振动基础与故障分析
基于振动分析的内燃机故障诊断分析
基于振动分析的内燃机故障诊断分析鉴于内燃机在结构和工作原理上比较的简单，而且激励源和零部件也特别的多，因此，当内燃机消失了故障的时候，一般症状都比较简单，故障信号也比较难检测，在进行诊断的时候便特别的困难。
本文主要是从振动的角度对内燃机的故障进行了分析，首先，分析了内燃机的振动结构和振动特性，然后从振动分析的角度，探讨了如何对内燃机发生的故障进行诊断的问题。
内燃机在工业、农业等所需的机械设备中，属于比较重要的机械之一，尤其是在船舶、石油钻井、铁路、汽车以及农业等方面得到了广泛的应用。
从某种意义上来说，内燃机运行状态的优劣，直接的关系着整个机组的运行状态。
所以，提高对内燃机运行状态的检测水平和故障诊断率，对于系统的平安、稳定运行来说，意义重大。
下面就从振动分析的角度，对内燃机的结构和振动特性以及故障的诊断问题等进行分析。
内燃机的振动结构和振动特性由于内燃机在运行的时候，在各种力的激励下，很简单产生振动的现象，再经过不同的传递路径传递到内燃机的表面。
因此，当内燃机的零件产生变化的时候，内燃机的表面振动现象也会呈现出不同的振动特性。
在此基础上，专家们讨论出了在从内燃机的振动特性进行内燃机故障的诊断。
内燃机属于热能动力机械范畴，在人们长期的实践和创新中，内燃机的主运动系统已经形成了由连杆、活塞和曲轴组成的结构牢靠、生命力强的曲柄连杆结构为主的系统。
再加上其他的帮助系统，便组成了内燃机的结构。
根据气缸的排列形式，内燃机主要有V型内燃机和直列式内燃机两种。
通常状况下，内燃机的结构一般由八大系统、四大结构组成。
八大系统指的是启动系统、掌握系统、燃气系统、点火系统、冷却系统、报警系统润滑系统和增压系统。
四大结构指的是曲柄连杆机构、调速机构、配气机构和链条链轮的传动机构等。
在内燃机里，由曲柄、连杆、活塞所组成的主动力结构，是内燃机的主要结构，在这个结构中，其作用力的来源主要有两方面，一方面是汽缸里气体的压力，另一方面是曲柄连杆的主要动力系统结构在运动过程中产生的惯性力。
电机振动故障的原因及解决对策
电机振动故障的原因及解决对策张凯锋摘要：电机振动故障的出现不但会对其自身的结构和构件造成损坏，同时还可能会引发严重的事故，因此对电机振动故障的原因进行研究非常重要。
基于此，本文对电机振动故障发生的原因进行了分析，然后提出了一些针对性的解决对策，仅供参考。
关键词：电机运行；振动故障；原因分析；解决对策电机实际运行过程中，由于振动故障而导致机器停止运转的状况时有发生，造成的经济损失也非常严重。
因此，对电机振动故障的原因进行分析是非常必要的。
1 电机振动故障的特点电机的振动故障是一种常见的故障，并且还具有特定的故障特征。
实际上，在发电机运行期间经常会发生不同程度的振动，对于很小的机械振动可以接受。
但是，如果振动幅度超过一定范围，则会发生振动故障的问题。
关于振动故障的问题，由于轴承的类型和额定转速不同，发电机各部分的振动水平也不同。
因此，分析其故障特性非常重要。
1.1 结构特殊发电机通常分为立式和卧式，大型发电机组和中型发电机组为立式，小型发电机组为卧式。
由于发电机本身的特殊结构，振动干扰相对复杂。
从结构的角度来看，机组的轴环和衬套之间有一定的间隙，该间隙是不固定的，从而导致机组的大轴磁贴之间存在运动，并且运动轨迹是可变的。
1.2 振动故障的逐渐变化由于发电机的转轮的旋转速度不如其它旋转机械高，因此振动故障的发生通常是渐进且不可逆的，突发事故通常很少发生，因此，设备的正常运行需要定期维护。
1.3 振动故障的多样性发电机组的振动不是由单一的原因引起的，而是由机械振动、电磁振动、液压振动等各种原因引起发电机组的振动。
因此，在测试和分析机组振动时需要考虑各种因素。
2 电机振动故障的原因由于发电机组的结构比较复杂，因此整个机组对运行环境有很高的要求。
发电机组只能在某些情况下正常运行，因此，发电机组发生故障的可能性增加。
另外，发电机组的振动超过标准，这会对发电机组和人员安全产生不利影响。
2.1 机械振动（1）机组转子振动。
振动分析和故障诊断分析解析
• 状态监测 • 设备(资产)健康监测 • 设备(资产)健康管理 • 提高设备可用率 • 减少维修成本 • 延长设备寿命
机器状态检修
机器状态检修的基础是振 动频谱中包含机器零部件 的机械状态信息
振 振动故障分析诊断的任务：从某种意义上
动 讲，就是读谱图，把频谱上的每个频谱分
故 量与监测的机器的零部件对照联系，给每 障 分 条频谱以物理解释。
1H1zHz
1 Hz
10 Hz 10H1z00 Hz 100H1KzHz 11K0HK Hzz
10 Hz 对LOG数FR频EQ率U1E0N0CYHz
10KHz
1KHz
LOGARITHMIC SCALE
10 KHz
振动监测中的一些技术细节要点
• 简 谐 振 动 位 移 ， 速 度和 加 速 度 三 者关系
– 数学算法把一个复杂的函数分解成一系列 简单的正弦和余弦波
振动信号的采集与处理
合成波
快速傅
里叶分
析 (FFT)
幅 值
原理
分解的波
用频谱图表示
时域
x Ai sin(it i )
i 1
频域
振动监测中的一些技术细节要点
正弦波 方波
三角波 脉冲
振动监测中的一些技术细节要点
