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1、旋转机械振动故障分析旋转机械振动故障分析讲义讲义第1页，共32页，编辑于2022年，星期六旋转机械振动测试的基本概旋转机械振动测试的基本概念念1振动相位的测量与键相信号n n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。n n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2页，共32页，编辑于2022年，星期六脉冲测相法脉冲测相法 图中j 是脉冲信号导前振动信号高点的角度，即振动相位。返回返回第3页，共32页，编辑于2
2、022年，星期六固有频率固有频率 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。返回返回第4页，共32页，编辑于2022年，星期六临界转速临界转速 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
3、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。返回返回第5页，共32页，编辑于2022年，星期六刚性转子与刚性转子与柔性转子的区分柔性转子的区分n n转子转速在远低于它的第一阶临界转速时，由振动引起的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量偏离转子原始曲线，其偏心距不会因为
4、转子的转动发生变化，这种转子可以认为是刚性转子。变化，这种转子可以认为是刚性转子。n n按按ISOISO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。n n转子转速接近于它的临界转速时，由于共振转子发生挠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。运转过程中发生变形的转子称为柔性转子。返回返回第6页，共32页，编辑于2022年，星期六旋转机械振动测试的基本概念旋转机械振动测试的基本概念44常见振动测试的特征图
5、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 a 波形图波形图 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7页，共32页，编辑于2022年，星期六旋转机械振动测试的基本概念旋转机械振动测试的基本概念44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8页，共32页，编辑于2022年，星期六旋转机械振动测试的基本概旋转机械振动测试的基本概念念44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9页，共32页，编辑于2022年，星期六波形图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
6、以看出振动信号是否平稳、毛刺、削波、调频、调幅等异常现象。返回返回第10页，共32页，编辑于2022年，星期六频谱图频谱图 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。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。上就可以得到某一时刻的频谱。返回返回第11页，共32页，编辑于2022年
7、，星期六常见振动信号对应的波形与频谱图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12页，共32页，编辑于2022年，星期六常见振动信号对应的波形与频谱图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13页，共32页，编辑于2022年，星期六常见振动信号对应的波形与频谱图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14页，共32页，编辑于2022年，星期六常见振动信号对应的波形与频谱图常见振动信号对应的波形与频谱图(5)返回返回拍振第15页，共32页，编辑于2022年，星期六瀑布图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
8、看到各种频率的组成与振幅是如何随时间变化的。返回返回第16页，共32页，编辑于2022年，星期六级联图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。返回返回第17页，共32页，编辑于2022年，星期六趋势图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。返回返回第18页，共32页，编辑于2022年，星期六波特图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
9、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。返回返回第19页，共32页，编辑于2022年，星期六极坐标图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。返回返回第20页，共32页，编辑于2022年，星期六轴心动态轨迹图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。返回返回第21页，共32页，编辑于2022
10、年，星期六轴心静态轨迹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22页，共32页，编辑于2022年，星期六轴心静态轨迹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。返回返回第23页，共32页，编辑于2022年，星期六振动幅值的度量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
11、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 峰峰值返回返回第24页，共32页，编辑于2022年，星期六有效值与振动烈度（有效值与振动烈度（1）n nISO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。n n速度均方根值：n n简谐振动 v(t)=1/2*Vp_psin(wt)，利用上述定义，可以得到：返回返回第25页，共32页，编辑于2022年，星期六有效值与振动烈度（有效值与振动烈度（2）n n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
12、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26页，共32页，编辑于2022年，星期六有效值与振动烈度（有效值与振动烈度（3）n n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）返回返回第27页，共32页，编辑于2022年，星期六振动烈度与振动位移的换算振动烈度与振动位移的换算n n简谐振动下的振动烈度与振动位移的换算n n单位:振动位移 um 振动烈度 mm/s 转速
13、转/分n n例：3000转时，振动烈度是 6mm/smm/s，换算出来，振动位移是：54umum。返回返回第28页，共32页，编辑于2022年，星期六机组振动的标准机组振动的标准n n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：GB113471989 大型旋转机械振动烈度的现场测定和评定.GB11348.11989 旋转机械转轴径向振动的测量与评定 第一部分：总则GB11348.21997 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29页，共32页，编辑于2022年，星期六机组振动的标准机组振动的标准n n汽轮发电机组振动的国
14、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挠性转子机械平衡的方法和准则在在非非旋旋转转部部件件上上测测量量和和评评价价机机器器的的机机械械振振动动 第一部分：总则第一部分：总则在在非非旋旋转转部部件件上上测测量量和和评评价价机机器器的的机机械械振振动动 第第二二部部分分：超超过过5050MWMW陆陆地地安安装装的的大大型型汽汽轮轮发发电电机组机组第30页，共32页，编辑于2022年，星期六机组振动的标准机组振动的标准(1)返回返回国标“GB11348.21997 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31页，共32页，编辑于2022年，星期六机组振动的标准机组振动的标准(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。返回返回第32页，共32页，编辑于2022年，星期六