机械故障与振动波形特征

1、第第二二章章 振动状态监测基础知识振动状态监测基础知识构成一个确定性振动有3个基本要素，即振幅D，频率f（或）和相位。即使在非确定性振动中，有时也包含有确定性振动。振幅、频率、相位振幅、频率、相位，这是振动诊断中经常用到的三个最基本的概念三个最基本的概念。1 1） 振幅振幅D D: : 简谐振动可以用下面函数式表示：特点：特点：速度比位移的相位超前90，加速度比位移的相位超前180。比速度超前90。2.1 振动信号的描述振动信号的描述中点上限下限 1）振幅）振幅式中A为最大振幅（m或mm），指振动物体（或质点）在振动过程中偏离平衡位置的最大距离）。 峰值（单峰值）：A 峰峰值（双峰值，双幅）：

2、2A必须特别说明一个与振动幅值有关的物理量即速度有效值速度有效值Vrms，亦称速度均速度均方根值方根值。这是一个经常用到的振动测量参数。因为它最能反映振动的烈度，所以又称振动烈度指标振动烈度指标。 振幅反映振动的强度，振幅的平方常与物质振动的能量成正比。因此，振动诊断标准都是用振幅来表示的。 速度有效值Vrms、速度最大值Vp（峰值）、速度平均值Vav之间的关系如下式。速度有效值介于速度最大值和速度平均值之间。ppavrmsVVVV707.022422 2） 频率频率f f频率频率f：振动物体（或质点）每秒钟振动的次数称为频率，用f表示，单位为Hz。 振动频率在数值上等于周期T的倒数，即：f=

3、1/T 式中 T周期，即质点再现相同振动的最小时间间隔(s或ms)。频率还可以用角频率角频率来表示，即：2f 频率是振动诊断中一个最重要的参数，振动频率与诊断方案的确定、状态识外、诊断标准的选用有关。 3） 相位相位相位由转角t与初相角两部分组成: t振动信号的相位，表示振动质点的相对位置。振动信号的相位，表示振动质点的相对位置。不同振动源产生的振动信号都有各自的相位。*相位相同的振动会引起合拍共振，产生严重的后果。*相位相反的振动会产生互相抵消的作用，起到减振的效果。由几个谐波分量叠加而成的复杂波形，即使各谐波分量的振幅不变，仅改变相位角，也会使波形发生很大变化，甚至变得面目全非。相位测量分

4、析在故障诊断中亦有相当重要的地位，一般用于谐波分析，动平衡测量，识别振动类型和共振点等许多方面。n两物体振动相位差为0度n两物体振动相位差为180度t0度2ABt2AB90度t2ABn两物体振动相位差90度转机振动相位的测定转机振动相位的测定在转子上布置键相标记K，在轴承座上布置键相传感器K （光电或涡流式），其输出的参考脉冲为相位的基准。以参考脉冲后到第一个正峰值的转角定义振动相位，即a。振动相位直接和转子的转动角度有关，在平衡和故障诊断中有重要作用。参考脉冲也用于测量转子的转速。2021-9-2072021-9-208旋转机械振动测量中的相位旋转机械振动测量中的相位是指某一制定的谐振信号相

5、对于转轴上某个物理标记产生的每转一次的脉冲信号之间的角度差。测振仪显示的相位是振动传感器逆转向到高点的角度，也就是高点顺转向振动传感器的角度，或波形图上键向标记到高点的角度。2.2振动振动位移、速度、加速度之间的位移、速度、加速度之间的关系关系 振动位移振动位移 (Displacement)速度速度 (Velocity)加速度加速度 (Acceleration) )sin(2 tAxv)sin( tAxa2 tAx sinl 位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。l 三者幅值依次为A、A、A 2。l 相位关系：加速度领先速度90; 速度领先位移90。2021年9月20日11时26分10MMAf

6、fAAV212MMAfAD221AfAAM2221)2)3)系 统 用以完成一定功能的各有关部分的组合用以完成一定功能的各有关部分的组合2.3有关名词解释（GB/T 2298GB/T 22989191）n机械系统 由质量、刚度、和阻尼各元素组成的系统由质量、刚度、和阻尼各元素组成的系统 刚度（K） 作用在弹性元件上的力作用在弹性元件上的力（或力矩或力矩）的增量与相应的增量与相应 的位移的增量之比的位移的增量之比（表征系统支承强弱的物理量表征系统支承强弱的物理量） 阻尼（C） 能量随时间或距离的耗散能量随时间或距离的耗散（消耗能量的物质消耗能量的物质） 阻尼器 用能量耗散的方法减少冲击和振动的装

7、置用能量耗散的方法减少冲击和振动的装置 隔振器 用来在某一频率范围内减弱振动传输的隔振器用来在某一频率范围内减弱振动传输的隔振器n激 励 作用于系统的外力或其它输入作用于系统的外力或其它输入 大多数机械设备的振动是左图所示几种振动中的一种，或是某几种振动的组合。 设备在实际运行中，其表现的周期信号往往淹没在随机振动信号中，而当设备故障程度加剧时，随机振动中的周期成分加强。因此，从某种意义上讲，设备振动诊断过程，是从随机信号中提取周期成分的过程。2.4振动的分类振动的分类2.4.1 按振动的动力学特征按振动的动力学特征分类及其概念分类及其概念1）自由振动与固有频率）自由振动与固有频率 这种振动靠

