旋转机械的振动监测及故障诊断

1、1西安科技大学第第4 4章章 旋转机械的振动监测与故障诊断旋转机械的振动监测与故障诊断西安科技大学目目 录录振动的振动的基础理论基础理论 振动诊断技术振动诊断技术机械振动标准及机械振动标准及应用应用西安科技大学振动的基础理论振动的基础理论第一部分西安科技大学一一 振动的基本理论知识振动的基本理论知识定义：机械振动是指物体围绕其平衡位置作往复交替的运动定义：机械振动是指物体围绕其平衡位置作往复交替的运动。mk 惯性力惯性力 阻尼力阻尼力 弹性力弹性力 干扰力干扰力 西安科技大学振动的三个要素：振动的三个要素：幅值、频率（周期）、相位幅值、频率（周期）、相位 西安科技大学机器零件的制造公差机器零件

2、的制造公差组装时的间隙组装时的间隙零件间的摩擦零件间的摩擦旋转不平衡等旋转不平衡等但有时也利用振动的特性来帮助我们工作但有时也利用振动的特性来帮助我们工作 机械振动的来源西安科技大学 简谐振动 周期振动 （振动波形为单一的正弦波） 周期振动 确定性振动 （振动波形为多条正弦波的叠加） 准周期振动 非周期振动 （信号经过处理后，可以变换成周期振动） 机械振动 过渡振动 （单发的一次性振动） 窄频带随机振动 平稳随机振动 （受频带限制的随机振动） 随机振动 宽频带随机振动 （白噪声） 不平稳的随机振动 （特殊的随机振动）1.1.按振动规律分类按振动规律分类西安科技大学 2 2、按产生振动的原因分类

3、、按产生振动的原因分类 机器产生振动的根本原因，在于存在一个或几个力的激励。不同机器产生振动的根本原因，在于存在一个或几个力的激励。不同性质的力激起不同的振动类型。据此，可将机械振动分为三种类性质的力激起不同的振动类型。据此，可将机械振动分为三种类型：型：自由振动自由振动 给系统一定的能量后，系统所产生的振动。若系统无给系统一定的能量后，系统所产生的振动。若系统无阻尼，则系统维持等幅振动；若系统有阻尼，则系统为衰减振动阻尼，则系统维持等幅振动；若系统有阻尼，则系统为衰减振动。受迫振动受迫振动 原件或系统的振动是由周期变化的外力作用所引起的原件或系统的振动是由周期变化的外力作用所引起的，如不平衡

4、、不对中所引起的振动。，如不平衡、不对中所引起的振动。自激励振动自激励振动 在没有外力作用下，只是由于系统自身原因所产生在没有外力作用下，只是由于系统自身原因所产生的激励引起的振动，如油膜振荡、喘振等。的激励引起的振动，如油膜振荡、喘振等。 因机械故障而产生的振动，多属于受迫振动和自激振动因机械故障而产生的振动，多属于受迫振动和自激振动。西安科技大学3 3、按振动频率分类、按振动频率分类 机械振动频率是设备振动诊断中一个十分重要的概念。在机械振动频率是设备振动诊断中一个十分重要的概念。在各种振动诊断中常常要分析频率与故障的关系，要分析不各种振动诊断中常常要分析频率与故障的关系，要分析不同频段振

5、动的特点，因此了解振动频段划分与振动诊断的同频段振动的特点，因此了解振动频段划分与振动诊断的关系很有实用意义。按着振动频率的高低，通常把振动分关系很有实用意义。按着振动频率的高低，通常把振动分为为3 3种类型：种类型： 低频振动低频振动: : f10Hzf1000Hz: f1000Hz西安科技大学 周期振动与简谐振动周期振动与简谐振动周期振动一般可看作是多个简谐振动的叠加。周期振动一般可看作是多个简谐振动的叠加。 简谐振动是机械振动中最基本、最简单的一种形式，其轨简谐振动是机械振动中最基本、最简单的一种形式，其轨迹可以看作是一个作匀速圆周运动的质点在坐标轴上的投迹可以看作是一个作匀速圆周运动的

6、质点在坐标轴上的投影，可用后面的数学式表示。影，可用后面的数学式表示。西安科技大学 X-X-质点位移质点位移 Xm- Xm-位移最大值，振幅位移最大值，振幅(A)(A) T- T-周期，质点重复同一运行所需最短时间周期，质点重复同一运行所需最短时间 f-f-频率，单位时间同一状态出现次数，频率，单位时间同一状态出现次数，1/T1/T - - 圆频率，圆频率，2 2f f - -初始相位角初始相位角-圆频率（圆频率（rad/s) ,f-rad/s) ,f-频率（频率（Hz) ,T-Hz) ,T-周期（周期（s)s)sin()2sin()/2sin(tXftXTtXXmmm西安科技大学振动振动几个

7、术语几个术语 周期：振动一次所需的时间。 工作频率：单位时间内的振动次数（与周期互为倒数）。 频率（圆频率）：旋转向量的角速度，即体系在2秒内的振动次数。自由振动时的圆频率称为“自振频率”。 自振频率是体系本身的固有属性，与体系的刚度、质量有关，与激发振动的外部因素无关。2T21Tf西安科技大学 系统的固有频率和周期系统的固有频率和周期 系统的固有频率为：系统的固有频率为： （3-1） 系统的频率为：系统的频率为： （3-2） 系统的周期为：系统的周期为： （3-3） mkmfk21221kmfT西安科技大学)2sin(coscostVtVtxdtdxVmmm)sin(sinsin222tat

