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1、 机械设备振动状态监测机械设备振动状态监测 戴凤涛戴凤涛2014.02 n 第一章第一章 振动基础振动基础n 第二章第二章 旋转机械典型振动故障特征旋转机械典型振动故障特征识别识别 第一章第一章 振动基础振动基础第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述一一一一 振动的基本概念振动的基本概念振动的基本概念振动的基本概念二二二二 振幅振幅振幅振幅三三三三 频率频率频率频率四四四四 相位相位相位相位第二节第二节第二节第二节 机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测一一一一 设备振动监测方法设备振动监测方法设备振动监测方法设备振动监测方法二二二二 设备振动标准
2、与评价设备振动标准与评价设备振动标准与评价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。一一 振动的基本概念振动的基本概念第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述n振幅振幅 A(Amplitude)偏离平衡位置的数值。描述振动的规模。n频率频率 f (Frequency)描述振动的快慢。单位为次/秒(Hz)或次/分(c/min)。周期周期 T=1/f 为每振动一次所需的时间，单位为秒。圆频率圆频率 =2 f 为每秒钟转过的角
3、度，单位为弧度/秒n初相角初相角 (Initial phase)描述振动在起始瞬间的状态。第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述 一一 振动的基本概念振动的基本概念第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述 一一 振幅振幅 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。n瞬时值瞬时值(Instant value)振动的任一瞬时的数值。n峰值峰值(Peak value)振动离平衡位置的最大偏离。n平均绝对值平均绝对值(Average absolute value)n均值均值(Mean value)n 有效值有
4、效值(Root mean square value)振动的均方根值 xpx=x(t)1 振幅的量值振幅的量值 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n峰值峰值 xp=A;峰峰值峰峰值 xp-p=2An平均绝对值平均绝对值 xav=0.637An有效值有效值 xrms=0.707An平均值平均值简谐振动的幅值参数简谐振动的幅值参数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第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述 一一 振幅振幅 n振幅分别用振动位移、振动速度、振动加速度值加振幅分别用振动位移、振动速度
5、、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以描述、度量，三者相互之间可以通过微分或积分进行换算。进行换算。n在振动测量中，振动位移的量值为峰峰值，单位是在振动测量中，振动位移的量值为峰峰值，单位是微米微米m或密耳或密耳mil；n振动速度的量值为有效值，单位是毫米振动速度的量值为有效值，单位是毫米/秒秒mm/s或或英寸英寸/秒秒ips；n振动加速度的量值是单峰值，单位是重力加速度振动加速度的量值是单峰值，单位是重力加速度g或米或米/秒平方秒平方m/s2，1g=9.81m/s2。2 振幅的描述振幅的描述 2 振幅的描述振幅的描述位移振幅位移振幅 物理意义物理意义物理意义物理意义
6、位移描述了质点偏移平衡位置的程度，反映了位移与质点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；件的破坏作用；工程意义工程意义工程意义工程意义 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。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。1500rpm1500rpm以下的低速设备，以下的低速设备，一定要关注位移振幅！一定要关注位移振幅！