8、初始激励（通常是一个脉冲力）一次性获得振动能量，历程有限，一般不会对设备造成破坏，不是现场设备诊断所需考虑的目标。描写单自由度线性系统的运动方程式为：式中x-振动位移量 通过对自由振动方程的求解，我们导出了一个很有用的关系式：无阻尼自由振动的振动频率为: 式中：m物体的质量、k物体的刚度 这个振动频率与物体的初始情况无关，完全由物体的力学性质决定是物体自身固有的称为固有频率固有频率，这个结论对复杂振动体系同样成立。它揭示了振动体的一个非常重要的特性。许多设备强振问题，如强迫共振、失稳自激、非线性谐波共振等均与此有关。0)()(22tkxdttxdmmkn 阻尼阻尼 振动体在运动过程中总是会受到

9、某种阻尼作用，如空气阻尼、材料内摩擦损耗等，只有当阻尼小于临界值时才可激发起振动。临界阻尼临界阻尼Ce：振动体的一种固有属性。kmCe2eCC阻尼比阻尼比：实际阻尼系数C与临界阻尼Ce之比。 当阻尼比1时，为一种振幅按指数规律衰减的振动，其振动频率与初始振动无关，振动频率略小于固有频率n； 当1时，物体不会振动，而是作非周期运动。nn,122) 强迫振动和共振强迫振动和共振物体在持续的周期变化的外力作用下产生的振动叫强迫振动，如由不平衡、不对中所引起的振动。图1-4为强迫振动的力学模型。（惯性力）（阻尼力）（弹性力）（激振力）tFkxdtdxcdtxdmosin22图图14强迫振动强迫振动力学

10、模型力学模型图图15 强迫振动响应过程强迫振动响应过程a)强迫振动强迫振动 b)衰减振动衰减振动 c)合成振动合成振动 由图1-5所见，衰减自由振动随时间推移迅速消失，而强迫振动则不受阻尼影响，是一种振动频率和激振力同频的振动。从而可见，强迫振动过程不仅与激振力的性质（激励频率和幅值）有关，而且，与物体自身固有的特性（质量、弹性刚度、阻尼）有关，这就是强迫振动的特点。强迫振动的特点：（1）物体在简谐力作用下产生的强迫振动也是简谐振动，其稳态响应频率与激励频率相等。)sin()1sin()(2tBtAetxntn由强迫振动的运动方程式知，其解由通解和特解组成，即 通解部分为衰减自由振动，特解部分

11、为稳态强迫振动。式中 A-自由振动的振幅， B-强迫振动的振幅。-阻尼比，,-初相角。（2）振幅B的大小除与激励力大小写成正比、与刚度成反比外，还与频率比、阻尼比有关。 （a）当激励力的频率很低时，即/n很小时：强迫振动的振幅接近于静态位移（力的频率低，相当于静力），即振幅B与静力作用下的位移比值=1。 （b）当激励力的频率很高时：0，即物体由于惯性原因跟不上力的变化而几乎停止不动。 （c）当激励力的频率与固有频率相近时：若阻尼很小，则振幅很大，为共振现象。共振频率为nnr21此时共振振幅为：212urB共振区角频率：一般为(0.71.4)n（3） 物体位移达到最大值的时间与激振力达到最大值的

12、时间是不同的，两者之间存在有一个相位差，这个相位差同和频率比与阻尼比有关。当=r时，即共振时，相位差等于90。 当r时，相位差180。3) 自激振动自激振动自激振动是在没有外力作用下，只是由于系统自身的原因所产生的激励而引起的振动，如油膜振荡、喘振等。自激振动是一种比较危险的振动。设备一旦发生自激振动，常常使设备运行失去稳定性。 比较规范的定义定义是：在非线性机械系统内，由非振荡能量转变为振荡激励所产生的振动称为自激振动。自激振动的特点：自激振动的特点：1）随机性随机性。因为能引发自激振动的激励（大于阻尼力的失稳力）一般都是偶然因素引起的，没有一定规律可循。2）振动系统非线性非线性特征较强，即

13、系统存在非线性阻尼存在非线性阻尼、元件（如油膜的粘温特性，材料内摩擦）、非线性刚度元件非线性刚度元件（柔性转子、结构松动等）才足以引发自激振动，使振动系统所具有的非周期能量非周期能量转为系统振动能量。3）自激振动频率频率与转速不成比例，一般低于转子工作频率，与转子第一临界转速相符合。只是需要注意，由于系统的非线性，系统固有频率会有一些变化。4）转轴存在异步涡动异步涡动。5）振动波形在暂态阶段暂态阶段有较大的随机振动成分，而稳态稳态时，波形是规则的周期振动，这是由于共振频率的振值远大于非线性影响因素所致；与一般强迫振动强迫振动近似的正弦波（与强迫振动激励源的频率相同）有区别。自由振动、强迫振动、

14、自激振动自由振动、强迫振动、自激振动这三种振动在设备故障诊断中有各自的主要使用领域。对于结构件，因局部裂纹、紧固松动等原因导致结构件的特性参数发生改变的故障，多利用脉冲力所激励的自由振动自由振动来检测，测定构件的固有频率、阻尼系数等参数的变化。对于减速箱、电动机、低速旋转设备等机械故障，主要以强迫振强迫振动动为特征，通过对强迫振动的频率成分、振幅变化等特征参数分析，来鉴别故障。对于高速旋转设备以及能被工艺流体所激励的设备，除了需要监测强迫振动的特征参数外，还需监测自激振动自激振动的特征参数。2.4.2 按振动频率分类按振动频率分类 在低频范围，主要测量的振幅是位移量位移量。这是因为在低频范围造

