优化设备诊断

1、北方工业大学设备状态监测与故障诊断技术与应用试验报告书专业： 机械工程 班级： 机研-16 姓名： 甄洪锋 学号： 2016312070115 指导老师： 徐宏海 实验一、转子临界转速测量一、实验目的1.了解转子临界转速的概念2.学习测量系统硬件操作使用及系统组建3.熟悉INV1612型多功能柔性转子实验模块的使用4.学习转子临界转速的测量原理及方法5.观察转子在临界速度时的振动现象、幅值及相位的变化情况二、实验原理临界转速：转子转动角速度数值上与转轴横向弯曲振动固有频率相等，即：=n时的转速称 为临界转速。转子在临界转速附近转动时，转轴的振动明显变得剧烈，即处于“共振”状态，转速超过临界转速

2、后的一段速度区间内，运转又趋于平稳。所以通过观察转轴振动幅值-转速曲线可以测量临界转 速。轴心轨迹在通过临界转速时，长短轴发生明显变化；所以通过观察轴心X-Y图中振幅-相位变化， 可以判断临界转速。转轴在通过临界转速时，振动瞬时频谱幅值明显增大；所以通过观察X、Y向振动频谱的变化可 以判断临界转速。三、实验步骤1.查看实验注意事项，做好实验的准备工作，准备实验仪器及软件。2.组建测试系统1)抽出配重盘橡胶托件，油壶内加入适量的润滑油。2)按照图1.1和1.7连接,速度传感器可不连接，检测连接是否正常。3)运行INV1612型多功能柔性转子实验系统软件->转子实验模块，如图2.1.1。3.

3、采样参数设置点击图2.1.1所示设置P按钮，参照图2.1.2所示采样和通道参数的设置来分配传感器信号的 通道。采集仪的1通道接转速（键相）信号，2通道接水平位移X向信号，3通道接垂直位移Y向信 号；对于010000r/min的转子实验装置，为兼顾时域和频域精度，一般采样频率应设置在10244096Hz的范围较为合适；程控放大可以将信号放大，但注意不要太大，以免信号过载；X-Y(轴心轨 迹)图设置中选择XY轴对应的测量通道，用于通过轴心轨迹观察临界转速。谱阵和幅值曲线图设中，选择X或Y向位移信号对应的分析通道，本次实验用于测量转速幅值曲线判断临界转速。设置完毕点击确定。 本次实验中，由于转轴较细

4、，为了避免传感器磁头发生磁场交叉耦合引起的误差所以X、Y向传感器不要安装在同一平面内。图2.1.1 转子实验模块测试界面图2.1.2 采样和通道参数设置在图2.1.1 转子实验模块测试界面左侧“数字跟踪滤波F”下拉菜单中选择不滤波或基频1X 带通方式；在虚拟仪器库栏下打开转速表F7和幅值表F8，观察转速和幅值变化；在图形显示区 上方设置P按钮左侧，选择测量信号显示方式：波形、频谱、XY图、幅值等（可按热键K进行显 示方式快速切换）。4.检查连线连接无误后，开启各仪器电源，点击开始按钮并同时启动转子，观察测量信号是否 正常。5.数据采集：1）转速幅值曲线：将显示调到幅值K，逐渐提高转子转速，同时

5、要注意观察转子转速与振幅的变化；接近临界转速时，可以发现振幅迅速增大，转子运行噪声也加大，转子通过临界转速后， 振幅又迅速变小。观察基频振幅-转速曲线，逐渐调整转速，振幅最大时即为系统的一阶临界转速。在临界转速附 近运转时要快速通过，以避免长时间剧烈振动对系统造成破坏。2）X-Y图：在数字跟踪滤波方式F选择0-1X低通或基频1X带通档，图形显示方式选择X-Y图， 逐渐改变转速，注意观察轴心轨迹在临界转速附近幅值、相位的变化趋势。在实验结果和分析中绘 出在临界转速之前和临界转速之后的两个轴心轨迹，比较其幅值、相位的变化特性。3）频谱图：在数字跟踪滤波方式F选择不滤波或基频1X带通档，图形显示方式

