巡检课件(状态监测基本知识)
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状态监测基本知识
大机组状态监测与故障 诊断常用的方法
• 1. 振动分析法
• 振动分析法是对设备所产生的机械振动 （对大机组来说，主要是是转子相对于 轴承的振动）进行信号采集、数据处理 后，根据振幅、频率、相位及相关图谱 所进行的故障分析。
• 2. 油液分析法
• 油液分析法是对机组在用润滑油的油液本身 及油中微小颗粒所进行的理化分析 • 3. 轴位移的监测 • 在某些非正常的工况下，大型旋转机械的转 子会因轴向力过大而产生较大的轴向位移， 严重时会引起推力轴承磨损，进而发生转子 （如叶轮）端面与隔板或缸体摩擦碰撞；汽 轮机在启动和停车过程中，会因转子与缸体 受热和冷却不均而产生差胀，严重时会发生 轴向动静摩擦。
• 2. 涡动、进动、正进动、反进动、弓状回转 • 涡动是转动物体相对于平衡位置所作的旋转 运动。旋转机械转子的实际运动状态是，一 方面绕着本身的轴线旋转（自转），另一方 面整个轴线又绕着某一平衡位置同时在做旋 转运动（公转）。转子实际上是做旋转状的 涡动，并不是往复状的机械振动。由于这种 涡动在径向上所测得的振幅、频率、相位在 数值上与机械振动相同，因此可以沿用机械 振动的许多成熟的理论、方法。
• b) 频率 • 周期T是物体完成一个振动过程所需要的 时间，单位是秒 [s] • 频率f是物体每秒钟振动的次数，单位是 赫兹 [Hz]，频率与周期互为倒数，f＝1 /T • c) 相位 • 相位是指两个振动要素在时间或空间上的 相差。相位的度量单位为度〔°〕
• 4. 相对轴振动、绝对轴振动、轴承座振动 • 相对轴振动是指转子轴颈相对于轴承座的振动， 它一般是用非接触式电涡流位移传感器来测量。 • 绝对轴振动是指转子相对于大地的振动，它可 用接触式传感器或用一个非接触式电涡流传感 器和一个惯性传感器组成的复合传感器来测量。 两个传感器所测量的值进行向量相加就可得到 转子轴相对于大地的振动。 • 轴承座振动是指轴承座相对于大地的振动，它 可用速度传感器或加速度传感器来测量。 • 通常所说的大机组振动实际上是转子的相对轴 振动，必要时辅之于轴承座振动。
• 由于转子是在自转的同时、进一步在作 公转，所以涡动也称为进动。
• 正进动是指涡动方向与转子旋转方向相 同的涡动。 • 反进动是指涡动方向与转子旋转方向相 反的涡动。 • 由于不平衡等其它力矩的作用，旋转状 态下挠性转子的轴线并非是直线，而是 呈弓状弯曲的形状，因此转子的涡动又 被形象地称作弓状回转。
• 4. 轴承回油温度及瓦块温度的监测 • 检修或运行中的操作不当都会造成轴承 工作不良，从而引起轴承瓦块温度及轴 承回油温度升高，严重时会造成烧瓦。 所以对轴承回油温度、瓦块温度进行监 测也很必要。API （美国石油协会标准） 规定，轴承进出口润滑油的正常温升应 小于28℃，轴承出口处的最高油温应小 于82℃。另外，用铂电阻在距轴承合金 1mm处测量瓦块温度时，一般不应超过 110～115℃。
有关振动的常用术语
• 1. 机械振动
• 机械振动是物体相对于平衡位置所作的 的往复运动。通常用振动的基本参数、 即所谓的“振动三要素” — 振幅、频率、 相位加以描述
• a）振幅 • 振幅是物体动态运动或振动的幅度。它是振动 强度和能量水平的标志，也是评判机器运转状 态优劣的一个主要指标。 • 振幅的量值可以表示为峰－峰值（P－P）、单 峰值（0－P）、有效值（rms）或平均值 （Average）。峰－峰值是整个振动历程的最 大值，即正峰与负峰之间的差值；单峰值是正 峰或负峰的最大值；有效值即均方根值。只有 在纯正弦波的情况下，单峰值等于峰－峰值的 1/2，有效值等于峰值的0.707倍，平均值等 于峰值的0.637倍；平均值在振动测量中很少 使用。