15、成破坏的主要因素是应力的强度应力的强度。位移量是与应变、应力直接相关的参数。 在中频范围，主要测量的振幅是速度量速度量。这是因为振动部件的疲劳进程与振动速度成正比，振动能量与振动速度的平方成正比。在这个范围内，零件的疲劳破坏疲劳破坏为主要表现，如点蚀、剥落等。 在高频范围，主要测量的振幅是加速度加速度。它表征振动部件所受冲击力的强度。冲击力的大小与冲击的频率与加速度值正相关。低频振动：f1000Hz机械振动（按频率分类）2.5单自由度系统的强迫振动单自由度系统的强迫振动振动的频率等于激励激励的频率。振幅大小与激励力的大小成正比。激励频率接近固有频率时，振幅增大称为共振共振。共振峰大小决定于阻尼

16、大小。振幅和位相随激励频率而变化，变化规律用系统的幅频特性幅频特性和相频特性相频特性来表示。2021-9-2022幅频特性相频特性2.6系统固有频率和阻尼的确定系统固有频率和阻尼的确定2021-9-2023 21 n1212阻尼系数半功率带宽2mn2nm2-12 21 f固有频率共振频率2.7设备振动设备振动问题简化系统模型问题简化系统模型MF FF F 激励力K KX X-X-XC C机器的力学模型机器的力学模型基础基础 。dkFxKKcd 系统刚度直接影响到轴系的不平衡振动响应，当系统刚度直接影响到轴系的不平衡振动响应，当 支承动刚度或设备的结构刚度较低时，在不大的支承动刚度或设备的结构刚

17、度较低时，在不大的 激振力作用下，也会产生显著的振动。激振力作用下，也会产生显著的振动。 作用在系统上的激振力 系统动刚度，产生单位振幅（位移）所需的交变力 系统静刚度，产生单位位移（变形）所需的静力 系统放大系数 提示提示：在机械设备振动故障维修中，必须特别注在机械设备振动故障维修中，必须特别注 意设备的支承刚度问题意设备的支承刚度问题！如部件连接刚度、轴系如部件连接刚度、轴系 装配间隙等，都会严重影响到设备的运行质量装配间隙等，都会严重影响到设备的运行质量 第第三三章章常用振动测试传感器常用振动测试传感器3 振动传感器的特征与选择振动传感器的特征与选择 3.1振动传感器的分类振动传感器的分

18、类 1） 按所测机械量输出信号分按所测机械量输出信号分 （1）加速度传感器）加速度传感器 （2）速度传感器）速度传感器 （3）位移传感器）位移传感器2）按机械接收原理分）按机械接收原理分 相对式、惯性式；3）按机电变换原理分）按机电变换原理分 电动式、压电式、电涡流式、电感式、电容式、电阻式、光电式；（4）力传感器）力传感器（5）应变传感器）应变传感器（6）扭振传感器）扭振传感器（7）扭矩传感器）扭矩传感器3.2 振动传感器选择时应注意的关键参数振动传感器选择时应注意的关键参数 1）频响范围（）频响范围（线性范围线性范围） 2）使用温度范围）使用温度范围 3）灵敏度（）灵敏度（灵敏度越大越好吗

19、？灵敏度越大越好吗？） 4）量程）量程3.3 振动传感器原理振动传感器原理1）压电加速度传感器特点2021-9-2029接收形式：惯性式变换形式：压电效应典型频率范围：0.2Hz10kHz线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化。测量非转动部件的绝对振动绝对振动的加速度。适应高频振动高频振动和瞬态振动瞬态振动的测量。传感器质量小，可测很高振级高振级。现场测量要注意电磁场、声场和接地回路的干扰干扰。典型的压电加速度传感器及其特性典型的压电加速度传感器及其特性2021-9-2030预紧环底座质量块出线口晶体片2）磁电速度传感器）磁电速度传感器测量非转动部件的绝对振动绝对振动的速度。不适于测

20、量瞬态振动瞬态振动和很快很快的变速过程的变速过程。低，抗干扰力强。抗干扰力强。传感器质量较大质量较大，对小型对象有影响。在传感器输出阻抗固有频率附近有较大的相移较大的相移。2021-9-2031接收形式：惯性式变换形式：磁电效应典型频率范围：10Hz1000Hz典型线性范围：02mm典型灵敏度 ：20mV/mm/s典型的磁电速度传感器及其特性典型的磁电速度传感器及其特性2021-9-20323）涡流位移传感器）涡流位移传感器不接触测量不接触测量，特别适合测量转轴和其他小型对象的相对位移。有零频率响应零频率响应，可测静态位移和轴承油膜厚度。相移相移很小。灵敏度灵敏度与被测对象的电导率和导磁率有关

21、。2021-9-2033接收形式：相对式变换形式：电涡流典型频率范围：020kHz典型线性范围：02mm典型灵敏度 ：8.0V/mm(对象为钢)典型的涡流位移传感器及其特性2021-9-2034第第四四章章 振动标准解析振动标准解析 2021年9月20日11时26分36ISO 10816-1-1995机械振动 在非旋转部件上测量和评定机器振动 第1部分:总则 ISO10816-1ISO 10816-2 Technical Corrigendum 1-2004机械振动.通过在非旋转部件上的测量评价机械振动.第2部分:超过50MW功率的标准操作速度为1500 r/min、1800 r/min、30

22、00 r/min 和 3600 r/min的固定式蒸汽轮机和发电机.技术勘误1 ISO10816-2ISO 10816-2-2001在非旋转部件上的测量和评定机器的机械振动 第2部分：功率超过50MW、额定转速在1500r/min、1800r/min、3000r/min和3600r/min的陆地安装的汽轮机发和发电机 ISO10816-2ISO 10816-3-1998机械振动 在非旋转部件上测量和评定机器振动 第3部分:在额定功率大于15kW、额定转速在120 r/min和15000 r/min之间现场测量的工业机器 ISO10816-3ISO 10816-4-1998机械振动 在非旋转部件