7、第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述 速度振幅速度振幅 物理意义物理意义 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。速度越快，动能越大，即速度反映了质点的动能。工程意义工程意义 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器的振动烈度，因此，速度的表征参数用有效值(mm/s)(mm/s)表示。不表示。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。论是低速设备，还是高
8、速设备，都要关注对振动速度的测量分析。滚动轴承出现磨损故障时，会导致振动速度增大滚动轴承出现磨损故障时，会导致振动速度增大 2 振幅的描述振幅的描述第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述 pp 加加速度振幅速度振幅 物理意义物理意义物理意义物理意义 加速度是速度对时间的变化率（加速度是速度对时间的变化率（v/t），是描述物体，是描述物体 速度改变快慢的物理量。速度变化量为速度改变快慢的物理量。速度变化量为0 0，是匀速运动，加速度也，是匀速运动，加速度也 必然为必然为“0 0”，所以，加速度值与速度的大小没有必然联系。只有所以，加速度值与速度的大小没有必然联系。只有 在外力
9、作用下速度发生改变时，才会使加速度增大。在外力作用下速度发生改变时，才会使加速度增大。工程意义工程意义工程意义工程意义 牛顿第二定律（牛顿第二定律（a=F/m a=F/m）说明，加速度幅值反映了单位质量所）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断，如果振动加速度增大，振动系统必然是受到了外力干扰外力干扰，因此，通过，因此，通过 监测加速度幅值的变化，可以分析系统中监测加速度幅值的变化，可以分析系统中有冲击力特征有冲击力特征的振
10、动故障。的振动故障。2 振幅的描述振幅的描述第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述振动位移、速度、加速度之间的关系 l位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。l三者的幅值相应为A、A、A 2。l相位关系：加速度领先速度90;速度领先位移90。xvaxva加速度加速度(Acceleration)速度速度(Velocity)振动位移振动位移(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，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
11、率低意度与速度成正比；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；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。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
12、反映了能量的也可以认为，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。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在实际应用中，大型旋转机械的振动用振动位移的峰峰值m表示，用装表示，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轴承
13、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，用加速表示，用加速度传感器来测量。度传感器来测量。频率频率f是物体每秒钟内振动循环的次数，单位是赫兹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。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
14、分析，尚不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转换到频域分析频谱分析技术。频谱分析技术。1 1 1 1 频谱分析的内涵频谱分析的内涵频谱分析的内涵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：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
15、动信号中的频率成分和分布范围；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；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；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）。识别振动信号的相位信息（相位谱）。二二 频率频率第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述 tx(t)二二 关于频率关于频率 2 2 2 2 频谱分析的基本原理频谱分析的基本原理频谱分析的基本原理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、
