设备故障诊断与维修 第二章 设备的故障的振动诊断

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四、典型机械故障的辨识与诊断
1、旋转机械典型故障辨识 旋转机械的故障是多种多样的，已知 的故障种类有二三十种，为了能对旋转 机械的故障有一种基本认识，这里介绍 典型故障的特征及其诊断方法。 （1）不平衡振动 特征：转子的质量不平衡所产生的离 心力始终作用在转子上，它相对于转子 是静止的，其振动频率就是转子的转速 频率，也称为工频
临界转速:
转子临界转速(rotor critical speed)与 转子及其支承 系统的固有振动频率相对应的转速。
非振型节点上具有质量偏心的转子，当其在该特征 转速 下运行时，将会发生剧烈振动。一般汽轮发电机 组在起 动升速过程中，当转速升至某数值时，激起机 组产生最 大振动，此转速称为临界转速，即此时转子 及其支承系 统的固有振动频率与转速的激振频率共振 。为使转子 能稳定安全运行，设计转子时应使其临界 转速避开工 作转速15%~20%以上，由于计算临界转 速时轴系模 化参数的误差，计算结果是近似的，还需 要经过现场实 测确定，并尽可能在工作转速范围内使 转子得到精确 的质量平衡。转子在各种振型下有一系 列固有振动频 率，因而也有相应的一系列临界转速， 由低及高依次称 为第一阶临界转速、第二阶临界转速 等等.
（3）动态特征：包括传感器的响应时延 、幅频特性、相频特性等。 （4）传感器整体性能的稳定性 实际工作中，应根据被测对象选择适当 的传感器。
3、信号的采集和分类
传感器在大多数时候在采集信号时，是 要对信号进行过滤和放大的，这样才能获 得不失真的、清晰的信号。
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采集到的信号一般分为确定性信 号（有规律的、可以用数学关系式 描述的）、非确定定性信号（随机 的、不能用数学关系式描述的）； 还可以根据其取值情况分为模拟信 号和数字信号，现代计算机只能处 理数字信号，模拟信号需要经过转 换才能处理。
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2、频谱分析仪 用于机器状态监测的频率分析系统有 若干种布局，可以在现场依次对毎个监 测点画出窄带频谱图，再与参考频谱进 行比较，任何差别一目了然。当某些频 率分量的级值开始逐渐变化时，这种变 化画在一副振动级别值——时间曲线图 上，可以预示将来的趋势。
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3、现场动平衡
实际生产中，大多数引起机器过度振
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5、旋转机械振动故障分析的常用方法 （1）波特图 是机械振幅与转速频率，相位与转速 频率的关系曲线图，可以得到转子系统 在各个转速下的振幅和相位、在运行范 围内临界转速值、阻尼大小等。
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（2）极坐标图 是把上述幅频特性好相频特性综合在 极坐标上表示出来。作用与波特图相同 ，但更为直观。
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4、特征信号的选择
机器在运行中能够提供很多信息，但 不是每一种信息都对工况监测有积极的 意义。要选择能实时采集的、且能敏感 反映工况状态变化的信息，包含这种信 息的信号成为特征信号。 选择特征信号主要考虑的问题： （1）信号的敏感性 （2）在线（on-line）与实时性
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二、振动测量仪器及其应用
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4、监测参数 监测参数分为动态参数和静态参数 （1）动态参数 振幅：表示振动的严重程度，可以用 位移、速度、加速度表示。 振动烈度：即振动速度的方均根值。 相位：它对于确定旋转机械的动态特 征、故障特征及转子的动平衡等具有重 要意义。 （2）静态参数 轴心位置：稳定情况下，轴承中心相 对于转轴轴颈中心的位置。正常情况下 在一定的位置上浮动，异常情况下，由 于偏心太大，会发生轴承磨损故障。
振动测量仪器按完善的程度可分为三 个等级：振动仪、频谱分析仪、计算机 辅助状态监测系统。 1、手持式振动仪 是振动诊断技术中最简单的系统。在 特定的频率范围内测量振动信号，将其 测量结果与一般的标准或为每台机器建 立的参考值作比较，可以直接在现场对 机器的状态进行评估。
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工作范围及使用：10~100HZ或 10~10KHZ频率。 测量数据：振动加速度的方均根值或 峰值。方均根速度读数直接与列在“旋 转机械振动评定标准”中的标准振动烈 度相比较，以指示是否需要维修。 缺点：宽频带振动仪能够在宽的频率 范围内测量总振动级值，但其中个别故 障的早期发生小量变化时，则这种振动 仪就不易检测到或者说灵敏度较低。
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对于实际转子来说，理论上有无穷多 个临界转速，但由于转子的转速限制， 只能有数个临界转速. 在有阻尼的情况下，转子临界转速略 高于其横向固有频率，根据转子的工作 转速n与其第一阶临界转速ncr1间的关系 ，可划分为： 刚性转子n<0.5ncr1 准刚性转子0.5ncr1≤ n<0.7ncr1 扰性转子n ≥0.7ncr1