23、上测量和评定机器振动 第4部分:不包括航空器类的燃气轮驱动装置 ISO10816-4ISO 10816-5-2000机械振动 在非旋转部件上测量和评定机器振动 第5部分:水力发电厂和泵站机组 ISO10816-5ISO 10816-6-1995机械振动 在非旋转部件上测量和评定机械振动 第6部分:额定功率在100KW以上的往复式机器 ISO10816-64.1.振动标准的选择与制定2021-9-202021年9月20日11时26分37GB/T 6075.1-1999 idt ISO 10816-1:1995 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第1部分： 总则GB/T 6075.2-200

24、7 idt ISO 10816-2:2001 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第2部分：50MW以上，额定转速1500r/min、1800r/min、3000r/min、3600r/min陆地安装的汽轮机和发电机GB/T 6075.3-2001 idt ISO 10816-3:1998 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第3部分：额定功率大于15kW额定转速在120r/min15000r/min之间的在现场测量的工业机器GB/T 6075.4-2001 idt ISO 10816-4:1998 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第4部分：不包括航空器类的燃气轮机驱动装置GB

25、/T 6075.5-200* idt ISO 10816-5:2000 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第5部分：水力发电厂和泵站机组GB/T 6075.6-200* idt ISO 10816-6:1995 在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动 第6部分：功率大于100kW的往复式机器2021年9月20日11时26分38GB/T 11348.1-1999 idt ISO 7919-1:1996 旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第1部分：总则GB/T 11348.2-2007 idt ISO 7919-2:2001 旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第2部分：50MW以上，额定转速

26、1500r/min、1800r/min、3000r/min、3600r/min陆地安装的汽轮机和发电机GB/T 11348.3-1999 idt ISO 7919-3:1996 旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第3部分：耦合的工业机器 GB/T 11348.4-1999 idt ISO 7919-4:1996旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第4部分：燃气轮机组GB/T 11348.5-200* idt ISO 7919-5:1997 旋转机械转轴径向振动的测量和评定 第5部分：水力发电厂和泵站机组 1.ISO 7919-17非往复式机器的机械振动 在旋转轴上的测量和评价机械振动2.ISO

27、5348:1998 (GB/T 14412-2005)加速度计的机械安装3.ISO 2954:1975 (GB/T13824-1992)对测量振动烈度仪器的要求4.ISO 16063-1:1998 (GB/T20485.1-2008)振动与冲击传感器校准方法 第1部分：基本概念5.ISO 1925:2001 (GB/T6444-2008)机械振动 平衡词汇6.ISO 1940-1:2003 (GB/T9239.1-2006)机械振动 恒态(刚性)转子平衡品质要求 第1部分：规范与平衡允差的检验7.ISO 11342:1998 (GB/T6557-2009)挠性转子机械平衡的方法和准则8.ISO

28、 10817-1:1998旋转轴振动测量系统9.ISO/TC 108/SC 5 WG7 N2 机器状态监测和诊断 专业人员的培训及认证10.ISO 1217:1996 容积式压缩机 验收试验2021年9月20日11时26分3911. ISO 3046-1:2002往复式内燃机 性能 第1部分：标准参考条件，动力说明，燃料和润滑油消耗以及试验方法12. ISO 3046-3:2006 往复式内燃机 性能 第3部分：试验测量13. ISO 2314:2009燃气轮机 验收试验14. ISO 4020:2001ISO 4392-3:1993路面车辆 柴油机的燃料过滤 试验方法15.ISO 5151:

29、2010液压液体动力 发动机特性的确定 第3部分：在恒定和恒扭矩下非导管空气调节器和汽泵性能试验和鉴定16. ISO 5389:2005涡轮压缩机 性能试验规程17. ISO 5801:2007工业风机使用标准化气道的性能试验18. ISO 6954:2000机械振动与冲击 商船振动的整体评定指南19. ISO 8002:1986机械振动 陆地车辆 报告测量数据的方法20. ISO 8528-1:2005往复式内燃机驱动的交流发电机组 第1部分：应用，鉴定和性能2021年9月20日11时26分4021. ISO 8528-6:2005往复式内燃机驱动的交流发电机组 第6部分：试验方法22. I

30、SO 8528-9:199 往复式内燃机驱动的交流发电机组 第9部分：机械振动的测量和评定23. ISO 8579-2:1993齿轮验收规程 第二部分：在验收试验中齿轮装置的机械振动的确定24. ISO 8821:1989 机械振动 轴和配键的平衡(惯例)25. ISO 9905:1994 离心泵的技术规定 I类26. ISO 9906:1999 旋转离心泵 验收的液压性能试验规程 I级和II级27. ISO 9908:1993 离心泵的技术规定 III类28. ISO 13253:1995 导管空气调节器和空对空汽泵 性能试验和鉴定29. ISO 13350:1999 工业风机 喷气风机的性

31、能试验2021年9月20日11时26分4130. ISO 14695:2003 风机振动的测量方法31. IEC 60034 旋转电机 鉴定和性能32. SAE RP1587:1981推荐的宇航实习，美国汽车工程师学会飞机燃气轮机监测系统指南33. ASME Power Test Code PTC10压缩机和抽风机 美国机械工程师学会 动力试验规程34. JB/T 8097-1999泵的振动测量与评价方法35.API670振动、轴向位置和轴承温度监测系统36. API681应用于石油、化工、天然气行业的液环真空泵及压缩机37. GB 2807-81电机振动测定方法2021年9月20日11时26

