-6-25 5 振动基础振动基础( (三三) ) 1.1.测振仪表的选择测振仪表的选择 测振仪表应根据测试对象的频率范围来选择。一般来讲，接触式传感测振仪表应根据测试对象的频率范围来选择。一般来讲，接触式传感 器适用于测量低频振动，用它测量振动位移，可以得到较

8、稳定的数据；加器适用于测量低频振动，用它测量振动位移，可以得到较稳定的数据；加 速度传感器适用于测量中、高频振动用它测振动位移往往不太稳定，因此速度传感器适用于测量中、高频振动用它测振动位移往往不太稳定，因此 加速度型传感器的测振仪，只测振动速度和加速度。加速度型传感器的测振仪，只测振动速度和加速度。 2.2.测试参数的选择测试参数的选择 振动测试参数包括振动位移、振动速度和振动加速度。对一般简谐振动三振动测试参数包括振动位移、振动速度和振动加速度。对一般简谐振动三 者有以下关系：者有以下关系： l 振动位移：振动位移：x=Asinwtx=Asinwt; ; l 振动速度：振动速度：v=Awc

9、oswtv=Awcoswt; ; l 振动加速度：振动加速度：a=-Aw2sinwta=-Aw2sinwt。 l 由此可见，对于不同频率成份的振动而言，位移相同时，速度值与转速的由此可见，对于不同频率成份的振动而言，位移相同时，速度值与转速的 一次方成正比，加速度与转速的平方成正比，所以尽管低频振动的位移值一次方成正比，加速度与转速的平方成正比，所以尽管低频振动的位移值 比高频的位移值大很多，但它的加速度值比高频的加速度值小得多。比高频的位移值大很多，但它的加速度值比高频的加速度值小得多。 l 一般情况下，要查明被测对象是否存在不平衡、不对中、松动、油膜涡一般情况下，要查明被测对象是否存在不平

10、衡、不对中、松动、油膜涡 动等现象时，测位移和速度较好；要查明齿轮、轴承等故障时，测加速度动等现象时，测位移和速度较好；要查明齿轮、轴承等故障时，测加速度 较敏感。较敏感。 2021-6-25 6 有关的名词和术语有关的名词和术语(1)(1) 1.1.振动幅值、频率和振动相位振动幅值、频率和振动相位. . 机械振动通常以其幅值、频率和相位来描述，它们是构成振动的三个基本要素机械振动通常以其幅值、频率和相位来描述，它们是构成振动的三个基本要素 2.2.通频振动、选频振动、基频振动通频振动、选频振动、基频振动. 2.12.1通频振动表示振动原始波形正峰和负峰之间的最大偏差值。通频振动表示振动原始波

11、形正峰和负峰之间的最大偏差值。 2.22.2选频振动表示所选频率的正弦波正峰和负峰之间的偏差值。选频振动表示所选频率的正弦波正峰和负峰之间的偏差值。 2.32.3基频振动表示与转速频率相同的正弦波正峰和负峰之间的偏差值。对于工作转速为基频振动表示与转速频率相同的正弦波正峰和负峰之间的偏差值。对于工作转速为 3000r/min3000r/min的机器，基频振动频率是的机器，基频振动频率是50Hz50Hz。 3.3.径向振动、轴向振动径向振动、轴向振动. .径向振动是指垂直于转轴中心线方向的振动。径向振动有时也径向振动是指垂直于转轴中心线方向的振动。径向振动有时也 称为横向振动。称为横向振动。 轴

12、向振动是指与转轴中心线同一方向的振动。轴向振动是指与转轴中心线同一方向的振动。 4.4.同步运动、异步运动同步运动、异步运动 同步是指与转速频率变化成比例的振动频率分量。通常，同步分量是旋转频率同步是指与转速频率变化成比例的振动频率分量。通常，同步分量是旋转频率 的整数倍或分数倍，即的整数倍或分数倍，即1X,2X,3X1X,2X,3X,1/2X,1/3X,1/2X,1/3X等。等。 异步是指与转速频率无关的振动频率成份，也可称为非同步运动异步是指与转速频率无关的振动频率成份，也可称为非同步运动 . 2021-6-25 7 有关的名词和术语有关的名词和术语(2) 5. 5. 谐波、次谐波、次同步

13、、超同步谐波、次谐波、次同步、超同步 l在某一频率下的正弦波称为谐波，该频率为基本频率的整数倍。在某一频率下的正弦波称为谐波，该频率为基本频率的整数倍。 l次谐波是基波频率的一个整分数谐波的正弦值。次谐波是基波频率的一个整分数谐波的正弦值。 l次同步振动是低于转速频率的振动分量。次同步振动是低于转速频率的振动分量。 l超同步振动是高于转速频率的振动分量。超同步振动是高于转速频率的振动分量。 6. 6. 相对轴振、绝对轴振、瓦振相对轴振、绝对轴振、瓦振 l转子的相对轴振是指转轴相对于轴承座的振动，它可用非接触式传感器来测量。转子的相对轴振是指转轴相对于轴承座的振动，它可用非接触式传感器来测量。

