热电厂振动培训讲义

机械设备振动状态监测戴凤涛2014.02第一章振动基础第二章旋转机械典型振动故障特征识别第一章振动基础第一节振动概述一振动的基本概念二振幅三频率四相位第二节机械设备振动监测一设备振动监测方法二设备振动标准与评价物体相对于平衡位置所作的往复运动称为机械振动。简称振动。例如，机器箱体的颤动、管线的抖动、叶片的摆动等都属于机械振动。振动用基本参数、即所谓“振动三要素”—振幅、频率、相位加以描述。一振动的基本概念第一节振动概述x振幅A(Amplitude)偏离平衡位置的数值。描述振动的规模。频率f(Frequency)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=2f为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒初相角(Initialphase)描述振动在起始瞬间的状态。第一节振动概述一振动的基本概念第一节振动概述一振幅振幅是物体动态运动或振动的幅度。振幅是振动强度和能量水平的标志，是评判机器运转状态优劣的主要指标。瞬时值(Instantvalue)振动的任一瞬时的数值。峰值(Peakvalue)振动离平衡位置的最大偏离。平均绝对值(Averageabsolutevalue)均值(Meanvalue)有效值(Rootmeansquarevalue)振动的均方根值TtxTx0avd1TtxTx0d1TtxTx02rmsd1xpx=x(t)1振幅的量值正峰值负峰值平均绝对值有效值平均值峰峰值各幅值参数是常数，彼此间有确定关系峰值xp=A;峰峰值xp-p=2A平均绝对值xav=0.637A有效值xrms=0.707A平均值简谐振动的幅值参数0x复杂振动的幅值参数各幅值参数随时间变化，彼此间无明确定关系正峰值负峰值峰峰值xrms第一节振动概述一振幅振幅分别用振动位移、振动速度、振动加速度值加以描述、度量，三者相互之间可以通过微分或积分进行换算。在振动测量中，振动位移的量值为峰峰值，单位是微米[μm]或密耳[mil]；振动速度的量值为有效值，单位是毫米/秒[mm/s]或英寸/秒[ips]；振动加速度的量值是单峰值，单位是重力加速度[g]或米/秒平方[m/s2]，1[g]=9.81[m/s2]。——2振幅的描述2振幅的描述位移振幅●物理意义位移描述了质点偏移平衡位置的程度，反映了位移与质点的位能关系。位移大，质点的势能就大，因此，位移可监测位能对部件的破坏作用；●工程意义位移幅值对低频振动信号非常敏感，异常间隙故障、磨损故障、非线性摩擦及松动等故障，都会激励起很大的位移响应。1500rpm以下的低速设备，一定要关注位移振幅！！Ad第一节振动概述速度振幅●物理意义速度是位移对时间的变化率，描述了质点的运动速率，速度越快，动能越大，即速度反映了质点的动能。●工程意义速度反映了分析频段内时间历程信号的振动能量，即机器的振动烈度，因此，速度的表征参数用有效值(mm/s)表示。不论是低速设备，还是高速设备，都要关注对振动速度的测量分析。mAD1滚动轴承出现磨损故障时，会导致振动速度增大2振幅的描述第一节振动概述加速度振幅●物理意义加速度是速度对时间的变化率（△v/△t），是描述物体速度改变快慢的物理量。速度变化量为0，是匀速运动，加速度也必然为“0”，所以，加速度值与速度的大小没有必然联系。只有在外力作用下速度发生改变时，才会使加速度增大。●工程意义牛顿第二定律（a=F/m）说明，加速度幅值反映了单位质量所受合外力的状况，受到的合外力越大，瞬间产生的加速度就越大。由此推断，如果振动加速度增大，振动系统必然是受到了外力干扰，因此，通过监测加速度幅值的变化，可以分析系统中《有冲击力特征》的振动故障。DVa22振幅的描述第一节振动概述振动位移、速度、加速度之间的关系)2sin(ddtAtxv)sin(dd222tAtxatAxsin位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。