第5章旋转机械的监测诊断10年-精选

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超过临界转速,则随转速的增加而减小,在临界转速 处,有共振峰值。 –其激励原因主要是由转子不平衡(转子的质心与回转 轴线偏离)产生的离心力,其大小取决于不平衡程度
5.1.1 转子振百度文库的类型
• 自激振动 –由外部条件变化(如喘振、流体激励等)引发的自身 振动,其振动频率为系统自身的固有振动频率 。 –自激振动的形成却依赖于初始振动的存在,若没有初 始振动,就没有可以反馈的信号,系统不能“起振” –这种振动常常在某个转速下突然发生,因此对旋转机 械具有极大的危害性。 –对环境条件的变化十分敏感,机器的微小差异,其稳 定性可能具有极大的差异 琴弦的振动(提琴、胡琴)-摩擦引起 油膜振荡 机床切削颤振
vrms
1 Tv2(t)dt T0
• 振动烈度值与信号所含的能量关系密切,受频率变化的影 响较小,对机组常发生的非表面损伤类故障或渐进性故障 比较敏感。
• 计算:振动由几个不同频率的简谐振动所合成,由频谱分 析可知,加速度、速度或位移幅值(aj、vj、Aj, j=1,2,……n)是角速度ωj的函数。根据加速度幅值aj 、位 移幅值Aj或速度幅值vj ,可计算出振动速度的均方根值:
5.2.1 测振传感器(一次仪表)分类
• 1.测振传感器的作用 • 把被测对象的机械振动量(d,v,a)在要求的范围内准
确地接收下来,并把它们转变成电信号输出。 • 2.测振传感器的分类(按所测参数形式分)
– 位移传感器 – 速度传感器 – 加速度传感器
5.2.2 测振传感器性能
• 3.三类传感器的频率特性与动态范围比较 • (1)加速度传感器的频响特性与动态范围最宽(10-20KHz) • (2)速度传感器一般在10~1000Hz • (3) 位移传感器从理论上可到0.1 ~10000Hz,一般在2kHz以
• 主要构成部件有转子、支承转子的轴承(滑动轴承)、定 子或机器壳体、连轴器等
• 转速范围一般为几千r/min到几万r/min之间(水轮机组只 在100r/min)
• 旋转机械的关键部件------运动部件(转子)
轴流压缩机
多级汽轮机转子
转子是由合金钢锻件整体精加工,并且在装配上叶片后,进行全速转动试验和精确动平衡
刚性转子 准刚性转子 柔性转子
动力学特性不同 动平衡时区别对待
5.2 转子振动的测量
1、 常 用 的 测 量 仪 器
• 频谱分析仪 • 数据采集器 • 振动传感器 • 示波器
2、 测 量 单 位 及 检 测 类 型
• 位移(Pk-Pk):适合于低频范围 • 速度(Rms, Pk):适合于中频段 • 加 速 度( Pk ):适合于高频段

5.2.3 测振传感器-位移传感器
• 4. 电涡流式位移传感器 • 1) 特点:非接触 • 2) 适用范围:
– 旋转机械的振动监测(具有表面线速度的转子的振动) • 3)优点:
– a. 线性度好、频率范围宽(DC-10000Hz); – c. 线性范围内灵敏度不随初始间隙的大小改变; – d. 能长时间连续可靠的工作; – e. 长距离传输抗干扰能力强; – f. 能在油、气及某些化学成分介质中工作。 • 4)结构类型 – a. 变间隙型电涡流传感器; – b. 变面积型电涡流传感器。
测量部位应选在设备上对振动敏感的
部分。一般都把轴承处选为主要测点,