轴承内环故障频率BPFI
2.绝对振动标准ISO10816-1~6 机械振动----在非旋转部件上测量和评价机器
振动 第一部分 总则 第二部分 陆地安装的功率超过50MW的大型汽轮发电机组 第三部分 额定功率大于15KW额定转速在120 15000转/分在现场测量的工业 机器 第四部分 不包括航空器类的燃气轮机组 第五部分 水力发电厂和泵站机组 第六部分 额定功率超过100KW的往复式机器
旋转机械常见振动故障及原因分析
旋转机械常见振动故障及原因分析旋转机械是指主要依靠旋转动作完成特定功能的机械，典型的旋转机械有汽轮机、燃气轮机、离心式和轴流式压缩机、风机、泵、水轮机、发电机和航空发动机等，广泛应用于电力、石化、冶金和航空航天等部门。
大型旋转机械一般安装有振动监测保护和故障诊断系统，旋转机械主要的振动故障有不平衡、不对中、碰摩和松动等，但诱发因素多样。
本文就旋转设备中，常见的振动故障原因进行分析，与大家共同分享。
一、旋转机械运转产生的振动机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动，旋转机械运转时产生的振动也是同样的。
轴系异常（包括转子部件）所产生的振动频率特征如表1。
二、振动故障原因分析1、旋转失速旋转失速是压缩机中最常见的一种不稳定现象。
当压缩机流量减少时，由于冲角增大，叶栅背面将发生边界层分离，流道将部分或全部被堵塞。
这样失速区会以某速度向叶栅运动的反方向传播。
实验表明，失速区的相对速度低于叶栅转动的绝对速度，失速区沿转子的转动方向以低于工频的速度移动，这种相对叶栅的旋转运动即为旋转失速。
旋转失速使压缩机中的流动情况恶化，压比下降，流量及压力随时间波动。
在一定转速下，当入口流量减少到某一值时，机组会产生强烈的旋转失速。
强烈的旋转失速会进一步引起整个压缩机组系统产生危险性更大的不稳定气动现象，即喘振。
此外，旋转失速时压缩机叶片受到一种周期性的激振力，如旋转失速的频率与叶片的固有频率相吻合，将会引起强烈振动，使叶片疲劳损坏造成事故。
旋转失速故障的识别特征：1）振动发生在流量减小时，且随着流量的减小而增大；2）振动频率与工频之比为小于1X的常值；3）转子的轴向振动对转速和流量十分敏感；4）排气压力有波动现象；5）流量指示有波动现象；6）机组的压比有所下降，严重时压比可能会突降；7）分子量较大或压缩比较高的机组比较容易发生。
2、喘振旋转失速严重时可以导致喘振。
喘振除了与压缩机内部的气体流动情况有关，还同与之相连的管道网络系统的工作特性有密切的联系。
常用振动标准
10. ISO13381 Data interpretation and diagnostics techniques which use information and data related to the past and present condition of a machine to predict its probable future condition, behavior and performance (prognostics)数据解释和诊断技术，利用 与机器过去和现在状态有关的信息和数据预测其将来可能的状态，表现 和性能(预测)
五、设备振动检测标准
2、现用的振动测量标准
API612（美国石油学会标准）
五、设备振动检测标准
2、现用的振动测量标准
API617（美国石油学会标准）
五、设备振动检测标准
2、现用的振动测量标准
ISO2372- (GB6075-85) （国际标准）
五、设备振动检测标准
2、现用的振动测量标准
ISO3945- (GB11347-89) （国际标准）
----Part 3: Data communication format and methods for exchanging information related to vibration condition monitoring of machines 与机器振动状态监测有关的信息交换的数据通讯格式和方法
汽轮发电机组振动故障诊断及案例
汽轮发电机组振动故障诊断及案例汽轮发电机组是一种常见的发电设备，其工作过程中可能出现振动故障。
振动故障会对设备的正常运行产生严重影响，因此进行振动故障的诊断和处理具有重要意义。
下面将列举一些关于汽轮发电机组振动故障诊断的案例。
1. 振动频率突然增大：在汽轮发电机组运行过程中，突然出现振动频率增大的情况。
经过检查发现，发电机组的轴承出现损坏，导致轴承摩擦不均匀，进而引起振动频率的增大。
解决方法是更换轴承并进行润滑。
2. 振动频率突然减小：在汽轮发电机组工作中，振动频率突然减小。
经过检查发现，发电机组的风扇叶片出现松动，导致不稳定振动。
解决方法是重新固定风扇叶片。
3. 振动幅值异常增大：在汽轮发电机组运行过程中，振动幅值突然增大。
经过检查发现，发电机组的基础螺栓松动，导致机组整体不稳定，振动幅值增大。
解决方法是重新紧固基础螺栓。
4. 振动频率出现谐振：在汽轮发电机组运行中，出现振动频率与机组自身固有频率相同的谐振现象。
经过检查发现，机组的结构刚度不足，导致谐振频率与机组自身频率相同。
解决方法是增加机组的结构刚度。
