故障烈度确定

1、第十二章故障烈度确定12.1基本概念12.1.1振幅：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。图12-2简谐振动速度有效值振幅有位移振幅、速度振幅和加速度振幅之分。表示方法有单振幅、双振幅 两种。也有以最大值、平均值、有效值三种来表示振幅的。图1表示了它们之间 的相互关系。振值反映振动的强度，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。Vrms、峰值Vp、平均值Vav之间 图 12-1振动位移、速度和加速度三者之间有着微分、积分关系。只要获得其中之 一，便可换算求得另外两个参数。在选择测量参数时，通常应选择能得到最平坦 的频率参数，这样可以使测量

2、仪器的可用动态范围最宽。在低频域（10Hz以下），以位移作为振动标准，中领域（10Hz1KHz）， 以一定速度级作为诊断的判据而在高频域（1KHz以上），则以加速度作为判定 标准。12.1.2.振动烈度：诸如极大值、平均值、均方根值或其他描述振动的参数中的一 个或一组指定值。它可适用于瞬时数据或平均后的特定方向的振动速度的最大均 方根值。12.1.3.均方根值（有效值）Vrms:均方根值也称作为振动速度有效值，它的计算 方法是先平方、再平均、然后开方。振动速度有效值是介于幅值和平均值之间的 一个参数值。对于简谐振动来说，速度的最大幅值Vp（峰值）与速度有效值Vrms、 速度平均值Vav三者之间

3、的关系如图122所示。用代数式表示为：七广告匕=号V - 0.707匕有效值V描述振动信号的能量，稳定性、重复性好，因而当这项指标超出正 常值（故障判定限）较多时，可以肯定机械存在故障隐患或故障。12.2振动烈度标准各种旋转机械的振源主要来自于结构设计、制造、安装、调试和环境本身。 振动的存在必然引起结构疲劳和损伤。振动疲劳损伤能在相当短的时间内发生。因此旋转机械的转子系统和轴承等部件经受疲劳损伤的程度在振动设计中是十 分重要的。振动部件的疲劳与振动速度成正比，振动所产生的能量与振动速度的平方成 正比，能量传递的结果造成磨损和其它缺陷。因此，在旋转机械振动判定标准中， 无论从疲劳损伤还是磨损等

4、缺陷来说，许多振动标准都是采用Vrms作为判别参 数，因为它最能反映振动的烈度，所以又称振动烈度指标。.1大多数旋转机械目前推荐使用的振动烈度标准(GB6075-85)表12.1振动烈度的范围(101000Hz)分级范围 mm/s振动烈度范围 mm/s0.110.071-0.1120.180.112-0.180.280.18-0.280.450.28-0.450.710.45-0.711.120.71-1.121.81.12-1.82.81.8-2.84.52.8-4.57.14.5-7.111.27.1-11.21811.2-182818-284528-457145-71振动烈度每之间相差4

5、dB即1.6倍。表 12.2振动烈度的范围判定每种机器质量的实例分级范围 mm/s在该范围极限上的速度均方根值 mm/s第一类第二类第三类第四类0.280.280.450.710.45AA0.71A1.121.12BA1.81.121.82.84.5B2.8C4.5CBB7.111.27.111.2182845DDDC18284571将机器分成六类第一类:小型机器。在正常工作条件下与整机连成一体的发动机和机器零件（15KW 以下的生产用电机是这类机器典型的例子。第二类：中型机器。没有专用基础的中等尺寸的机器（输出功率为15-75HW 的电机是典型的实例），刚性地固定在专用基础上的发动机和机器（

6、300KW以下）。第三类：大型机器。安装在刚性非常大的（在测振方向上）重的基础上的 带有旋转质量的大型原动机和其他大型机器。第四类：透平机器。安装在刚性非常小的（在测振方向上）基础上带有旋 转质量的大型原动机和其他大型机器（例如透平发动机组，特别是结构轻的透平 发动机组）。第五类：安装在刚性非常大的（在测振方向上）基础上带有不平衡惯性力 的机器和机械驱动系统（不平衡惯性力是由机器往复运动零件造成的）。第六类：安装在刚性非常小的（在测振方向上）基础上带有不平衡惯性力 （由机器的往复运动零件造成的）的机器和机械驱动系统。只有松动耦合旋转质 量的机器，如研磨机中大的回转轴。具有可变的不平衡力矩能自成