把机壳、箱体、基础的部位选作辅助 测点

位 三尽

个量

方靠 向近

设轴

测承

给测点位置作记号 设备表面的处理
对于低频振动,一般应在水平、垂直和轴向三个方向测量 ;对于高频振动,只需在一个方向(径向)测量。其原因
测 在于低频信号的方向性较强,而高频信号方向不敏感 点 数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座开始,赋予其数字 编 001,朝着被驱动设备进行数字排列,直到第一根轴线的 号 最后一个轴承
• 轴向振动 • 扭转振动
5.1.1 转子振动的类型
• 强迫振动 –凡在外力激励下强迫发生的振动,如不平衡、不对中、 碰摩 –其主要特征是振动频率等于简谐驱动力的频率
• 在诊断中,其振动频率为转子的回转频率及其倍频
–强迫振动的长期行为与初始状态无关 –振动幅值在临界转速以下时,随着转速的增加而增大,
5.2.3 测振传感器-位移传感器
• 6)被测物体尺寸及材料对测量性能的影响 • a.尺寸的影响
– 当被测物体为圆柱,且传感器中心线垂直于被测物体 轴线,要求:
– D≥3d(d为探头头部直径)如果D=d,灵敏度会下降 70%左右。
• b. 表面加工质量的影响 – 不规则的表面会给实际测量造成附加误差。一般被测 表面的粗糙度Ra要求在0.4~0.8μm之间(磨或抛光)
上满发条的钟
5.1.2 转子的临界转速
• 旋转机械在起停车过程中,转子的振幅随转速增大而增大, 到某一转速(或某几个)时振幅达到最大值(共振),超 过这一转速后振幅随转速增大逐渐减小,且稳定在某一范 围内,这一转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。
5.1.2 转子的临界转速
• 在无阻尼的情况下
– 转子的临界转速等于其横向固有频率,因此转子的临 界转速个数与转子的自由度相等,对于实际转子来说,
• 轴振动评定:利用非接触式(如涡流式传感器)测量轴相 对于机壳的振动值或轴的绝对振动值。
• 评定参数可用振动位移峰峰值和振动烈度(即均方根值, 它代表了振动能量的大小)来表示。
5.3、 旋转机械振动评定标准
• 1、以轴承振动位移峰峰值作为评定标准
1959年水电部颁发的《电力工业技术管理法规》 关于汽轮机组轴承的振动标准
– 机组振动为单一频率的正弦波振动 – 轴承振动和转子振动基本上有一固定的比值,因此,
可用轴承振动来代表转子振动
– 轴承座在垂直、水平方向上的刚度基本相等,即各向 同性
• 实际与假设不尽相符,①所测得的振动多数是由多种频率 的振动合成的; ②轴承座水平刚度明显低于垂直刚度; ③转子振动和轴承座振动的比值在2-50倍,它和轴承类 型、间隙、油膜特性等有关。
5.4 旋转机械振动监测特征参数
• 对于设备来说,有许多物理量可以测量,由于机器的振动
情况直接反映了机器运行状态的优劣,机器的许多故障都
以振动形式反映出来,振动为故障诊断提供了重要信息,
因此振动是故障诊断必须监测的参数之一。此外,与之相
关的过程参数,工艺参数也是故障诊断的有用参数。 监测参数 1)动态参数:振幅、振动烈度、相位 2)静态参数:轴心位置、轴向位置、差胀、对中度、
5.2.3 测振传感器-位移传感器
• 5)原理: – 在传感器的端部有一线圈,线圈通以高频(一般1~ 2MHz)的交变电流。当线圈平面靠近一导体面时,穿过 导体的磁通量随时间而变化,在导体表面感应出电涡 流,涡流产生的磁通又穿过原线圈。
– 所以原线圈与产生涡流的导体相当于两个具有互感的 线圈,互感的大小与线圈离导体表面的间隙有关。
要求机组垂直、水平和轴向均满足该标准
转速 r/min
标准/um


合格
1500
30
50
70
3000
20
30
50
• 特点:转速低时,允许的振动值大,转速高时,允许 的振动值小。
• 原因:同样的振动值,高速机组比低速机组更易出现 故障
5.3、 旋转机械振动评定标准
• “轴承振动位移峰峰值评定标准”存在的问题: • 在制定上述标准时,假设:
温度、润滑油压
5.4 旋转机械振动监测特征参数
• 1.振幅 • 位移振幅常用:峰-峰值(P-P值)表示; • 速度振幅常用:有效值(振动烈度)Vrms来表示; • 加速度振幅常用:峰值表示。
• 轴瓦和轴衬的主要要求:具有良好的减摩、抗摩性;一定 的强度;易于加工等。
• 常用的材料:青铜、轴承合金、粉末冶金(含油轴承)和 非金属材料(塑料、尼龙)等
5.1.1 转子振动的类型
• 由于旋转机械的结构、零部件加工、安装方面的缺陷,使 得机器在运行时引起振动。
• 横向振动 –过大的横向振动往往是机器损坏主要原因,所以成了 振动监测的主要对象,也是机组状态判断的主要依据 –刚性转子 • 运行转速低于一阶横向(固有)频率,如常见的电 动机转子 –柔性转子 • 运行转速高于一阶横向(固有)频率,如常见的燃 气轮机转子、压缩机转子
第五章 旋转机械的振动监测与 故障诊断
内容
• 5.1 旋转机械的结构 • 5.2 转子振动的测量 • 5.3 转子振动评估标准 • 5.4 转子振动监测特征参数 • 5.5 旋转机械故障原因 • 5.6 转子的常见分析方法 • 5.7 转子典型故障机理与特征
5.1 旋转机械的结构
• 旋转机械------由转动部件和非转动部件构成的(汽轮机、 发电机、压缩机组、电动机、水轮机、航空发动机等设备)