5. 振动频率与转速相关：在汽轮发电机组运行中，振动频率与转速呈线性关系，振动频率随转速增加而增加。
经过检查发现，机组的动平衡出现问题，导致振动频率与转速相关。
解决方法是进行机组的动平衡调整。
6. 振动频率与电流相关：在汽轮发电机组运行中，振动频率与电流呈线性关系，振动频率随电流增大而增大。
经过检查发现，机组的电机绝缘出现问题，导致电流异常，并引起振动频率的变化。
解决方法是更换电机绝缘材料。
7. 振动频率与负载相关：在汽轮发电机组运行中，振动频率与负载呈线性关系，振动频率随负载增加而增加。
经过检查发现，机组的轴向间隙不合适，导致振动频率与负载相关。
解决方法是调整轴向间隙。
8. 振动频率与温度相关：在汽轮发电机组运行中，振动频率与温度呈线性关系，振动频率随温度升高而增加。
经过检查发现，机组的冷却系统出现故障，导致温度升高并引起振动频率的变化。
机械振动与故障诊断基本知识
旋转机械状态监测与故障诊断讲义陈国远深圳市创为实技术发展有限公司2005年8月目录第一章状态监测的基本知识 (4)一、有关的名词和术语 (4)1. 振动的基本参量：幅值、周期（频率）和相位 (4)2. 通频振动、选频振动、工频振动 (6)3. 径向振动、水平振动、垂直振动、轴向振动 (6)4. 同步振动、异步振动 (7)5. 谐波、次谐波、亚异步、超异步 (7)6. 相对轴振动、绝对轴振动、轴承座振动 (7)7. 自由振动、受迫振动、自激振动、随机振动 (7)8. 高点和重点 (8)9. 刚度、阻尼和临界阻尼 (8)10. 共振、临界转速、固有频率 (9)11. 分数谐波共振、高次谐波共振和参数激振 (9)12. 涡动、正进动和反进动 (9)13. 同相振动和反相振动 (10)14. 轴振型和节点 (10)15. 转子挠曲 (11)16. 电气偏差、机械偏差、晃度 (11)17. 偏心和轴心位置 (11)18. 间隙电压、油膜压力 (11)二、传感器的基本知识 (12)1. 振动传感器 (12)2. 电涡流振动位移传感器的工作原理 (13)3. 电动力式振动速度传感器的工作原理 (13)⒋压电式加速度传感器的工作原理 (14)第二章状态监测常用图谱 (15)1．波德图 (15)2．极坐标图 (16)3．频谱瀑布图 (16)4．极联图 (17)5．轴心位置图 (18)6．轴心轨迹图 (18)7．振动趋势图 (19)8．波形频谱图 (20)第三章旋转机械的故障诊断 (22)1. 不平衡 (22)2. 不对中 (23)3. 轴弯曲和热弯曲 (26)4. 油膜涡动和油膜振荡 (28)5. 蒸汽激振 (30)6. 机械松动 (33)7. 转子断叶片与脱落 (33)8. 摩擦 (38)9. 轴裂纹 (40)10. 旋转失速与喘振 (40)11. 机械偏差和电气偏差 (43)第一章状态监测的基本知识一、有关的名词和术语机械振动是指物体围绕其平衡位置附近来回摆动并随时间变化的一种运动。
振动分析诊断报告
振动分析诊断报告客户信息：客户名称：设备型号：设备编号：安装日期：生产厂家：主要参数：一、问题描述在本次振动分析诊断报告中，根据您提供的设备信息和我们的现场调查，我们对设备在运行过程中出现的问题进行了分析和诊断。
以下是问题描述：设备振动异常噪音增加设备运行不稳定二、振动测试与分析结果根据现场勘测和振动测试的数据，我们得出以下分析结果：1. 振动测试数据分析通过对设备进行振动测试，我们收集了以下数据：频率：振动量：（单位：Hz）（单位：mm/s）通过对振动测试数据的分析，我们发现在频率为XHz处有明显的峰值，表明该频率存在振动异常。
2. 振动特征分析针对设备的振动异常，我们进行了进一步的特征分析，得出以下结论：（1）X频率振动过大，超过了设备正常运行范围。
可能导致该频率振动增大的原因有：轴承损坏、不平衡、松动等。
（2）Y频率振动过大，超过了设备正常运行范围。
可能导致该频率振动增大的原因有：齿轮磨损、偏心等。
（3）Z频率振动过大，超过了设备正常运行范围。
可能导致该频率振动增大的原因有：电机问题、传动系统故障等。
3. 噪音分析针对设备噪音增加的问题，我们进行了噪音分析，得出以下结论：（1）噪音主要来自设备的X部件，可能是由于X部件的磨损、松动或不当安装等原因导致。
4. 运行稳定性分析针对设备运行不稳定的问题，我们进行了运行稳定性分析，得出以下结论：（1）设备运行不稳定的主要原因是由于设备的X部件存在松动。
需要尽快进行检修和维护，以确保设备的正常运行。
三、问题分析与建议在以上振动测试与分析的基础上，我们对问题进行了深入分析，并给出了以下建议：1. 针对频率为XHz的振动异常，建议进行以下处理措施：（1）对轴承进行检修和更换，确保轴承的正常运行。
（2）进行设备的平衡校正，以消除不平衡带来的振动问题。
（3）检查设备的连接件，确保其紧固度。
2. 针对频率为YHz的振动异常，建议进行以下处理措施：（1）对齿轮进行检查和更换，确保齿轮的正常工作。
常见的15种振动故障与特征频谱
常见的15种振动故障及其特征频谱以下十五种常见的振动故障及其特征频谱: 不平衡、不对中、偏心转子、弯曲轴、机械松动、转子摩擦、共振、皮带和皮带轮、流体动力激振、拍振、偏心转子、电机、齿轮故障、滚动轴承、滑动轴承。
