設備振動標準及其應用第1頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第一講機械振動監(jiān)測診斷基礎理論一﹑振動的基礎理論二﹑常用監(jiān)測診斷分析方法三、振動分析的過程第2頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月一﹑振動的基礎理論機械振動是指物體圍繞其平衡位置作往復交替的運動。

慣性力阻尼力彈性力干擾力第3頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月機械振動的來源*機器零件的制造公差*組裝時的間隙*零件間的摩擦*旋轉不平衡等但有時也利用振動的特性來幫助我們工作第4頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月A機械振動的分類第5頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第7頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月B周期振動與簡諧振動●周期振動一般可看作是多個簡諧振動的疊加?！窈喼C振動是機械振動中最基本、最簡單的一種形式，其軌跡可以看作是一個作勻速圓周運動的質點在坐標軸上的投影，可用后面的數(shù)學式表示。第9頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月X=Xmsin(2πt/T+φ)

=Xmsin(2πft+φ)

=Xmsin(ωt+φ)

X-質點位移

Xm-位移最大值，振幅(A)

T-周期，質點重復同一運行所需最短時間

f-頻率，單位時間同一狀態(tài)出現(xiàn)次數(shù)，1/T

ω-圓頻率，2πf

φ-初始相位角

ω-園頻率（rad/s),f-頻率（Hz),T-周期（s)

第10頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月振動的三個要素：幅值、頻率（周期）、相位

第11頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第13頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

其中：ω＝2πff＝1/T振動位移、速度和加速度振動位移對時間求一次、二次導數(shù)得到速度、加速度信號。第14頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月位移、速度、加速度v=ωXmsin(ωt+φ+π/2)a=ω2Xmsin(ωt+φ+π)振動速度信號比位移超前90°，幅值是位移信號ω倍；振動加速度信號比振動速度超前90°，幅值是速度信號ω倍。第16頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月常用單位位移峰峰值微米速度有效值（均方根值）毫米／秒加速度峰值米／秒2第17頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

振動波形的峰值、峰－峰值、有效值和平均值峰值：

Xpeak=Xm

峰－峰值：Xp-p

＝2Xm

平均值―算術平均值：有效值（均方根值）：正弦波形的有效值：第18頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月速度有效值（均方根值）第19頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月測試參數(shù)的選擇原則第20頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

故障診斷為突出故障頻率成分，對低頻故障推薦采用位移信號分析，對高頻故障推薦采用速度、加速度信號。第21頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第22頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月

測試參數(shù)的選擇原則

位移X與頻率f無關，特別適合低頻振動選用。

速度

V＝Xω與頻率f成正比，通常推薦選用。

加速度

A＝Vω＝Xω2

頻率f2

成正比，特別適合高頻振動選用。

ω＝2лf第23頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月二.狀態(tài)監(jiān)測常用分析方法簡介幅值分析（振動總值、列度）、變化趨勢波形分析：峰值變化、周期性特點··頻譜分析：振動能量的頻率分布分析倒頻譜分析波特圖三維譜圖

第24頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月沖擊頻響：測物體自振頻率傳遞函數(shù)：反應系統(tǒng)輸入、輸出信號之間的幅頻系和相頻關系。