武钢大型厂加热助燃风机机组
• 该机组由直流电机和风机两部分组成,其中风机为单轴悬 臂结构,支撑部位采用滚动轴承,与电机采用直连方式
5.3、 旋转机械振动评定标准
• 目前最常采用的是通频振幅来衡量机械运行状态,根据所 使用的传感器种类分为:
• 轴承振动评定:利用接触式传感器(如压电式振动加速度 传感器)放置在轴承座上进行测量
vrm s 1 n(v12v2 2.. .vn 2) 1 n((A11)2(A22)2.. .(Ann)2)
1 n( (a1 1)2( a2 2)2.. .( an n)2)
5.3、 旋转机械振动评定标准
• 3、以轴振动的位移峰峰值作为评定标准
• 在轴承座上测量机组的振动较为方便,然而机组转子的振 动要通过油膜传到轴承座,所测得的振动幅值受油膜刚度 和轴承刚度的影响,因此,直接测量转轴的振动值以判断 转子的振动特性将能更确切地反映振动的实质。
理论上有无穷多个临界转速,但由于转子的转速限制, 往往只能遇到有限个临界转速。
• 在有阻尼的情况下
– 升速时,转子的临界转速略高于其横向固有频率;
– 在降速时,测量所得到的临界转速略小于横向固有频 率;
• 根据转子的转速 n 与其第一阶临界转速 ncr1间的关系,可 划分
n<0.5ncr1 0.5ncr1≤n<0.7ncr1 n≥0.7ncr1
• c. 材料的影响 – 当被测物体为导磁材料(如普通钢)时,由于磁效应 和涡流效应同时存在,且磁效应与涡流效应相反,会 抵消一部分涡流效应,使灵敏度变低。
5.2.3 测振传感器-位移传感器
• 7)涡流传感器的 安装 – a.探头间的距 离 – b.探头与安装 面的距离
5.2.3 测振传感器-位移传感器
滑动轴承
• 主要由轴承座1(或壳体)和轴瓦2组成
向心轴承
• 滑动轴承结构
向心推力轴承
1、轴承座 2、轴承盖 3、4轴瓦
整体式向心轴承
剖分式向心推力轴承
• 常见的剖分式轴瓦结构有油孔、油槽;用于输送和分布润 滑油,其中油槽不应开在油膜承载区,否则会破坏油膜的 承载能力,造成滑动表面的严重磨损
• 为提高轴瓦的使用寿命,通常在一般材料制成的轴瓦内贴 一层减摩材料(即轴衬)
国际电工委员会IEC推荐的汽轮机振动标准
振动标准 um 轴上
<1000 150
1500 100
转速 3000
50
3600 44
>6000 20
• 以上振动标准不能机械套用,还应结合机组的振动趋势综 合考虑,如长期振动较小的机组或测点,当其振动值增加 但还未超过振动标准时,这也是故障征兆,应给予足够的 重视。
• 因此,为了全面反映机组的振动情况,必须制定其他的振 动标准。
5.3、 旋转机械振动评定标准
• 2、以轴承振动烈度作为评定标准
• 国际标准化组织ISO3945给出了用 振动烈度评定功率大于300KW,转 速为600-12000 转的大型原动机和 其他具有旋转质量的大型机器振动 特性的国际标准。
– 如电动机和发电机、蒸气轮机和燃气 轮机、涡轮压缩机等
5.2.3 测振传感器-位移传感器
• 9)使用时的注意事项 – 安装时要注意平均间隙的选取,即平均间隙加上振动 间隙(总间隙)应处于传感器的线性范围内,否则会引起 测量误差及波形失真。一般平均间隙选在线性中点。 – 选用传感器时要注意传感器的动态特性、频率范围。
振动的测试方式
测相对振 动
测绝对振 动
轴承振动烈度 Vrms/(mm/s)
0.46 0.71 1.71 1.8 2.8 4.6 7.1 11.2 18.0 28.0 45.0
支承分类
刚性
柔性


良 及格
良 及格
不可 用
不可用
刚性支承是指机器-支架系统的第一阶固有频率高于主激振频率
5.3、 旋转机械振动评定标准
• 振动烈度是振动速度的均方根值(有效值) ;
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