三者的幅值相应为A、A、A2。相位关系：加速度领先速度90º;速度领先位移90º。xvaxva加速度(Acceleration)速度(Velocity)振动位移(Displacement)什么时候使用位移、速度或加速度？在低频范围内(10Hz)，振动强度与位移成正比；在中频范围内，振动强度与速度成正比；在高频范围内，振动强度与加速度成正比。因为频率低意味着振动体在单位时间内振动的次数少、过程时间长，速度、加速度的数值相对较小且变化量更小，因此振动位移能够更清晰地反映出振动强度的大小；而频率高，意味着振动次数多、过程短，速度、尤其是加速度的数值及变化量大，因此振动强度与振动加速度成正比。也可以认为，振动位移具体地反映了间隙的大小，振动速度反映了能量的大小，振动加速度反映了冲击力的大小。在实际应用中，大型旋转机械的振动用振动位移的峰峰值[μm]表示，用装在轴承上的非接触式电涡流位移传感器来测量转子轴颈的振动；一般转动设备的振动用振动速度的有效值[mm/s]表示，用手持式或装在设备壳体上靠近轴承处的磁电式速度传感器或压电式加速度传感器（如今主要是加速度传感器）来测量；齿轮和滚动轴承的振动用振动加速度的单峰值[g]表示，用加速度传感器来测量。频率f是物体每秒钟内振动循环的次数，单位是赫兹[Hz]。频率是振动特性的标志，是分析振动原因的重要依据。机器振动故障的发生、发展，都会引起信号频率结构的变化，并且不同故障所生成的频率成分之间，交叉叠加。因此，振动信号的幅值分析，尚不能对其振动性质、内在变化、动态行为、故障原因等根本问题作出确定性结论，这些问题的最终解决，都需要把复杂的时间历程信号，由时域分析转换到频域分析——频谱分析技术。1频谱分析的内涵频谱分析是机械故障诊断中最常用的信号处理技术之一，主要解决四项问题：——观察振动信号中的频率成分和分布范围；——计算频率幅值（或能量）的大小；——确定影响设备状态的主要激振频率；——识别振动信号的相位信息（相位谱）。二频率第一节振动概述tx(t)二关于频率2频谱分析的基本原理t50HzX(t1)t75HzX(t2)t100HzX(t3)通过数学计算的方法，把复杂的时间历程信号分解成一系列相对应的简谐信号，再从频域观察、分析各谐波信号的频率结构和幅值。fX(f)振幅反映了设备的振动状况，频谱揭示了设备振动的频率结构和可能的故障原因第一节振动概述三相位在旋转机械中，相位具有特定的明确含义：——指基频信号的正最大处相对于转轴上某一确定标记的相位差。——这是标准制式1相位的含义ωtφ+pφ—sφ—pφ+sωt２πφ+pωφ–ｓωφ–pωφ＋ｓω2相位测量与标注通过涡流或光电传感器方法测量，有4种标注方式φ+p—正峰点相位；φ—p—负峰点相位；φ+S—正零点相位；φ—S—负零点相位９００２７００1８００００ωＰ＋Ｐ—Ｓ-Ｓ＋9００18００27００００第一节振动概述第二节机械设备振动监测一设备振动监测方法1测点选择轴相对振动测量——选用涡流传感器测量轴的相对振动位移轴承座振动测量——用加速度或速度传感器在轴承座上测量绝对振动振动测点首选每个支承轴承部位；测点信号能反映设备的动态力，即灵敏反映设备的实际振动状况；测点部位不能存在局部共振和放大；43主变流机组基本结构与振动测点示意图励磁机交流机220KW直流机220KW2346155U190-4J02-H-81/L355Kw/3000r/min主滑油泵结构见图1234一设备振动监测方法2测点方向选择每个测点都要在X、Y、Z三个主方向进行测量，尤其存在故障时，更要测量轴系的轴向振动；对立式安装设备，要在规定测点的两个水平主方向进行振动测量；第二节机械设备振动监测一设备振动监测方法3测量参数选择振动位移D——转速10Hz测量范围定义500Hz振动速度V——特征频率在1kHz内振动加速度A——特征频率在1kHz以上4测量工况选择正常情况，推荐在工作运行工况下进行测量；设备维修、设备试验—空负荷、变负荷、满负荷工况测量。