6、选择频谱；逐 渐改变转速，注意观察频谱变化趋势。当过临界转速时发生共振，瞬时频谱幅值明显变大，可以判 断临界转速。实验完毕，存盘。四、实验结果和分析调入实验数据，进行实验分析1. 绘出转速-幅值曲线并标出临界转速从实验图中可以看出临界转速大概是4100 r/min左右。2.绘制轴心在临界转速之前的X-Y图如图所示是在转速为3061 r/min时的x-y相位图3绘制轴心在临界转速之后的X-Y图此时转速为4517 r/min是转子刚达到临界转速后要变方向的相位图4. 绘出频谱幅值最大时刻频谱图，并标出转速与幅值由图知当频谱幅值最大时转速为4168（r/min）,幅值为17.5113 um。5实验心

7、得：对于旋转机械，在临界转速以下，振幅随转速增加而增大；当转速在临界转速以上时，转速增加时振幅趋于较小的稳定值；当转速接近于临界转速时，会发生共振，振幅具有最大的峰值，而且振幅对转速的变化很敏感。实验七、转子基频、倍频和半频测试一、实验目的：1、观察转子系统在旋转过程中频谱特性2、了解基频、半频及倍频对转子振动系统的幅值影响二、实验原理：转子故障特征分析中，可以通过基频、半频及倍频等频谱成分来区分转子系统的故障。所以本 实验对分析转子故障特性有很好的指导意义。三、实验步骤：1、硬件连接1)电涡流传感器的安装将电涡流传感器按照INV1612型多功能柔性设置中的常规实验缺省值中传感器安装位置安装传

8、 感器。将传感器1安装在1号位置测量转速，再将2、3传感器分垂直和水平方向安装于转子支架上， 用于测量x、y方向的振幅。2)按照电涡流传感器的安装说明将连接线与电源、前置器等设备连接。3)取下台体上圆盘托件；然后检查油杯中的油、所有固定锁紧装置是否拧紧及硬件之间的线路 连接是否正常。2、INV1612型多功能柔性参数设置1）将采样参数设置为适当数值，通道数为3，选好工程单位，设置标定值。图2.7.1 参数设置2）、将显示类型调到频谱显示，并将频谱分析中的阶次标注等参数设置如图2.7.2所示。图2.7.2 频谱图3、数据采集1）、点开始按钮，并匀速调节电机调速旋钮，观察频谱的变化2）、将转速调到

9、10000转后，将所测数据存盘；3）、将转子转速降到最低，关闭电源；再将圆盘托件加到圆盘下面支撑。四、结果分析：将数据调盘，记录XY向临界前某转速、一临界、半频油膜涡动及涡动后某转速的基频、倍频和 半频的幅值，并填入数据表中。表2.7.1振动幅值数据表：频率幅值临界前一临界半频涡动涡动后1/2X倍频0.022250.1389基频17.511321.08532X倍频3.43521.1245五、实验结论：涡动是转子轴颈在作高速旋转的同时，还环绕轴颈某一平衡中心作公转运动。对于轻载转子，在第一临界转速之前就可能发生不稳定的半速涡动，但不产生大幅度的振动；当转速到达两倍第一临界转速时，转子由于共振而产

10、生较大的振幅；越过第一临界转速后振幅再次减小，当转速达到两倍第一临界转速时，振幅增大并且不随转速的增加而改变，即发生了油膜振荡。对于重载转子，低速时不存在半速涡动，甚至转速到达两倍第一临界转速时也不会发生很大的振动，当转速到达两倍第一临界转速后的某一转速，才会突然出现油膜振荡。对于中载转子，在过了一阶临界转速后会出现半速涡动，在二倍第一临界转速后会出现油膜振荡。实验十一、转子动平衡实验一、实验目的1.理解引发转子不平衡的机理；2.理解转子进行动平衡的原理；3.学习单面、多面转子动平衡的方法；4.认识系统不平衡引起的危害二、影响系数法进行动平衡测量的原理当转子系统的转速低于一临界转速时，可以将转