14、l转子的绝对轴振是指转轴相对于地面的振动，它可用接触式传感器或用一个非接触转子的绝对轴振是指转轴相对于地面的振动，它可用接触式传感器或用一个非接触 传感器和一个惯性传感器组成的复合传感器来测量。传感器和一个惯性传感器组成的复合传感器来测量。 l瓦振动是指在轴承座相对于地面的振动，它可用惯性传感器来测量瓦振动是指在轴承座相对于地面的振动，它可用惯性传感器来测量 . . 7. 7. 自由振动、强迫振动、自激振动、随机振动自由振动、强迫振动、自激振动、随机振动 l自由振动一般是指弹性系统偏离于平衡状态以后，不再受外界激扰的情形下所发生自由振动一般是指弹性系统偏离于平衡状态以后，不再受外界激扰的情形下

15、所发生 的振动。的振动。 l强迫振动是指在外来激振力作用下而发生的振动。一般而言，强迫振动的频率与激强迫振动是指在外来激振力作用下而发生的振动。一般而言，强迫振动的频率与激 振力的频率相同。振力的频率相同。 l自激振动是指由振动体自身所激励的振动。维持振动的交变力由运动本身产生或控自激振动是指由振动体自身所激励的振动。维持振动的交变力由运动本身产生或控 制的。自激振动的起因归之于转子支承系统中存在某一机械能的反馈环节。这一制的。自激振动的起因归之于转子支承系统中存在某一机械能的反馈环节。这一 反馈环节使转子从转动中获取能量，并转变为某一特定频率下的横向振动能量，而反馈环节使转子从转动中获取能量

16、，并转变为某一特定频率下的横向振动能量，而 这一横向振动又通过反馈环节进一步从运动中取得能量，从而加剧了横向振动，直这一横向振动又通过反馈环节进一步从运动中取得能量，从而加剧了横向振动，直 至获取的能量等于消耗于阻尼的能量，这振动稳定在某一极限环上。至获取的能量等于消耗于阻尼的能量，这振动稳定在某一极限环上。 l 随机振动是指在任何时刻，其大小不能正确预知的振动。随机振动是指在任何时刻，其大小不能正确预知的振动。 2021-6-25 8 有关的名词和术语有关的名词和术语(3)(3) 8 8. . 振动高点和重点振动高点和重点 l 振动高点是指传感器测量振动时，振动波形上产生正峰值的那一点，该点

17、用键相振动高点是指传感器测量振动时，振动波形上产生正峰值的那一点，该点用键相 器测其角度位置。高点可能随转子的动力特性的变化（如转速变化）而移动。器测其角度位置。高点可能随转子的动力特性的变化（如转速变化）而移动。 l 重点是指在一个转轴特定横截面上重点是指在一个转轴特定横截面上, ,不平衡向量的角度位置。重点一般不随转速变不平衡向量的角度位置。重点一般不随转速变 化。在一定转速下，重点和高点之间的夹角称为机械滞后角。化。在一定转速下，重点和高点之间的夹角称为机械滞后角。 9. 9. 刚度、阻尼和临界阻尼刚度、阻尼和临界阻尼 l 刚度是一种机械或液压元件在负载作用下的弹性变化量。一般机械结构的

18、刚度包刚度是一种机械或液压元件在负载作用下的弹性变化量。一般机械结构的刚度包 括静刚度和动刚度两个部分，静刚度决定于结构的材料和几何尺寸，而动刚度既与括静刚度和动刚度两个部分，静刚度决定于结构的材料和几何尺寸，而动刚度既与 静刚度有关，也与连接刚度和共振状态有关。静刚度有关，也与连接刚度和共振状态有关。 l 阻尼是指振动系统中的能量转换（从机械能转换成另一种能量形式，一般是热阻尼是指振动系统中的能量转换（从机械能转换成另一种能量形式，一般是热 能），这种能量转换抑制了每次振荡的振幅值。当转轴运动时，阻尼来自轴承中的能），这种能量转换抑制了每次振荡的振幅值。当转轴运动时，阻尼来自轴承中的 油、密

19、封等。油、密封等。 l 临界阻尼是指能够保证系统回到平衡位置而不发生振荡所要求的最小阻尼。临界阻尼是指能够保证系统回到平衡位置而不发生振荡所要求的最小阻尼。 10. 10. 共振、临界转速、固有频率共振、临界转速、固有频率 l 共振是指在强迫振动系统中，当激振频率从任一方向稍微变化，其响应就明显减共振是指在强迫振动系统中，当激振频率从任一方向稍微变化，其响应就明显减 小时所对应的系统状态或现象。小时所对应的系统状态或现象。 l 临界转速是指使转子临界转速是指使转子支承系统产生共振的特征转速。支承系统产生共振的特征转速。 l 当系统作自由振动时，其振动的频率只与系统本身的质量当系统作自由振动时，

20、其振动的频率只与系统本身的质量( (或转动惯量或转动惯量) )、刚度和、刚度和 阻尼有关。这个由系统的固有性质所决定的振动频率，称为系统的固有频率。阻尼有关。这个由系统的固有性质所决定的振动频率，称为系统的固有频率。 2021-6-25 9 有关的名词和术语有关的名词和术语(4)(4) l11. 11. 分谐波共振、高次谐波共振和参数激振分谐波共振、高次谐波共振和参数激振 l 当以频率当以频率f f激振，因频率激振，因频率f/n(nf/n(n等于等于2 2及其以上的正整数及其以上的正整数) )接近于系统的固有频率接近于系统的固有频率 而引起的共振称为分谐波共振。而引起的共振称为分谐波共振。 l