一、不平衡不平衡故障症状特征：●振动主频率等于转子转速；●径向振动占优势；●振动相位稳定；●振动随转速平方变化；●振动相位偏移方向与测量方向成正比。
1、力偶不平衡●力偶不平衡症状特征：●同一轴上相位差180°；●存在1X转速频率而且占优势；●振动幅值随提高的转速的平方变化；●可能引起很大的轴向及径向振动幅值；●动平衡需要在两个修正面内修正。
2、悬臂转子不平衡●悬臂转子不平衡症状特征：●径向和轴向方向存在1X转速频率；●轴向方向读数同相位，但是径向方向读数可能不稳定；●悬臂转子经常存在力不平衡和力偶不平衡两者，所以都需要修正。
二、不对中1、角向不对中角向不对中症状特征：特征是轴向振动大；联轴器两侧振动相位差180°；典型地为1X和2X转速大的轴向振动；通常不是1X，2X或3X转速频率占优势；症状可指示联轴器故障。
2、平行不对中●平行不对中症状特征：●大的径向方向相位差180°的振动严重不对中时，产生高次谐波频率；●2X转速幅值往往大于1X转速幅值，类似于角向不对中的症状；●联轴器的设计可能影响振动频谱形状和幅值。
3、装斜的滚动轴承装斜的滚动轴承症状特征：振动症状类似于角向不对中；试图重新对中联轴器或动平衡转子不能解决问题；产生相位偏移约180°的侧面；对侧面或顶部对底部的扭动运动。
三、偏心转子●偏心转子症状特征：●在转子中心连线方向上最大的1X转速频率振动；●相对相位差为0°或180°；●试图动平衡将使一个方向的振动幅值减小，但是另一个方向振动可能增大。
四、弯曲轴●弯曲轴症状特征：●弯曲的轴产生大的轴向振动；●如果弯曲接近轴的跨度中心，则1X转速频率占优势；●如果弯曲接近轴的跨度两端，则2X转速频率占优势；●轴向方向的相位差趋向180°。
汽轮机振动分析与故障诊断
汽轮机振动分析与故障诊断摘要：汽轮发电机组是电力系统中的一个重要组成部分，它的结构和工作环境比较复杂，所以它的安全性要求比较高。
长期以来，汽轮机的故障率高，严重地影响了机组的正常运转。
随着科学技术的不断发展，智能化的计算机系统的广泛运用，为汽轮发电机组的振动故障自动分析提供了技术支撑。
关键词：汽轮机；发电机组；振动故障；故障检测1.汽轮机振动故障检测与诊断分析的目的目前，由于社会用电量的稳定需要和电力市场改革后对于机组稳定性要求更高，发电企业因设备故障导致的机组非计划停运而带来的经济损失是巨大的。
所以，他们必须制定一套能够保证设备正常运转的快速诊断程序。
相对于其他故障，运用先进的技术方法可以快速地对汽轮机的振动故障进行快速的判断和定位，为管理者和使用者提供了方便。
因此，在维护技术不断发展的今天，加速对汽轮机振动进行快速诊断和分析是非常必要的。
在机组运行中，最常见的故障就是汽轮机组的异常振动。
由于大机的叶片、叶轮等转动构件的受力超出了容许的设计范围，从而引起机组的损伤。
所以，设备的振动水平应控制在一定的容许值之内。
2.振动故障检测原理与分析技术的步骤2.1振动信号采集针对汽轮机故障，首先要在机组正常工作时，对其进行振动信号的检测。
振动信号是660 MW汽轮发电机组振动故障的主要载体，也是故障诊断的主要手段。
通过对振动信号的采集，可以从历史信息库中依据设备的工作特性，对故障发生的部位及原因进行客观、真实的分析。
2.2信息处理660 MW汽轮发电机组是一种大功率的机械设备，其工作时难免会产生大量的噪声，从而影响到检测系统对其检测结果的准确性。
为此，要对系统采集的噪声信号进行科学地降噪，排除异常的干扰，提取有效的信号进行分析。
2.3故障分析与诊断这是对机组振动故障进行分析的关键步骤，在此阶段，要对所搜集到的资料进行归纳、整理，并利用特征值判断出该装置的工作状态是否在合理的范围之内。
如果有什么不正常的地方，我们就得对资料库做进一步的分析。
振动常见问题和实例
实例1-4725RPM多级离心式给水泵加速度谱
加速度频谱图中7倍转速频率（动叶数量为7片）及其2、3倍频都很明 显，相比之下一倍转速处几乎可以忽略。使用加速度频谱容易导致忽 略转子平衡问题！
问题2
为什么电机的滚动轴承已经严重损坏，而瓦 振位移或者速度值仍然很小？应该采用什么 方法来早期发现滚动轴承的损坏？
？
答案2
通常电动机的壳体非常坚固厚重，所以其滚动轴承损 坏造成的常规振动位移和速度值增长很小。 对于电动机的滚动轴承应该采用gSE尖峰能量测试技 术来测试和早期发现滚动轴承的故障信号。
解释2
滚 动 轴 承 故 障 发 展 的 四 个 阶 段
第一阶段
只是 g SE有明显指示
第二阶段
g SE明显增大，开始出现轴 承零件共振频率并伴有1X转 速频率边带
实例5-低谱线数和高谱线数频谱对比
400线频谱图中显示频谱成份为 一倍频和二倍频，但是振动总值 不大，电机运行正常，无故障征 兆。
高谱线数的频谱图表明普通频谱图中 一倍频的一根谱线其实为三根谱线的 合成，左右两根高幅值边带表明电机 严重转子条故障。
问题5
使用动圈式速度传感器和压电晶体加速度型
传感器测试的振动频谱、波形有差异吗？如
齿轮啮合频率Fm=N0Z0 =N1 Z =4341.3赫兹
齿轮边带频率Fb=Fm±i N0或 Fm ±i N1
振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息
电动机转子动平衡 电动机与大齿轮轴联轴器对中