11、子简化看为刚性转子，即进行刚性转子的动平 衡实验，而当转子系统的转速高于一临界转速时，则可以看作柔性转子。对于INV1612型转子实验台，安装一个圆盘时，其一临界转速大约在30004000r/min的范围 内，若使其稳定于2000r/min 时可视为刚性转子，若使其稳定于5000r/min 时可视为柔性转子。做n 个面的现场动平衡，需要n1 个通道，第1通道为相位基准通道，其余n 个通道用来测量n个平面的振动。共需进行n1次测量，每次测量必须在同一转速下进行，第一次各面都不加配重，测出各个平面的振动矢量为V 、V 、V 、V。第二次，在第1面加试重Q（矢量），测得各个平面的振动矢量为每次所加试

12、重大小参照以下公式确定：m 单位为克，其中：r 为半径，单位为 米,G 为转子系数，风机为6.5，气轮机为1.2，一般取4。n 为转速，单位为转/分M 为转子质量，单位为Kg每个面的修正质量P1、P2、Pn（矢量），V 在进行动平衡试验时，建议传感器信号经过抗混滤波器，以减少混迭的影响，增加不平衡量的 测试精度。三、实验步骤1、硬件连接 检查转子实验台、安装传感器、连接测试实验仪器，做好实验的准备工作。传感器数量根据所要做动平衡的面数来决定。键相信号传感器必须接到INV306U数据采集仪的第一通道；测量振动量的传感器安装在测量转 子需平衡的面的振动方向，如图1.10 所示；检查连线连接无误后，

13、先将转子调速旋钮调至最小，然后开车，逐渐调整转速，让转子低速转动。2、操作概述 首先设置动平衡参数。然后进行测量。先通过对话条设定目前的测量状态，以及试重的大小及相位，不平衡振动量的大小可直接设定，也可通过测量获得。测量可采用在线测试和离线分析两种 方式。在线测试立即得到测试结果。离线分析先采样，再对采样存盘数据进行分析，好处是可得到 原始波形，用于其它原件包的分析。测量完毕，按下对话条的确认键，则完成一种测量状态。当不加配重以及各面加试重的状态都测量完毕时，即可进行动平衡计算。 动平衡进行完毕后，可测量动平衡以后的振动，进行再次平衡。 再次平衡完毕后，仍可进行测量，检查平衡的效果。 单面动平

14、衡，也可采用单面平衡三次测量法,即单面动平衡时,将同一试重分别加在三个不同的相位角,或者在同一相位角加三次不同的试重,只要测量这三次不平衡量的大小,不需要测量相位信 息,即可求出配重的大小和相位。动平衡进行的过程当中，可用配重合成功能，将一个配重分解成两个配重，也可将同一面的两 个配重合成为一个。对于配重只能加在固定位置的情况，可选择固定位置配重合成，孔数可选，输 入配重后，只要输入孔的序号，即可得到每个孔应加的配重。当配重固定时，选择固定配重，输入最小固定配重单位和允许最大配重，即可自动算出应加配重的孔的序号和配重的大小。平衡结果可通过“输出报告”输出。也可将动平衡过程的界面以位图的形式存盘

15、。 如果平衡结果已经存在，通过打开文件命令可调入以前的结果。3、INV1612型软件参数设每次进行动平衡实验都应先设置动平衡参数。然后进行测量。点击程序菜单栏参数设置（P）按钮将弹出设置动平衡参数对话框，如图2.11.1所示，其中各参数设置意义如下：图2.11.1 动平衡参数设置 实验数据，建议每次实验起不同实验名，便于实验存档。数据路径：用来存放采样数据、配重数据、不平衡量及动平衡结果等所有存盘文件的路径。 平衡面数：本程序最大允许做15个面的动平衡。 采样频率：进行不平衡量测量时所用的采样频率。为了提高相位的分析精度，采样频率应为衡转速对应频率的40100倍左右，如在2000r/min 进

16、行平衡，采样频率可1000 或2000Hz。 程控倍数：程控倍数的选择对标定值的设置不产生影响。标定值的设置按程控倍数为1时设置，改变程控倍数，标定值不用改变。 工程单位：除第一通道以外,其它各通道的工程单位要一致。 标定值：只要对测量不平衡量用得上的通道输入标定值即可。如两面平衡，只要设置2、3通道的标定值即可。 自动测量：当选择自动测量，在直接测量时，经过预定转速，程序可从测量状态自动转换到读数状态。预定转速即为要进行动平衡的转速，进行刚性转子动平衡时可以设置2000r/min。 配重不可复原方式：在此方式下，所加试重或配重都不可复原。即配重或试重加上后就不可卸除，加试重时一定要按先后次序

