旋转机械振动故障分析讲义

机械振动与转子动力学的基本概念转子振动的几个重要概念相位，固有频率，临界转速振动标准各种分析图谱第一页，共三十三页。旋转机械振动测试的基本概念1振动相位的测量与键相信号在旋转机械振动测量领域内，相位的含义是：振动信号的某一点（高点或零点），与基准脉冲信号之间在时间上的关系。脉冲测相法：在转子上贴一条反光带或开键槽，用光电传感器或涡流传感器产生一个与转速完全同步的脉冲信号，求脉冲信号前沿与振动信号上某一点之间的时间距离，即为振动相位。第二页，共三十三页。脉冲测相法图中j是脉冲信号导前振动信号高点的角度，即振动相位。返回第三页，共三十三页。固有频率一根转子在一定的转速下，如果没有阻尼衰减作用，此时给它一个扰动让其自由振动的话，那么这个转子将按照一定的频率振动下去，这个振动的频率只取决于系统本身的质量、刚度、转速，与外界的因素无关，外界的扰动情况只能影响他振动的幅度，但不会干扰他的振动频率。这个频率我们称：是这根转子的固有频率。返回第四页，共三十三页。临界转速转子在一定的转速下，某一阶固有频率可以被转子的不平衡激起来，这个与固有频率一致的转速就叫做临界转速。如果假设转子的支撑没有阻尼作用，当受到了与自身的固有频率一致的交变的干扰作用力时，转子振动的振幅将会趋于无穷大，这种系统中转子上个位置，各点振动达到最大值的转速是相同的，这个转速就是临界转速。对于这种有阻尼的振动系统，转子各点振幅达到最大值时并不是在同一个转速下，而是在一个转速区间，临界转速的实际意义就是一个转速的区间。返回第五页，共三十三页。刚性转子与柔性转子的区分转子转速在远低于它的第一阶临界转速时，由振动引起的挠曲变形较小，转子不平衡力的产生主要是由于不平衡质量偏离转子原始曲线，其偏心距不会因为转子的转动发生变化，这种转子可以认为是刚性转子。按ISO的规定，如果转子的最高工作转速与第一临界转速之比小于0.7，就平衡而言，转子可以被认为是刚性的。转子转速接近于它的临界转速时，由于共振转子发生挠曲变形，不平衡质量与原始轴线的距离随转速变化，即运转过程中发生变形的转子称为柔性转子。返回第六页，共三十三页。旋转机械振动测试的基本概念常见振动测试的特征图形所有的信号都可以分类成时域图形和频域图形。最常用的就是：

a波形图

b

频谱图常见的几种振动信号所对应的波形图与频谱图第七页，共三十三页。旋转机械振动测试的基本概念常见振动测试的特征图形两种连续的三维频谱图：c瀑布图d级联图第八页，共三十三页。旋转机械振动测试的基本概念常见振动测试的特征图形f趋势图g波特图h极坐标图I轴心动态轨迹j

轴心静态轨迹第九页，共三十三页。波形图波形图就是将振动信号的时间历程表示出来。从波形图可以看出振动信号是否平稳、毛刺、削波、调频、调幅等异常现象。返回第十页，共三十三页。频谱图当对时域波型数据进行频谱分析可以看到信号是由哪些频率成分的分量组成的，以及各个分量的幅值情况。这是目前进行故障诊断与分析最普遍使用的图形。以频率为横坐标，以振幅为纵坐标，将分析结果绘制在图上就可以得到某一时刻的频谱。返回第十一页，共三十三页。常见振动信号对应的波形与频谱图(1)以工频为主的振动第十二页，共三十三页。常见振动信号对应的波形与频谱图(2)有低频的次谐波振动第十三页，共三十三页。常见振动信号对应的波形与频谱图(3)有高频的超谐波振动第十四页，共三十三页。常见振动信号对应的波形与频谱图(5)返回拍振第十五页，共三十三页。瀑布图用某一测点在连续时间范围内测的的频谱图按时间顺序排列组成瀑布图。瀑布图中可以看到各种频率的组成与振幅是如何随时间变化的。返回第十六页，共三十三页。级联图级联图是转速连续变化时的频谱图依次组成三维连续的频谱图。他的Z轴是转速，各个频率的轴线是倾斜的直线。级联图用来分析与转速相关的故障比较直观。返回第十七页，共三十三页。趋势图趋势是观察的某个参数随时间的变化关系。分析机组的振动随时间、负荷等的变化时，趋势图非常直观，对运行人员监视机组状况很有用。返回第十八页，共三十三页。波特图表示振动的幅值、相位随着转速变化的图形。通常用来确定机组的临界转速。另一个重要用处就是在进行动平衡时有助于用来分析转子不平衡质量所处的轴向位置、不平衡振型的阶数。返回第十九页，共三十三页。极坐标图极坐标图又叫做奈奎斯特图。就是把波特图的结果绘制在极坐标上，得到的振幅—转速曲线是一条环形线。判断转子的临界转速，容易得到模态参数。用涡流传感器测试轴振动时，很容易得到原始的晃度矢量。返回第二十页，共三十三页。轴心动态轨迹图轴心轨迹就是将转子在轴承中运转情况以二维轨迹形式表示出来。必须在一个平面安装两个互相垂直的涡流传感器。可以帮助判断摩擦、油膜涡动、油膜振荡等具有不同轴心轨迹特征的故障。返回第二十一页，共三十三页。轴心静态轨迹轴心静态轨迹给出了不同工况下轴径在轴承中的位置，它是通过涡流传感器的间隙电压发生的变化得到的。许多参数的变化对轴心静态轨迹都有影响。通过轴心静态轨迹可以确定转子的下列情况：第二十二页，共三十三页。轴心静态轨迹送高压顶轴油后轴颈的浮起量。转速升高过程及定速后轴颈在轴承中的位置。支撑状况变化对轴颈静态位置的影响。油膜状况的变化。外部作用力对轴颈静态位置的影响。判断瓦温升高的原因。返回第二十三页，共三十三页。振动幅值的度量单峰值就是振动的最大点到平衡位置之间的距离。峰峰值实际上就是振动的波峰与波谷的距离。振动测量仪器输出的位移振动振幅通常都是峰峰值。有效值又叫均方根值，对于速度振幅的度量，又叫做振动烈度。