8、atxdtxddtdvammmmmmmmXVXVa2振动位移、速度、加速度振动位移、速度、加速度西安科技大学振动位移、速度、加速度振动位移、速度、加速度 v = Xmsin(t+ /2) a = 2 Xmsin(t+ ) 振动速度信号比位移超前振动速度信号比位移超前9090，幅值是位移信号，幅值是位移信号倍；振动倍；振动加速度信号比振动速度超前加速度信号比振动速度超前9090，幅值是速度信号，幅值是速度信号倍。倍。西安科技大学测试参数的选择原则测试参数的选择原则 振动测量，要求选用振动测量，要求选用对故障反映最敏感的的诊断参数对故障反映最敏感的的诊断参数来进来进行测量，这种参数被称之为行测量，

9、这种参数被称之为“敏感因子敏感因子”，即当机器状态，即当机器状态发生小量变化时特征参数却发生较大的变化。由于设备结发生小量变化时特征参数却发生较大的变化。由于设备结构千差万别，故障类型多种多样，因此对每一个故障信号构千差万别，故障类型多种多样，因此对每一个故障信号确定一个敏感因子是不可能的。人们在诊断实践中总结出确定一个敏感因子是不可能的。人们在诊断实践中总结出一条普遍性原则，即一条普遍性原则，即根据诊断对象振动信号的频率特征来根据诊断对象振动信号的频率特征来选择诊断参数选择诊断参数。常用的振动测量参数有加速度、速度和位。常用的振动测量参数有加速度、速度和位移，一般按下列原则选用：移，一般按下

10、列原则选用： 低频振动（低频振动（10Hz1000Hz1000Hz）采用加速度。）采用加速度。西安科技大学二二. .状态监测常用分析方法简介状态监测常用分析方法简介幅值分析：（振动总值、烈度）、变化趋势幅值分析：（振动总值、烈度）、变化趋势波形分析：峰值变化、周期性特点波形分析：峰值变化、周期性特点频谱分析：振动能量的频率分布分析频谱分析：振动能量的频率分布分析倒频谱分析倒频谱分析伯德图伯德图三维谱图三维谱图 西安科技大学1.1.幅值分析幅值分析 振动总值、（列度）的分析判断振动总值、（列度）的分析判断 与标准允许值比较与标准允许值比较 与历史统计值比较与历史统计值比较 与同类机组振动值比较与

11、同类机组振动值比较 振动值变化趋势的分析判断振动值变化趋势的分析判断 总量值的趋势总量值的趋势 频段值的趋势频段值的趋势 通常情况振动信号包含很多简谐振动成分，当频率成通常情况振动信号包含很多简谐振动成分，当频率成分较多时，从振动波形中很难直接看出波形中包含的分较多时，从振动波形中很难直接看出波形中包含的频率成分。作傅里叶变换求出频率。频谱图将这些频频率成分。作傅里叶变换求出频率。频谱图将这些频率成分和大小表示出来。率成分和大小表示出来。西安科技大学2.2.频谱分析频谱分析 频谱分析是旋转机械故障诊断中使用得最广泛的信号频谱分析是旋转机械故障诊断中使用得最广泛的信号处理方法之一，处理方法之一，

12、大多数旋转机械一般都产生带有周期的振大多数旋转机械一般都产生带有周期的振动信号动信号，并不是都只含有单一频率成分的简谐运动，而是，并不是都只含有单一频率成分的简谐运动，而是包含有多种的频率成分，这些频率成分往往直接与机器中包含有多种的频率成分，这些频率成分往往直接与机器中各零部件的机械物理特性联系在一起。频域分析的基础是各零部件的机械物理特性联系在一起。频域分析的基础是频率分析方法，利用傅里叶变换，将复杂的信号分解为简频率分析方法，利用傅里叶变换，将复杂的信号分解为简单信号的叠加。单信号的叠加。西安科技大学 0.5x 1x 2x 3x 4x 5x 西安科技大学伯德图 ：转速与振幅、相位之间的关

13、系。 西安科技大学瀑布图瀑布图 将不同时刻的频谱图叠加在一起，以时间作为坐标得到将不同时刻的频谱图叠加在一起，以时间作为坐标得到的三维图形。的三维图形。x x轴振动频率，轴振动频率，y y轴时间，轴时间，z z轴振幅。轴振幅。 根据瀑布图可以直观看到不同时刻的振动频谱，了解根据瀑布图可以直观看到不同时刻的振动频谱，了解异异常振动故障发生时频谱及幅值变化情况常振动故障发生时频谱及幅值变化情况。 可以判断可以判断机器临界转速、振动原因以及系统的阻尼等机器临界转速、振动原因以及系统的阻尼等情情况况 由频谱分析仪或信号处理装置直接显示出来。由频谱分析仪或信号处理装置直接显示出来。西安科技大学趋势图趋势

14、图 将振动幅值和相位随时间变化情况表示出来。可以对一将振动幅值和相位随时间变化情况表示出来。可以对一段时间内的振动变化情况进行分析，判断机组是否稳定、段时间内的振动变化情况进行分析，判断机组是否稳定、有没有周期性等。有没有周期性等。高中压转子碰磨轴振动2y赋值/相位变化情况西安科技大学趋势分析趋势分析 特征数据值和预报值按一定的时间顺序排列起来特征数据值和预报值按一定的时间顺序排列起来 进行分析。可以是通频振动、进行分析。可以是通频振动、1X1X振幅、振幅、2X2X振幅、振幅、0.5X0.5X振幅、轴心位置等，时间顺序可以按前后各振幅、轴心位置等，时间顺序可以按前后各自采样、按小时、按天等。自

15、采样、按小时、按天等。 停机门限值报警门限值振动峰峰值/m日期/d西安科技大学三、三、振动分析的过程振动分析的过程 问诊问诊 监测监测 诊断诊断 措施措施 问诊：问诊：了解设备背景，运行环境、可能引起振动的原因了解设备背景，运行环境、可能引起振动的原因设备结构（传动链参数，如齿轮齿数、轴承型号、皮带轮设备结构（传动链参数，如齿轮齿数、轴承型号、皮带轮直径等）直径等）设备的动态特性等信息设备的动态特性等信息设备运行工况设备运行工况过程参数：温度、压力、转速、负荷过程参数：温度、压力、转速、负荷 设备维修档案设备维修档案西安科技大学监测监测: : 确定振动测试分析方案确定振动测试分析方案 测试（转