17、，所计算求得的配重结果也是指在已加试重或配重不卸除的情况下。4、在线测量设置好动平衡参数后，点击程序菜单栏 在线测量（M）按钮，将进入动平衡在线测量界面，在 线测量界面进入示波状态，可以观察波形是否正常，如图2.11.3：按测量菜单进行测量，再按任意键停止读数。可根据实时显示的转速，在合适的转速下停止读 数。如果在参数设置中选择了自动测量，当经过预定的转速时，程序会自动从测量状态转到读数状 态。按K键可在时域和频域之间进行切换。拖动鼠标左键可选择图形横向拉开的区间，然后松开鼠 标按钮完成图形拉开。按鼠标右键可还原已经横向拉开的图形。在时域状态按R键，将在列表框和对话条中列出测量结果，如果满意，

18、在对话条中按确认按钮 即可结束本次状态的测量。时域求转速的原理如下：在第一道以最大值和最小值的平均值画一条平直线，根据直线和波形的交点，可以算出平均周期直线。测量状态时显示的转速也是如此求得。如果交点少于三点，需要降低采样频率，可在参数设置中将采样频率降低。在频域状态按R键，将以光标所在位置附近的第一通道主峰(经过校正)为工频，在列表框和对话条中列出测量结果，如果满意，在对话条中按确认按钮即可结束本次状态的测量。在有些情况下 最高的主峰对应的不是工频，这可从测量得的转速来判别，这时可移动光标到其它主峰附近，按R 键重新测量。图2.11.3 动平衡在线测量界面1）、不加配重振动量测量：在右侧测试

19、状态工具条中选择测量状态测试不加试重。 点击工具条中，向右箭头开始进入数据采集状态，调整调速器，使转子升到指定转速。到达转子预平衡转速，转子测试系统会自动进行采样并停止；完成不加配重不平衡量测试。 按快捷键“R”或点击工具条上的按钮，即进行振动量的计算，计算结果将在一个弹出的窗口中显示，同时右部对话条中的相应数据也将随之改变。 若认为当前计算的结果正确，则需要进行认,即点击右部测量状态旁的“确定”按钮来确认测量计算结果。2）、加试重测试：将调速器打到暂停状态，并在转盘任意位置加一配重螺钉，在此位置作好标记。 改变测量状态：测量1面加试重；填入所加试重大小及相位信息,如图所示2.11.3。打开调

20、速器，调节转速并同时点击工具条中的按钮，进入软件测量状态。调节转速到平衡转 速，当达到预定转速，测试系统会自动进行采样并停止。按快捷键“R”或点击工具条上的按钮，即进行振动量的计算，计算结果将在一个弹出的窗口 中显示，同时右部对话条中的相应数据也将随之改变。若认为当前计算的结果正确，则需要进行确认，即点击右部测量状态旁的“确定”按钮来确认 测量计算结果。3）、如果在参数设置中，选择配重不可复原方式，可以直接进入下一步，否则应将试重块取下。如 果是多面平衡，依次在需平衡面上加试重测试，重复2、3步骤。图2.11.3 试重大小及相位5、平衡计算关闭“动平衡直接测量”子窗口，点击菜单栏中的“平衡计算

21、”，软件将自动进行平衡量的计算， 并在DASP动平衡窗口中显示平衡结果，如图2.11.4；图2.11.4 平衡计算指示图得到平衡结果后，还要对配重进行合成计算，通过对配重的合成或分解可以达到使用现有配重 和预留孔来减小振动的效果。点击菜单栏配重合成(W)，可选择合成或分解或固定位置来计算，如图2.11.5 2.11.6和2.11.7所示： 配重的合成或分解用来进行配重矢量合成和分解的辅助计算。 通过单选框可选择合成和分解，中间圆形图形只反映配重矢量的相位，右边图形为矢量合成图。 选择“”号可进行配重合成，选择“”可进行配重分解。四个数字任何一个改变后，结果也立即改变。图2.11.5 配重合成或