相干分析：用來確定輸出信號有那些頻率成分、多大程度來自輸入信號。

相位分析：設備各測點振動相位的比較。第25頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月常見振動圖形基本概念不同的振動狀態(tài)表示方式具有不同的特點，有些故障在某些圖形上反映不明顯，但在另外一些圖形上卻表現(xiàn)得比較突出。常用圖形有：波形圖、頻譜圖、瀑布圖、級聯(lián)圖、趨勢圖、軸心軌跡圖、軸中心位置圖、奈奎斯特圖等。第26頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月振動波形振動信號的時間歷程表示出來。測量到振動幅值、頻率、相位和波形變化。振動信號是否平穩(wěn)、有沒有毛刺、削波、調頻、調幅、波動、不穩(wěn)定等異?，F(xiàn)象。在頻譜圖表現(xiàn)的不是很明顯。摩擦故障時，很多毛刺或削波等，不平衡故障為標準正弦波。第27頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月幅值分析振動總值、（列度）的分析判斷與標準允許值比較與歷史統(tǒng)計值比較與同類機組振動值比較振動值變化趨勢的分析判斷總量值的趨勢頻段值的趨勢第28頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月振動頻譜通常情況振動信號包含很多簡諧振動成分，當頻率成分較多時，從振動波形中很難直接看出波形中包含的頻率成分。作傅里葉變換求出頻率。頻譜圖將這些頻率成分和大小表示出來。不同振動故障所包含的振動頻率成分并不相同。不平衡故障主要為與轉速同頻的工頻成分；油膜振蕩故障為與轉子系統(tǒng)固有頻率相對應的低頻成分等。與轉速相等頻率成分定義為基頻或工頻，如1x、2x、3x、1/2x。第29頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月頻譜分析

頻譜分析是機械故障診斷中使用得最廣泛的信號處理方法之一，大多數(shù)旋轉機械一般都產(chǎn)生帶有周期的振動信號，并不是都只含有單一頻率成分的簡諧運動，而是包含有多種的頻率成分，這些頻率成分往往直接與機器中各零部件的機械物理特性聯(lián)系在一起。頻域分析的基礎是頻率分析方法，利用傅里葉變換，將復雜的信號分解為簡單信號的疊加。傅里葉變換：第30頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月快速富里葉分析(FFT)原理頻譜分析示意第31頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月0.5x1x2x3x4x5x

第32頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月升、降速波德圖以轉速為橫坐標，升降速過程中振幅和相位變化作為縱坐標得到的反映變速過程中振動變化情況的圖形。轉子系統(tǒng)在各種轉速下的振幅和相位；轉子系統(tǒng)的臨界轉速；轉子系統(tǒng)的共振放大系數(shù)（A臨/A工=3~8

）；轉子振型；系統(tǒng)的阻尼大小。由這些數(shù)據(jù)可以獲得有關轉子的平衡狀況和振動體剛度阻尼特性等動態(tài)參數(shù)。最大功能：判斷系統(tǒng)臨界轉速，過臨界時振幅最大，相位變化最明顯（受系統(tǒng)阻尼影響），不同機組過臨界相位變化幅度不同。多次啟停過程中振動變化有沒有異常。正常情況下，升、降速過程振動基本吻合。動靜摩擦、轉子熱彎曲時，快速停機過臨界振動比開機要大。第33頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月波特圖：轉速與振幅、相位之間的關系。第34頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第35頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第36頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月振型圖軸系上各點振動分布情況，指導動平衡工作。選取加重平面、確定加重方式。計算得出，研究實測方法。第37頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月瀑布圖將不同時刻的頻譜圖疊加在一起，以時間作為坐標得到的三維圖形。x軸振動頻率，y軸時間，z軸振幅。根據(jù)瀑布圖可以直觀看到不同時刻的振動頻譜，了解異常振動故障發(fā)生時頻譜及幅值變化情況。可以判斷機器臨界轉速、振動原因以及系統(tǒng)的阻尼等情況。由頻譜分析儀或信號處理裝置直接顯示出來。第38頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第39頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月短期趨勢圖將振動幅值和相位隨時間變化情況表示出來。可以對一段時間內的振動變化情況進行分析，判斷機組是否穩(wěn)定、有沒有周期性等。第40頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月長期趨勢圖第41頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第42頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月示例第43頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第44頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月三、振動分析的過程：

問診→監(jiān)測→診斷→措施★問診：了解設備背景，運行環(huán)境、可能引起振動的原因

設備結構（傳動鏈參數(shù)，如齒輪齒數(shù)、軸承型號、皮帶輪直徑等）、設備的動態(tài)特性等信息;設備運行工況，過程參數(shù)：溫度、壓力、轉速、負荷設備維修檔案第45頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月★監(jiān)測:確定振動測試分析方案