齿轮箱
电机转速N0=1480转/分=24 . 6667赫兹 压缩机转速N1=6854 .7转/分=114 . 245赫兹
问题11
总线等通讯方式集成振动数据到DCS应用现状 和前景如何？
振动测量分析基础知识
振动测量分析基础知识振动测量分析是指对物体振动特性进行测量和分析的过程，常用于工程领域的振动分析、故障诊断和结构健康监测。
在进行振动测量分析时，需要掌握一些基础知识，包括振动的基本概念、振动测量的方法、振动信号的分析与处理等。
一、振动的基本概念1.振动：物体围绕其中一位置或平衡位置作往复或周期性运动的现象。
2.振动的主要参数：振幅、周期、频率、相位和相位差。
3.振动的分类：自由振动和受迫振动，以及简谐振动和非简谐振动。
二、振动测量的方法1.直接法：通过直接接触目标物体或其附近的测点，使用传感器实时测量振动信号。
常用的传感器有加速度计、位移传感器和速度计等。
2.非接触法：通过无线传感技术、光学传感技术或红外线传感技术等，对远离目标物体的振动信号进行测量。
常用的传感器有激光测振仪、红外线摄像机和毫米波雷达等。
3.振动传感网络：通过多个传感器分布在目标物体上，实现多点同时测量和数据采集，进行全局振动监测和分析。
三、振动信号的分析与处理1.时域分析：通过对振动信号的波形进行观察和分析，得到信号的振幅、周期、频率以及时间变化规律。
2.频域分析：将时域信号转换为频域信号，通过傅里叶变换等方法，得到信号的频率成分和能量分布，可进行频谱分析和频率响应分析。
3.相位分析：通过测量不同测点的相位差，可以获得信号的相位关系和振动传播速度。
4.整频带法：对振动信号进行整个频率范围的分析，用于诊断和评估整个系统的振动特性。
5.专频法：对振动信号在特定频率范围内的分析，用于更精确地检测特定故障或异常情况。
振动测量分析在工程领域有着广泛的应用，例如在机械设备的故障诊断中，可以通过振动信号的分析来判断设备的健康状况和故障原因；在建筑物结构健康监测中，可以通过振动传感器对结构的振动参数进行实时监测，预防和诊断结构损伤等。
随着传感器技术和信号处理算法的不断发展，振动测量分析的精度和应用范围也在不断扩大，对振动的研究和应用产生了积极的推动作用。
机械振动信号的时频分析与故障诊断
机械振动信号的时频分析与故障诊断导言机械设备的振动信号是反映设备正常运行状态及潜在故障的重要指标之一。
振动信号中蕴含着丰富的信息，可以通过时频分析来提取出这些信息并实现故障的诊断与预测。
本文将介绍机械振动信号的基本概念和特征，以及时频分析的原理与方法，并探讨其在故障诊断中的应用。
一、机械振动信号的基本概念与特征机械设备的振动信号是由设备运动所引起的机械波动，通常可以通过传感器采集到。
振动信号是一个非常复杂的时间序列，其包含了多种振动模态的叠加和相互作用。
为了对振动信号进行分析和诊断，我们首先需要了解振动信号的基本概念和特征。
1. 振动信号的频率振动信号的频率是指振动信号中重复发生的周期性变化的次数。
频率可以反映出振动信号的周期性特征，对于机械设备的故障分析非常重要。
2. 振动信号的振幅振动信号的振幅是指振动信号的大小或强度。
振幅可以反映出振动信号的强弱程度，对于故障的诊断与判定非常有帮助。
3. 振动信号的相位振动信号的相位是指振动信号与某一参考位置之间的时间差或空间差。
相位可以反映出振动信号的位置和偏移程度，帮助我们了解振动信号的波动规律。
4. 振动信号的谱图振动信号的谱图是将振动信号在频率域中的幅度进行展示的图形，通过谱图我们可以清晰地观察到振动信号的频率分布情况，从而对振动信号进行进一步的分析和处理。
二、时频分析的原理与方法为了进一步分析和处理机械振动信号，时频分析成为一种常用的手段。
时频分析是将信号在时间域和频率域上进行联合分析的方法，其原理与方法如下：1. 傅里叶变换傅里叶变换是时频分析的基础。
通过傅里叶变换，我们可以将信号从时域转换到频域，获得信号的频谱信息。
2. 小波变换小波变换是一种具有时频局部性的信号分析方法。
通过小波变换，我们可以在时域和频域上同时获得信号的时频信息，进一步提取信号的特征和规律。
3. 瞬时频率分析瞬时频率分析是时频分析的一种重要方法。
通过瞬时频率分析，我们可以获得信号的瞬时频率变化情况，进一步了解信号的振动模态和变化规律。
振动分析-故障特征诊断
华能南京1号机组蒸汽激振波形频谱图
大不平衡
汽轮机低压转子末级、次末级叶片在运行过 程中突然断裂飞脱，属于大不平衡响应问题。 转子动力学响应为非线性特性，且大幅剧烈 振动往往导致动静碰摩的发生，这是理论计 算所不能真实模拟的。只有在线监测系统测 量的数据真实地反映大不平衡状态下轴系的 振动响应。
大不平衡—动静碰摩波形
大不平衡—动静碰摩频谱
振动诊断技术优点 目录
01 多参性 03 可传递性
02 多维性 04 可实现性
应具备的相关学科知识
01
机械振动理 论
02
转子动力学
03
传感器原理
04
动态信号采 集分析
05
机组结构特 点
06
安装检修工 艺
07
运行规程
08
故障诊断知 识
常见振动故障分类
01
质量不平衡、 热不平衡、动 静碰摩
05
转子弯曲、轴 承座连接刚度 不足
一台３００ＭＷ机组中压转子
轴承座连接刚度不足