Vms

有效值

Vp_p峰峰值返回第二十四页，共三十三页。有效值与振动烈度（1）ISO规定：频率在10Hz到1000Hz范围内振动速度的均方根值叫做振动烈度。速度均方根值：简谐振动v(t)=1/2*Vp_psin(wt)，利用上述定义，可以得到：返回第二十五页，共三十三页。有效值与振动烈度（2）选用振动烈度的意义转子故障时的振动频率成分复杂，大量振动失效分析表明：不同频率的振动有不同的危害，在相同的振幅下，振动频率越高，产生的危害越大。同时由于振动的能量与速度的平方成正比，为充分考虑高频振动对机组运行安全的影响，在机组振动状态的评定中更多采用振动烈度。第二十六页，共三十三页。有效值与振动烈度（3）选用振动烈度的意义例转子振动由两个同相位的频率分量组成，按位移与振动烈度考核，将得到有不同的结果：（按GB11347.1-89）返回第二十七页，共三十三页。振动烈度与振动位移的换算简谐振动下的振动烈度与振动位移的换算单位:振动位移um

振动烈度mm/s

转速转/分例：3000转时，振动烈度是6mm/s，换算出来，振动位移是：54um。返回第二十八页，共三十三页。机组振动的标准汽轮发电机组振动的国家标准制定概况目前我国与汽轮发电机组振动有关的国家标准有：GB11347—1989大型旋转机械振动烈度的现场测定和评定.GB11348.1—1989旋转机械转轴径向振动的测量与评定第一部分：总则GB11348.2—1997

旋转机械转轴径向振动的测量与评定第二部分：陆地安装的大型汽轮发电机组.第二十九页，共三十三页。机组振动的标准汽轮发电机组振动的国家标准制定概况现在正在批准的标准有：挠性转子机械平衡的方法和准则在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动第一部分：总则在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动第二部分：超过50MW陆地安装的大型汽轮发电机组第三十页，共三十三页。机组振动的标准(1)返回国标“GB11348.2—1997旋转机械转轴径向振动的测量与评定第二部分：陆地安装的大型汽轮发电机组”将振动幅值所划分的区域：第三十一页，共三十三页。机组振动的标准(2)报批标准“在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动第一部分：总则”给出振动烈度表示的4个区域。返回第三十二页，共三十三页。内容梗概机械振动与转子动力学的基本概念。在旋转机械振动测量领域内，相位的含义是：振动信号的某一点（高点或零点），与基准脉冲信号之间在时间上的关系。转子在一定的转速下，某一阶固有频率可以被转子的不平衡激起来，这个与固有频率一致的转速就叫做临界转速。对于这种有阻尼的振动系统，转子各点振幅达到最大值时并不是在同一个转速下，而是在一个转速区间，临界转速的实际意义就是一个转速的区间。转子转速在远低于它的第一阶临界转速时，由振动引起的挠曲变形较小，转子不平衡力的产生主要是由于不平衡质量偏离转子原始曲线，其偏心距不会因为转子的转动发生变化，这种转子可以认为是刚性转子。按ISO的规定，如果转子的最高工作转速与第一临界转速之比小于0.7，就平衡而言，转子可以被认为是刚性的。转子转速接近于它的临界转速时，由于共振转子发生挠曲变