測試（轉速、負荷）；測點位置；測試參數(shù)（振動位移、速度、加速度）；絕對振動、相對振動測試振動的方向（H/V/A）數(shù)據(jù)類型（幅值、頻譜、波形、相位）信號檢測類型：峰值、峰峰值、有效值第46頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月★診斷：引起振動的原因和部位

振動幅值趨勢分析振動波形識別頻譜分析、峰值能量譜分析頻響特性與相干分析瞬時頻率變化與相位分析★措施：給出結論繼續(xù)運行；還能運行多久?維修、檢查；部位?第47頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第二講機械振動測試一﹑振動傳感器種類和選擇二、振動傳感器測量位置選擇第48頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月一、振動傳感器種類和選擇第49頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第50頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月電渦流型、速度型、加速度型、電容型、電感型五類。后兩者受周圍介質影響較大，很少使用。前三種傳感器優(yōu)缺點。電渦流傳感器-頭部有扁平的感應線圈，高頻電纜輸出。感應線圈通上高頻電流（1~2MHz）時，線圈周圍產(chǎn)生高頻電磁場。周圍金屬導體表面產(chǎn)生感應電流，即電渦流，根據(jù)楞次定律，電渦流產(chǎn)生的電磁場與感應線圈電磁場方向相反，這兩個磁場疊加，改變了感應線圈的阻抗，感應線圈內阻抗變化可表示為：Z=f（μ,γ,r,χ,I,ω）。

μ-導磁系數(shù)

γ-電導率

r-線圈尺寸因子

χ-感應線圈與導體之間的距離

I-勵磁電流

ω-勵磁電流圓頻率。第51頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月當金屬導體結構均勻、各向同性且μ,γ,r,I,ω一定時，感應線圈阻抗變化是感應線圈與金屬導體之間距離的單值函數(shù)。μ,γ,I,ω一定時，增大線圈尺寸r，磁場分布范圍將增大，但磁場感應強度的變化幅度減少，反之則相反。這種傳感器的線性范圍隨感應線圈直徑增大而增加，而傳感器靈敏度（單位間隙的阻抗變化值）隨感應線圈直徑增大而減少。信號經(jīng)放大、檢波、濾波后，可得到一個與χ值成正比的輸出電壓。輸出電壓直流分量正比于感應線圈與金屬導體的靜態(tài)間隙。若線圈與金屬板之間存在相對振動，則有交流電壓輸出，它正比于線圈與金屬板之間的相對位移。前置器到電渦流傳感器的高頻電纜是由制造廠精心調配好的，不同型號或不同系列的傳感器不能互換，而且不能延長或截短，最長達10米。第52頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月電渦流傳感器安裝工作溫度-最高容許溫度180℃，國產(chǎn)傳感器大部分120℃以下。實際工作溫度超過70℃，靈敏度顯著降低，還會損壞。必須安裝在軸瓦內，特制高溫傳感器容許安裝在汽封附近。避免交叉感應-兩個傳感器不能考得太近，交叉感應，傳感器輸出靈敏度降低，要求大于25~40mm。避免側隙過小-頭部兩側存在導體，側隙較小，也使傳感器輸出靈敏度顯著降低，不僅考慮冷態(tài)，而且還要考慮汽缸和轉子受熱后膨脹。側隙≥d，頭部外露高度≥2d。避免支架共振和松動-支架自振頻率高于2~3倍工作頻率，支架采用6~8mm厚扁鋼，懸臂長度不超過100mm。傳感器與支架的連接采用支架上攻絲再用鎖母拼緊。傳感器頂部與被測物體之間的靜態(tài)間隙有要求，考慮工作轉速下軸頸位置的變化。第53頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月速度傳感器目前較常見的一種振動傳感器，工作原理實際上是一個往復式永磁小發(fā)電機。支承不同，有相對式和絕對式兩種。絕對式傳感器外殼固定在振動物體上時，整個傳感器跟著振動物體一起振動，而處在空氣間隙內的動線圈是用很軟的簧片固定在外殼上的，其自振頻率很低。當振動體頻率大于自振頻率15倍時，動線圈處在相對（傳感器外殼）靜止狀態(tài)，線圈與磁鋼之間發(fā)生相對運動，線圈切割磁力線產(chǎn)生感應電勢：E=BLvB–磁場強度