16、速、负荷）测试（转速、负荷）测点位置测点位置测试参数（振动位移、速度、加速度）测试参数（振动位移、速度、加速度）绝对振动、相对振动绝对振动、相对振动测试振动的方向（测试振动的方向（H/V/AH/V/A）数据类型（幅值、频谱、波形、相位）数据类型（幅值、频谱、波形、相位）信号检测类型：峰值、峰峰值、有效值信号检测类型：峰值、峰峰值、有效值西安科技大学 诊断：诊断：引起振动的原因和部位引起振动的原因和部位 振动幅值趋势分析振动幅值趋势分析 振动波形识别振动波形识别频谱分析、峰值能量谱分析频谱分析、峰值能量谱分析 频响特性与相干分析频响特性与相干分析瞬时频率变化与相位分析瞬时频率变化与相位分析 措施

17、：措施：给出结论给出结论 继续运行；还能运行多久继续运行；还能运行多久? ? 维修、检查；部位维修、检查；部位? ?西安科技大学振动诊断技术振动诊断技术第二部分西安科技大学 振动监测系统的组成 测振传感器与信号调理器信号记录仪信号分析与处理设备观测对象结果振动测试系统组成西安科技大学 振动加速度传感器振动加速度传感器0 050kHz50kHz 有静电加速度传感器、激光加速度传感器、电磁加速有静电加速度传感器、激光加速度传感器、电磁加速度传感器、压电加速度传感器等到。度传感器、压电加速度传感器等到。 其中压电加速度传感器具有很多优点：体积小、质量其中压电加速度传感器具有很多优点：体积小、质量轻、

18、灵敏度高、测量范围大、频响范围宽、线性度好、轻、灵敏度高、测量范围大、频响范围宽、线性度好、安装简便等。安装简便等。 1.1.测振传感器测振传感器西安科技大学如图是一个纵效应型的一种压电加速度传感器的工作原理压电加速度传感器的工作原理 m kCXrxs= xosint 12341-螺母 2-质量块 3-压电元件 4-底座机构原理图力学模型图西安科技大学 等效电路如图：压电式传感器的等效原理图A 等效静电和发生器B 等效电容器西安科技大学 （1 1）湿度影响）湿度影响 环境的湿度增大，会使传感器的绝缘电阻（泄环境的湿度增大，会使传感器的绝缘电阻（泄漏电阻）减少，从而使传感器的低频响应特性变坏。漏

19、电阻）减少，从而使传感器的低频响应特性变坏。因此传感器的有关部份的绝缘一定要有保证。对长因此传感器的有关部份的绝缘一定要有保证。对长期在潮湿环境或水下工作的传感器，应采取防潮密期在潮湿环境或水下工作的传感器，应采取防潮密封措施，易进水的线接头要加以密封。封措施，易进水的线接头要加以密封。 （2 2）温度影响）温度影响 石英常用于标准传感器是因为石英晶体对温度石英常用于标准传感器是因为石英晶体对温度不敏感，而温度对压电陶瓷的压电系数和介电常数不敏感，而温度对压电陶瓷的压电系数和介电常数的影响则大得多，采用压电陶瓷作为传感器，一般的影响则大得多，采用压电陶瓷作为传感器，一般要进行人工老化处理。要进

20、行人工老化处理。加速度传感器使用注意事项加速度传感器使用注意事项西安科技大学 （3 3）电缆噪声）电缆噪声 电缆受到突然的扰动或振动时，自身会产生电缆受到突然的扰动或振动时，自身会产生噪声由于压电式传感器电电容性的，在低频时其噪声由于压电式传感器电电容性的，在低频时其内阻抗极高，电缆里产生的噪声不会很快消失，内阻抗极高，电缆里产生的噪声不会很快消失，成为一种干扰信号。为减少电缆噪声常采用以下成为一种干扰信号。为减少电缆噪声常采用以下办法：办法：一是选用特制的低噪声电缆，二是在测量一是选用特制的低噪声电缆，二是在测量过程中将电缆固定以避免相对运动。过程中将电缆固定以避免相对运动。 西安科技大学（

21、4 4）接地回路噪声）接地回路噪声不同接地点之间易存在电位差不同接地点之间易存在电位差U U，该电位差，该电位差会在接地回路中形成回路电流，在测量系统中会在接地回路中形成回路电流，在测量系统中就产生了噪声。防止接地回路中产生噪声信号就产生了噪声。防止接地回路中产生噪声信号的办法是整个测量系统在一点接地。的办法是整个测量系统在一点接地。接地点最好选在记录设备的输入端。安装时要接地点最好选在记录设备的输入端。安装时要将传感器和放大器对地隔离。将传感器和放大器对地隔离。 前置放大器记录设备传感器绝缘西安科技大学（5)5)传感器安装方式的影响传感器安装方式的影响序号 安装方式安装示意图特点1钢制双头螺

22、栓安装频响特性最好,基本不降低传感器的频响性能.负荷加速度最大,是最好的安装方法,适合于冲击测量.2绝缘螺栓加云母垫片频响特性近似于没加云母片的双头螺栓安装,负荷加速度大,适合于需要电器绝缘的场合.3用胶黏剂固定用黏胶剂固定,和绝缘法一样,频响特性良好,可达10Hz西安科技大学序号 安装方式安装示意图特点4用钢性高的蜡固定频率特性好,但不耐温5永久磁铁安装只适用于12kHz的测量,负荷加速度中等(200g),使用温度一般150.6手持用手按住,频响特性最差,负荷加速度小,只适用于1kHz的测量,其最大优点是使用方便.西安科技大学1、诊断对象的确定 必须经过充分的调查研究，有重点地选定用作监测对