32、分422021年9月20日11时26分43转速振幅（双振幅）（mm）优等良好合格n10000.050.070.101000n20000.040.060.082000n30000.030.040.05n30000.020.030.041500r/min3000r/min相对位移绝对位移相对位移绝对位移A（良好）10012080100B（合格）200240165200C（停机）3003852603201.1机组机组振动标准振动标准1 1）附属机械轴承振动标准附属机械轴承振动标准附属机械轴承振动标准2 2）机组轴振动标准）机组轴振动标准国产200MW及以下机组，一般以测轴承为准，如测轴振动制造厂家无

33、规定时，可参照下表执行。大型汽轮发电机组轴振参考标准（双振幅um）2021年9月20日11时26分44优良好合格1500r/min 3050703000r/min2025505000r/min1025503 3）轴承振动标准）轴承振动标准轴承振动标准（双振幅，mm）4 4）ISO 3945ISO 3945振动标准振动标准振动烈度Vf（mm/s）与振动位移峰峰值Sp-p（mm）之间的换算关系 Sp-p22 Vf/其中角速度2f，f为频率。当f50Hz时，振动烈度与振动位移对应值见下表：振动烈度与振动位移对应值Vf(mm/s)0.450.711.121.82.84.57.111.218.028.0

34、45.071.0Sp-p(um)46.310162540.6631001622504066302021年9月20日11时26分45振动烈度Vf（mm/s）支撑分类刚性支撑柔性支撑0.45A（好）A（好）0.711.121.8B（满意）B（满意）2.84.57.1C（不满意）C（不满意）11.218D（立即停机）D（立即停机）2845712021年9月20日11时26分46 功率功率标准标准K(1575Kw)G(75Kw)T(弹性支撑弹性支撑)注意值注意值1.82.84.57.1危险值危险值4.57.111.2185）ISO2372国际振动烈度标准国际振动烈度标准转速：转速：60012000r/

35、min;101000Hz的通频带速度有效值的通频带速度有效值Vrms2021年9月20日11时26分476）2021年9月20日11时26分487）电机）电机的振动强度极限（的振动强度极限（ISO2373）质量等级速度r/min轴高在80400mm允许最大Vrms值80 H132 132 H225 225180036000.711.120.0280.0441.121.80.0440.0711.82.80.0710.110S级6001800180036000.450.710.0180.0280.711.120.0280.0441.121.80.0440.0712021年9月20日11时26分49

36、8）部分）部分日本引进设备的日本引进设备的Dp-p (全振幅全振幅)标准标准序序号号设设 备备类类 别别转速转速r/min允许全振幅允许全振幅（mm）标标 准准代代 号号1*单列式往复压缩机单列式往复压缩机0.15JISB341-19762*多列式往复压缩机多列式往复压缩机0.03JISB8341-19763*对称平衡式往复压缩机对称平衡式往复压缩机0.02JISB8341-19764离心泵离心泵150030000.040.03轻柴油裂解年产轻柴油裂解年产30万吨万吨乙烯技术资料第一册乙烯技术资料第一册5离心式压缩机离心式压缩机4000600080001000012000140000.0720

37、.0180.01550.0140.01250.012轻柴油裂解年产轻柴油裂解年产30万吨乙烯技术资料万吨乙烯技术资料第一册第一册2021年9月20日11时26分509）电厂）电厂汽轮机振动标准（汽轮机振动标准（IEC1968） 单位：单位：um转速r/min轴流式汽轮机振动标准(轴承处全振幅)优等良好合格1500305070300020301.5 (判定标准有效。) 危险标准为：危险标准为：x=3*0.211+9*0.056=1.14 1.14/0.211=5.42021年9月20日11时26分 第6161页123456789100.150.190.160.170.250.180.190.15

38、0.180.22111213141516171819200.270.320.190.210.170.230.200.150.350.293.3类比判定标准类比判定标准相同条件下，对数台设 备的同一部位进行测定，并对测定值相互比较进行判定的方法，称为类比判定标准。对于同规格、同型号、同工况的小型机械如水泵,，在缺乏必要的标准时可采用类比标准进行判别。2021年9月20日11时26分 第6262页测部位测部位 泵名泵名速度速度/（cm/s）A0.060.070.060.07B0.060.050.070.06C0.060.070.140.17D0.060.070.050.071.4 诊断标准的使用方

39、法诊断标准的使用方法1）诊断诊断标准的科学性与相对性标准的科学性与相对性不要将绝对标准绝对化适用于所有设备的绝对值判定标准是没有的。2）明确明确标准适用的对象和应用条件标准适用的对象和应用条件3）标准标准的综合应用的综合应用三种标准的采用原则（优先顺序）： 绝对标准相对标准类比标准绝对标准相对标准类比标准从维修的角度：兼用绝对值判定标准和相对值判定标准。注：对具体设备制定切实可行的相对标准，是最合适的。2021年9月20日11时26分 第6363页5.7频谱分析中的几个常用概念频谱分析中的几个常用概念工频工频、基频、转频、基频、转频、1X（1倍频）倍频）谐波、次谐波、倍频谐波、次谐波、倍频 谐