第二节机械设备振动监测二设备振动标准与评价2测点方向选择1国家振动标准解析重点国家振动标准与国际振动标准是同等转化的，目前旋转机械设备有两大系列标准：GB/T11348.1～6(ISO7919)系列标准—对设备转轴作相对振动测量；GB/T6075.1～6(ISO/10816)系列标准—在轴承座上作绝对振动测量；SHS01003-2004石油化工旋转机械振动标准；—参考综合以上两大标准制定第二节机械设备振动监测第四节机械设备振动监测二设备振动标准与评价规定了严谨的振动测点和测量方向（与上述规定是一致的）；1国家振动标准解析重点建立了以三个边界值为框架的四级振动量级评价体系；ABCD定义：区域A机器状况优——新交付的机器的振动值落在该区域；区域B机器状况良——振动值在该区域的机器可以长期运行；区域C机器状况差——机器不宜作连续运行，应采取措施修理；区域D机器状况劣——该区域的振动烈度，足以导致机器损坏。第二节机械设备振动监测二设备振动标准与评价1国家振动标准解析重点设置了两级限值评价标准：Ⅰ报警限值——振动值≥B/C区边界值25%Ⅱ停机限值——振动值≥C/D区边界值25%——停机值！ABCDⅠ报警值25%Ⅱ停机值25%评价参数由单一的速度有效值又增加了振动位移有效值，加大了对机器振动状况评价的权重；第二节机械设备振动监测二设备振动标准与评价边界值的设定，考虑了机器的支承类型和机器功率等结构、负荷能力诸因素ABCD1.4222.8454.5（7.1）71372.3714.51137.1（11.2）Vmm/sVmm/sDμmDμm刚性支承柔性支承15～300KW160mm≤H315mm中型机机器振动评价标准ABCD2.3294.5577.1（11.2）90453.5907.114011（18）Vmm/sVmm/sDμmDμm刚性支承柔性支承300KW～50MwH≥315mm大型机机器振动评价标准二设备振动标准与评价2设备状况的有效评价有效评价机器的运行质量，必须建立符合实际工况条件的评价标准体系，这需要有两个支持条件，一是对系统、设备、部件有较详细的了解；二是在工作中不断地的积累经验数据。有些好经验是可以借鉴的：与经典标准比较经典标准是从大量的实践案例中提炼出来的，有较高的可信性，可参照性。可以针对不同的设备和运行环境，用成熟的标准直接进行评价但不能完全生搬硬套，要在应用中比较，在比较中理解，在理解中升华。因此熟读、比较不同标准是一项基础性的工作。与同类设备数据作横向比较根据条件的相似性，同类设备具有相同的基础条件、运行环境，其振动响应有一致性，把数据作横向比较，能科学判断设备异常情况第四节机械设备振动监测第四节机械设备振动监测二设备振动标准与评价与历史数据作纵向比较把实时振动数据，与自己过去的历史数据作纵向比较，能清晰地反映出设备自身的变化情况和运行轨迹，即可对设备质量作出评价。建立建全设备运行记录，可以对设备的健康状况作出趋势分析，同时，能对建立规范性评价标准积累大量的数据信息。153050Am/s2HAm/s2Vmm/s2DµmdBn－dBdBc－dBBACD2.54.57.13080507.015202030405.01520振动状况综合评价标准模型——振动位移——振动速度——振动加速度——高频加速度——轴承冲击值——轴承地毯值第一节不平衡故障一不平衡振动故障的危害性二不平衡振动故障机理分析分析第二节不对中故障一不对中振动故障的基本类型二不对中的故障识别及危害第二章旋转机械典型振动故障特征识别三机械设备轴系不对中原因探讨第三节滚动轴承故障一轴承故障诊断的技术内涵二轴承故障特征频率分析三轴承故障诊断技术四滚动轴承故障发展过程的四阶段机械设备最常见的振动故障形式轴系质量不平衡故障轴系对中不良故障轴系松动磨损故障轴承故障60%13%12%10%根据设备历史振动监测数据并结合近几年来的振动监测数据