23、象的设备(1) 一般是连续作业和流程作业中设备。(2) 停机或存在故障会造成很大损失的设备。(3) 故障发生后，会就成环境污染的设备。三、振动诊断技术的实施过程 西安科技大学(4) 维修费用高的设备。 (5) 设有备用机组的关键设备。 (6) 价格昂贵的大型精密和成套设备。(7) 容易造成人身安全事故的设备。(8) 容易发生故障的设备。西安科技大学A、选择测点 u选择最佳的测量点并采用合适的检测方法是获取设备运行状态的重要条件。测量点选择的正确与否，关系到能否对设备故障作出正确的诊断。u确定测量点数量及方向的总原则是：能对设备振动状态作出全面的描述；应是设备振动的敏感点；应是离机械设备核心部位

24、最近的关键点；应是容易产生劣化现象的易损点。2、诊断方案的确定西安科技大学u对于一般的旋转机械，测轴振动和测轴承的振动是两种常见的振动测定方法。一般而言，对于非高速旋转体，以测定轴承的振动为主；对于高速旋转体，则以测定轴的振动位移居多。u在测轴承的振动时，测量点应尽量靠近轴承的承载区；与被监测的转动部件最好只有一个界面，测量点必须要有足够的刚度。西安科技大学u对于低频振动，应在水平和垂直两个方向同时进行测量，必要时，还应在轴向进行测量；而对于高频振动，则只需在一个方向进行测量。因高频信号对方向不敏感，低频信号的方向性强。u尽可能地避免选择高温、高湿、出风口和温度变化剧烈的地方作为测量点，以保证

25、测量结果的有效性。 西安科技大学u 测量点一经选定，就必须进行标记，如打上样冲眼或加工出固定传感器的螺孔，以保证在同一点进行测量。研究表明，在测高频振动时，微小的偏移（几毫米），将会造成测量值相差几倍（高达6倍）。 西安科技大学B、预估频率和振幅 振动测量前，应估计一下所测振动信号的频率范围和幅值的大小，对于选择传感器、测量仪器和测量参数非常必要，同时防止漏检某些可能存在的故障信号。采用以下几种方法。（1）根据积累的现场诊断经验，对设备常见故障的振动 特征频率和振幅作一个基本估计。 西安科技大学（2）根据设备的结构特点、性能参数和工作原理计算出某些可能发生的故障特征频率。（3）广泛搜集诊断知识

26、，掌握一些常用设备的故障特征频率和相应的幅值大小。（4）利用便携式振动测量仪，在正式测量前对设备进行重点分块测试，找到一些振动烈度较大的部位，通过改变测量频段和测量参数进一步测量，也可以大致确定其敏感频段和幅值范围。西安科技大学 在机械设备振动诊断工作中，位移、速度和加速度是三种可测量的幅值参数。选择时应考虑两方面的因素：一是振动频率的构成；二是主要的振动表象。 从频率角度看，高频信号常选加速度作为测量参数，低频信号选位移作为测量参数，居于其间选速度作为参数。 3、测量参数的确定西安科技大学加速度、速度v和位移x三者之间存在如下关系式 =v=2x简谐振动的频率，Hz。按频带选定测量参数：位移0

27、10Hz，速度10HzkHz，加速度1kHz。 西安科技大学 对振动检测最重要的要求之一，就是测量范围应能包含所有主要频率分量的全部信息，包括不平衡、不对中、滚动体损坏、齿轮啮合、叶片共振、轴承元件径向共振、油膜涡动和油膜振荡等有关的频率成分，其频率范围往往超过1kHz。很多典型的测试结果表明，在机器内部损坏还没有影响到机器的实际工作能力之前，高频分量就已包含了缺损的信息。为了预测机器是否损坏，高频信息是非常重要的。因此，测量加速度值的变化及其频率分析常常成为设备故障诊断的重要手段。西安科技大学 D、应根据不同的应用场合选择相应的振动监测参数：测量参数 振动表象 应用场合 位移位移量或活动量异

28、常加工机床的振动、旋转轴的摆动 速度 振动能量异常旋转机械的振动 加速度 冲击力异常轴承和齿轮的缺陷引起的振动西安科技大学 在大多数情况下，评定机械设备的振动量级和诊断机械故障，主要采用速度和加速度的有效值，只有在测量变形破坏时，才采用位移峰值。4. 选择诊断仪器：考虑如下两方面。（1）仪器应有足够宽的频率范围，能覆盖所有重要的振动频率成分，一般范围是10Hz10kHz。（2）仪器要有好的动态范围，在一定的频率内能保证对所有可能出现的振动数值有一定的显示精度。 西安科技大学 5. 传感器的选择与安装 测量位移采用涡流式位移传感器；测量速度采用磁电式速度传感器；测量加速度采用压电式加速度传感器。

29、 6做好其他相关事项的准备 为可靠地进行工作，最好在正式测量前做一次模拟测试，以检验仪器的状态和准备工作的充分程度。西安科技大学 在确定了诊断方案之后，要根据诊断目的对设备进行各项相关参数测量。然后将测量到的振动信号进行校验，把真实数据储存起来。1、振动的测量（1）转轴的振动测量 测量转轴时,一般是测量轴颈的径向振动。通常是在一个平面内正交的两个方向分别安装一个探头,即两个测点相差90度。 四、振动信号的测量西安科技大学轴的径向振动测量轴的径向振动测量西安科技大学 实际应用中，只要安装位置可行，两个探头可安装在轴承圆周的任何位置，只要能够保证其905的间隔，都能够准确测量轴的径向振动。 探头的