22、分解计算框如固定位置配重合成时，转盘上已打好孔，配重只能加在固定的位置，需要通过选择合成孔数 得到需要的配重。如图2.11.6所示，首先选择等份数即孔的数量，所有的孔沿同半径一周均匀分布。 输入需要合成的配重大小和相位。当有动平衡计算结果时，可通过调入直接设置配重的大小和相位。 再输入两个孔的序号，即可算出在两个孔上需加配重的大小。图2.11.6 固定位置配重的合成示意图图2.11.7 固定配重的合成按前面所设，转盘示意图第一个孔的位置为第一次加配重时，配重所在的位置。示意图中孔的 读数方向可以顺时针也可以反时针方向显示，但是必须要和实际的转盘旋转方向相一致。涂黑的孔 表示需要加配重的孔。如果

23、没有天平，现有可选配重的重量固定时，可选择固定配重的方式进行配重的分解。如图2.11.7所示：首先输入最小单位重量和最大重量（也可以是重量比值，取决于前面添加试重时选取的输入方式），所能加的配重只能是最小单位重量的整数倍，所加配重不能超过最大重量。再选择配重的孔数，可得到应加配重的孔的最佳位置和大小，此时的配重和单位配重的误差之和最小。当选 择2孔得不到结果时，可选择3孔。如选择3孔仍得不到结果，可能是最大重量较小，无法得到意结果。配重合成或分解计算后，在转盘的相应位置添加所需配重，6、再次平衡 测量平衡后结果的振动，可得到修正配重。再次平衡可进行多次，直到得到满意的结果为止。平衡后的结果如图

24、2.11.8所示图2.11.8 双面平衡结果示意图四、实验结果和分析(1)实验参数的设置：进行实验前的参数设置如图所示，其中标定值设置为8mv/eu，标定值是传感器的灵敏度和放大倍数的乘机，测试通道可以用2通道或者是3通道，这里测试通道采用3通道，y方向的加速度传感器。转子的预定转速设置为1000r/min。（2）实验结果实验结果表明欲保持转子的平衡，需要在相位角为336.84°位置加上大小为4.43克的配重。（3）实验心得体会：转子不平衡故障的机理是因为转子的质心到两轴承连心线的垂直距离不为零，由于有偏心质量m和偏心距e的存在，当转子转动时将产生离心力、离心力矩或两者兼有，所产生的

25、交变力将会引起振动。因此可以根据产生离心力的大小和方向确定偏心质量和偏心距，并在其反方向放置相同大小的质量或在其同方向去掉相同大小的质量，就可以达到平衡转子，减少振动的目的。实验十二、三点试重法进行单面转子动平衡一、实验目的1、理解单个传感器进行动平衡测试方法2、理解单面三点试重法进行单面转子动平衡原理；二、实验原理单面平衡三次测量法，即单面动平衡时，将同一试重分别加在三个不同的相位角，或者在同一 相位角加三次不同的试重，只要测量这三次不平衡量的大小，不需要测量相位信息，即可求出配重 的大小和相位。将三次试重分别加在0°, 90°和180°的位置,称为直角法。 将

26、三次试重分别加在0°, 120°和240°的位置,称为正三角形法。 将无试重,一倍试重、二倍试重加在0°的位置,称为改变试重法。共需进行3次测量，每次测量必须在同一转速下进行，每次都加同一试重,每次测出不平衡量的大小，分别为Q1、Q2 、Q3，为其对应的的振动矢量V1、V2、V3的摸，假定所求的修正质量为矢量P，不加试重时的振动矢量为V0，三次试重为已知矢量Q1、Q2 、Q3，根据影响系数法的原理，有Vi V0 P QiP Qi =因此Vi= V0P V0(i=1，2，3)可假定方程右边的模为大于0 的常量c，对上式两边求模得到：|P Qi |= cAi