基础—台板—轴承座之间的连接刚度不足， 可导致在转轴振动不大的情况下，轴承座振 动达到报警状态。可在开机状态下，进行轴 承座外特性试验，测量各结合面的垂直方向 振动，比较各结合面振动幅值，即可发现连 接刚度不足的结合面。
轴承座外特性试验
轴瓦紧力不足
一台压缩机升速失稳三维频谱图
油膜振荡频谱图
振动分析基础知识
旋转机械振动分析基础汽轮机、发电机、燃气轮机、压缩机、风机、泵等都属于旋转机械，是电力、石化和冶金等行业的关键设备。
这些设备出现故障后，大多会带来严重的经济损失.振动在设备故障中占了很大比重，是影响设备安全、稳定运行的重要因素。
振动又是设备的“体温计”，直接反映了设备健康状况,是设备安全评估的重要指标.一台机组正常运行时，其振动值和振动变化值都应该比较小。
一旦机组振动值变大，或振动变得不稳定，都说明设备出现了一定程度的故障.振动对机组安全、稳定运行的危害主要表现在: （1)振动过大将会导致轴承乌金疲劳损坏。
（2）过大振动将会造成通流部分磨损，严重时将会导致大轴弯曲。
统计数据表明，汽轮发电机组60％以上的大轴弯曲事故就是由于摩擦引起的。
(3）振动过大还将使部件承受大幅交变应力，容易造成转子、联结螺栓、管道、地基等的损坏。
正因为振动对设备安全运行相当重要，人们对振动问题都很重视。
目前大型机组上普遍安装了振动监测系统，并将振动信号投了保护。
振动超标时,保护动作,机组自动停机，从而保证设备的绝对安全。
一、振动分析基本概念振动是一个动态量。
图所示是一种简单的振动形式－简谐振动，即振动量按余弦（或正弦）函数规律周期性地变化，幅值反映了振动大小;频率反映了振动量动态变化的快慢程度；相位反映了信号在t=0时刻的初始状态。
可见，为了完全描述一个振动信号,必须同时知道幅值、频率和相位这三个参数，人们称之为振动分析的三要素。
振动是一个动态变化量。
为了突出反映交变量的影响，振动监测时常取波形中正、负峰值的差值作为振动幅值，又称为峰峰值。
简谐振动是一种简单的振动形式，实际机组上发生的振动比简谐振动要复杂得多.不管振动多么复杂，由信号分析理论可知,都可以将其分解为若干具有不同频率、幅值和相位的简谐分量的合成.旋转机械振动分析离不开转速，为了方便和直观起见，常以1x 表示与转动频率相等的频率，又称为工（基)频；以0。
5x、2x、3x 等表示与转动频率的0.5 倍、2 倍和3 倍等相等的频率，又称为半频、二倍频、三倍频。
CSI振动测量和故障分析的初级培训
CSI振动测量和故障分析的初级培训2010年12月21日摘要(summary)：主要讲述了振动的基本原理。
机械振动的原因。
振动的三要素。
通常分析的频谱图。
频谱分析的一些术语。
机械故障频率特征。
实施振动诊断的步骤。
振动诊断三部曲。
CSI2130机械状态分析仪的应用。
用PEAKVUE技术检测应力波。
SST技术的应用。
故障诊断实例分析。
关键词(Key Words)：PEAKVUE技术、SST技术、振动诊断。
第一讲振动分析的基本原理振动的基本原理惯性力阻尼力弹性力干扰力1、基本概念1）振动的概念：振动是一种特殊的力学运动形式，它是指质点或机械动力系统在某一稳定平衡位置随时间变化所做的一种往复式运动。
振动的分类，四种振动形式：简谐振动：运动量随时间按谐和函数的形式变化周期振动：运动量变化经过一个固定的时间间隔不断重复非周期振动：振动量变化随时间不呈现重复性随机振动：任一给定时刻的运动量不能预先确定2）简谐振动与复合振动旋转机械最基本的振动形式是简谐振动两个以上频率不相同的简谐振动合成在一起，便形成一个复合振动，反过来，任何周期振动又都可以分解成若干个简谐振动。
付里叶变换是进行这种分解的有效工具。
3）振动位移、速度和加速度振幅的量度简谐振动位移的大小，用振幅Ap表示，即最大位移到平衡位置之间的距离，也称作单峰值；振动的波峰与波谷之间的垂直距离称作为峰峰值，表示为Ap-p；4）振动速度测量：ISO标准规定，振动速度的均方根值，即有效值为“振动烈度”，作为衡量振动强度的一个标准，我们平时测振动速度就是测这个值5）旋转机械相位的物理意义和测量2 机械振动的原因⏹设计制造缺陷⏹安装或维护不当⏹操作流程有误⏹设备存在故障3 振动的基础知识1）振动的三要素⏹幅值⏹频率⏹相位2）通常分析的频谱图⏹频谱分析⏹时域波形分析⏹瀑布图分析⏹瞬态分析3）频谱分析的一些术语⏹转送1倍频⏹转送2倍频⏹转送3倍频⏹谐波⏹叶轮通过频率⏹齿轮啮合频率⏹轴承故障频率⏹皮带故障频率⏹同步频率与非同步频率⏹次同步频率4、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 机械故障频率特征如不平衡频率特征，不对中频率特征，磨擦频率特征，松动频率特征，共振频率特征，油膜激振频率特征等等。
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③齿轮箱： 齿轮的啮合频率（Fm）=齿数（Z）×轴的旋转频率（X） 采样频率(Fs)=7Fm,分析频率=3.5Fm 优先考虑用加速度传感器或位移，采样参数设置 2048 128或4096 256
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1.5 信 号 采 集 方 式 的 选 取
