旋转机械振动分析基础

第一章旋转机械振动分析根底失。以100MW～600MW汽轮发电机组为例，消灭故障后，多启动一次的直接经济代价〔仅考虑燃油和厂用电消耗〕5～30越大。动值变大，或振动变得不稳定，都说明设备消灭了肯定程度的故障。振动对机组安全、稳定运行的危害主要表现在：振动过大将会导致轴承乌金疲乏损坏。图1给出了某台机组轴承乌金损20～302～3280μm。大修中对该转子进展了动平衡，大修后的轴振减小为70μm。稳定运行乌金局部碎裂，有时顶轴油孔甚至被磨损的乌金堵住。图1 轴承乌金疲乏碎裂过大振动将会造成通流局部磨损，严峻时将会导致大轴弯曲。统计数据2[1311200rpm30，2号轴承振动渐渐增大到40μm。降速到500rpm后再次升速到1200rpm暖机，振2号轴颈处大轴晃度达1390μm0.79mm。2300MW3某台机组汽封摩擦损坏状况振动过大还将使部件承受大幅交变应力，简洁造成转子、联结螺栓、管1156MW1955rpm〔额定转19721500MW1600MW171974GAILATIN1225MW3600rpm〕时，低压转子突然断裂。图4600MW[4]。我国同样发生过多起比较严峻的汽轮发电机组轴系损坏事故。150MW3600r/min，15m2186mm。200MW3400rpm10～11s30m13〔a〕损坏全景〔b〕大轴断裂 〔c〕叶片断裂 轴断口图4国外某600MW汽轮发电机组轴系断裂事故图片第一节振动分析根本概念量按余弦〔或正弦〕函数规律周期性地变化，可以写为yAsin(t)2f,f1T

〔1〕相位反映了信号在t0时刻的初始状态。中正、负峰值的差值作为振动幅值，又称为峰峰值，通常以App

表示。式〔1〕中的A又称为半峰值，记为A 。0p6〔a〕图两信号幅值不等〔b〕图两信号相3c〕知道幅值、频率和相位这三个参数，人们称之为振动分析的三要素。TAopAφTAopA图5 简谐振动波形〔a〕幅值不等 〔b〕相位不等 频率不等图6三组相像的振动波形简谐振动是一种最简洁的振动形式，实际发生的振动要比简谐振动简单得i

A和i相位

的简谐重量的合成，图7给出了一组简单波形分解实例：iyNi1

Asin(ti i

) 〔2〕1x表示与转动234〔a〕简单波形 分解后的简谐波形图7简单简谐振动波形分解实例承受信号分析理论中的快速傅立叶变换〔FFT〕可以很便利地求出简单振动的工具。频谱分析所起的作用可以概括为以下两点：不同故障所对应的频率不同。例如：转子不平衡故障的频率为工频，3～5绍每一种故障的频率特征。多种故障的频率特征具有很强的相像性，频率特征并不是故障推断的充分条件。例如，热变形、不平衡、共振、刚度缺乏、摩擦等故障的特征频率都振动分析必需结合过程参数和相关试验数据进展，突出相像故障之间的微小差别。其次节振动位移、速度和加速度对时间求一次和两次导数，可以分别得到振动速度和加速度：yAsin(t)vydy

〔3〕ay

dt 22Asin(dt2从式〔3〕可以看出：5泛应用。而言，转速越高，振动标准越严。〔或加速度〕幅值是振动位移和频率〔或频率平方〕的乘积，90o。承受不同表示方式时，必需考虑相互之间的相位差。的故障特征不完全一样。假设某故障振动位移信号频谱如图8〔a〕所示，频谱中10Hz、20Hz和50Hz重量幅值都为10μm。依据式〔3〕计算出每一频率重量8〔b、c〕动速度或加速度监测比较有效。1m/s2。由式〔3〕8〔d、e〕所1612 3.5 110 3

0.90.82.5 0.78) ) m u 6 m移 位 4

)ssm度21.5 2加1

0.60.50.40.30.22 0.5

0.100

050

50f/Hz

00 50f/Hz〔a〕 〔b〕 〔c〕16250114200 1210 )s

0.8m)m 150 )sm移 位 100 50

m 0.68 m度速6 加0.440.2200 f/Hz

00

050

50f/Hz〔d〕 〔e〕 图8 振动位移、速度和加速度频谱比较振动位移、速度和加速度之间可以相互转换。虽然将位移信号对时间7动仪表，可以通过积分同时测量出振动加速度、速度和位移值。1振动表示形式 位移 速度 加速度幅值 A A