7、系统地进行工 作而不用连接件的机器，如离心机、加工厂中用的振动筛、动态疲劳试验机和振 动台。以前四种作为实例进行了大量的试验，由此得到了对它们的评价，如上表 所示。振动烈度每增加2级算一档，推荐分为A、B、C、D四级评价质量的标准。 当在重要的测点上（特别是轴承处）测得的最大值在下表中相应的范围内时就可 以按下表中的值对电机或机器进行质量评定。在多数情况下水平振动的允差是垂直振动的允差两倍。第五类、第六类机器，特别是往复运动发动机。其结构和惯性力的相对影 响的变化是相当大，所以振动特性变化也大。因此按前四类机器那样将它们进行 分类是很困难的。在第五类机器中很容易由机器所产生的多个频率分量激起与

8、其 刚性安装系统相应的相当高的固有频率。对于这类机器来说，可能会出现20-30mm/s或更高的振动速度均方根值，而不会造成什么事故。另外如果耦合 是有效的，则在距离重心相同的点上可能会出现大的位移。在第六类机器中，弹性安装的机器允许有较大的允差。这种机器具有隔振 作用，由安装点传到周围的作用力是很小的。在这种情况下，在安装系统上机器 旁边所测得的振动级大于把机器固定在刚性相当大的支撑物上所测得的振动级 在高转速的电机上可测得50mm/s或更高速度的均方根值。附加部分可能会有更 大的振动速度，因为它们常常受到共振的影响。在通过共振区时，可能会在短时 间内出现具有5mm/s数量级的速度均方根值。.

9、2大型旋转机械现场测定振动烈度评定等级(GB11347-89)表 12.3振动烈度支承类别Vrms(mm/s)刚性支承柔性支承0.46AA0.711.121.82.8B4.6B7.1C11.2C18.0D28.0D46.071.0此表适用于转速为10200r/s(600012000rpm)的大型旋转机械振动烈度等级12.2.3中心高55mm以上电机振动烈度限值(GB-10068-2000)表12.4不同轴中心高H(mm)的振动烈度限值,mm/s(有效值)振动等级额定转速 r/mm电机在自由悬置状态下测量刚性安装56H W132132HW225225400H400N600-36001.82.83

10、.53.52.8R600-18000.711.121.81.81.81800-36001.121.82.82.81.8s600-18000.450.711.121800-36000.711.121.8注1、如未规定级别，电机应符合N级要求2、R级电机多用于机床驱动中，S级电机用于对于振动要求严格的特殊机械运动，S级适 用于轴中心高HW400mm的电机。3、对要求比表1中数值更小的电机，推荐从数系0.45、0.71、1.12、1.8和2.8mm/s等 中选取限值。4、对于轴中心高大于400mm的电机，两种安装方法均适用，除非另有协议，可由制造厂 选择安装方式。5、制造厂和用户应考虑到检测仪器可能

11、有土 10%的测试允差。6、一台电机，自身的平衡较好，符合表中的级别，但当安装在现场中受各种因素，如地 基不平、被驱动机械的反作用等的影响，也会显示很大的振动。另外，由于所驱动的 诸单元的固有频率与电机旋转体少量残余不平衡激励频率极为接近也会引起振动，在 这种情形下，不仅只是对电机，而且对数置里的每一单元都要检验。7、以相同机座带底脚卧式电机的轴中心高作为无底脚电机、上脚式电机或立式电机的轴 中心高。12.2.4往复式机器整机振动烈度评定标准(GB/T12779-91)表 12.5 mm/s当量振动烈度分级范围V mm/s振级值机器类型船用柴油机 (GB-3256-85)机车用柴油机 (GB-

12、5913-36)无隔振装置有隔振装置无隔振装置有隔振装置0.280.280.450.711.1282.84.57.12AAAA0.450.711.121.802.804.507.10BB11.2B18.0CBe28.018.028.045.071.0112180C45.0DCD71.0D112D180.5中小功率柴油机振动烈度评级(GB-1039-89)表12.6多缸柴油机振动品质分级评定表当量振动烈度分级范围V mm/s轴承座mm/s振动品质级数标定n 225-550550类别r/mmin第一类W1800W1000-第一类1800-45001000-1800600-1500第一类4500-1

13、20001800-45001500-3600第一类-4500-120003600-12000泵的振动评价方法是首先按泵的中心高和转速查表12.8确定泵的类别，再根 据泵的振动烈度级查表12.9,就可以得到评价泵的振动级别。表12.9 14类泵的振动评级振动烈度范围判定泵的振动级别振动烈度级振动烈度分级界限mm/s第一类第二类第三类第四类0.280.450.28A0.710.45A1.120.71AA1.801.12B2.801.80B4.502.80CB7.104.50CB11.207.10C18.0011.20C28.0018.0045.0028.00DD71.0045.00DD71.00由