16、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第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述 三三三三 相位相位相位相位 在旋转机械中，相位具有特定的明确含义：在旋转机械中，相位具有特定的明确含义：在旋转机械中，相位具有特定的明确含义：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指基频信号的正最大指基频信号的正最大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。处相对于转轴上某一确定标记的相位差。处相对于转轴上某一确定标记的相位差
17、。处相对于转轴上某一确定标记的相位差。这是标准制式这是标准制式这是标准制式这是标准制式1 1 1 1 相位的含义相位的含义相位的含义相位的含义t+psp+st+pp2 2 2 2 相位测量与标注相位测量与标注相位测量与标注相位测量与标注通过涡流涡流涡流涡流或光电光电光电光电传感器方法测量，有4种标注方式+p正峰点相位；p负峰点相位；+S正零点相位；SS 负零点相位1-91827第一节第一节第一节第一节 振动概述振动概述振动概述振动概述第二节第二节第二节第二节 机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测 一一 设备振动监测方法设备振动监测方法1 1 测点选择测点选择轴相对振
18、动测量轴相对振动测量 选用涡流传感器测量轴的相对振动位移选用涡流传感器测量轴的相对振动位移轴承座振动测量轴承座振动测量 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；振动测点首选每个支承轴承部位；振动测点首选每个支承轴承部位；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；测点部位不
19、能存在局部共振和放大；测点部位不能存在局部共振和放大；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 220KW234615 5U190-4J02-H-81/L3 55Kw/3000r/min主滑油泵结构见图1234 一一 设备振动监测方法设备振动监测方法2 2 2 2 测点方向选择测点方向选择每个测点都要在每个测点都要在每个测点都要在每个测点都要在 X X X X、Y Y Y Y、Z Z Z Z 三个主方向进行测量，尤其三个主方向进行测量，尤其三个主方向进行测量，尤其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；存在故
20、障时，更要测量轴系的轴向振动；存在故障时，更要测量轴系的轴向振动；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对立式安装设备，要在规定测点的两个水平主方向进行对立式安装设备，要在规定测点的两个水平主方向进行对立式安装设备，要在规定测点的两个水平主方向进行振动测量；振动测量；振动测量；振动测量；第二节第二节第二节第二节 机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测 一一 设备振动监测方法设备振动监测方法3 3 3 3 测量参数选择测量参数选择振动位移振动位移 D D D D 转速转速转速转速10Hz10Hz10Hz10Hz测量范围定义测
21、量范围定义测量范围定义测量范围定义500Hz500Hz500Hz500Hz振动速度振动速度 V V V V 特征频率在特征频率在特征频率在特征频率在1kHz1kHz1kHz1kHz内内内内振动加速度振动加速度A A A A 特征频率在特征频率在特征频率在特征频率在1kHz1kHz1kHz1kHz以上以上以上以上4 4 4 4 测量工况选择测量工况选择正常情况，正常情况，推荐推荐在工作运行工况在工作运行工况下进行测量；下进行测量；设备维修、设备试验设备维修、设备试验空负荷空负荷、变负荷变负荷、满负荷满负荷工况测量。工况测量。第二节第二节第二节第二节 机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监