2A相位 频率 ω单位 mm

/2ωmm/s

ωmm/s2转换关系选用原则

位移信号对时间求导得到速度，再求导得到加速度；加速度对时间积分得到速度，再积分得到位移。三种表示方式都可以用于监测；速度和加速度信号更能突出反映高频重量的变化；位移信号进展监测更能突出反映低频重量的变化。第四节振动传感器理和使用留意事项。一、振动传感器根本原理图15涡流传感器；2－固定螺母；3－信号输出涡流传感器构造如图15所示。传感器头部有感应线圈，通上高频电流后，8图16速度传感器簧片；2－磁钢；3－阻尼杯；4－导磁体；5－连接杆；6－外壳；7－线圈；8－簧片；9－引出线接头671815时，n n生感应电压。输出电压正比于振动速度，所以称为速度传感器。图17加速度传感器底座；2－压电晶体片；3－导电片；4－质量块；5－外壳；6－碟形簧片；7－引出线接头；8－导线加速度传感器构造如图17所示。它利用压电材料的压电特性，当有外力作4和导电片3与压电晶体片589感器输出电荷与振动加速度成正比。图18接触式轴确定振动测量方法轴；2－滑块；3－测振杆；4－速度传感器图19组合式振动传感器轴；2－涡流传感器；3－轴承盖；4－外壳；5－速度传感器对于自由空间的振动称为确定轴振。确定轴振可以承受接触式或组合式方法测连，直接压在转轴上。临时测量时，也可将转轴接触端做成VV19两个振动信号之间的相位差以及积分过程中相位漂移等因素的影响。二、振动传感器特点和选用10围和灵敏度，须重标定。为了获得牢靠数据，对传感器的安装要求较严。速度传感器输出与振动速度成正比，信号可以直接供给应分析系统。传感器以通过螺钉与被测物体固定。速度传感器体积、重量偏大，低频特性较差。测量不稳定，互大互小，没有规律。不易损坏。是用涡流传感器测量转轴振动，用速度或加速度传感器测量轴承座振动。另外，可以选用涡流传感器。三、涡流传感器的安装涡流传感器安装要求较严，安装时需要留意以下事项：器。目前传感器〔非特制〕120℃以下。3300A25mm。11图20 涡流传感器的穿插感应21bdc2d。现场安装传感器受位置限制时，可以去掉传感器头部四周的金属，使b和c满足要求。数误差很大。300MW机组升杆共振引起的。将测振杆加粗后，该转速范围内的振动大大减小。〔100～200rpmrpm〕，3、44是传感器支承杆自身共振引起的。〔a〕传感器头部侧隙和外露长度过小 补救方法图21避开传感器头部侧隙和外露长度过小22感器与被测物体之间的距离过大或过小时，输出电压与距离之间的线性关系较12在－12V〔1.5mm〕左右。2015V/ 10电500 500 1000 1500 距离/μm

2500 3000 350022传感器静态性能曲线125MW电机组空载时，各点轴振、瓦振良好。满负荷时发电机后轴承处轴振由43μm增大为182μm。励磁电流减小，振动也随之减小。轴振增大的同时，瓦振变化了很多幅值很大的负向尖毛刺〔23〔图24〕说明，除了工频重量外，还有大量的2x、4x、6x、8x等倍频。机组解磁导率不同，干扰了传感器的输出。随着励磁电流的增大，电磁干扰加大。为消退发电机后轴承轴振虚假信号问题，结合机组检修,对测振装置进展了改造。将发电机后轴承轴振动测量探头改为接触式探头,通过测振杆与轴的接触来测量转轴确定振动。承受的测量方法后,根本解决了轴振虚假信号问题。但是由于承受接触式测量，探头与转轴接触部位存在肯定程度的磨损。23电磁干扰后的发电机后轴承轴振波形1324电磁干扰后的发电机后轴承轴振频谱〕或电磁缺陷〔如轴外表局部存在较强剩磁或〕时，即使不振动，涡流传感器也会有波动电压输出。电磁干扰和机感器的输出来确定。四、涡流传感器输出信号牢靠性的推断方法影响涡流传感器输出的因素很多。轴振增大时，人们往往首先疑心传感器涡流传感器输出信号的牢靠性可以依据以下几点综合推断：着振动信号。假设间隙电压正常，那么沟通量一般也是正常的。有小，但是正常状况下，轴振和瓦振应当同步变化。依据轴振输出波形推断，排解毛刺等特别现象。排解传感器支架共振和松动故障。偏摆。转子动力特性来推断。轴确定振动大小来推断。14五、相位测量相位准确与否，直接影响动平衡工作效率。25置做标记〔反光带或键槽，安装键相传感器。每当转轴上的标记转动到键相传〔例如正峰或零点等后。猎取脉冲信号的传感器俗称为键相探头。基准脉冲信号有两种猎取方式：于转轴外表的色差而产生一个与转速完全同步的脉冲信号；头与被测物体之间的距离变化而产生脉冲信号。25脉冲测相示意图感器受阳光或灯光照耀的影响也较大。凡遇阳光或灯光照耀时，应设法遮挡。15器与转轴之间的距离的要求也不同。6～10mm，0.8～2mm，轴向长度30～80mm。贴片时，为了防止贴片飞脱，可承受比重较小的铝片。铝0.30～0.5mm6～10mm，30～50mm。贴片时，可将铝片敲成与转轴外表一样的弧形，并将转轴外表打磨、清理干净。六、相位变化规律分析现依据通用相位定义〔即脉冲前沿导前振动信号正峰值的角度变化规律，为后续振动分析供给依据。1、不平衡力角度变化引起的相位变化此，转子上激振力方向较原先超前，振动信号随之超前AA1 226。因此，转子上激振力方向超前，仪表指示相位减小。反之，转子上激振力方向滞后，仪表指示相位增大。1－原始相位 2－相位26激振力超前引起的相位