21、 当以频率当以频率f f激振，因频率激振，因频率nf(nnf(n等于等于2 2及其以上的正整数及其以上的正整数) )接近于系统的固有频率而接近于系统的固有频率而 引起的共振称为高次谐波共振。引起的共振称为高次谐波共振。 l 参数激振是指由质量、弹性等因素随时间周期变化的激振。由极不对称的截面参数激振是指由质量、弹性等因素随时间周期变化的激振。由极不对称的截面 或由此引起的不同的抗弯强度可能产生参数振动。或由此引起的不同的抗弯强度可能产生参数振动。 l12. 12. 涡动、正进动和反进动涡动、正进动和反进动 l 转轴的涡动转轴的涡动( (或称为进动或称为进动) )常定义为转轴的挠曲线与轴承中心线

22、所构成的平面的常定义为转轴的挠曲线与轴承中心线所构成的平面的 转动。在圆盘绕转轴转动的同时，转轴本身又绕铅垂轴转动。在圆盘绕转轴转动的同时，转轴本身又绕铅垂轴z z转动。转动。 l 正进动是指与转轴转动方向相同的涡动。正进动是指与转轴转动方向相同的涡动。 l 反进动是指与转轴转动方向相反的涡动。反进动是指与转轴转动方向相反的涡动。 l13. 13. 同相振动和反相振动同相振动和反相振动 l 在一对称转子中在一对称转子中, ,若两端支持轴承在同一方向若两端支持轴承在同一方向( (垂直或水平垂直或水平) )的振动相位角相同时，的振动相位角相同时， 则称这两轴承的振动为同相振动；若两端支持轴承在同一

23、方向则称这两轴承的振动为同相振动；若两端支持轴承在同一方向( (垂直或水平垂直或水平) )的振动的振动 相位角相差相位角相差180180时，则称这两轴承的振动为反相振动。时，则称这两轴承的振动为反相振动。 l 根据振动的同相分量和反相分量可初步判断转子的振型。根据振动的同相分量和反相分量可初步判断转子的振型。 2021-6-25 10 有关的名词和术语有关的名词和术语(5)(5) 14. 14. 转子挠曲转子挠曲 l 转子挠曲是指转子弹性弯曲值，现场习惯称为挠度。转子挠曲分为静挠曲和动挠转子挠曲是指转子弹性弯曲值，现场习惯称为挠度。转子挠曲分为静挠曲和动挠 曲，静挠曲是静止状态的转子在自重或预

24、载荷作用下产生的弹性弯曲值，沿转子轴曲，静挠曲是静止状态的转子在自重或预载荷作用下产生的弹性弯曲值，沿转子轴 线上不同的点，静挠曲值不同；动挠曲是旋转状态的转子在不平衡力矩和其它交变线上不同的点，静挠曲值不同；动挠曲是旋转状态的转子在不平衡力矩和其它交变 力作用下产生的弹性弯曲值，转子动挠曲又分同步挠曲和异步挠曲两种，这两种挠力作用下产生的弹性弯曲值，转子动挠曲又分同步挠曲和异步挠曲两种，这两种挠 曲将直接叠加到转轴振动上。曲将直接叠加到转轴振动上。 15. 15. 机械偏差、电气偏差、晃度机械偏差、电气偏差、晃度 l 电气偏差系电涡流传感器系统输出信号误差来源之一。传感器输出信号的变化并电气

25、偏差系电涡流传感器系统输出信号误差来源之一。传感器输出信号的变化并 不是来自探头所测间隙的改变不是来自探头所测间隙的改变( (动态运动和位置的变化动态运动和位置的变化) )，而是来自于转轴表面材料，而是来自于转轴表面材料 电导率的变化或转轴表面上某些局部磁场的存在。电导率的变化或转轴表面上某些局部磁场的存在。 l 机械偏差也是电涡流传感器系统输出信号误差来源之一。传感器所测间隙的变化，机械偏差也是电涡流传感器系统输出信号误差来源之一。传感器所测间隙的变化， 并不是由转轴中心线位置变化或转轴动态运动引起的，而是来源于转轴的非圆度、并不是由转轴中心线位置变化或转轴动态运动引起的，而是来源于转轴的非

26、圆度、 损坏、凹陷、锈斑或由其它结构所引起的。损坏、凹陷、锈斑或由其它结构所引起的。 l 转轴的晃度转轴的晃度, ,或称为轴的径向偏差，是电气偏差和机械偏差的总和。在轴振标准中或称为轴的径向偏差，是电气偏差和机械偏差的总和。在轴振标准中 规定，其数值不能超过相当于许用振动位移的规定，其数值不能超过相当于许用振动位移的2525或或6m6m这两者中的较大值。通常这两者中的较大值。通常 涡流传感器在低转速（约涡流传感器在低转速（约200200400r/min400r/min）下测量的轴振值实际代表转轴的晃度值。）下测量的轴振值实际代表转轴的晃度值。 2021-6-25 11 有关的名词和术语有关的名

