第三章 振动分析基础

1、 振动的能量来源：振动的能量来源：强迫振动和自激振动强迫振动和自激振动。 强迫振动的激振力来自转子不平衡的强迫振动的激振力来自转子不平衡的离心力、转子连接的偏心和不对称电磁力离心力、转子连接的偏心和不对称电磁力等。其中转子不平衡所引起的振动约等。其中转子不平衡所引起的振动约90%。 自激振动主要来自轴承中的油膜力或自激振动主要来自轴承中的油膜力或密封中的蒸汽作用力。密封中的蒸汽作用力。 强迫振动的激振力大小与轴的位移无强迫振动的激振力大小与轴的位移无关；自激振动自激力大小与轴的位移有关，关；自激振动自激力大小与轴的位移有关，位移越大，自激力越大。位移越大，自激力越大。 振动振幅方向分为振动振幅

2、方向分为径向振动径向振动（指沿转（指沿转轴某截面直径方向的振动，包括水平振动轴某截面直径方向的振动，包括水平振动和垂直振动）、和垂直振动）、轴向振动轴向振动和和扭转振动扭转振动（指（指沿转轴旋转方向的振动）。沿转轴旋转方向的振动）。一、转子临界转速的物理意义一、转子临界转速的物理意义 汽轮发电机组在升速或降速过程中，汽轮发电机组在升速或降速过程中，当经过某个或某些特定转速时，转子会出当经过某个或某些特定转速时，转子会出现较大的甚至剧烈的振动，当转速离开这现较大的甚至剧烈的振动，当转速离开这些特定转速的一定范围后，运转趋平稳，些特定转速的一定范围后，运转趋平稳，称这个或这些转速为临界转速。称这个

3、或这些转速为临界转速。不同转速下转子挠度及重心的变化不同转速下转子挠度及重心的变化（a）单轮盘立轴示意图；（）单轮盘立轴示意图；（b）不同转速下重心位置的变化）不同转速下重心位置的变化二、转子临界转速的计算二、转子临界转速的计算 d0轴的最大直径，轴的最大直径，mm; l两支承间距，两支承间距，m; m转子重量，转子重量，kg; k系数。系数。 轴的最大直径在转子中部的，轴的最大直径在转子中部的，K取取7.5；轴径变化比较小时，轴径变化比较小时， K取取7.58.1.一、动态参数一、动态参数 1.振幅振幅：表征机组振动严重程度或烈度：表征机组振动严重程度或烈度的一项重要指标。包括的一项重要指标

4、。包括单峰值、双峰值、单峰值、双峰值、平均值和有效值平均值和有效值四种。四种。 双峰值双峰值=2*单峰值单峰值 平均值平均值=0.637*单峰值单峰值 有效值有效值=0.707*单峰值单峰值2.频率频率 振动的频率通常以机械工作转速的倍振动的频率通常以机械工作转速的倍数来表示（数来表示（1x、2x等）。其原因是因为机等）。其原因是因为机械的振动问题一般是在这些频率下发生的。械的振动问题一般是在这些频率下发生的。如：质量不平衡产生的振动频率就是如：质量不平衡产生的振动频率就是1x。 油膜振荡的频率与转子的第一阶临界油膜振荡的频率与转子的第一阶临界转速相符。转速相符。3.相位角相位角 用来描述转子

5、在轴承座内某一特定时用来描述转子在轴承座内某一特定时刻的位置。刻的位置。 转子临界转速前后的相位角理论上要转子临界转速前后的相位角理论上要有有180的变化，实际达不到这么大，但是的变化，实际达不到这么大，但是一般要大于一般要大于70。4.振动波形振动波形 进行振动故障诊断最常用的方法。进行振动故障诊断最常用的方法。二、静态参数二、静态参数1.轴心位置轴心位置轴心径向平均位置轴心径向平均位置 轴心没有径向振动时，轴心相对于轴轴心没有径向振动时，轴心相对于轴承座的位置。承座的位置。2.轴向位置轴向位置 指推力盘和止推轴承之间的相对位置。指推力盘和止推轴承之间的相对位置。通过测量避免转子和定子之间发

6、生严重的通过测量避免转子和定子之间发生严重的轴向摩擦。轴向位移安装涡流传感器。轴向摩擦。轴向位移安装涡流传感器。 3.差胀差胀 转轴与机器缸体之间的相对膨胀。如转轴与机器缸体之间的相对膨胀。如相对膨胀量超过机内允许的间隙，可能发相对膨胀量超过机内允许的间隙，可能发生摩擦使机组损害。在缸体上安装电涡流生摩擦使机组损害。在缸体上安装电涡流传感器，测量轴与缸体之间距离。传感器，测量轴与缸体之间距离。4.缸体的膨胀缸体的膨胀 由安装在机壳外部，以地面为参考基由安装在机壳外部，以地面为参考基准的线性可变差动变压器来完成。准的线性可变差动变压器来完成。 5.偏心度偏心度 指转轴静态时的弯曲量。可以用慢转指

7、转轴静态时的弯曲量。可以用慢转速下由电涡流传感器测量，电涡流传感器速下由电涡流传感器测量，电涡流传感器最好安装在远离轴承处，以便测量最大弯最好安装在远离轴承处，以便测量最大弯曲量。曲量。6.轴承油膜压力轴承油膜压力 压力传感器采用压力传感器采用HBM公司产生的动态公司产生的动态压力传感器。压力传感器。三、相关特征图形三、相关特征图形1.波特图波特图波特图波特图2.极坐标图极坐标图 以各转速下基频幅值以各转速下基频幅值A0为向径的模，为向径的模，以相位为向径的幅角，在极坐标平面上绘以相位为向径的幅角，在极坐标平面上绘制的曲线。制的曲线。3.频谱图频谱图 可得到信号中所含各谐波分量的频率可得到信号

8、中所含各谐波分量的频率和幅值，将分析结果绘制在图上即是频谱和幅值，将分析结果绘制在图上即是频谱图。图。4.三维频谱图三维频谱图 又称联图、瀑布图，是以转速、时间又称联图、瀑布图，是以转速、时间等参量作为第三维绘制的频谱曲线集合，等参量作为第三维绘制的频谱曲线集合，形象地展示了振动信号频谱随上述各种参形象地展示了振动信号频谱随上述各种参量的变化规律。量的变化规律。5.轴心轨迹图轴心轨迹图 在一定转速下，轴心相对于轴承座在在一定转速下，轴心相对于轴承座在其与轴线垂直平面内的运动轨迹，是平面其与轴线垂直平面内的运动轨迹，是平面曲线。曲线。以转速作为第三维的三维频谱图以转速作为第三维的三维频谱图以启动时间作为第三维的三维频谱图以启动时间作为第三维的三维频谱图1.引出三条互成引出三条互成120的线。的线。2.做半径为原始振幅做半径为原始振幅10