14、表12.1-表12.9所列各种国际、部标、企标，在大致相同的情况下可能还会有一些差异。上述评定标准都是绝对标准，即根据振动值来判断振动级。 以振动值作为评定机器振动状态，是制造厂出厂检验的依据，这种评定标准往往 是比较苛刻的。一般说来，绝对标准都是较为保守的，根据长期使用的经验，即 使在超出此类标准的情况下，仍然被监视使用，因此，必须从本企业在用设备的 状态出发，在参考绝对标准的基础上，建立本企业的设备诊断的相对标准（包括 类比标准）。这样，方可达到设备诊断的目的，即保证设备的高效、安全和经济 运行。12.3振动烈度指标的故障判断方法均方根值（有效值Vrms）是对时间平均的，因而它适用于像磨损

15、之类的振 幅值随时间缓慢变化的故障诊断。12.3.1有摩擦的振动特征1）频率特征摩擦振动属于非线性振动，频带范围较宽，除了 1X基频外，还有2X、 3X等高次谐波，以及1/2 X、 1/3 X等低次谐波成分。x在某些特殊情况下，摩擦还可I2X3 X捉彳II能激起系统的固有频率振动。在现- 场诊断中，有时会碰到一个在不同 /Hz转速下都出现但又不知来历的高频 图12-3分量，这个频率很可能就是机器的固有频率。2）幅值变化 摩擦振动在幅值变化上呈现非稳定状态，局部碰擦时更为突出。随着故障扩大， 摩擦弧度增加，其时转频幅值反而有所下降，2次、3次高次谐波幅值却3）波形特征有所增长，发展下去将导致转子

16、失稳。转子与定子之间的径向摩擦，在时域 波形上常常表现为削波状态，“截头余弦”形状的波形常被视为摩擦故障特有的重要标志。12.3.2实例分析112-5变频机主轴上端结御1 一主翰2融承3一轴承座4一冷却管5密封A一傍嫌器实例1 某单位有一台变频机组，主轴转 速2996r/min （轴频50Hz）。通过计算，机 器上端轴承各特征频率分别为：内圈 fi=390Hz，外圈 fo= 260Hz，滚动体 fb= 117Hz，保持架fc=20Hz。在一个月的时间 内，变频机运行不正常。对A处的速度信号作时域和频域分析。从时域波形图上可见，其振动波形上下不 对称，下边呈“截头”状，上边尖锐突出， 呈摩擦特征

17、。频谱图中20Hz的频率峰值最 突出，呈保持架的特征频率。此外还有转速 频率及分数倍低次谐波，说明有非线性问题 存在。拆机检查时发现，轴承座孔有滑动摩 擦痕迹，孔径呈不均匀磨损，保持架破裂。 经查明，引起故障的原因，主要在于安装不 良，对中性不好所致。图 12-71一汽轮机实例2某冶炼厂一台用于余热发电的小 型汽轮发电机组，汽轮机转速5550r/min （转频92.5Hz），发电机转速1500r/min（转频25Hz）。减速器小齿轮 （主动齿轮）齿数z1= 27，大齿轮（被动齿轮)齿数z2= 100，齿轮啮合频率fm=2497.5Hz测点轴承温度持续上 升(MJUIE)迓富.WE)芝Hzb)图

18、 12-8a)b)c)图分别为水平、垂直和轴向谱图。在三个方向都存在90Hz和50Hz振动巳天合金图 12-9 测点轴承下轴瓦损坏情况以及大量高次谐波，其中垂直为最强烈。频谱结构显示测点轴承振动信号存在严重的非 线性问题。根据这些情况判断测点轴承轴瓦存在 松动，并由松动而引起摩擦，处于松动与摩擦并存测点HVAHVA速度有效值V/( nun/.J3.687.492893.902.152.61位移峰嶂值 /Jp-p/pjn25.974L9014.9624.75L1.0713,50状态。拆机检查，发现测点轴承下轴瓦表面巴氏合金局部龟裂脱落，有摩擦 烧伤痕迹。实例3某厂一台轧机减速器，投入运行后振动很大， 电动机为可调速电动机，工作转速500r/min，功率 970kW，小齿轮齿数50，大齿轮齿数148。当电动机 转速调至150r/min时，减速器振动值Vrms见下表。测点VAVAVAVA6.57.8|14川Rad9.58.3注：v为垂向：a为轴向没有出现啮合频率fm ( fm=0.