27、词和术语(6)(6) 16. 16. 偏心偏心 l 在转子平衡领域，偏心是指转子质量中心偏离转轴回转中心的数值，此在转子平衡领域，偏心是指转子质量中心偏离转轴回转中心的数值，此 偏心是引起转轴振动最主要的激振力；而在机组运行监则中偏心是指轴颈偏心是引起转轴振动最主要的激振力；而在机组运行监则中偏心是指轴颈 中心偏离轴瓦中心的距离，也称为偏心位置，通过该偏心的监测可以发现中心偏离轴瓦中心的距离，也称为偏心位置，通过该偏心的监测可以发现 转子承受的外加载荷和轴瓦工作状态。转子承受的外加载荷和轴瓦工作状态。 17. 17. 间隙电压、油膜压力间隙电压、油膜压力 l 间隙电压是指电涡流传感器测量的直流

28、电压，其值反映了轴颈和探头间间隙电压是指电涡流传感器测量的直流电压，其值反映了轴颈和探头间 的间隙。由此可给出转子扬度、支承载荷等的有关信息。的间隙。由此可给出转子扬度、支承载荷等的有关信息。 l 油膜压力反映了轴承支承油膜的厚度及稳定性，该压力能帮助诊断转子油膜压力反映了轴承支承油膜的厚度及稳定性，该压力能帮助诊断转子 中心问题和轴瓦稳定性等方面的问题。中心问题和轴瓦稳定性等方面的问题。 2021-6-25 12 振动测量技术振动测量技术 测量用传感器测量用传感器 l在旋转机械测试中，常用的传感器有四种类型，它们是电涡流非接在旋转机械测试中，常用的传感器有四种类型，它们是电涡流非接 触式传感

29、器、惯性式速度传感器、压电式加速度传感器和复合传感触式传感器、惯性式速度传感器、压电式加速度传感器和复合传感 器器( (它是由一个非接触传感器和一个惯性传感器组成它是由一个非接触传感器和一个惯性传感器组成) )。 l传感器的选用应从两方面去考虑，一方面是传感器的性能；另一方传感器的选用应从两方面去考虑，一方面是传感器的性能；另一方 面是测试对象的要求，只有这两方面的结合，才能选择出满足测试面是测试对象的要求，只有这两方面的结合，才能选择出满足测试 要求的传感器。要求的传感器。 l每一种传感器都有它们固有的频响特性，其决定了各自的工作范围。每一种传感器都有它们固有的频响特性，其决定了各自的工作范

30、围。 如果采用的传感器在超出其线性频响区域工作时，测量得到的读数如果采用的传感器在超出其线性频响区域工作时，测量得到的读数 会产生较大的偏差。常用的一些传感器的性能和适用范围及优、缺会产生较大的偏差。常用的一些传感器的性能和适用范围及优、缺 点等。点等。 2021-6-25 13 振动信号的分析技术振动信号的分析技术 1 1 时域分析时域分析 时域分析是在时间坐标轴上表示振动信号的方法，它是直观地描述振动的方法。时域分析是在时间坐标轴上表示振动信号的方法，它是直观地描述振动的方法。 时域波形可以在示波器或一些具有图形显示的二次振动仪表上显示。在振动分析中，时域波形可以在示波器或一些具有图形显示

31、的二次振动仪表上显示。在振动分析中， 经常需要对波形及与波形有关的图形（如轴心轨迹）进行分析。经常需要对波形及与波形有关的图形（如轴心轨迹）进行分析。 1.1 1.1 波形分析波形分析 在对原始振动波形分析中，除可观察到振动的瞬态峰值振幅和稳态振幅外，还可在对原始振动波形分析中，除可观察到振动的瞬态峰值振幅和稳态振幅外，还可 以确定其振动周期（频率）。有些振动，如拍振，通过波形可很容易判定。另外，以确定其振动周期（频率）。有些振动，如拍振，通过波形可很容易判定。另外， 根据波形的形状亦可初步判定一些振动故障原因。根据波形的形状亦可初步判定一些振动故障原因。 1.2 1.2 轨迹分析轨迹分析 在

32、机器上同一径向轴承互成在机器上同一径向轴承互成9090安装的涡流传感器的输出振动信号经放大器放大安装的涡流传感器的输出振动信号经放大器放大 后，在示波器上所显示的轨迹表示转轴中心线的实际动态路径。后，在示波器上所显示的轨迹表示转轴中心线的实际动态路径。 轴心运动轨迹的形状是有关机械运转状态的一个很重要的信息。通常机器所产生轴心运动轨迹的形状是有关机械运转状态的一个很重要的信息。通常机器所产生 的波形轨迹都是略呈椭圆形的，这主要原因是由于油膜支承刚度的波形轨迹都是略呈椭圆形的，这主要原因是由于油膜支承刚度X X、Y Y方向不对称缘方向不对称缘 故。根据经验统计，一些振动故障反映出的轴心轨迹具有其

33、各自的特点，因此，将故。根据经验统计，一些振动故障反映出的轴心轨迹具有其各自的特点，因此，将 实测的轴心轨迹与这些典型的轴心轨迹图形比较，可以有助于分析振动产生的原因。实测的轴心轨迹与这些典型的轴心轨迹图形比较，可以有助于分析振动产生的原因。 1.3 1.3 键相分析键相分析 键相器的功能是由一个单独的涡流传感器所提供的，该传感器可观测转轴上每转键相器的功能是由一个单独的涡流传感器所提供的，该传感器可观测转轴上每转 一次的不连续点，即转轴上的凹槽（键槽）或凸槽。当转轴上不连续点每次经过键一次的不连续点，即转轴上的凹槽（键槽）或凸槽。当转轴上不连续点每次经过键 相器时，传感器就会感受到在间隙距离

