旋转机械振动及频谱分析

振动的基础知识及振动测量振动的基础知识及振动测量„状态监测与故障诊断概述„状态监测与故障诊断概述„简谐振动三要素„振动波形频率分析和频谱图„频率分析和频谱图„旋转机械振动测量框图„传感器及其选用基频分量幅值和相位的测量„基频分量幅值和相位的测量„旋转机械的振动图示„定转速：波形图、频谱图、轴心轨迹„变转速：波德图和极坐标图、三维频谱图、坎贝尔图、轴心位置图„典型机械故障特征及频谱图„现场动平衡原理„诊断实例://www.immotor.cn什么是状态监测和故障诊断？在设备运行中或在基本不拆卸的情况下什么是状态监测和故障诊断？„在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，„通过各种手段，掌握设备运行状态，„通过各种手段，掌握设备运行状态，„判定产生故障的部位和原因，„并预测、预报设备未来的状态。F是防止事故和计划外停机的有效手段。F是设备维修的发展方向。（简易诊断）内容：故障诊断（精密诊断）内容：内容：„识别有无故障明确故障严重程度内容：„确定故障部位确定故障原因„明确故障严重程度„作出故障趋势分析„确定故障原因„提出维修建议由设备维修人员在现场进行由设备诊断人员在现场或中心进行心进行://www.immotor.cn状态监测和故障诊断的作用状态监测和故障诊断的作用C监测与保护监测机器工作状态发现故障及时报警并隔离故障监测机器工作状态。发现故障及时报警，并隔离故障。C分析与诊断判断故障性质、程度和部位。分析故障原因。C处理与预防给出消除故障的措施。防止发生同类故障。？停产一天的损失有多大？300MW发电机组损失电720万kWh，约￥144万元30万吨化肥装置损失化肥1000t约￥150万元30万吨化肥装置损失化肥1000t，约￥150万元三峡2号水轮机组700MW停机4小时损失￥400万元，提高产品质量C减少意外停车引起的生产损失C减少意外停车引起的生产损失C防止事故，杜绝灾难性故障防事故杜绝灾难性故障C减少维修时间和维修费用（人力和财力）C改善环境，改善企业形象投资获得最大和最长远的回报，发展以状态监测为基础的预知维修体制。1983年国家经委《国营公交设备管理试行条例》企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法不断提高设备管理和维修技术备状态监测为基础的设备维修方法，不断提高设备管理和维修技术的现代化水平。1987年国务院《全民所用制公交设备管理条例》★振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。★振动：适用于旋转机械、往复机械、轴承、齿轮等。★温度（红外）：适用于工业炉窑、热力机械、电机、电器等。★声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等。★声发射：适用于压力容器、往复机械、轴承、齿轮等★油液（铁谱）：适用于齿轮箱、设备润滑系统、电力变压器等。★无损检测：采用物理化学方法，用于关键零部件的故障检测。★压力：适用于液压系统、流体机械、内燃机和液力耦合器等。★强度：适用于工程结构、起重机械、锻压机械等。★表面：适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等。★工况参数：适用于流程工业和生产线上的主要设备等。★电气适用于电机电器输变电设备电仪表等★电气：适用于电机、电器、输变电设备、电工仪表等。„振幅A(Amplitude)„振幅A(Amplitude)偏离平衡位置的最大值。描述振动的规模。„频率f(Frequency)描单。描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz)或次/分(c/min)。周期T=1/f为每振动一次所需的时间，单位为秒。圆频率ω=2πf为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒圆频率f为每秒钟转过的角度单位为弧度/秒„初相角ϕ(Initialphase)描述振动在起始瞬间的状态。？什么是振动？振动就是机器或机器零件从其平衡位置所做的往复运动。振动有个重要的可测量的参数幅值频率相位振动有三个重要的可测量的参数：幅值、频率、相位。块有任力作振动传感器安装在轴承座上，传感器将拾取振动信号，并将此图1质量块位于平衡位置且没有任何力的作用振动信号通过电缆线传入到振动分析仪，如上图所示，这个在机器轴承座上测量振动的过程可模型化为一个质量块悬挂在弹簧上。在没有力的作用之前，它一直保持静止处于平衡位置处。没有力的作用之前，它直保持静止处于平衡位置处。，如向上托起质量块，如图所示质量块向上运动弹簧在这个力的作用下被压缩二所示，质量块向上运动，弹簧在这个力的作用下被压缩。图2质量块被一个向上的力激励一旦这个质量块达到上部极限位置时撤除作用力质量块开图3撤除作用力后质量块的响应一旦这个质量块达到上部极限位置时，撤除作用力，质量块开始下落。质量块将下落通过平衡位置而继续向下运动到它的下部极限位置处如图三所示。？什么是振动？当质量块达到下部极限位置时，它将停止向下运动，而再次改变方向通过平衡位置处移动到上部极限位置然后停止而再返回到变方向通过平衡位置处移动到上部极限位置；然后停止而再返回到下部极限位置。