22、测机械设备振动监测 二二 设备振动标准与评价设备振动标准与评价2 2 2 2 测点方向选测点方向选择择1 1 国家振动标准解析重点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：系列标准：GB/T 11348.1GB/T 11348.1GB/T 11348.1GB/T 11348.16(ISO 7919)6(ISO 7919)6(ISO 7919)6(ISO 7919)系列标准系列标准 对设备转轴作相对振动测量；对设备转轴作相对振动测量；GB/T 6075.1GB/T 6075.1GB/T
23、 6075.1GB/T 6075.16(ISO/108166(ISO/108166(ISO/108166(ISO/10816 )系列标准系列标准 在轴承座上作绝对振动测量；在轴承座上作绝对振动测量；SHS 01003-2004 SHS 01003-2004 SHS 01003-2004 SHS 01003-2004 石油化工旋转机械振动标准；石油化工旋转机械振动标准；石油化工旋转机械振动标准；石油化工旋转机械振动标准；参考综合以上两大标准制定参考综合以上两大标准制定第二节第二节第二节第二节 机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测第四节第四节第四节第四节 机械设备振动监
24、测机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测 二二 设备振动标准与评价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）；规定了严谨的振动测点和测量方向（与上述规定是一致的）；规定了严谨的振动测点和测量方向（与上述规定是一致的）；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 1国家振动标准解析重点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；建立了以三个边界值为框架的四级振动量级评价体系；建立了以三个边界值为框架的四级振动量级评价体系；建立了以三个边界值为框架的四级振动量级评价体系；A AB BC CD D定义：定义：区域区域区域区
25、域 A A A A 机器状况优机器状况优机器状况优机器状况优 新交付的机器的振动值落在该区域；新交付的机器的振动值落在该区域；新交付的机器的振动值落在该区域；新交付的机器的振动值落在该区域；区域区域区域区域 B B B B 机器状况良机器状况良机器状况良机器状况良 振动值在该区域的机器可以长期运行；振动值在该区域的机器可以长期运行；振动值在该区域的机器可以长期运行；振动值在该区域的机器可以长期运行；区域区域区域区域 C C C C 机器状况差机器状况差机器状况差机器状况差 机器不宜作连续运行，应采取措施修理；机器不宜作连续运行，应采取措施修理；机器不宜作连续运行，应采取措施修理；机器不宜作连续
26、运行，应采取措施修理；区域区域区域区域 D D D D 机器状况劣机器状况劣机器状况劣机器状况劣 该区域的振动烈度，足以导致机器损坏。该区域的振动烈度，足以导致机器损坏。该区域的振动烈度，足以导致机器损坏。该区域的振动烈度，足以导致机器损坏。第二节第二节第二节第二节 机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测 二二 设备振动标准与评价设备振动标准与评价1 1国家振动标准解析重点国家振动标准解析重点 设置了两级限值评价标准：设置了两级限值评价标准：设置了两级限值评价标准：设置了两级限值评价标准：报警限值报警限值 振动值振动值B/C B/C 区边界值区边界值25%25%A A
27、B BC CD D 报警值25%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机器振动状况评价的权重机器振动状况评价的权重机器振动状况评价的权重 ；第二节第二节第二节第二节 机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测 二二 设备振动标准与评价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、负荷能边界值的设定，考虑了机器的支承类型和机
28、器功率等结构、负荷能边界值的设定，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 力诸因素力诸因素力诸因素力诸因素A AB BC CD D1515300KW300KW 160mm160mmH H 315mm315mm 中型机机器振动评价标准 A AB BC CD D300KW300KW50Mw50Mw HH315mm315mm 大型机机器振动评价标准 二二 设备振动标准与评价设备振动标准与评价2 2 设备状况的有效评价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、