34、上的变化，因而输出的电压值也会有相应的相器时，传感器就会感受到在间隙距离上的变化，因而输出的电压值也会有相应的 变化。输出电压的变化，发生在不连续点出现的很短时间内，因而表现为每转一次变化。输出电压的变化，发生在不连续点出现的很短时间内，因而表现为每转一次 所产生的电压脉冲。转轴旋转时电压脉冲为一连串正向电压升（凸槽）或负向电压所产生的电压脉冲。转轴旋转时电压脉冲为一连串正向电压升（凸槽）或负向电压 降（凹槽或键槽）。降（凹槽或键槽）。 键相器的主要作用是测量振动相位角。相位角定义为从键相器脉冲到振动信号的键相器的主要作用是测量振动相位角。相位角定义为从键相器脉冲到振动信号的 下一个正峰值之间

35、转轴转过的角度。为了能测到相位角，振动信号的频率表现和转下一个正峰值之间转轴转过的角度。为了能测到相位角，振动信号的频率表现和转 轴转动的频率相同或为其整数倍。因此要精确地测量相位角，必须对转动信号按转轴转动的频率相同或为其整数倍。因此要精确地测量相位角，必须对转动信号按转 速频率进行滤波。速频率进行滤波。 由于转轴每转一圈就会产生一个键相器脉冲，故键相器亦可用来测量转轴转速（旋由于转轴每转一圈就会产生一个键相器脉冲，故键相器亦可用来测量转轴转速（旋 转频率）或转动周期。相位测量可以鉴别出一些机械故障，某些机械故障与相位有转频率）或转动周期。相位测量可以鉴别出一些机械故障，某些机械故障与相位有

36、 密切的确定关系。例如，运转速度高于一个或多个平衡共振频率的机器，在经过共密切的确定关系。例如，运转速度高于一个或多个平衡共振频率的机器，在经过共 振频率区时，一般都会发生振频率区时，一般都会发生180180的相位变化。因此相位测量可用于证实转轴共振频的相位变化。因此相位测量可用于证实转轴共振频 率或临界转速的存在率或临界转速的存在。 2021-6-25 14 振动分析常用技术振动分析常用技术2 2 l 频域分析频域分析 l 频域分析是在频率坐标轴上表示振动的方法。大多数旋转机械一频域分析是在频率坐标轴上表示振动的方法。大多数旋转机械一 般都产生带有周期的振动信号，即不是都只含有单一频率成分的

37、谐般都产生带有周期的振动信号，即不是都只含有单一频率成分的谐 波运动，而是包含有多种的频率成分。这些频率成分往往直接与机波运动，而是包含有多种的频率成分。这些频率成分往往直接与机 械中各零部件的机械物理特性联系在一起的。频域分析十分清晰、械中各零部件的机械物理特性联系在一起的。频域分析十分清晰、 简洁，将振动波形在频域中分解为不同频率的正弦分量，就更容易简洁，将振动波形在频域中分解为不同频率的正弦分量，就更容易 抓住故障源的本质。抓住故障源的本质。 l 测量振动信号的频率成分，一般可以采用两种方法。第一种是利测量振动信号的频率成分，一般可以采用两种方法。第一种是利 用滤波技术有次序地观察信号中

38、每一频率成分以达到分解信号的目用滤波技术有次序地观察信号中每一频率成分以达到分解信号的目 的，第二种方法是捉住信号的一个数据块，然后用一台信号分析仪的，第二种方法是捉住信号的一个数据块，然后用一台信号分析仪 或计算机借助于快速傅里叶分析技术来处理这些数据。或计算机借助于快速傅里叶分析技术来处理这些数据。 2021-6-25 15 振动数据的特征分析振动数据的特征分析(1 )(1 ) l由于振动是动态参数，为表示振动特性，通常采用各种图形方式来进行描述。振动由于振动是动态参数，为表示振动特性，通常采用各种图形方式来进行描述。振动 特征分析就是将振动信号时域分析和频域分析的结果用一定的图形或曲线表

39、示出来。特征分析就是将振动信号时域分析和频域分析的结果用一定的图形或曲线表示出来。 下面将对分析振动原因极其有用的有关图形作一详述：下面将对分析振动原因极其有用的有关图形作一详述： 1 1、波形图、波形图 l 波形图是转子响应随时间的变化曲线，其横坐标为时间，通常表示为周期数，纵坐波形图是转子响应随时间的变化曲线，其横坐标为时间，通常表示为周期数，纵坐 标为振动实时值，通常它近似为正波，是最原始的信号，所以包含的信息量大，具标为振动实时值，通常它近似为正波，是最原始的信号，所以包含的信息量大，具 有直观、易于理解等特点，但不太容易看出所包含信息与故障的联系。从波形图可有直观、易于理解等特点，但

40、不太容易看出所包含信息与故障的联系。从波形图可 推导出呈现在振动波形中的基本频率，借助于键相相位信号，时基线信号可被用作推导出呈现在振动波形中的基本频率，借助于键相相位信号，时基线信号可被用作 相位角的直接显示。相位角的直接显示。 l 对于某些故障信号，其波形具有明显特征，这时可以利用波形图作出初步判断。比对于某些故障信号，其波形具有明显特征，这时可以利用波形图作出初步判断。比 如，当旋转机械其不平衡故障较严重时，信号中有明显的以旋转频率为特征的周期如，当旋转机械其不平衡故障较严重时，信号中有明显的以旋转频率为特征的周期 成分（即一倍频成分（即一倍频1X1X成分）；而转轴不对中时，信号在一个周