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◆ 速度传感器
工作原理与组成： 速度传感器利用电磁感应原理，产生与相对运行速度成正比的 电动势，从而测得振动速度值。频率范围一般为4.5Hz—1KHz。 应用范围： 通用设备的振动烈度检测以及巡检仪器的配套使用。 优缺点： ◆ 优点：无需电源，简单方便；高灵敏度，可测量微小振动； 直接与国家/国际标准相对应；信号输出大，电气性能稳定性好， 不易受外界噪声干扰。 ◆ 缺点：动态范围有限；尺寸和重量较大；低端产品弹簧件易 失效，寿命较短。
安装方式 打孔 壳体磁座吸附式 不建议 磁座吸附 双头螺栓
注：最 高 分 析 频 率 不 能 超 过 所 使 用 传 感 器 的 频 率 响 应 范 围。
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参数设置对应表（参考）： ① 滑动轴承： 6000 Rpm以下：1024 32 速度传感器或位移 6K—12K Rpm ：1024 32 加速度传感器或位移 ② 滚动轴承：1.2K 1.2K-2K 2K-12K Rpm以下： 2048 128 速度传感器或位移 Rpm ： 2048 128 加速度吸附或位移 Rpm : 2048 128 加速度固定或位移
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电涡流传感器的优缺点：
◆ 优点：灵敏度高，频响范围宽，可测直流量；
直接测量转子相对振动； 应用范围广(特别对于滑动轴承)； 易于获得信噪比高的信号；
◆ 缺点：对被测表面状态要求较高；安装要求高 。
安装时应注意： ◆ 传感器探头附近除了被测物体表面外，不能有其它导体 与之靠近； ◆ 应考虑到被测转子的材料特性以及温度等参数在工作过 程中对测量的影响。
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1.2 如 何 描 述 振 动？
振动三要素：幅值、频率、相位 ◆ 幅 值 距离平衡位置的最大响应值。根据测量方式不同，可 分为：位移(P—P值，μm) 、速度(RMS，mm/s)和加速度 (P 值，g)三种幅值。 三者之间从数学角度上来看，加速度两次积分得到位 移，一次积分得到速度，但是，三者之间所表达的物理意 义是有一定区别的。
其中，fm为信号的最高频率成分的频率
若不满足此采样定理，将产生频率混淆现象。
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★ 机械振动检测时应注意的几点： ◆ 根据振动可能的频率范围选择合适的测振传感器； 如：滚动轴承、齿轮故障特征频率比转子故障特征频率要高，应根 据可能的最高频率进行选取。 ◆ 合理设置采样频率和采样长度，保证合理的分辨率； 如：转子相关振动，多采用32点/转×32转=1024点的采集模式； ◆ 基于不同的机器、部件组成以及振动特点，选择合理的分析工具； ◆ 重视趋势，重视变化率； ◆ 与其它参数共同分析机器设备的状态；
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◆ 电涡流位移传感器 工作原理及组成： 电涡流传感器利用导体的“涡流效应”，通过探头与轴表 面的间隙变化来接收振动量的变化。由探头、延伸电缆和前置 器三部分组成。部件更换时，延伸电缆和前置器必须与原系统 中的规格指标一致。 使用范围： 径向振动和轴心轨迹测量、转速测量、 相位测量、转子现 场动平衡、轴向位置和轴向振动量测量、滑动轴承油膜厚度的 测量。
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◆ 相 位
相位表示在给定时刻振动部件相对于某一固定参考点或者 其它振动部件的位置；即相位是一个相对量值。 相位计量的准确性与算法有关，当采用触发信号的下降沿 或者上升沿作为参考点时，是存在一定差异的，但这个差异 在工程应用中是允许的。 衡量振动必须完整说明其幅值、频率和相位；另外，还要 考虑到振动的方向性；单纯的振动幅值并不能完全描述振动 对设备的影响程度，还要考虑到频率结构、振动能量等。
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技术交流专用 ◆ 常用传感器安装方式及频响范围(参考)：
传感器类型 位移传感器 速度传感器 加速度传感器
单位 μm mm/s mm/s^2 或g
频响范围 0-10KHz 4.5-1000Hz 0.2Hz-1KHz 1KHz-2KHz 2KHz-10KHz
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2011
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主要内容 一、旋转机械振动测试 二、常见故障分析
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一. 旋 转 机 械 振 动 测 试