30、安装位置应尽量靠近轴承，否则由于轴的挠度，得到的测量值将包含附加的误码差。径向振动探头的安装位置与轴承的距离要在76mm之内。 西安科技大学测量轴承直径 /mm最大距离 d/mm076257650876508152轴的径向振动测量时探头安装轴径向振动探头与轴承的最大距离探头中心线应与轴心线正交，探头监测的轴表面1.5倍探头直径宽度范围内,整个圆周面应无刻痕迹或其他任何不连续的表面(如油孔或者说键槽等),且在这个范围内不能有喷镀金属或电镀,表面粗糙度应在0.40.8m之间注意:西安科技大学（2）机壳（轴承座）的振动测量 一般需要测量三个互相垂直方向的振动，因为不同的故障在不同的测量方向上有不同的

31、确反映。 如不平衡故障在水平方向振动较为明显；而不对中故障常伴有明显的轴向振动。西安科技大学（3）转子绝对振动检测 一般是大型汽轮机组的转子的测量，要对转子的绝对振动进行测量；一般采用非接触式电涡流传感器测量轴的相对振动，用磁电式速度传感器测量轴承座的绝对振动，并将振动速度信号通过积分放大电路转换为振动位移信号，然后在合成线路中按时域代数相加，便得到轴的绝对振动。 西安科技大学积分器积分器前置放大器前置放大器合成器合成器转轴绝对振动转轴绝对振动积分器积分器前置放大器前置放大器合成器合成器转轴绝对振动转轴绝对振动轴的绝对振动测试框图西安科技大学（4）旋转机械轴向位移测量 测量面应该与轴是一个整体

32、，这个测量面以探头中心线为中心，宽度为1.5倍探头头部直径（在停机时，探头只对正了这个圆环的一部分，机器启动后，整个圆环都会成为被测面），整个被测面应该满足前面所述的对被测面的要求。 通常采用两套传感器对推力轴承同时进行监测，两个优点：一是可以实现联锁停机，一旦有一套传感受器失效，不会造成误动作停机；二是即使有一套传感器损坏失效，也可以通过另一套传感器有效地对转子的轴向位移进行监测。 西安科技大学轴的位移测量最大最大305mm最大最大305mm止止推推法法兰兰盘盘测量面宽度测量面宽度1.5D安装间隙安装间隙 D探头探头西安科技大学探头安装位置距离止推盘不应超过305mm,否则测出的结果不仅包括

33、轴向位置的变化,而且也包括了热胀冷缩的变化,不能真实地反映轴向位移量在安装传感器探头时,由于停机状态下止推盘没有紧贴止推轴承工作面,因而探头的安装间隙应该偏大,原则上应保证当机器启动后,转子处于其轴向窜动量的中心位置时,传感器应工作在其线性工作范围的中点西安科技大学2、信号分析 对于初次测量的信号，要进行信号重放和直观分析，检查测得的信号是否真实。有可参考的资料，操作者对所测得的信号比较熟透，那么在现场就可以大致判断所测得信号的幅值及时域波形的真实性。如缺少资料和经验，应进行多次复测和试分析，确认测试无误后再作记录。西安科技大学3、数据记录整理 应详细记录所测得的数据。除了记录仪器显示的参数外

34、，还要记下与测量分析有关的其他内容，如环境温度、电源参数、仪器型号、仪器的通道数，以及测量时设备运行的工况参数（如负荷、转速、进出口压力、轴承温度、声音、润滑等）。 西安科技大学机械振动标准及应用机械振动标准及应用第三部分西安科技大学机械振动标准及应用一、 标准的作用与制定二、 轴承振动和轴振动标准三、 标准的使用和保护值的设定四、 机械振动标准应用三示例西安科技大学一 、标准的作用与制定1、 振动标准的作用： 检查考核机器的设计水平、制造质量、安装质量、检修质量 保障机器安全运行，防止发生振动事故2、制定振动标准的基础： 安全性 经济性 标准制定主要靠经验和统计规律西安科技大学标准不是绝对的

35、：-高于限值，发生问题的可能性比较大-低于限值，基本可以保证安全其他： -新老机器：新机器振动小，运行多年的机器振动略有增加 -间隙大小：大机器轴承间隙大，对轴承的要求可以比小机器宽松些 -转速：转速越高，对其振幅限制越严格西安科技大学振动标准分类 为了便于选择和应用标准，我们把现场诊断中遇到的各类标准做一个简单的分类。1、按诊断对象分类 在诊断领域内通常把运动机械分成旋转机械和往复机械，因此就有旋转机械振动标准和往复机械振动标准。当前，用于旋转机械的振动标准比较完善，除了适用各种旋转机械的通用标准外，还有某些设备单独使用的标准。而用于往复机械的振动标准比较少，而且实际应用经验不多。此外还有齿

36、轮、滚动轴承或其他专业机械的振动标准。在选用标准时，必须根据其类型去选择。 西安科技大学2、按诊断参数分类 诊断标准按参数分类有加速度标准、速度标准和位移标准。 其中以速度标准通用性最大，应用最广泛。在选 用标准时，测量参数必须与标准中使用的参数一致3、按制定标准的方法分类 按制定标准的方法，诊断标准分绝对标准、相对标准和类比标准。 绝对标准是在规定了正确的测定方法后制定的，他是若干组阈值来区分设备所处的状态，例如ISO2372、VDI2056、ISO2373等都是常用的绝对标准。西安科技大学 相对标准是把 在“良好”状态下的振动值作为“初始值”，根据实测值达到初始值的倍数来判断设备状态，一般

37、由用户根据各台设备的具体情况制定。 类比标准是把同类型、同规格的设备在相同的测试条件下所测得的结果进行比较，判断设备的状态。 其中绝对标准通用性大，应用方便，最适合在现场使用。相对标准可靠性大，制定比较复杂；类比标准使用简单，特别适合用没有成熟标准可供选用的设备，如往复式空压机等。一般比较简单的故障用某一个标准判别，对比较复杂的故障用两个或者三个标准同时进行判断。西安科技大学4.按标准的表达形式分类 机械振动标准的基本表达形式有两种：表格数据式和图表坐标式，以表格式多见，而且查找比较方便。5.按颁布标准的机构分类 按制定或颁布标准的机构不同，目前用于现场诊断的标准有国际标准化组织制定的标准（如