41、期内，比旋转频率大一成分）；而转轴不对中时，信号在一个周期内，比旋转频率大一 倍的频率成分（即二倍频倍的频率成分（即二倍频2X2X成分）明显加大，即一周波动二次；机组失稳时导致轴成分）明显加大，即一周波动二次；机组失稳时导致轴 振信号中出现明显的低频信号振信号中出现明显的低频信号. . 2021-6-25 16 振动数据的特征分析(2) l频谱图频谱图 l 工程上所测得的信号一般为时域信号，然而由于故障的发生、发展往往引起信号频工程上所测得的信号一般为时域信号，然而由于故障的发生、发展往往引起信号频 率结构的变化，为了通过所测信号了解、观测对象的动态行为，往往需要频域信号。率结构的变化，为了通

42、过所测信号了解、观测对象的动态行为，往往需要频域信号。 将时域信号变换至频域加以分析的方法称为频谱分析，如图将时域信号变换至频域加以分析的方法称为频谱分析，如图3.8所示。频谱分析的目所示。频谱分析的目 的是把复杂的时间历程波形，经傅里叶变换分解为若干单一的谐波分量，以获得信的是把复杂的时间历程波形，经傅里叶变换分解为若干单一的谐波分量，以获得信 号的频率结构以及各谐波幅值和相位信息频谱分析是机械故障诊断中用得最广泛的号的频率结构以及各谐波幅值和相位信息频谱分析是机械故障诊断中用得最广泛的 信号处理方法之一。频谱图包括幅值谱和相位谱，若以频率信号处理方法之一。频谱图包括幅值谱和相位谱，若以频率

43、f为横坐标，以幅值为纵为横坐标，以幅值为纵 坐标所得即为幅值谱的频谱图，以相位为纵坐标所得即为相位谱的频谱图（通常按坐标所得即为幅值谱的频谱图，以相位为纵坐标所得即为相位谱的频谱图（通常按 快速傅里叶分析得到的相位谱是没有实际意义的）。频谱图形有离散谱（谱线图）快速傅里叶分析得到的相位谱是没有实际意义的）。频谱图形有离散谱（谱线图） 与连续谱之分，前者与周期性及准周期信号相对应，后者与非周期信号及随机信号与连续谱之分，前者与周期性及准周期信号相对应，后者与非周期信号及随机信号 相对应。相对应。 2021-6-25 17 振动数据的特征分析振动数据的特征分析(3)(3) l波特图波特图(Bode

44、 Plot)(Bode Plot) l波德图定义为与转速同步的振动及其相位和运行转速的关系曲线。波德图定义为与转速同步的振动及其相位和运行转速的关系曲线。 2021-6-25 18 振动标准振动标准 l振动水平是衡量机组安全的重要指标。从机组安全运行的角度讲，振动越振动水平是衡量机组安全的重要指标。从机组安全运行的角度讲，振动越 小越好，但是要考虑降低振动的成本。振动水平只要满足安全运行的需要小越好，但是要考虑降低振动的成本。振动水平只要满足安全运行的需要 即可。即可。 l标准划分：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准。标准划分：国际标准、国家标准、行业标准、企业标准。 l国际标准有：国际标

45、准有：ISOISO标准，由国际标准化组织制定；标准，由国际标准化组织制定；IECIEC标准，由国际电工委标准，由国际电工委 员会制定。员会制定。 l介绍介绍ISO10816-3:1998ISO10816-3:1998标准和标准和GB 11347-1989GB 11347-1989国家标准及大唐标准。国家标准及大唐标准。 2021-6-25 19 振动评判标准振动评判标准(1)(1) l刚性支承上的第一组大型机器，即额定功率大于刚性支承上的第一组大型机器，即额定功率大于300300千瓦，小于千瓦，小于5 5万千瓦，转轴高度万千瓦，转轴高度 H H 315315毫米的电动机，它们的振动评定标准为：

46、毫米的电动机，它们的振动评定标准为： l评定区域评定区域A/BA/B：振动位移有效值：振动位移有效值2929微米；振动速度有效值微米；振动速度有效值2.32.3毫米毫米/ /秒为分界线，即，秒为分界线，即， 轴承座振动小于轴承座振动小于2929微米有效值或小于微米有效值或小于2.32.3毫米毫米/ /秒有效值，机器的振动评定为秒有效值，机器的振动评定为A A区域，区域， 即属于新交付使用的机器的振动通常可落在此区域内。即属于新交付使用的机器的振动通常可落在此区域内。 l评定区域评定区域B/CB/C：振动位移有效值：振动位移有效值5757微米；振动速度有效值微米；振动速度有效值4.54.5毫米毫

47、米/ /秒为分界线，即，秒为分界线，即， 轴承座振动大于轴承座振动大于2929微米有效值或微米有效值或2.32.3毫米毫米/ /秒有效值，小于秒有效值，小于5757微米有效值或微米有效值或4.54.5毫米毫米/ / 秒有效值，机器的振动可评定为秒有效值，机器的振动可评定为B B区域，即该机器的处在此区域时，可以考虑无限长区域，即该机器的处在此区域时，可以考虑无限长 时间运行。时间运行。 l评定区域评定区域C/DC/D：振动位移有效值：振动位移有效值9090微米；振动速度有效值微米；振动速度有效值7.17.1毫米毫米/ /秒为分界线，即轴秒为分界线，即轴 承座振动大于承座振动大于5757微米有效