27、(i=1，2，3)由以上三个方程即可求出矢量P。 用直角法和正三角形法，以上方程求出的解相位是唯一的，大小往往有两个解，其对应的不加试重时的振动矢量V0的模不同，可用实测的不加试重时的振动量大小作为校核，从两个解中筛选出一个真正的解。用改变试重法，以上方程求出的解大小是唯一的，但相位有两个解，可能是顺时针方向，也可能 是逆时针方向。为了确定方向，在90°位置再测一次。三、实验步骤1、硬件连接 检查转子实验台、安装传感器、连接测试实验仪器，做好实验的准备工器数量一个就够了。键相信号传感器必须接到INV306U数据采集仪的第一通道；测量振动量的传感器安装在转子需 平衡面附近位置；检查连线

28、连接无误后，先将转子调速旋钮调至最小，然后开车，逐渐调整转速，让转子低速转动。2、INV1612型软件参数设置进入INV1612型多功能柔性转子实验系统软件，点击“动平衡”按钮，进入动平衡测量软件。 然后选择菜单“单面三次测量法”，选择一种测试方法。3、直角法测量过程：图2.12.1直角法1）不加试重测试：点击“不加试重时振动量”右侧的“测量”按钮，进入测试界面；选择传感 器通道号并填入传感器标定值；调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；将调速器调零，将拨 动开关拨到暂停；完成本次测试。2）0°时振动量测试：填入试重大小；在圆盘某一位置装上配重，并在此位置标

29、记定义为相位 零点。点击“0°时振动量”右边的“测量”按钮，在弹出的测试界面中选择传感器所用通道号并填 入标定值；调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；将调速器调零，将拨 动开关拨到暂停；完成本次测试。3）90°时振动量测试：将试重块从0°位置调到90°位置；点击“90°时振动量”右边的“测 量”按钮，在弹出的测试界面中选择传感器所用通道号并填入标定值；调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；将调速器调零，将拨 动开关拨到暂停；完成本次测试。4）180°时振动量测试：将试重块从90&#

30、176;时位置调到180°位置；点击“180°时振动量”右边 的“测量”按钮，在弹出的测试界面中选择传感器所用通道号并填入标定值；调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；将调速器调零，将拨 动开关拨到暂停，关闭电源；卸掉试重块。完成转子不平衡量测试。5）平衡量结果计算：点击平衡结果“计算”按钮，得出应加不平衡量大小及相位。4、正三角形法测量过程1）不加试重测试：点击“不加试重时振动量”右侧的“测量”按钮，进入测试界面；选择传感器通道号并填入传感器标定值； 调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；将调速器调零，将拨动开关拨到暂停

31、；完成本次测试。2）0°时振动量测试： 填入试重大小；在圆盘某一位置装上配重，并在此位置标记定义为相位零点。点击“0°时振动量”右边的“测量”按钮，在弹出的测试界面中选择传感器所用通道号并填入标定值； 调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；将调速器调零，将拨动开关拨到暂停；完成本次测试。3）120°时振动量测试：将试重块从0°时位置调到120°位置；点击“120°时振动量”右边的“测量”按钮，在弹出 的测试界面中选择传感器所用通道号并填入标定值；调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；

32、将调速器调零，将拨 动开关拨到暂停；完成本次测试。4）240°时振动量测试：将试重块从120°时位置调到240°位置；点击“240°时振动量”右边的“测量”按钮，在弹 出的测试界面中选择传感器所用通道号并填入标定值；调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；将调速器调零，将拨 动开关拨到暂停，关闭电源；卸掉试重块。完成转子不平衡量测试。5）平衡量结果计算： 点击平衡结果计算按钮，得出应加不平衡量大小及相位。5、改变试重法测量过程1）不加试重测试： 点击“不加试重时振动量”右侧的“测量”按钮，进入测试界面；选择传感器通道号并填入传感器标定值；调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；将调速器调 零，将拨动开关拨到暂停；完成本次测试。2）0°时振动量测试： 填入试重大小；在圆盘某一位置装上配重，并在此位置标记定义为相位零点。点击“0°时振动量” 右侧的“测量”按钮，在弹出的测试界面中选择传感器所用通道号并填入标定值； 调整调速器，使转子在预平衡转速附近转动，点击测试界面的完成按钮；将调速器调零，将拨动开关拨到暂停；完成本次测试3）90°时振动量测试：将试重块从0°时位置调到90°