1.1 为 什 么 要 进 行 振 动 检 测 1.2 如 何 描 述 振 动 1.3 测 试 对 象 和 部 位 的 选 取 1.4 传 感 器 的 选 用 1.5 信 号 采 集 方 式 的 选 取 1.6 通 用 振 动 标 准 简 介
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正确的信号采集方法是保证正确分析和正确诊断的关键环 节。振动信号采集与机组运行工况密切相关，采集时应注意以 下几点：
◆ 振动信号采集模式取决于机组当时的工作状态，如稳态、
瞬态等；
◆ 变转速运行设备的振动信号采集在有条件时应采取同步整
周期采集；
◆ 所有工作状态下的采集均应符合采样定理。
影响振动信号采集精度的因素主要有：采集方式(同步整 周期采集)、采样频率(受制于信号最高频率)、量化精度(A/D转 换的位数)。
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★ 振动测量中容易出现的问题：
1. 传感器使用不当； 传感器的频率响应范围应满足实际信号的测量要求。如用频响上 限为5KHz的传感器去测量啮合频率为7KHz的齿轮箱振动信号。 2. 过分相信信号的正确性； 一般，随机干扰容易识别，但某些固定干扰较难识别，但这类干 扰对正确识别故障特征影响很大。譬如：转子被测轴颈表面的缺陷对 电涡流传感器得到的信号就有着固定干扰。 3. 对不同位置的测量值或者同一测点不同工况下的测量值进行对比。 有资料说，在360°范围内，测量数值差别最大可达6倍。
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◆
机械振动标准举例 ISO2372该标准颁布于1974年，主要适用于：转速为 600~12000r/m，振动频率为10~1000Hz，机器振动烈度的等级评 定。 它将机器分成四类 ： Ⅰ类：小机器或固定在整机上的小电机，功率小于15KW； Ⅱ类：没有专用基础的中型机器，功率在15~75KW，或者刚性 安装在专用基础上且功率小于300KW的机器； Ⅲ类：刚性或重型基础上的大型旋转机械； Ⅳ类：轻型基础上的大型旋转机械。 一般情况下，各类机器都有A，B，C，D四个品质级。在品质级相 同，机器类型不同的情况下，所对应的振动烈度可能存在较大的差异。 具体如下所示：
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1.4 传 感 器 的 选 用：
测量振动量时，通常所使用的传感器有三种，即：位移、速度、 加速度传感器；其中，位移传感器对安装条件要求较高，多用于 在线监测，而速度、加速度传感器由于使用方便、灵活，多用于 点、巡检配套使用。另外，常用的还有光电传感器(测速或相位) 以及红外温度传感器(测设备表面温度)等。© 郑州恩普特设备诊断工 Nhomakorabea有限公司
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◆ 压 电 式 加 速 度 传 感 器：
工作原理及组成： 压电式加速度传感器利用“压电效应”，通过压电晶体产生电荷的 大小来判别基座振动加速度的量值。按受力方式可分为：压缩式和剪 切式。频率范围一般为0.2Hz-10KHz, 灵敏度为100mv/g。 应用范围：滚动轴承振动测量、齿轮振动检测、普通测振仪配套使用。 优缺点： ◆ 优点：体积小、重量轻；可选择范围宽；动态范围大；安装方式 灵活。 ◆ 缺点：低频响应差，频响受安装方式影响，易受干扰。
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◆ 频 率 单位时间内振动循环的次数，即周期的倒数，单位：Hz。 我们常说X倍频，如1X为一倍频，表示与转子转速频率相等的 频率。 一般来讲，在振幅相同的情况下，频率越高或者结构越复 杂，对机械设备的损坏越显著。 在传统的时域(如：时间波形)和频域(如：幅值谱)分析基础 上，产生了现代信号处理方法，可以对信号进行时频域分析， 如： Wigner分布、小波变换等，多用于对非平稳信号进行分 析。
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1.1 为 什 么 要 进 行 振 动 检 测？
振动的产生： 振动是力通过刚度产生的。在刚度相同的前提下，如果 受 力较大，则激励起的振动幅值就较大；反之，较小。因而，对 机械设备损坏影响最大的并不是振动，而是产生振动的原因── 力，即力是导致机械故障的根源。 机械振动： 多数情况下，机械振动对设备的正常运行是有害的.由于 力的测量在高速旋转机械中不容易做到，所以才把振动这一二 次信息作为评价机械运行状态的参数。
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1.3 测 试 对 象 和 部 位 的 选 取
故障类型不同，在各个方向上所产生的响应也是不同的；因此，在 条件允许的情况下，要对被测对象进行三个方向上的测量。
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