48、值或微米有效值或4.54.5毫米毫米/ /秒有效值，小于秒有效值，小于9090微米有效值或微米有效值或7.17.1毫米毫米/ /秒秒 有效值，机器振动可评定为有效值，机器振动可评定为C C区域，即机器振动处于此区域时，一般考虑不适宜作长区域，即机器振动处于此区域时，一般考虑不适宜作长 期连续运行。通常该机器只能在此状态下运行有限时间，应当安排在一合适的机会期连续运行。通常该机器只能在此状态下运行有限时间，应当安排在一合适的机会 进行维修。进行维修。 l如果轴承座振动大于如果轴承座振动大于9090微米有效值或微米有效值或7.17.1毫米毫米/ /秒有效值，该机器的振动可评定为秒有效值，该机器的振

49、动可评定为D D区区 域，即机器的振动处在此区域内时，通常应该考虑其振动烈度足以导致机器损坏。域，即机器的振动处在此区域内时，通常应该考虑其振动烈度足以导致机器损坏。 2021-6-25 20 振动评判标准振动评判标准(2)(2) l刚性支承上的第二组大型机器，即额定功率大于刚性支承上的第二组大型机器，即额定功率大于1515千瓦，小于千瓦，小于300300千瓦，转轴高度千瓦，转轴高度 160H160H315315毫米的电动机，它们的振动评定标准为：毫米的电动机，它们的振动评定标准为： l评定区域评定区域A/BA/B：振动位移有效值：振动位移有效值2222微米；振动速度有效值微米；振动速度有效值

50、1.41.4毫米毫米/ /秒为分界线，即，秒为分界线，即， 轴承座振动小于轴承座振动小于2222微米有效值或小于微米有效值或小于1.41.4毫米毫米/ /秒有效值，机器的振动评定为秒有效值，机器的振动评定为A A区域，区域， 即属于新交付使用的机器的振动通常可落在此区域内。即属于新交付使用的机器的振动通常可落在此区域内。 l评定区域评定区域B/CB/C：振动位移有效值：振动位移有效值4545微米；振动速度有效值微米；振动速度有效值2.82.8毫米毫米/ /秒为分界线，即，秒为分界线，即， 轴承座振动大于轴承座振动大于2222微米有效值或微米有效值或2.82.8毫米毫米/ /秒有效值，小于秒有效

51、值，小于4545微米有效值或微米有效值或2.82.8毫米毫米/ / 秒有效值，机器的振动可评定为秒有效值，机器的振动可评定为B B区域，即该机器的处在此区域时，可以考虑无限长区域，即该机器的处在此区域时，可以考虑无限长 时间运行。时间运行。 l评定区域评定区域C/DC/D：振动位移有效值：振动位移有效值7171微米；振动速度有效值微米；振动速度有效值4.54.5毫米毫米/ /秒为分界线，即轴秒为分界线，即轴 承座振动大于承座振动大于4545微米有效值或微米有效值或4.54.5毫米毫米/ /秒有效值，小于秒有效值，小于7171微米有效值或微米有效值或4.54.5毫米毫米/ /秒秒 有效值，机器振

52、动可评定为有效值，机器振动可评定为C C区域，即机器振动处于此区域时，一般考虑不适宜作长区域，即机器振动处于此区域时，一般考虑不适宜作长 期连续运行。通常该机器只能在此状态下运行有限时间，应当安排在一合适的机会期连续运行。通常该机器只能在此状态下运行有限时间，应当安排在一合适的机会 进行维修。进行维修。 l如果轴承座振动大于如果轴承座振动大于7171微米有效值或微米有效值或4.54.5毫米毫米/ /秒有效值，该机器的振动可评定为秒有效值，该机器的振动可评定为D D区区 域，即机器的振动处在此区域内时，通常应该考虑其振动烈度足以导致机器损坏域，即机器的振动处在此区域内时，通常应该考虑其振动烈度足

53、以导致机器损坏 2021-6-25 21 振动故障诊断的基础振动故障诊断的基础 l为了能够掌握机组振动故障诊断技术，胜任现场振动诊断和处理工作，振为了能够掌握机组振动故障诊断技术，胜任现场振动诊断和处理工作，振 动分析人员除应了解一般的振动和转子动力学理论外，还应将以下几条基动分析人员除应了解一般的振动和转子动力学理论外，还应将以下几条基 本原则作为转机振动故障诊断的基础。本原则作为转机振动故障诊断的基础。 l 熟练掌握振动监测仪表熟练掌握振动监测仪表 l了解机器基本机械特性了解机器基本机械特性 l了解使转机情况发生变化的历史事件了解使转机情况发生变化的历史事件 l监测能表示出机器特征改变的关