38、ISO标准），也有各个国家制定的标准（如国内的GB标准以及美国、英国、德国、日本等国家标准），此外还有行业标准或部门标准（如国内的原HGJ标准），以及企业标准。其中最具权威的自然是ISO标准。国外有些专业设备标准常常是随引进设备而传入国内的。西安科技大学 目前最常采用的是通频振幅来衡量机械运行状态的。 根据所使用传感器的种类分为：轴承振动评定，用接触式传感器(例如磁电式振动速度传感器或压电式振动加速度传感器)放置在轴承座上进行测量2) 轴振动评定，用非接触式传感器(例如电涡流式传感器) 测量轴相对于机壳的振动值或轴的绝对振动值。 评定参数可用振动位移峰峰值和振动烈度(即均方根值，它代表了振动能

39、量的大小)来表示。二、轴承振动和轴振动标准西安科技大学相对轴振动相对轴振动绝对轴承振动绝对轴承振动绝对轴振动绝对轴振动西安科技大学西安科技大学以轴承振动烈度作为评定标准 在制定上述振动标准时，假设：机组振动为单一频率的正弦波振动轴承座在垂直、水平方向上的刚度基本上相等，即认为是各向同性的轴承振动和转子振动基本上有一固定比值，因此可利用轴承振动代表转子振动 实际证明上述假设与事实不尽相符所测得的振动多数是由数种频率的振动合成的；轴承组水平刚度明显低于垂直刚度；转子振动和轴承座振动的比值，可以是250倍，它和轴承型式，间隙、轴承座刚度、油膜特性等有关，且同类机组亦不尽相同。西安科技大学50MW以上

40、，以上，3000RPM汽轮机轴振动标准（汽轮机轴振动标准（P-P）GB/T 11348.2-1997旋转机械转轴径向振动的测量和评定第二部分：陆地安装的大型汽轮发电机组50MW以上，3000r/min的汽轮发电机组转轴振动位移界限值（峰峰值/m）区域上界区域上界界限值界限值相对振动位移相对振动位移绝对振动位移绝对振动位移A A8080100100B B120120165150150200C C180180260250250320区域区域A新投产机组的振动应在此区域内新投产机组的振动应在此区域内区域区域B机组可以长期运行机组可以长期运行区域区域C机组不允许长期运行，利用机会进行处理机组不允许长期

41、运行，利用机会进行处理区域区域D运行有危险，可能引起机组事故运行有危险，可能引起机组事故西安科技大学轴振动标准（轴振动标准（P-P）旋转机械转轴径向振动的测量和评定第3部分：耦合的工业机械Mechanical vibration of non-reciprocating machines-Measurements on rotating shafts and evaluation criteria-Part 3:Coupled industrial machinesGB/T 11348.3-1999 eqv ISO 7919-3:1996 本标准适用于最高连续转速从1000r/min至30,0

42、00r/min具有滑动轴承的耦合的工业机器，包括：汽轮机、透平压缩机、汽轮发电机组、涡轮泵、涡轮风机、电力驱动装置及耦合的齿轮变速装置。机器大小和功率不受限制。 本标准不适用于输出功率大于50MW的陆地安装的大型汽轮发电机组，也不适用于输出功率大于或等于1MW的水轮机组及泵组的转轴振动的测量和评定。西安科技大学轴的转速轴的转速/(1000rmin-1)轴的转速与振动位移峰峰值限值关系图轴的转速与振动位移峰峰值限值关系图转轴相对于轴承座振动位移峰峰值转轴相对于轴承座振动位移峰峰值/m西安科技大学图中的推荐值按下列各式计算：A/B区域边界B/C区域边界 C/D区域边界 式中：S(p-p)转轴振动位

43、移的峰峰值（见GB/T 11348.1）mppsn4800)(mppsn9000)(mppsn13200)(西安科技大学图：图：电站汽轮机组对电站汽轮机组对轴振动轴振动 最大位最大位移的限定值。测移的限定值。测试面位于轴承处试面位于轴承处VDI 2059，表，表 2：汽轮机组的轴振动：汽轮机组的轴振动工作转速工作转速/rpm最最大位移大位移/SmaxA A-新机器连续运行时的新机器连续运行时的限定值限定值B-B-连续运行时允许的连续运行时允许的振动水平振动水平C-C-当达到该限定值时，当达到该限定值时，通常应当停机通常应当停机西安科技大学rpminnminSrpminnminSrpminnmi

44、nSCBA660045002400maxmaxmax图：工业透平机组相对轴振动最大位移的限定值。测试面位于轴承处。该值与最高工作转速有关VDI 2059，表，表 ：工业透平机组的轴振动：工业透平机组的轴振动A-新机器连续运行时的限定值新机器连续运行时的限定值B-连续运行时允许的振动水平连续运行时允许的振动水平C-当达到该限定值时，通常应当停机当达到该限定值时，通常应当停机西安科技大学汽轮机、离心鼓风机和压缩机轴承振动标准（P-P）水电部汽轮机组振动标准（双振峰）（1954,1957,1959,1980）离心鼓风机和压缩机振动标准西安科技大学西安科技大学振动速度均方振动速度均方根值根值mm/s类

45、类类类类类类类0.28AAAA0.450.711.12B1.8B2.8CB4.5CB7.1DC11.2DC18D28D45GB/T 6075.11999 典型区域边界限制西安科技大学 类，发动机和机器的单独部件，他们完整地联接到正常状况的整机上（15kW以下的电机是这一类机器的典型例子）。 类，无专门基础的中型机器（具有1575kW输出功率的电机），在专门基础上刚性安装的发动机或机器（300kW以下）。 类，具有旋转质量安装在刚性的重型基础上的大型原动机和其他大型机器。基础在振动测量方向上相对是刚性的。 类，具有旋转质量安装在柔性基础上的大型原定集合其他大型机器，其基础在振动测量方向上相对是柔