40、波倍频是指某一频率的整倍数频率分量， 如2X，3X，4X，5XnX。 次谐波是指某一频率的分数倍频率分量， 如1/2X，1/3X，1/4X，3/2X 最高分析频率最高分析频率 、采样频率、采样频率 、采样点数、采样点数 N 、频率分辨率、频率分辨率 、 谱线数谱线数M2021年9月20日11时26分6460转速工频hfsffhsff56. 2第六章第六章 旋转机械故障诊断技术旋转机械故障诊断技术6.0基于振动分析的故障诊断的一般方法1）观察时域波形的形状，读取有效值、峰值、平均值、 脉冲指标、峭度指标等参数。 根据时域波形的有量刚参数如有效值等判断设备总体状态。2）观察频谱图中各频率分量的大小

41、和分布。既要关心各 频率分量幅值具体量的大小又要关心各频率分量幅值 的相对大小。 从频率分布及其结构判断故障类型，并结合设备总体 状态判断其严重程度2021年9月20日11时26分666.1 旋转机械振动的动力学特征及信号特点旋转机械振动的动力学特征及信号特点6.1.1 6.1.1 转子特性转子特性转子组件转子组件是旋转机械的核心部分，由转轴及固定装上的各类盘状零件（如：叶轮、齿轮、联轴节、轴承等）所组成。 从动力学角度分析，转子系统分为刚性转子和柔性转子。刚性转子刚性转子：转动频率低于转子一阶横向固有频率的转子为刚性转子，如电动机、中小型离心式风机等。柔性转子柔性转子：转动频率高于转子一阶横

42、向固有频率的转子为柔性转子，如燃气轮机转子。在工程上，我们也把对应于转子一阶横向固有频率的转速称为临临界转速界转速。当代的大型转动机械，为了提高单位体积的做功能力，一般均将转动部件做成高速运转的柔性转子（工作转速高于其固有频率对应的转速），采用滑动轴承支撑。由于滑动轴承滑动轴承具有弹性和阻尼，因此，它的作用远不止是作为转子的承载元件，而且已成为转子动力系统的一部分。在考虑到滑动在考虑到滑动轴承的作用后，转子轴承的作用后，转子轴承系统的固有振动、强迫振动和稳定特轴承系统的固有振动、强迫振动和稳定特性就和单个振动体不同了性就和单个振动体不同了。柔性转子的临界转速柔性转子的临界转速由于柔性转子在高于

43、其固有频率的转速下工作，所以在起、停车过程中，它必定要通过固有频率这个位置。此时机组将因共振而发生强烈的振动，而在低于或高于固有频率转速下运转时，机组的振动是一般的强迫振动，幅值都不会太大，共振点共振点是一个临界点。故此，机组发生共振时的转速也被称之为临界转速临界转速。转子的临界转速往往不止一个，它与系统的自由度数目有关转子的临界转速往往不止一个，它与系统的自由度数目有关。实际情况表明：带有一个转子的轴系，可简化成具有一个自由度的弹性系统，有一个临界转速；转轴上带有二个转子，可简化成二个自由度系统，对应有二个临界转速，依次类推。其中转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速nc1，比之大的依次叫做

44、二阶临界转速nc2、三阶临界转速nc3。工程上有实际意义的主要是前几阶主要是前几阶，过高的临界转速已超出了转子可达的工作转速范围。临界转速的变动临界转速的变动为了保证大机组能够安全平稳的运转，轴系转速应处于该轴系各临界转速的一定范围之外，一般要求：刚性转子 n0.75 nc1柔性转子 1.4 nc1 n 0.7 nc2式中，nc1、nc2分别为轴系的一阶、二阶临界转速。机组的临界转速机组的临界转速可由产品样本查到或在起停车过程中由振动测试获取。需指出的是需指出的是，样本提供的临界转速和机组实际的临界转速可能不同，因为系统的固有频率受到种种因素影响会发生改变。设备故障诊断人员应该了解影响临界转速

45、改变的可能原因。一般地说一般地说，一台给定的设备，除非受到损坏，其结构不会有太大的变化，因而其质量分布、轴系刚度系数都是固定的，其固有频率也应是一定的。但实际上但实际上，现场设备结构变动的情况还是很多的，最常遇到的是换瓦，有时是更换转子，不可避免的是设备维修安装后未能准确复位等等，都会影响到临界转速的改变。多数情况下多数情况下，这种临界转速的改变量不大，处在规定必须避开的转速区域内，因而被忽略。6.1.2 6.1.2 转子转子轴承系统的稳定性轴承系统的稳定性转子系统的稳定与失稳：转子系统的稳定与失稳：转子轴承系统的稳定性稳定性是指转子在受到某种小干扰扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，

46、也就是说扰动响应能否随时间增加而消失。如果响应随时间增加而消失，则转子系统是稳定稳定的。若响应随时间增加，则转子系统就失稳失稳了。油膜涡动与油膜振荡：油膜涡动与油膜振荡：在瓦隙较大的情况下，转子常会因不平衡等原因而偏离其转动中心，致使油膜合力与载荷不能平衡，就会引起油膜涡动油膜涡动。油膜涡动是一种比较典型的失稳。机组的稳定性能在很大程度上取决于滑动轴承的刚度和阻尼刚度和阻尼。当系统具有正阻尼时，系统具有抑制作用，振动逐渐衰减。反之系统具有负阻尼时，油膜涡动就会发展为油膜振荡油膜涡动就会发展为油膜振荡。油膜涡动与油膜振荡都是油膜承载压力波动油膜承载压力波动的反映，表现为轴的振动表现为轴的振动。（