54、键参数监测能表示出机器特征改变的关键参数 l处理数据使其成为容易理解的格式处理数据使其成为容易理解的格式 2021-6-25 22 旋转机械的故障诊断技术旋转机械的故障诊断技术 l旋转机械的振动问题往往是许多因素综合造成的，但各种类型的振动仍有旋转机械的振动问题往往是许多因素综合造成的，但各种类型的振动仍有 其固有属性。其固有属性。 l除振动发生过程和振动特征上的表现有所不同外除振动发生过程和振动特征上的表现有所不同外, ,通常振动频谱可以较完整通常振动频谱可以较完整 地反映出振动的性质，分析者可根据测量的振动频谱分布来寻找振动的起地反映出振动的性质，分析者可根据测量的振动频谱分布来寻找振动的

55、起 因。因。 l然而，有时仅由频谱分析进行故障诊断仍不能收到很好的效果，因为一些然而，有时仅由频谱分析进行故障诊断仍不能收到很好的效果，因为一些 故障类型产生的振动可能有相同或相似的频谱，这时就需要通过振动的相故障类型产生的振动可能有相同或相似的频谱，这时就需要通过振动的相 位关系和其它一些相关因素来作进一步的分析。因此，振动频谱和相位关位关系和其它一些相关因素来作进一步的分析。因此，振动频谱和相位关 系是振动故障诊断工作中使用的基本工具。系是振动故障诊断工作中使用的基本工具。 l下面将列出一些典型故障的振动频谱特征和相位关系及振动特征。下面将列出一些典型故障的振动频谱特征和相位关系及振动特征

56、。 2021-6-25 23 质量不平衡质量不平衡 l质量不平衡是旋转机械最常发生的故障。质量不平衡是旋转机械最常发生的故障。 l振动特征如下：振动特征如下： 1.1.振动以振动以1X1X为主。为主。 2.2.转速一定时振幅和相位是稳定的；转速一定时振幅和相位是稳定的； 3.3.多次启动振动有再现性；多次启动振动有再现性； 4.4.排除刚度、共振原因。排除刚度、共振原因。 2021-6-25 24 不对中不对中 l 不对中是旋转机械最为常见的故障之一。转子不对中通常指相邻两转子的轴心线与不对中是旋转机械最为常见的故障之一。转子不对中通常指相邻两转子的轴心线与 轴承中心线的倾斜或偏移程度。转子不

57、对中可以分为联轴器不对中和轴承不对中，轴承中心线的倾斜或偏移程度。转子不对中可以分为联轴器不对中和轴承不对中， 其结果是在联轴器处产生附加弯矩。轴系产生不对中的原因通常是加工制造误差和其结果是在联轴器处产生附加弯矩。轴系产生不对中的原因通常是加工制造误差和 安装误差及基础受热不均、基础下沉不均、机组各部件的热膨胀变形和扭曲变形等安装误差及基础受热不均、基础下沉不均、机组各部件的热膨胀变形和扭曲变形等 其它因素。其它因素。 1. 1. 联轴器不对中联轴器不对中 l 联轴器不对中有联轴器偏角不对中联轴器不对中有联轴器偏角不对中( (端面瓢偏端面瓢偏) )、平行不对中、平行不对中( (不同心不同心)

58、 )和平行偏角不和平行偏角不 对中三种情况。联轴器端面瓢偏表现为产生较大的轴向振动，且沿联轴器两端测量对中三种情况。联轴器端面瓢偏表现为产生较大的轴向振动，且沿联轴器两端测量 的振动相位反相，一般情况轴向振动以的振动相位反相，一般情况轴向振动以1X1X和和2X2X分量为主，但有时也会有一些分量为主，但有时也会有一些3X3X振动振动 分量。联轴器不同心产生的振动现象和端面瓢偏时的相类似，但其表现为较大的径分量。联轴器不同心产生的振动现象和端面瓢偏时的相类似，但其表现为较大的径 向振动，且沿联轴器两端测量振动相位反相，此时向振动，且沿联轴器两端测量振动相位反相，此时2X2X振动分量常大于振动分量常

59、大于1X1X分量，其大分量，其大 小决定于联轴器类型和结构。当联轴器端面瓢偏或不同心较严重时，可能产生一些小决定于联轴器类型和结构。当联轴器端面瓢偏或不同心较严重时，可能产生一些 更高的振动谐波分量（更高的振动谐波分量（4X4X8X8X），而且这时联轴器结构会对振动频谱的特征产生重），而且这时联轴器结构会对振动频谱的特征产生重 要影响。要影响。 l 实际旋转机械各转子联轴器处的不对中既有平行不对中又有偏角不对中实际旋转机械各转子联轴器处的不对中既有平行不对中又有偏角不对中, ,因此其引因此其引 发的振动特点和频谱特征是上面两种情况的综合结果。发的振动特点和频谱特征是上面两种情况的综合结果。 2

60、021-6-25 25 轴承不对中轴承不对中 轴承不对中包括偏角不对中和标高变化两种情况。目前多使用的轴承不对中包括偏角不对中和标高变化两种情况。目前多使用的 自位轴承，因此轴承偏角不对中容易消除。但轴承位置标高的变化自位轴承，因此轴承偏角不对中容易消除。但轴承位置标高的变化 使轴承载荷重新分配，从而影响整个轴系的稳定性。使轴承载荷重新分配，从而影响整个轴系的稳定性。 l不对中引起的振动与负荷的关系不对中引起的振动与负荷的关系 l不对中故障振动对负荷变化较为敏感。对于联轴器不对中而言不对中故障振动对负荷变化较为敏感。对于联轴器不对中而言, ,当当 负荷变化时负荷变化时, ,由联轴器传递的扭矩立