• 5. 径向振动、横向振动、轴向振动 • 径向振动是指垂直于转子中心线方向上的振功。 径向振动也称为横向振动。 • 水平振动是指与水平方向一致的径向振动。 • 垂直振动是指与垂直方向一致的径向振动。 • 轴向振动是指与转子中心线同一方向上的振动。 • 由于转子的实际振动是涡动，其涡动轨迹通常 为不规整的椭圆，因此需要两个相互垂直的探 头才能较为准确地测出转子真实的振动。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 11. 谐波、次谐波 • 在通频信号中，频率等于转速频率整数 倍的分量称为转速频率的谐波，简称谐 波。如一倍频（1X）、二倍频（2X）、 三倍频（3X）…分量等。 • 次谐波是指通频信号中所含频率等于转 速频率整分数倍的分量，也称为分数谐 波。如半频（0.5X）、三分之一倍频 （1/3X）…分量等。
• 18. 机械偏差、电气偏差、晃度 • 机械偏差是指对应于测振探头处转子轴颈表面 的机械缺陷。机械缺陷通常来源于轴颈的圆度、 损坏、键标记、凹陷、划痕、锈斑、甚至是弯 曲变形、等等，或其它结构原因所引起的。 • 电气偏差也是非接触式电涡流位移传感器系统 输出信号误差的来源之一，转子每转一圈，该 偏差就重复一次。传感器输出信号的变化通常 是来自于转子表面材料电导率的变化或转子表 面上某些位置局部磁场的存在。 • 转子轴颈的晃度，或称为轴的径向偏差，是电 气偏差和机械偏差的总和。
• 7. 临界转速 • 临界转速就是转子轴承系统本身的固有 频率。与物体的固有频率一样，临界转 速也有若干阶，如一阶（第一临界转 速）、二阶、…、n阶。 • 8. 刚性转子、挠性转子 • 刚性转子是指工作转速低于第一临界转 速的转子。 • 挠性转子是指工作转速高于第一临界转 速的转子。
• 10. 通频振动、选频振动、工频振动 • 通频振动是原始的、未经傅立叶级数变换分解 处理的、由各频率振动分量相互迭加后的总振 动。其振动波形是复杂的波形。 • 选频振动是从通频振动中所分解出来的、某一 选定频率（如工频、半频、二倍频等）的振动。 其振动波形是单一的正弦波。 • 工频振动是指振动频率等于转速频率的选频振 动。工频也称为基频、一倍频。转速为 6000r/min的转子，工频振动的频率f＝ N∕60 = 6000∕60 =100 [Hz] 。
• 6．刚度、阻尼、临界阻尼 • 使弹性体产生单位变形y所需的力F称为刚度k， k=F/y 。刚度反映了弹性体抵抗变形的能力。 机械件以及压力较高的液体（如油膜）和气体 都可以视为弹性体。
• 阻尼是指振动系统中的能量转换（从机械能转 换成另一种能量形式，一般是热能），这种能 量转换吸收、消化了振动能量，抑制了振动过 程中的振幅值。转子阻尼主要来自于轴承阻尼， 另外还有介质阻尼、材料内部阻尼。 • 临界阻尼是指系统能回到平衡位置而不发生振 荡所要求的最小阻尼。
• 20. 半速涡动、油膜振荡 • 半速涡动，即通常所说的油膜涡动。 • 油膜涡动是由径向滑动轴承油膜力所产生的一种涡动。 当转子轴頸在动压滑动轴承中稳定运转时，轴承的油 膜力R与载荷P相互平衡，转子轴心处于某一平衡位置 O1。若转子受到扰动离开平衡位置移动到O′点，变化 后的油膜力R′与载荷P的合力F不再为零、共线。合力 F可分解成径向与切向上的二个分力，径向分力Fr与 轴颈的位移方向相反，力图把轴颈推回到原平衡位置 O1处，是一种弹性恢复力；而切向分力Fu与轴颈位移 方向相垂直，它有推动轴颈绕平衡位置O1继续旋绕， 即产生涡动的趋势，这种涡动就称为油膜涡动，Fu称 涡动力。
• 振幅分别采用振动的位移、速度或加速度值加 以描述、度量，在振动测量中，除特别注明外， 振动位移的量值为峰－峰值，单位是微米[μm] 或密耳[mil]；振动速度的量值为有效值，单位 是毫米/秒[mm/s]或英寸/秒[ips]；振动加速 度的量值是单峰值，单位是重力加速度[g]。 一般认为，在低频范围内，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。也 可以认为，振动位移具体地反映了动、静间隙 的变化，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。