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1、信号的检测
许多的物理量是不容易直接测量、记录 和处理的（比如力、位移、转角及噪声等 ），这样我们就需要使用相应的传感器将 其转换为电压、电流等物理量。
2、传感器的指标
（1）动态范围：指传感器输出量与物 理输入量之间维持线性比例关系的测量范 围。 （2）灵敏度：传感器输出量/物理输入 量。 4
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6、旋转机械振动评定标准 （1）所使用传感器的分类 轴承振动评定时把接触式传感器放置 在轴承座上进行测量的。 轴振动值评定是利用非接触式传感器 测量轴相对于机壳的振动值或轴的绝对 振动值。
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由上述两表可以看出，转速低，允许 的振动值大；转速高，允许的振动值小 。表中的振幅均为双振幅（及峰峰值） ，而有些国家标准采用峰值，相应允许 值要减半。
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4、监测参数 监测参数分为动态参数和静态参数 （1）动态参数 振幅：表示振动的严重程度，可以用 位移、速度、加速度表示。 振动烈度：即振动速度的方均根值。 相位：它对于确定旋转机械的动态特 征、故障特征及转子的动平衡等具有重 要意义。 （2）静态参数 轴心位置：稳定情况下，轴承中心相 对于转轴轴颈中心的位置。正常情况下 在一定的位置上浮动，异常情况下，由 于偏心太大，会发生轴承磨损故障。
（3）轴心位置图 转子轴颈中心的径向位置。可反映轴 颈是否处于正常位置、对中好坏、轴承 标准高是否正常等。
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（4）轴心轨迹图 转子在轴承中高速旋转时并不是只围 绕自身中心旋转，而是还环绕某一中心 作涡动运动，这种涡动运动的轨迹称为 轴心轨迹。产生的原因转子不平衡、对 中不良、摩擦等。 （5）频谱图 振动信号绝大多数是由多种激励信号 合成的复杂信号，可以分解为一系列谐 波分量（即频率成分），毎一谐波分量 又含有幅值和相位特征量。各个谐波分 量以频率轴为坐标，按照频率高低排列 起来的谱图。
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轴向位置：机械转子的止推环相对于 推力轴承的位置。当轴向位置过小时， 易造成动、静摩擦。 差胀：转子与定子之间轴向间隙的变 化值。它对于机组安全启动具有十分重 要的意义。 对中度：轴系转子之间的连接对中度 ，它与各轴承之间的相对位置有关，不 对中故障是旋转机械的常见故障之一。 轴瓦温度：反映轴承运行情况。 润滑油压：反映滑动轴承油膜的形成 情况。
第二章 振动诊断技术
主 讲： 电 话： Q Q：
信号概念及分类 振动测量仪器及其应用 旋转机械的振动监测与诊断 典型机械故障的辨识与诊断
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一、信号概念及分类
振动诊断技术是依靠收集设备运行状态下产 生的振动信息，并与标准信息进行比较，进而 判定设备的工作状况。 但这种信息通常必须是可以直接（或转换后 间接）测量、记录、处理的物理量（不然我们 就无法检测到），我们将其称为信号，他们一 般是时间的函数，随时间变化而变化。但这种 变化必须有较为明显的变化特征，不能近似直 流信号那样，变化非常缓慢，那样同样很难检 测或判定。我们同时也称随时间有较大的变化 的信号为动态信号，我们通常所说的信号，均 指动态信号。
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本节学习结束
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三、旋转机械的振动监测与诊断
1、机械振动及其种类 机械的振动是表示机械设备在运动状 态下，机器上某观测点的位移量是围绕 其均值或相对基准随时间不断变化的过 程。 旋转机械振动情况可分为两大类 ；稳态振动、随机振动。 稳态振动：某一时间t后，其振动波形 的均值不变，方差在一定范围内波动。 随机振动：信号的均值和方差都是时 间的函数。
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旋转机械按固定的转速运动，由于随 机干扰，也伴随着许多随机振动信息， 所以，旋转机械的振动过程是一个以周 期振动为主的随机过程。 2、时域和频域，是对同一信号从不 同角度去观察的概念（见书本P17图2-7 ）。 相同点：垂直轴都是表示幅值 不同点：时域的水平轴表示时间，频 域的水平轴表示频率。 3、转子的临界转速 旋转机械在升降速过程中，往往在某 个转速下出现振动急剧增大 的现象，原 因是由于转子系统处于临界转速附近而 17 产生共振。
动的原因是不平衡造成的，因此有一种
平衡转子的设备，可用于转子运行不平
衡的相位和振动级值得测量，以便计算
出两个需要修正的质量以及在转子的相 应修正平面上的角度位置。
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4、计算机辅助状态监测系统
有大量运行的设备需要监测，需要一 种更完善的系统，能够直接、快速地对 相关数据进行采集和分析。为解决这一 难题，于是就有了一种预置的用于测试 的磁带记录器，它由操作人员在每个预 定的测量点上直接采集记录振动信号的 样本——然后在实验室把有信号的磁带 重放给高分辨率FFT频率分析仪——再 将计算机连接到分析仪——把分量超过了预先选择的 参考频谱中任何谱线的级值，计算机则 会自动打印出这些信息。