46、性的（例如输出功率大于10MW的汽轮发电机组和燃气轮机）。西安科技大学注：按支撑柔度分类 通常对指定方向上大支撑部件柔度分类，有两种状态： 刚性支撑； 柔性支撑；这些支撑条件取决于机器与基础柔度之间的相互关系，如在测量方向上机器与支撑系统组合的最低自振频率至少大于主激励频率（大多数情况下为旋转频率）25%，则支撑系统在该方向上可看作刚性支撑，所有的其他支撑系统都可看做柔性支撑系统。 西安科技大学 作为典型的例子，大中型电动机在低转速时通常具有刚性支撑，而功率大于10MW的透平发电机或压缩机以及立式机器装置通常具有柔性支撑 在某些情况下，支撑不见可能在某一测量方向上为刚性而在其他方向为柔性。例如

47、在垂直方向自振频率可能大于主激励频率而水平向自振频率明显低于主激励频率，这种系统在垂直面为刚性而在水平面为柔性，在这种情况下振动可以按照对应于测量方向上的支撑种类来评价。 如机器支撑系统分类不能通过图纸及计算很容易的确定，则可以通过试验来确定。西安科技大学支撑类型区域边界位移均方根值/m速度均方根值/(mm/s)刚性A/B292.3B/C574.5C/D907.1柔性A/B453.5B/C907.1C/D14011.0GB/T 6075.32001 idt ISO 108163:1998表A1 振动烈度区域分类 第一组机组：额定功率大于300kW并且小于50MW的大型机组；转轴高度 H315m

48、m的电机西安科技大学表A2 振动烈度区域分类 第二组机组：额定功率大于15kW并且小于等于300kW的大型机组；电机转轴高度 160mmH315mm的电机支撑类型区域边界位移均方根值/m速度均方根值/(mm/s)刚性A/B221.4B/C452.8C/D714.5柔性A/B372.3B/C714.5C/D1137.1西安科技大学表A3 振动烈度区域分类 第三组机组：额定功率大于15kW多叶片叶轮并与原动机分开连接的泵（离心式、混流式或轴流式）支撑类型区域边界位移均方根值/m速度均方根值/(mm/s)刚性A/B182.3B/C364.5C/D567.1柔性A/B283.5B/C567.1C/D9

49、011.0西安科技大学表A4 振动烈度区域分类 第四组机组：额定功率大于15kW多叶片叶轮并与原动机成一体（共轴）的泵（离心式、混流式或轴流式）支撑类型区域边界位移均方根值/m速度均方根值/(mm/s)刚性A/B111.4B/C222.8C/D364.5柔性A/B182.3B/C364.5C/D567.1西安科技大学表 3 往复机械的振动评价标准西安科技大学新使用机器的振动区域新使用机器的振动区域通常可能接受的这期工作的机器振动区域通常可能接受的这期工作的机器振动区域通常不能令人满意的长期工作的机器振动区通常不能令人满意的长期工作的机器振动区域；一般，这种情况可以做有限操作，知道域；一般，这种

50、情况可以做有限操作，知道有满意的补救措施出现有满意的补救措施出现振动值落在这个区域的，其振动足够损坏机振动值落在这个区域的，其振动足够损坏机器器注：在机器使用寿命内，往复机械振动值比旋转注：在机器使用寿命内，往复机械振动值比旋转机械更稳定，因此表中混合的机械更稳定，因此表中混合的A和和B区域，随区域，随着经验的积累，可以提供着经验的积累，可以提供A和和B之间的区分指之间的区分指导值。导值。西安科技大学转速（r/min）n3000n3000振动合格5040优良4030表 4 电动给水泵轴承振动标准（m）表 5 卧式离心泵或风机轴承振动标准（m）转速（r/min）n1001000n20002000

51、n3000振动合格1008050优良706040西安科技大学表 6 大型立式泵轴承振动标准（m）注：对立式泵的振动评价建议测量最顶部轴承作为设备振动评价测点位置。转速（r/min）N250250n375375n600600n2000振动合良100807060西安科技大学三、标准的使用和保护值的设定标准使用中要考虑的要素：轴振初始晃度： 由于机械或电磁因素引起的偏差。如果偏摆超出了25%的许用振动位移值，应分析原因并采取补偿或其他措施。国产大机组原始晃度通常在0.020.03mm或更多与ISO的区别标准的灵活运用： 标准为非强制性，需要灵活掌握，振动值的变化更为重要分频

52、报警： 现有标准为通频振动值分频报警更为重要西安科技大学轴振的报警值：基线值+区域B上限值的25%，或区域B上限值，两者中取小值基线值：机器正常，稳态工况下各测点有代表 性并可重复的振动，它可以是正常运行期间多次测量的统计平均值。对于新机器，最初的报警值可根据其他类型极其的经验或振动评定标准中区域B的振动限制来设定，在运行一段时间、建立稳态基线值后，在对报警值的设定作相应的调整。西安科技大学 A、报警值设定不同机器的报警值可能上下变动很大，通常是相对于基线值来设定，而基线值是由具体机器上测量位置或方向的经验来确定的。建议设定的报警值比基线值高出区域B上限的25%。如基线值较低时，则报警值可能比

53、区域C低。如果没有建立基线值，例如对一台新机器，出事报警值设定应以其他类似及其的经验为基础，或以统一的验收值为基准，经过一段时期，建立稳态基线值后再相应的调整报警值。建议报警值通常不应超过区域B上限的1.25倍。如果稳态基线值变化（例如机器检修后），应相应的修改报警值。西安科技大学B、停机值设定 停机值一般与机器的机械牢固性有关，并且取决于能使及其承受异常动载荷的特定设计性能，因此，对于所有同样设计的机器的停机值一般都相同，并且通常与设定报警值的稳态基线值无关。 但是对于不同设计的机器停机值会有差异，不可能给出绝对的停机值指南。通常，停机值在区域C或区域D内，建议停机值不应超过区域C上限的1.

