振动故障诊断及其转子平衡

振动故障诊断及其转子平衡

一、振动基础理论知识简介

1、基本概念：

▲振动：一个弹性体或弹性系统（几个弹性体连在一起）离开其平衡位置做周期性往复运动就叫振动。

其振动量有：极值（峰值），其中单峰值X m，峰-峰值X m-m，X m-m=2 X m；平均值（X i）和均方根值（有效值-X S）。

▲简谐振动：能用一项正弦或余弦函数表示其运动规律的周期性振动，现场发生的一些复杂振动均是几种不同频率的简谐振动的合成，因此一些资料或书籍均以简谐振动为主加以分析和研究。

X=A.cos（ωt+Φ）

▲通频振幅、基频振幅/基频相位：目前测量振动的仪表按功能来分有两种，一种只能测量振幅值，称为振动表；另一种除能测量幅值外，还能测量振动相位和不同频率下的振动分量，称作振动仪。

振幅有两个含义：1.振幅的表示方法；2.振幅中所含的频率成分。

描述振动的几个物理量：

振动速度：X=A.sin ωt

振动位移：Y=dx/dt=ωt sin（ωt+900）

振动加速度：Z= d2x/dt2=ω2t sin（ωt+1800）

X、Y、Z：ω相同，A（最大位移），ωA，ω2A；

Y比X矢量超前900；Z比X矢量超前1800。

表示振动强度，位移是最有效的；表示振动平均能量的振动速度是有效的；表示振动冲击强度，振动加速度是最有效的。 ▲极值（幅值）、有效值、平均值的关系：

X S =Xm Xi 2

1223600= 极值（幅值）：单峰值X （t ）=1；峰-峰值=2

平均值：（ X ）=A dt t x T

T 636.0)(10=⎰ 均方根值（有效值）：X S =A dt t x T T

707.0120

=⎰）（ 三者之间的关系：双振幅近似等于3倍的有效值或平均值。 轴承振动烈度是以振动速度的均方根值， 我们现在一直沿用的是轴承振动位移峰-峰值S P-P ，国外和国内某些制造厂有用轴承烈度表示

振动，上述换算关系只是指单一频率的振动，如果是混频振动不能直接换算。

▲通频振幅：用普通振动表（不带滤波器）测得的振幅值是各种频率振动分量的叠加值，如果振幅是由几种不同频率的周期振动叠加而成，其叠加后的振动仍是周期振动，A 在各个周期内保持不变，仪表指示稳定，如果表记示值不稳定，说明由非周期成分存在。

▲基频振幅：通频振动只能反映物体总的状态，如果要反映振动故障的性质和计算转子重量，就要获取基频振幅。所谓基频振幅是指基波振动频率（机组振动的基波频率等于转子工作频率）下运动量值按正弦规律变化的幅值。测取的方法是采用可调滤波器，可调滤波器

工作原理略。

▲基频相位：测取基频振幅只能了解激振力的大小或转子平衡状态，若要找转子平衡或对某一振动物体作进一步研究时，则需要测量振动相位。在振动领域内，相位可以看作振动信号上的某一点（高点、零点）与振动信号频率相同的基准信号（脉冲信号）或转子上某一点之间的关系。这个关系在振动相位测量中都是把振动的一个周期分成360等份，它们之间的导前或滞后关系直接用角度表示。

▲振动频谱：为了解机组振动状态和在轴承中分布，应测取机组各瓦和转轴通频振幅，若要对振动故障作出诊断，首先应将发生的振动进行分类，从而需要测量基频振幅和相位，当基频振幅和通频振幅差别较大时，还应测量振动频谱。

前面谈到复杂振动是由于不同频率的简谐振动量叠加而成的，频谱分析就要看那一种频率的振动分量占主导地位。实际就是数学上把一连续函数通过傅立叶函数变换后，变成离散量。目前国内使用的不论是国产还是进口的振动仪，都带有1X/2，1X，2X的功能，利用这一功能可以方便地测量出振动信号中半频、基频、倍频振动分量值，虽是简单频谱，但一般能满足工程要求，如果以上几种分量均不大，还需要进一步测量振动频谱。

▲波德曲线（BODE）：为了判断轴系不平衡的轴向位置及不平衡形式，应测取相应的轴承及转轴振动波德曲线，即转速与振幅/相位的关系曲线。具有以下功能：

（1）.确定转子临界转速及其范围；

（2）.了解升速和降速过程中，除转子临界转速外，是否还有其它部件（如基础、静子、管道）发生共振；

（3）.作为柔性转子平衡的依据；

（4）.可以正确地求出机械滞后角，为加准试加重量提供正确的依据；

（5）.前后对比，可以判断机组启动中转轴是否存在动静摩擦和冲转前转子是否存在热弯曲等故障；

（6）.将机组启停所得的波德曲线进行对比，可以确定运行中转子是否发生热弯曲；

（7）.前后对比1X/2、1X、2X振动分量波德曲线，可以提供转子横向裂纹信息和量值概念。

二、振动故障诊断

▲振动故障诊断：依据振动故障特征，进行严密推理得出得结论得诊断叫…以前振动原因寻找以及振动原因分析都是有一定的盲目性，还不能叫故障诊断。

▲在线诊断：对运行状态下机组振动故障原因作出粗线条的诊断，以便运行人员作出纠正性操作，防止事故扩大，时间上要求紧迫，目前采用计算机实现，故又称为自动诊断系统。

▲离线诊断：是为消除振动故障而进行的诊断，时间上要求不那么紧迫，可以将振动信号数据拿出现场，进行仔细地分析、讨论或模拟试验。在故障诊断深入程度上要比在线诊断具体得多，因此难度也大一些。一些常见振动故障得诊断方法见《网内常见机组振动故障及

其消除对策》。

三、转子平衡

▲转子平衡：调整转子质量分布，使其质心偏移回转中心距离逐渐减小的过程称为…

转子平衡是消除现场运行的回转机械振动的一项重要措施，由于转子工作转速、结构（长径比）、转子刚性不同和各类转子要求不同的平衡精度，可以采用静平衡、刚性转子平衡和柔性转子平衡。静平衡和刚性转子平衡比较简单，这里不再祥述。柔性转子平衡方法见《振型分离法和谐分量法在转子平衡中的综合应用》，这里需要指出的是轴系平衡中的一些注意事项：

1、平衡重量计算数据要正确、可靠

引起轴系平衡失败的原因尽管是多方面的，但可归纳为两类。一类是因为不平衡轴向位置和不平衡形式、加重大小和方向判断失误，后因受机组启停次数和时间的限制，而使轴系平衡不能不能进行，二是平衡重量计算数据不正确或不可靠。平衡重量计算数据包括3000r/min，带负荷直至满负荷和额定励磁电流下原始振动，后来历次加重数值和方向及机组振动变化规律。

2、不平衡方向振荡时加重方向的确定

在现场单平面平衡中，有时会遇到求得平衡重量以试加重量为起点，来回移动多次，却不能使原始振动明显降低的情况，这种现象称为不平衡方向振荡。

产生上述现象的原因是由于加重部件与转轴连接刚度不足引起