29、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第四节第四节第四节 机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测第
30、四节第四节第四节第四节 机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测机械设备振动监测 二二 设备振动标准与评价设备振动标准与评价 与历史数据作纵向比较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。15 30 5015 30 50A A m/s2HA HA m/s2V V mm/s2D D mdBdBn ndBdBdBc cdBB BA AC CD D2.5 4.5 7.12.5 4.5 7.13
31、030808050507.0 15 207.0 15 2020 20 3030 405.0 15 205.0 15 20振动状况综合评价标准模型振动状况综合评价标准模型 振动位移振动位移 振动速度振动速度 振动加速度振动加速度 高频加速度高频加速度 轴承冲击值轴承冲击值 轴承地毯值轴承地毯值第一节第一节第一节第一节 不平衡故不平衡故不平衡故不平衡故障障障障一一一一 不平衡振动故障的危不平衡振动故障的危不平衡振动故障的危不平衡振动故障的危害性害性害性害性二二二二 不平衡振动故障不平衡振动故障不平衡振动故障不平衡振动故障机理分析分析机理分析分析机理分析分析机理分析分析第二节第二节第二节第二节 不对
32、中故障不对中故障不对中故障不对中故障一一一一 不对中振动故障的基不对中振动故障的基不对中振动故障的基不对中振动故障的基本类型本类型本类型本类型二二二二 不对中的故障识别及不对中的故障识别及不对中的故障识别及不对中的故障识别及危害危害危害危害 第二章第二章 旋转机械典型振动故障特征识别旋转机械典型振动故障特征识别 三三三三 机械设备轴系不对中原因探讨机械设备轴系不对中原因探讨机械设备轴系不对中原因探讨机械设备轴系不对中原因探讨第三节第三节第三节第三节 滚动轴承故障滚动轴承故障滚动轴承故障滚动轴承故障一一一一 轴承故障诊断的技术轴承故障诊断的技术轴承故障诊断的技术轴承故障诊断的技术内涵内涵内涵内涵
33、 二二二二 轴承故障特征频率分轴承故障特征频率分轴承故障特征频率分轴承故障特征频率分析析析析 三三三三 轴承故障诊断技术轴承故障诊断技术轴承故障诊断技术轴承故障诊断技术 四四四四 滚动轴承故障发展过程的四阶段滚动轴承故障发展过程的四阶段滚动轴承故障发展过程的四阶段滚动轴承故障发展过程的四阶段n机械设备最常见的振动故障形式机械设备最常见的振动故障形式n轴系质量不平衡故障轴系质量不平衡故障n轴系对中不良故障轴系对中不良故障n轴系松动磨损故障轴系松动磨损故障n轴承故障轴承故障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作综合分析，根据设备历史振动监测数据并结合近几年来
34、的振动监测数据作综合分析，机械设备存在的主要振动故障有五种类型机械设备存在的主要振动故障有五种类型：n其它故障其它故障 5%第一节第一节 不平衡故障不平衡故障 2 2 轴系质量不平衡故障产生的影响轴系质量不平衡故障产生的影响 设备振动超标、噪音增大；设备振动超标、噪音增大；破坏轴系的对中联结破坏轴系的对中联结；破坏轴系密封破坏轴系密封；加速轴承损坏加速轴承损坏；使轴系运转部件磨损使轴系运转部件磨损；使轴系运转紊乱使轴系运转紊乱；F=Me2=mr2一一 不平衡振动故障的危害性不平衡振动故障的危害性OLAB二二 不平衡振动故障机理分析分析不平衡振动故障机理分析分析1 1 不平衡振动的故障机理分析不
35、平衡振动的故障机理分析 M Fe eerm m Fr通俗的讲，不平衡振动的根本原因就是旋转体上存在者多余的质量。通俗的讲，不平衡振动的根本原因就是旋转体上存在者多余的质量。因此，转子质量因此，转子质量中心和旋转中心线之间有一定的偏心距存在，使转子在旋转时形成周期性的离心力干中心和旋转中心线之间有一定的偏心距存在，使转子在旋转时形成周期性的离心力干扰，并通过扰，并通过“转子转子轴承轴承”系统，在支承上产生动载荷（动反力），从而使机器产生系统，在支承上产生动载荷（动反力），从而使机器产生左右摇摆左右摇摆“不平衡不平衡”振动。振动。消除不平衡振动的条件：消除不平衡振动的条件：F=FrMe e2 2=
36、mr=mr2 2 MM的单位的单位的单位的单位kgkg;U U的单位的单位的单位的单位 g.mmg.mm；e e的单位为的单位为的单位为的单位为 g.mm/kgg.mm/kge e不平衡度不平衡度不平衡度不平衡度，表示转子单位质量的不平衡量，是不平衡产生的旋转体中心的移动量，表示转子单位质量的不平衡量，是不平衡产生的旋转体中心的移动量，表示转子单位质量的不平衡量，是不平衡产生的旋转体中心的移动量，表示转子单位质量的不平衡量，是不平衡产生的旋转体中心的移动量，也即转子的偏心距。也即转子的偏心距。也即转子的偏心距。也即转子的偏心距。Me=mr=Ue=mr=U不平衡量不平衡量e=mrMUM=2 2