大机组状态监测与故障 诊断常用的方法
• 1. 振动分析法
• 振动分析法是对设备所产生的机械振动 （对大机组来说，主要是是转子相对于 轴承的振动）进行信号采集、数据处理 后，根据振幅、频率、相位及相关图谱 所进行的故障分析。
• 2. 油液分析法
• 油液分析法是对机组在用润滑油的油液本身 及油中微小颗粒所进行的理化分析 • 3. 轴位移的监测 • 在某些非正常的工况下，大型旋转机械的转 子会因轴向力过大而产生较大的轴向位移， 严重时会引起推力轴承磨损，进而发生转子 （如叶轮）端面与隔板或缸体摩擦碰撞；汽 轮机在启动和停车过程中，会因转子与缸体 受热和冷却不均而产生差胀，严重时会发生 轴向动静摩擦。
• 2. 涡动、进动、正进动、反进动、弓状回转 • 涡动是转动物体相对于平衡位置所作的旋转 运动。旋转机械转子的实际运动状态是，一 方面绕着本身的轴线旋转（自转），另一方 面整个轴线又绕着某一平衡位置同时在做旋 转运动（公转）。转子实际上是做旋转状的 涡动，并不是往复状的机械振动。由于这种 涡动在径向上所测得的振幅、频率、相位在 数值上与机械振动相同，因此可以沿用机械 振动的许多成熟的理论、方法。
• b) 频率 • 周期T是物体完成一个振动过程所需要的 时间，单位是秒 [s] • 频率f是物体每秒钟振动的次数，单位是 赫兹 [Hz]，频率与周期互为倒数，f＝1 /T • c) 相位 • 相位是指两个振动要素在时间或空间上的 相差。相位的度量单位为度〔°〕
• 4. 相对轴振动、绝对轴振动、轴承座振动 • 相对轴振动是指转子轴颈相对于轴承座的振动， 它一般是用非接触式电涡流位移传感器来测量。 • 绝对轴振动是指转子相对于大地的振动，它可 用接触式传感器或用一个非接触式电涡流传感 器和一个惯性传感器组成的复合传感器来测量。 两个传感器所测量的值进行向量相加就可得到 转子轴相对于大地的振动。 • 轴承座振动是指轴承座相对于大地的振动，它 可用速度传感器或加速度传感器来测量。 • 通常所说的大机组振动实际上是转子的相对轴 振动，必要时辅之于轴承座振动。
• 由于转子是在自转的同时、进一步在作 公转，所以涡动也称为进动。
• 正进动是指涡动方向与转子旋转方向相 同的涡动。 • 反进动是指涡动方向与转子旋转方向相 反的涡动。 • 由于不平衡等其它力矩的作用，旋转状 态下挠性转子的轴线并非是直线，而是 呈弓状弯曲的形状，因此转子的涡动又 被形象地称作弓状回转。
• 4. 轴承回油温度及瓦块温度的监测 • 检修或运行中的操作不当都会造成轴承 工作不良，从而引起轴承瓦块温度及轴 承回油温度升高，严重时会造成烧瓦。 所以对轴承回油温度、瓦块温度进行监 测也很必要。API （美国石油协会标准） 规定，轴承进出口润滑油的正常温升应 小于28℃，轴承出口处的最高油温应小 于82℃。另外，用铂电阻在距轴承合金 1mm处测量瓦块温度时，一般不应超过 110～115℃。
有关振动的常用术语
• 1. 机械振动
• 机械振动是物体相对于平衡位置所作的 的往复运动。通常用振动的基本参数、 即所谓的“振动三要素” — 振幅、频率、 相位加以描述
• a）振幅 • 振幅是物体动态运动或振动的幅度。它是振动 强度和能量水平的标志，也是评判机器运转状 态优劣的一个主要指标。 • 振幅的量值可以表示为峰－峰值（P－P）、单 峰值（0－P）、有效值（rms）或平均值 （Average）。峰－峰值是整个振动历程的最 大值，即正峰与负峰之间的差值；单峰值是正 峰或负峰的最大值；有效值即均方根值。只有 在纯正弦波的情况下，单峰值等于峰－峰值的 1/2，有效值等于峰值的0.707倍，平均值等 于峰值的0.637倍；平均值在振动测量中很少 使用。