47、1）油膜涡动与油膜振荡的发生条件油膜涡动与油膜振荡的发生条件 只发生在使用压力油润滑的滑动轴承上。在半润滑轴 承上不发生。 油膜振荡只发生在转速高于临界转速高于临界转速的设备上。 （2）油膜涡动与油膜振荡的信号特征油膜涡动与油膜振荡的信号特征 油膜涡动的振动频率随转速变化，与转频保持 f=（0.430.48）fn。 油膜振荡的振动频率在临界转速所对应的固有频率附 近，不随转速变化。 两者的振动随油温变化明显。（3）油膜涡动与油膜振荡的振动特点油膜涡动与油膜振荡的振动特点 油膜涡动的轴心轨迹轴心轨迹是由基频与半速涡动频率叠加成的双椭圆，较稳定双椭圆，较稳定。 油膜振荡是自激振荡自激振荡，维持振动

48、的能量是转轴在旋转中供应的，具有惯性效应。由于有失稳趋势，导致摩擦与碰撞，因此轴心轨迹不规则轴心轨迹不规则，波形幅度不稳定，相位突变波形幅度不稳定，相位突变。 （4 4）消除措施）消除措施 设计时使转子避开油膜共振区； 增大轴承比压，减小承压面； 减小轴承间隙； 控制轴瓦预负荷，降低供油压力； 选用抗振性好的轴承结构； 适当调整润滑油温； 从多方面分析并消除产生的因素。6.1.3 6.1.3 转子的不平衡振动机理转子的不平衡振动机理旋转机械的转子由于受材料的质量分布、加工误差、装配因素以及运行中的冲蚀和沉积等因素的影响，致使其质量中心与旋转中心存存在在一定程度的偏心距偏心距。静不平衡：偏心距较

49、大时静不平衡：偏心距较大时，静态下，所产生的偏心力矩大于摩擦阻力矩，表现为某一点始终恢复到水平放置的转子下部，其偏心力矩小于摩擦阻力矩的区域内，称之为静不平衡静不平衡。动不平衡动不平衡：偏心距较小时偏心距较小时，不能表现出静不平衡的特征，但是在转子旋转时，表现为一个与转动频率同步的离心力矢量离心力矢量，离心力F=Me2，从而激发转子的振动。这种现象称之为动不平衡动不平衡。特点特点：静不平衡的转子，由于偏心距e较大，表现出更为强烈的动不平衡振动。要求：要求：虽然作不到质量中心与旋转中心绝对重合，但为了设备的安全运行，必需将偏心所激发的振动幅度控制在许可范围内。（1）不平衡故障的信号不平衡故障的信

50、号特征特征 时域波形为近似的等幅正弦波。 轴心轨迹为比较稳定的圆或椭圆，这是因为轴承座及 基础的水平刚度与垂直刚度不同所造成。 频谱图上转子转动频率处的振幅。 在三维全息图中，转频的振幅椭圆较大，其他成份较小。 （2）敏感参数特征敏感参数特征 振幅随转速变化明显，这是因为，激振力与角速度是指数关系 当转子上的部件破损时，振幅突然变大。例如某烧结厂抽风机转子焊接的合金耐磨层突然脱落，造成振幅突然增大。实例实例1： 某公司有一台某公司有一台电动机电动机，额定转速额定转速3000r/min，运，运行中发现振动异常，测取轴承部位的振动信号作频谱行中发现振动异常，测取轴承部位的振动信号作频谱分析，其谱图

51、如右下图所示。以电动机转频（分析，其谱图如右下图所示。以电动机转频（50Hz）最为突出，判断电动机转子存在不平衡。在作动平衡最为突出，判断电动机转子存在不平衡。在作动平衡测试时，转子不平衡量达测试时，转子不平衡量达5000g.cm，远远超过标准，远远超过标准允许值允许值。经动平衡处理后，振动状态达到。经动平衡处理后，振动状态达到正常。正常。 这个实例，故障典型，过程完整。它的价值在于印证这个实例，故障典型，过程完整。它的价值在于印证了不平衡故障的一个最重要特征，激振频率等于转频，了不平衡故障的一个最重要特征，激振频率等于转频，又通过动平衡测试处理进一步验证了诊断结论的正确又通过动平衡测试处理进

52、一步验证了诊断结论的正确性。性。转子不平衡转子不平衡不平衡故障的典型频谱特征是工频分量占主导地位实例实例2： 某引风机，型号某引风机，型号Y2805-4型，转速型，转速1480r/min，功率功率75kW，结构简图见图。，结构简图见图。、引风机轴承测点电机测点测点方位H20.0（26Hz）4.62.52.4V5.53.41.04.5A3.72.41.6引风机振动速度有效值（mm/s rms）H H、V V、A A分别代表水平、垂直和轴向分别代表水平、垂直和轴向测点水平方向频谱2021年9月20日11时26分82tmekyycyMtmekxxcxMsinsin22 不平衡故障机理不平衡故障机理转

53、子力学模型转子力学模型2021年9月20日11时26分83iyxz令：Mkn2Mcn 2tineezznz222 )1(ieAzineeAin2222sincosieicos222eAnA)/()/2()/(1/22222nnnnneA令，则其复数形式的运动方程为设其特解为:因 故有 解出和 代入后可得：2/1)/)(/2(tannnnn2021年9月20日11时26分84nnn2222241MmeA212tan再令， 则有 6.1.4 6.1.4 转子与联轴节的不对中振动机理转子与联轴节的不对中振动机理转子不对中包括轴承轴承不对中和轴系轴系不对中两类。轴承不对中轴承不对中本身不引起振动，它影