37、不平衡的不平衡的3 3种基本类型种基本类型 静不平衡静不平衡 (力不平衡）力不平衡）旋转轴线主惯性轴线ACB 静不平衡静不平衡静不平衡静不平衡 是是是是离心惯性力只作用在转子重心离心惯性力只作用在转子重心离心惯性力只作用在转子重心离心惯性力只作用在转子重心C C C C所在的径向平面上的一种不平衡状态所在的径向平面上的一种不平衡状态所在的径向平面上的一种不平衡状态所在的径向平面上的一种不平衡状态。基本基本基本基本特点：特点：特点：特点：主惯性轴线与回转轴线平行；主惯性轴线与回转轴线平行；转子只存在离心惯性力，即静不平衡力，而不平衡离心力偶为零；转子只存在离心惯性力，即静不平衡力，而不平衡离心力
38、偶为零；静不平衡在两轴承上存在着大小相等的对称作用力；静不平衡在两轴承上存在着大小相等的对称作用力；静不平衡在静止状态下可以观察到，并在重心平面内与不平衡量的反方向施加单个静不平衡在静止状态下可以观察到，并在重心平面内与不平衡量的反方向施加单个 配重后可进行校正。配重后可进行校正。因转子重心线平行偏于轴线一侧，轴线涡动的轨迹呈现出圆柱形，这种振动称为圆因转子重心线平行偏于轴线一侧，轴线涡动的轨迹呈现出圆柱形，这种振动称为圆 柱形振动柱形振动 二二 不平衡振动故障机理分析分析不平衡振动故障机理分析分析刚性转子力不平衡时的涡动轨迹刚性转子力不平衡时的涡动轨迹刚性转子力不平衡时的涡动轨迹刚性转子力不
39、平衡时的涡动轨迹 偶不平衡偶不平衡 偶不平衡的特点偶不平衡的特点偶不平衡的特点偶不平衡的特点 转子旋转时存在不平衡力偶，力偶不平衡量的大小为：转子旋转时存在不平衡力偶，力偶不平衡量的大小为：转子旋转时存在不平衡力偶，力偶不平衡量的大小为：转子旋转时存在不平衡力偶，力偶不平衡量的大小为：U=mra (KG.m U=mra (KG.m U=mra (KG.m U=mra (KG.m2 2 2 2)不平衡力偶在支承上产生大小相等、方向相反的力（不平衡力偶在支承上产生大小相等、方向相反的力（不平衡力偶在支承上产生大小相等、方向相反的力（不平衡力偶在支承上产生大小相等、方向相反的力（F F F F1 1
40、 1 1/F/F/F/F2 2 2 2）,离心惯性力合力离心惯性力合力离心惯性力合力离心惯性力合力 等于零，惯性力偶不等于零等于零，惯性力偶不等于零等于零，惯性力偶不等于零等于零，惯性力偶不等于零;力偶不平衡只力偶不平衡只力偶不平衡只力偶不平衡只 有在动态状况下才具有可观察性，转子上附加有摇摆型振动有在动态状况下才具有可观察性，转子上附加有摇摆型振动有在动态状况下才具有可观察性，转子上附加有摇摆型振动有在动态状况下才具有可观察性，转子上附加有摇摆型振动;力偶不平衡需要在垂直回转轴线的两个校正平面内分别进行校正。力偶不平衡需要在垂直回转轴线的两个校正平面内分别进行校正。力偶不平衡需要在垂直回转轴
41、线的两个校正平面内分别进行校正。力偶不平衡需要在垂直回转轴线的两个校正平面内分别进行校正。轴线涡动轨迹呈现圆锥形轴线涡动轨迹呈现圆锥形轴线涡动轨迹呈现圆锥形轴线涡动轨迹呈现圆锥形 FB=F2*a/LF2 2ACBF1 1FA=F1*a/LaLACB转子偶不平衡力学模型由惯性力偶引起的不平衡由惯性力偶引起的不平衡由惯性力偶引起的不平衡由惯性力偶引起的不平衡称为力偶不平衡，旋转轴称为力偶不平衡，旋转轴称为力偶不平衡，旋转轴称为力偶不平衡，旋转轴与中心主惯性轴与中心主惯性轴与中心主惯性轴与中心主惯性轴 A-BA-BA-BA-B相交相交相交相交于转子质量重心于转子质量重心于转子质量重心于转子质量重心c
42、 c c c，但成但成但成但成一夹角，此即为偶不平衡一夹角，此即为偶不平衡一夹角，此即为偶不平衡一夹角，此即为偶不平衡状态状态状态状态。二二 不平衡振动故障机理分析分析不平衡振动故障机理分析分析刚性转子偶不平衡产生的园锥型轴线涡动轨迹刚性转子偶不平衡产生的园锥型轴线涡动轨迹刚性转子偶不平衡产生的园锥型轴线涡动轨迹刚性转子偶不平衡产生的园锥型轴线涡动轨迹 动动不平衡不平衡 动不平衡的特点动不平衡的特点动不平衡的特点动不平衡的特点 不平衡离心力不平衡离心力不平衡离心力不平衡离心力F F F F不等于零，不平衡力偶不等于零，不平衡力偶不等于零，不平衡力偶不等于零，不平衡力偶aFaFaFaF1 1 1
43、 1也不等于零；也不等于零；也不等于零；也不等于零；动不平衡通常可用在两个任意平面上的等效不平衡矢量表示。所以，动不平衡通常可用在两个任意平面上的等效不平衡矢量表示。所以，动不平衡通常可用在两个任意平面上的等效不平衡矢量表示。所以，动不平衡通常可用在两个任意平面上的等效不平衡矢量表示。所以，动不平衡需要在垂直于轴线的两个平面内校正。动不平衡需要在垂直于轴线的两个平面内校正。动不平衡需要在垂直于轴线的两个平面内校正。动不平衡需要在垂直于轴线的两个平面内校正。动不平衡是转子的旋转轴动不平衡是转子的旋转轴动不平衡是转子的旋转轴动不平衡是转子的旋转轴线线线线z z z z与中心主惯性轴与中心主惯性轴与