图4对施加的激励力连续响应图5在恒速运动的记录纸上记录质量块的振动如果将一只铅笔固定在这个作往复运动的质量块上，然后将记录带靠近它这时质量块的振动响应就会被记录下来录带靠近它，这时质量块的振动响应就会被记录下来。？什么是振动？？什么是振动频率？考察上图可见，在记录纸上画出的振动轨迹是一条有一定幅值的、比较标准的正弦曲线。由振动的周期（T）可以计算出振动的频率。如下图所示：频率的单位是用CPM或用Hz表示（1Hz＝60CPM）。图6振动波形的位移和频率？什么是振动相位？振动相位是一个振动部件相对于机器的另一个振动部件在某一固定参考点处的相对移动。也就是说振动相位是某一位置处的振动运动相对参考点处的相对移动。也就是说振动相位是某位置处的振动运动相对于另一位置处的振动运动，对所发生位置变化程度的度量。振动相位是一个很有用的设备故障诊断工具。如下图所示，给出了两个彼此同相位振动的系统即两个振动系统以零度相位差运动振动的系统，即两个振动系统以零度相位差运动。图9两个同相位振动的质量块振动系统？什么是振动相位？图10给出了，两个相位差为90度的振动系统，即#2质量块超前#1质量块1/4周（或90度）运动或#1质量块相对滞后#2质量块90度量块1/4周（或90度）运动，或#1质量块相对滞后#2质量块90度。图11给出了同样的两个质量块，相位差为180度时的振动情况，在任何时刻，#1质量块向下运动的同时，#2质量块向上运动。图10两个相差90度相位角振动图11两个相差180度相位角振动图10两个相差90度相位角振动的质量块系统图两个相差度相位角振动的质量块系统？什么是振动相位？振动相位是以角度为单位，通常是利用频闪灯或光电头测量得到。下图给出了振动相位与机器振动间的关系下图给出了，振动相位与机器振动间的关系。在左侧图中，机器上的轴承1和轴承2之间的振动相位差为0度（同相振动），而在右侧图中的机器，轴承1和轴承2之间的振动相位差为180度（反相振动）180度（反相振动）。图12振动相位与机器振动间的关系图12振动相位与机器振动间的关系？什么是振动位移？位移就是质量块运动的总的距离，也就是说当质量块振动时，位移就是质量块上、下运动有多远。位移的单位可以用µm表示。进一步可以从振动位移的量块下动有多位移的单位可以用表示进步可以从振动位移的时间波形推出振动的速度和加速度值。什么是振动速度？振动速度是质量块在振荡过程中振动速度是质量块在振荡过程中运动快慢的度量。质量块在运动波形的上部和下部极限位置时，其速度为0这是因为质量块在这两点处在0，这是因为质量块在这两点处，在它改变运动方向之前，必须停下来。质量块的振动速度在平衡位置处达到最大值在此点处质量块已经加速到图7从振动时间波形中了解振动速度最大值，在此点处质量块已经加速到最大值，在此点以后质量块开始减速运动。振动速度的单位是用mm/s来表示图7从振动时间波形中了解振动速度示。？什么是振动加速度？振动加速度被定义为振动速度的变化率，其单位是用有多少个g来表示在海平面处/由下图可见加速度最大值处是速度表示。在海平面处1.0g＝9.8m/s2。由下图可见加速度最大值处是速度值最小值的地方，在这些点处质量块由减速到停止然后再开始加速。当一个机器的轴承座振动时由于它连续座振动时，由于它连续不断地在前后运动中改变运动速度，所以它经受着力的加速作用速受着力的加速作用。速度的变化率越大，也就是加速度值越大，施加在机器上的作用力也就图8从振动时间波形中了解振动加速度在机器上的作用力也就越高。、速度、加速度之间的关系xvxvvω„振动位移(Displacement)位移速度加速度都是同aatAxωsin=„振动位移(Displacement)速度z位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。)sin(dπωω+==tAxv„速度(Velocity)z三者的幅值相应为A、Aω、Aω2。)2sin(dωω+tAtvd2x„加速度(Acceleration)Aω。z相位关系：加速度领先速度)sin(dd22πωω+==tAtxa90º;速度领先位移90º。、速度或加速度？什么时候使用位移、速度或加速度？当对机器振动进行分析时重要的一点是尽可能多地收集到有关当对机器振动进行分析时，重要的一点是尽可能多地收集到有关该机器的资料（如轴承类型和型号、每根轴的精确转速、齿轮的齿数、叶轮的叶片数等）。不了解这些信息资料将会影响振动分析的准确性。振动幅值是是振动分析中经常使用的重要振动参数之它于机器存振动幅值是是振动分析中经常使用的重要振动参数之一，它于机器存在的潜在故障问题的严重程度成正比，并且它也是显示机器状态的首选参数之一。振动幅值的测量类型可以是位移、速度或加速度。但总的来说更比较常用的是速度。通常认为当测量的频率范围在600CPM(10Hz)以下时，采用位移测常认为当测量的频率范围在()以下时采用位移测量单位是很有利的。振动幅值必须有相应的振动频率值做补充说明才能正确评估振动的严重程度。而只是简单地说“1XRPM振动是2mils是不够的，没有足够的信息评价机器的状态是好还是不好。例如，在是不够的，没有足够的信息评价机器的状态是好还是不好。例如，在3600CPM转速下振动2milspk