L–感應線圈導線長度

v–相對運動速度B、L一定時，輸出電勢E正比于振動速度v，所有稱它為速度傳感器，或絕對式傳感器，或地震式傳感器。相對式彈簧較硬，很少采用。若要取得與振動位移成正比的振動信號，傳感器輸出的信號必須經(jīng)積分回路。一般在儀表內，也有單獨分離出來，稱為速度/位移轉換器（VDC）

第54頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月速度傳感器安裝方式-手扶、橡皮泥粘接、永磁吸盤固定、螺絲固定。工作溫度-120°以下，過高損壞絕緣和退磁，靈敏度降低。避免傳感器固定不穩(wěn)和共振。測點位置前后一致。傳感器的互換性。傳感器安裝方向與測量方向一致。第55頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月加速度傳感器它利用石英、陶瓷等材料壓電特性，當外力作用在這些材料上時產(chǎn)生電荷。這種裝置固定在振動物體上，由于物體振動產(chǎn)生加速度。a=ω2A=4π2f2A（單幅值）。根據(jù)牛頓定律F=ma，施加在壓電晶體片上的作用力與重質量和振動加速度成正比。而壓電晶體片輸出電荷與作用在晶體片上的力成正比。當m一定時，傳感器輸出電荷與振動加速度成正比。它不能作靜態(tài)測量，只能動態(tài)測量。只有在受到連續(xù)交變力作用下，壓電晶體才能連續(xù)不斷產(chǎn)生電荷，在電路中形成電流、電壓。輸出信號通過較長導線輸?shù)秸駝觾x，即使輸入阻抗很高，也會顯著降低傳感器的靈敏度，必須先送到前置放大器。經(jīng)過一次、二次積分獲得振動速度、振動位移，但振動信號衰減98%以上，靈敏度不足，受外界干擾影響大，在汽輪發(fā)電機組上沒有廣泛應用。對于具有滾動軸承或齒輪部件的旋轉機械來講，由于需要獲得故障振動加速度信號，加速度得到廣泛應用。第56頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月放大器慣性質量壓電晶體絕緣體導電平面絕緣體預載螺釘加速度傳感器示意圖

第57頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第58頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月二、振動傳感器測量位置選擇第59頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第60頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第61頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第三講機械振動標準及應用一、標準的作用與制定二、軸承振動和軸振動標準三、標準的使用和保護值的設定四、機械振動標準應用三示例第65頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月一、標準的作用與制定

1.振動標準的作用：檢查考核機器的設計水平、制造質量、安裝質量、檢修質量保障機器安全運行，防止發(fā)生振動事故

2.制定振動標準的基礎：–安全性–經(jīng)濟性標準制定主要靠經(jīng)驗和統(tǒng)計規(guī)律第66頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月振動標準分類第68頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月目前最常采用的是通頻振幅來衡量機械運行狀態(tài)的，根據(jù)所使用傳感器的種類分為：軸承振動評定，用接觸式傳感器(例如磁電式振動速度傳感器或壓電式振動加速度傳感器)放置在軸承座上進行測量2)軸振動評定，用非接觸式傳感器(例如電渦流式傳感器)測量軸相對于機殼的振動值或軸的絕對振動值。評定參數(shù)可用振動位移峰峰值和振動烈度(即均方根值，它代表了振動能量的大小)來表示。二、軸承振動和軸振動標準第70頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第71頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第72頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第73頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月50MW以上，3000RPM汽輪機軸振動標準（P-P）第74頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月軸振動標準（P-P）第75頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第76頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第77頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第78頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第79頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月汽輪機、離心鼓風機和壓縮機軸承振動標準（P-P）第80頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第81頁，課件共103頁，創(chuàng)作于2023年2月第82頁，課件共103頁，創(chuàng)作