44、中心主惯性轴与中心主惯性轴A-BA-BA-BA-B即即即即不平行又不重合的状态，不平行又不重合的状态，不平行又不重合的状态，不平行又不重合的状态，它是由静不平衡和力偶不它是由静不平衡和力偶不它是由静不平衡和力偶不它是由静不平衡和力偶不平衡两种状态叠加而成，平衡两种状态叠加而成，平衡两种状态叠加而成，平衡两种状态叠加而成，F F2 2F F1 1F FACBCBA二二 不平衡振动故障机理分析分析不平衡振动故障机理分析分析3 3 转子不平衡故障的特征转子不平衡故障的特征n波形为简谐波，少毛刺。n轴心轨迹为圆或椭圆。n1X频率为主。n轴向振动不大。n振幅随转速升高而增大。n过临界转速有共振峰。1X频
45、率(水平)1X频率(水平)1X频率(铅垂)1X频率(铅垂)轴向很小轴向很小二二 不平衡振动故障机理分析分析不平衡振动故障机理分析分析4 4 常见的转子不平衡形式及特征常见的转子不平衡形式及特征二二 不平衡振动故障机理分析分析不平衡振动故障机理分析分析5 5 刚性转子的平衡刚性转子的平衡 动平衡前需要知道转子的动力特性，转子一般划分成刚性转子和挠性转子动平衡前需要知道转子的动力特性，转子一般划分成刚性转子和挠性转子 区分刚性转子和挠性转子的简单方法是区分刚性转子和挠性转子的简单方法是 刚性转子：刚性转子：工作转速低于转子的第一阶临界转速工作转速低于转子的第一阶临界转速 挠性转子：挠性转子：工作转
46、速高于转子的第一阶临界转速工作转速高于转子的第一阶临界转速n0n1第一临界转速第一临界转速刚性转子挠性转子r/minr/minn2 刚性转子动平衡不考虑转子变形问题刚性转子动平衡不考虑转子变形问题 F=Me2 挠性转子动平衡不仅要考虑振型问题还必须考虑转子的挠曲变形位移挠性转子动平衡不仅要考虑振型问题还必须考虑转子的挠曲变形位移二二 不平衡振动故障机理分析分析不平衡振动故障机理分析分析 5 5 刚性转子的动平衡条件刚性转子的动平衡条件 当转速当转速n n1800r/min1800r/min和长径比和长径比 L/D L/D 0.5、或着当工作转速或着当工作转速 n 900r/min,且长径比且长
47、径比 L/D L/D 0.5、或着当工作转速或着当工作转速 n 1800 r/min时，按规定转子时，按规定转子 必须要求作动平衡；必须要求作动平衡；二二 不平衡振动故障机理分析不平衡振动故障机理分析 6 6 刚性转子的平衡方法刚性转子的平衡方法 平衡机法（平衡机法（固定式固定式/移动式移动式）力传感器轴承架硬支承摆架传感器弹簧板或钢丝带摆架软支承摆架 优点：精密优点：精密优点：精密优点：精密 适用于新建造的转动部件；不能在现场和工作适用于新建造的转动部件；不能在现场和工作适用于新建造的转动部件；不能在现场和工作适用于新建造的转动部件；不能在现场和工作 转速下进行平衡；大中修时吊出机器的转子等
48、转速下进行平衡；大中修时吊出机器的转子等转速下进行平衡；大中修时吊出机器的转子等转速下进行平衡；大中修时吊出机器的转子等1 不平衡测量分析系统2 万向节电机拖动系统5 可移动支承摆架6 平衡部件7 传感器3 万向联轴节234565121g35050g1550AB878 光电式相位传感器动平衡机基本结构及其检测平衡模式4 拖动电机二二 不平衡振动故障机理分析不平衡振动故障机理分析 6 6 刚性转子的平衡方法刚性转子的平衡方法 平衡机法（平衡机法（固定式固定式/移动式移动式）二二 不平衡振动故障机理分析不平衡振动故障机理分析 6 6 刚性转子的平衡方法刚性转子的平衡方法特殊环境机械设备做动平衡遇到
49、的问题特殊环境机械设备做动平衡遇到的问题特殊环境机械设备做动平衡遇到的问题特殊环境机械设备做动平衡遇到的问题 大机组大机组大机组大机组转子出厂做平衡困难；转子出厂做平衡困难；转子出厂做平衡困难；转子出厂做平衡困难；牵连工程大、维修周期长、工作效率低牵连工程大、维修周期长、工作效率低牵连工程大、维修周期长、工作效率低牵连工程大、维修周期长、工作效率低 轴系平衡问题无法解决；轴系平衡问题无法解决；轴系平衡问题无法解决；轴系平衡问题无法解决；大直径叶轮不能随转子移动导致平衡失效大直径叶轮不能随转子移动导致平衡失效大直径叶轮不能随转子移动导致平衡失效大直径叶轮不能随转子移动导致平衡失效XX机组机组 泵
50、组安装环境31712130L:320:320:350 350 直流机转子重850KG L:660:660 :460460 L:90 820 主变流机组直流机转子结构示意图二二 不平衡振动故障机理分析不平衡振动故障机理分析 6 6 刚性转子的平衡方法刚性转子的平衡方法 平衡机法（平衡机法（固定式固定式/移动式移动式）现场动平衡方法现场动平衡方法 大机组转子出厂做平衡困难；大机组转子出厂做平衡困难；大机组转子出厂做平衡困难；大机组转子出厂做平衡困难；牵连工程大、维修周期长、工作效率低牵连工程大、维修周期长、工作效率低牵连工程大、维修周期长、工作效率低牵连工程大、维修周期长、工作效率低 轴系平衡问题