54、25倍。西安科技大学旋转机械故障诊断旋转机械故障诊断 第四部分旋转机械振动动的检测参数与分析方法西安科技大学1、监测参数 测量参数依其变化快慢可分为动态参数和静态参数两种。 动态参数 振幅 它表示振动的严重程度，可用位移、速度或加速 度表示。 振动烈度 近年来国际上已统一使用振动烈度作为描述机器振动状态的特征量。 相位 它对于确定旋转机械的动态特性、故障特性及转子的动平衡等具有重要意义。西安科技大学 静态参数 轴心位置 在稳定情况下，轴承中心相对于转轴轴颈中心的位置。 在正常工况下，转轴在油压、阻尼作用下在一定的位置上浮动。在异常情况下，由于偏心太大，会发生轴承磨损的故障。 轴向位置 是机器转

55、子上止推环相对于止推轴承的位置。当轴向位置过小时，易造成动静摩擦，产生不良后果。西安科技大学 差胀 指旋转机械中转子与静子之间轴向间隙的变化值。它对机组安全启动具有十分重要的意义。 对中度 指轴系转子之间的连接对中程度，它与各轴承之间的相对位置有关，不对中故障是旋转机械的常见故障之一。 温度 轴瓦温度反映轴承运行情况。 润滑油压 反映滑动轴承油膜的建立情况。西安科技大学旋转机械振动信号常用的分析方法除一般方法外，针对旋转机械的特点，常用图形分析方法有：时域波形图、伯德图、极坐标图、瀑布图、轴心位置图、轴心轨迹图、频谱图、相位分析、趋势分析等。转轴系统（转轴组件包括转子、轴承、支座及相关密封装置

56、等或转子系统）是旋转式机械的主要组成部分，旋转式机械的故障绝大多数是由于转子系统的故障引起的，而转子系统的故障又主要是由振动引起的。西安科技大学 不平衡是旋转机械最常见的故障（约占故障的20%）。 引起转子不平衡的原因有： 结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀，受热不均匀，运行中转子的腐蚀、磨损、结垢、零部件的松动和脱落等。一、转子不平衡西安科技大学1、不平衡振动的特征转子的质量不平衡所产生的离心力始终作用在转子上，其特征有： 对于刚性转子，不平衡产生的离心力与转速的平方成正比，而在轴承座测得的振动随转速增加而加大，但不一定与转速的平方成正比，这是由于轴承与转子之间的非线性所致。 对于柔

57、性转子，在临界转速附近，振幅会出现一个峰值，且相位在临界转速前后相差近180。 振动频率和转速频率一致，转速频率的高次谐波幅值很低，在时域上波形接近于一个正弦波。西安科技大学刚性转子与柔性转子的时域动态特征主要特征西安科技大学 不平衡故障的时域波形与频谱结构转子不平衡时的时域波形转子不平衡谱图西安科技大学2、转子不平衡故障按故障机理包括：转子质量不平衡转子初始弯曲转子热态不平衡转子部件脱落、断裂转子部件结垢联轴器不平衡等。A. 不同原因引起的转子不平衡故障规律相近，但又各有特点。西安科技大学A、 转子质量不平衡（固有不平衡） 所有不平衡都可归结为，为此，首先分析带有偏心质量的多圆盘转子的振动情

58、况，如图所示。西安科技大学 根据分析可知，转子不平衡的振动特征是：各圆盘的中心轨迹是圆或椭圆；各圆盘的稳态振动是一个与转速同频的强迫振动，振动幅值随转速按振动理论中的共振曲线规律变化，在临界转速处达到最大值。因此转子不平衡故障的突出表现为一倍频振动幅值大表示各圆盘中心位移的复数向量相角是不同的，因此轴线弯曲成空间曲线，并以转子转速绕oz轴转动，如下图所示。西安科技大学B、 转子初始弯曲人们习惯上将转子的初始弯曲与质量初始不平衡同等看待，实际上是有区别的。所谓是指各横截面的与其存在偏差，而是指各横哉面的与不重合，二者都会使转于产生偏心质量，从而使转子产生不平衡振动。初弯转子具有与质量不平衡转子相

59、似的振动特征，所不同的。在汽轮发电机组中，通常是在盘车时和盘车后测量晃动度的大小来判断转子是否存在初始弯曲。弯曲严重时，必须进行校正；当转子弯曲不严重时可以用平衡方法加以校正。西安科技大学C、 转子热弯曲在机组的启动和停机过程中，由于热交换速度的差异，使转子横截面产生不均匀的温度分布，使转子发生瞬时热弯曲，产生较大的弯曲。热弯曲引起的振动一般与负荷有关，改变负荷，振动相应地发生变化，但在时间上较负荷的变化滞后。随着盘车或机组的稳态运行，整机温度趋于均匀，振动会逐渐减小。产生原因： 由于转子与静子(如密封处)发生间歇性局部接触，产生摩擦热引起的转子临时性弯曲； 转子不均匀受热或冷却引起转子的临时

60、性弯曲。其特点是转子的振动随时间、负荷的变化而在大小和相位上均有改变。 西安科技大学 因此，可通过变负荷或一段时间的振动监测判断转子热弯曲故障。 防止热弯曲一方面要减小使转子不均匀受热的影响因素，如启停机时充分暖机，保证机组均匀膨胀；另一方面应注意装配间隙，各部件要有相近的线膨胀系数。D、 转子部件结垢 如果工作介质的质量不合格，随着时间的推移，将在转子的动叶和静叶表面产生尘垢，使转子原有的平衡遭到破坏，振动增大。由于结垢需要相当长的时间，所以振动是随着年月逐渐增大的并且由于通流条件变差，轴向推力增加，轴向位移增大，机组级间压力逐渐增大，效率逐渐下降。西安科技大学E、联轴节不平衡 由于制造、安