• 5. 径向振动、横向振动、轴向振动 • 径向振动是指垂直于转子中心线方向上的振功。 径向振动也称为横向振动。 • 水平振动是指与水平方向一致的径向振动。 • 垂直振动是指与垂直方向一致的径向振动。 • 轴向振动是指与转子中心线同一方向上的振动。 • 由于转子的实际振动是涡动，其涡动轨迹通常 为不规整的椭圆，因此需要两个相互垂直的探 头才能较为准确地测出转子真实的振动。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 11. 谐波、次谐波 • 在通频信号中，频率等于转速频率整数 倍的分量称为转速频率的谐波，简称谐 波。如一倍频（1X）、二倍频（2X）、 三倍频（3X）…分量等。 • 次谐波是指通频信号中所含频率等于转 速频率整分数倍的分量，也称为分数谐 波。如半频（0.5X）、三分之一倍频 （1/3X）…分量等。
• 18. 机械偏差、电气偏差、晃度 • 机械偏差是指对应于测振探头处转子轴颈表面 的机械缺陷。机械缺陷通常来源于轴颈的圆度、 损坏、键标记、凹陷、划痕、锈斑、甚至是弯 曲变形、等等，或其它结构原因所引起的。 • 电气偏差也是非接触式电涡流位移传感器系统 输出信号误差的来源之一，转子每转一圈，该 偏差就重复一次。传感器输出信号的变化通常 是来自于转子表面材料电导率的变化或转子表 面上某些位置局部磁场的存在。 • 转子轴颈的晃度，或称为轴的径向偏差，是电 气偏差和机械偏差的总和。
• 7. 临界转速 • 临界转速就是转子轴承系统本身的固有 频率。与物体的固有频率一样，临界转 速也有若干阶，如一阶（第一临界转 速）、二阶、…、n阶。 • 8. 刚性转子、挠性转子 • 刚性转子是指工作转速低于第一临界转 速的转子。 • 挠性转子是指工作转速高于第一临界转 速的转子。
• 10. 通频振动、选频振动、工频振动 • 通频振动是原始的、未经傅立叶级数变换分解 处理的、由各频率振动分量相互迭加后的总振 动。其振动波形是复杂的波形。 • 选频振动是从通频振动中所分解出来的、某一 选定频率（如工频、半频、二倍频等）的振动。 其振动波形是单一的正弦波。 • 工频振动是指振动频率等于转速频率的选频振 动。工频也称为基频、一倍频。转速为 6000r/min的转子，工频振动的频率f＝ N∕60 = 6000∕60 =100 [Hz] 。
• 6．刚度、阻尼、临界阻尼 • 使弹性体产生单位变形y所需的力F称为刚度k， k=F/y 。刚度反映了弹性体抵抗变形的能力。 机械件以及压力较高的液体（如油膜）和气体 都可以视为弹性体。
• 阻尼是指振动系统中的能量转换（从机械能转 换成另一种能量形式，一般是热能），这种能 量转换吸收、消化了振动能量，抑制了振动过 程中的振幅值。转子阻尼主要来自于轴承阻尼， 另外还有介质阻尼、材料内部阻尼。 • 临界阻尼是指系统能回到平衡位置而不发生振 荡所要求的最小阻尼。
• 20. 半速涡动、油膜振荡 • 半速涡动，即通常所说的油膜涡动。 • 油膜涡动是由径向滑动轴承油膜力所产生的一种涡动。 当转子轴頸在动压滑动轴承中稳定运转时，轴承的油 膜力R与载荷P相互平衡，转子轴心处于某一平衡位置 O1。若转子受到扰动离开平衡位置移动到O′点，变化 后的油膜力R′与载荷P的合力F不再为零、共线。合力 F可分解成径向与切向上的二个分力，径向分力Fr与 轴颈的位移方向相反，力图把轴颈推回到原平衡位置 O1处，是一种弹性恢复力；而切向分力Fu与轴颈位移 方向相垂直，它有推动轴颈绕平衡位置O1继续旋绕， 即产生涡动的趋势，这种涡动就称为油膜涡动，Fu称 涡动力。
• 振幅分别采用振动的位移、速度或加速度值加 以描述、度量，在振动测量中，除特别注明外， 振动位移的量值为峰－峰值，单位是微米[μm] 或密耳[mil]；振动速度的量值为有效值，单位 是毫米/秒[mm/s]或英寸/秒[ips]；振动加速 度的量值是单峰值，单位是重力加速度[g]。 一般认为，在低频范围内，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。也 可以认为，振动位移具体地反映了动、静间隙 的变化，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。