54、响轴承的载荷分布、油膜形态等运行状况。一般情况下，转子不对中都是指轴系不对中指轴系不对中，故障原因在联轴节处。 引起轴系不对中的原因：引起轴系不对中的原因： 安装施工中对中超差； 冷态对中时没有正确估计各个转子中心线的热态升高量，工作时出现主动转子与从动转子之间产生动态对中不良； 轴承座热膨胀不均匀； 机壳变形或移位； 地基不均匀下沉； 转子弯曲，同时产生不平衡和不对中故障。轴系不对中可分为三种情况轴系不对中可分为三种情况： 轴线平行不对中 轴线交叉不对中 轴线综合不对中在实际情况中，都存在着综合不对中。只是其中平行不对中和交叉不对中所占的比重不同而已。由于两半联轴节存在不对中，因而产生了附加

55、的弯曲力。由于转动，这个附加弯曲力的方向和作用点也被强迫发生改变，从而激发出转频的2倍、4倍等偶数倍频的振动。其主要激振量以主要激振量以2 2倍频为主倍频为主，某些情况下4倍频的激振量也占有较高的份量。更高倍频的成份因所占比重很少，通常显示不出来。轴系不对中故障特征轴系不对中故障特征： 时域波形在基频正弦波上附加了2倍频的谐波。 轴心轨迹图呈香蕉形或香蕉形或8 8字形字形。 频谱特征：主要表现为径向2倍频、4倍频振动成份， 有角度不对中时，还伴随着以回转频率回转频率的轴向振动。 在全息图中2、4倍频椭圆较扁，并且两者的长轴近似 垂直。平行不对中角度不对中实例：实例： 某厂一台离心压缩机，结构如

56、图所示。电动机某厂一台离心压缩机，结构如图所示。电动机转速转速1500r/min1500r/min（转频为（转频为25Hz25Hz）。该机自更换减）。该机自更换减速机后振动增大，速机后振动增大，A A点水平方向振动烈度值为点水平方向振动烈度值为6.36mm/s6.36mm/s，位移，位移D=150mD=150m，超出正常水平。，超出正常水平。 明显的2X特征重新对中后2X基本消失不对中故障甄别不对中故障甄别： 不对中不对中的谱特征和裂纹裂纹的谱特征类似，均以两倍频两倍频为主，二者的区分区分主要是振动幅值的稳定性，不对中振动比较稳定。用全息谱技术用全息谱技术则容易区分，不对中为单向约束力，二倍频

57、椭圆较扁。轴横向裂纹轴横向裂纹则是旋转矢量，二倍频全息谱比较圆。 带滚动轴承和齿轮箱的机组，不对中故障可能引发出通过频率或啮合频率的高频振动，这些高频成分的出现可能掩盖真正的振源。如高频振动在轴向上占优势，而联轴器联轴器相联的部位轴向工频亦相应较大，则齿轮振动可能只是不对中故障所产生的过大的轴向力的响应不对中故障所产生的过大的轴向力的响应。 轴向工频有可能是角度不对中角度不对中，也有可能是轴承不对中轴承不对中。一般情况，角度不对中角度不对中，轴向工频轴向工频振值比径向径向为大；而轴承不对中轴承不对中正好相反，因为后者是由不平衡引起，它只是对不平衡力的一种响应。通频振动：通频振动：表示振动原始波

58、形的振动幅值。选频振动：选频振动：表示所选定的某一频率正弦振动的幅值。 工频振动：工频振动：表示与所测机器转子的旋转频率相同的正弦振动的幅值。基频振动：工频振动基频振动：工频振动又叫基频振动基频振动。例：对于工作转速为6000r/min的机器，工频振动频率是100HZ。6 6.1.1.5 5 转轴弯曲故障的机理转轴弯曲故障的机理设备停用一段较长时间后重新开机时，常常会遇到振动过大甚至无法开机的情况。这多半是设备停用后产生了转子轴弯曲的故障。转子弯曲有永久性弯曲永久性弯曲和临（暂）时性弯曲临（暂）时性弯曲两种情况。永久性弯曲永久性弯曲是指转子轴呈弓形。造成永久弯曲的原因有设计制造缺陷(转轴结构不

59、合理、材质性能不均匀)、长期停放方法不当、热态停机时未及时盘车或遭凉水急冷所致。临时性弯曲临时性弯曲指可恢复的弯曲。造成临时性弯曲原因有预负荷过大、开机运行时暖机不充分、升速过快等致使转子热变形不均匀等。轴弯曲振动的机理机理和转子质量偏心类似，因而都要产生与质量偏心类似质量偏心类似的旋转矢量激振力旋转矢量激振力，与质心偏离不同质心偏离不同点是轴弯曲轴弯曲会使轴两端产生锥形锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动工频振动。转轴弯曲故障的振动信号特征转轴弯曲故障的振动信号特征：（轴弯曲故障的振动信号与不平衡基本相同。） 时域波形为近似的等幅正弦波； 轴心轨迹为一个比较稳定的圆或偏心率较小的椭圆，

60、 由于轴弯曲常陪伴某种程度的轴瓦摩擦，故轴心轨迹有时会有摩擦的特征； 频谱成份以转动频率为主，伴有高次谐波成份。与不平衡故障的区别在于：弯曲在轴向方面产生较大的振动。6 6.1.1.6 6 转轴横向裂纹的故障机理转轴横向裂纹的故障机理转轴横向裂纹的振动响应与所在的位置、裂纹深度及受力的情况等因素有极大的关系，因此所表现出的形式也是多样的。在一般情况下，转轴每转一周，裂纹总会发生张合。转轴的刚度不对称，从而引发非线性振动，能识别的振动主要是1X、2X、3X倍频分量。转轴横向裂纹的振动信号特征转轴横向裂纹的振动信号特征： 振动带有非线性性质，出现旋转频率的l、2、3 等高 倍分量，随裂纹扩展，刚度