振动检测基础知识及故障诊断
振动基本知识及故障诊断
高压转子 中压转子
低压转子
发电机转子
200MW 汽轮发电机组轴系
发电机转子型 n1 =1002 r/min
中压转子型 n2 = 1470 r/min
高压转子型 n3 = 1936 r/min
低压转子型 n4 = 2014 r/min
发电机转子型 n5 = 2678 r/min
轴系各阶振型中，一般有一个转子起主导作用。
ωd为阻尼自由振动的圆频率
d n 12
d
2 T
阻尼比：
Mi、Mi+1分别为阻尼自由振动的相邻超调量。
四、单自由度系统强迫振动
（一）谐激励的强迫振动
外 加 作 用 力 ： f(t)F0sin(t) dd2 t2 y2nd dyt2ny2nY0sin(t)
Y0为质量块上作用有静力F0时的静位移 Y0 =F0 /k
位移、速度、加速度都是同 频率的简谐波。
三者的幅值相应为A、A、 A 2。
相位关系：加速度领先速度 90º; 速度领先位移90º。
复杂振动的幅值参数
峰峰值 正峰值
xrms
负峰值
各幅值参数随时间变化， 彼此间无明确定关系
若干幅值参数的定义
瞬时值 (Instant value) 振动的任一瞬时的数值。
位，是为该阶共振状态。 共振峰大小决定于该阶阻尼值和激励的位置。 作用在某阶节点上的激励力，不能激起该阶振动。
中篇：振动测试
一、振动基本量的测量
1.振动幅值测量——位移、速度和加速度
平均绝对值
正峰值
有效值 峰峰值
负峰值
简谐振动各幅值参数是常数，彼此间有确定关系
峰值 xp=A; 峰峰值 xp-p=2A
合振动：xA co 0s t ()
振动测试与故障诊断 课件
疲劳剥落 磨损 塑性变形 腐蚀 断裂 胶合
疲劳剥落
在滚动轴承中，滚道和滚动体表面既承 受载荷，又相对滚动。由于交变载荷的作 用，首先在表面一定深度处形成裂纹，继 而扩展到使表层形成剥落坑，最后发展到 大片剥落。这种疲劳剥落现象造成了运行 时的冲击载荷，使振动和噪声加剧。
磨损
滚道和滚动体间的相对运动及杂质异物 的侵入都引起表面磨损，润滑不良加剧了 磨损。磨损导致轴承游隙增大，表面粗糙， 降低了机器运行精度，增大了振动和噪声。
特征：啮合频率附近的1X 边频带 齿轮啮合侧隙会在啮合频 率附近产生轴转速频率边 频带，当存在这个问题的 时候，齿轮啮合侧隙波峰 和齿轮的固有频率波峰将 随着载荷的增加而减弱。
齿轮不对中
齿轮不对中时的频谱图
特征 ：齿 轮啮 合频 率谐波 附近的1X边频带 不对 中齿 轮会 在啮 合频率 处产 生带 有边 频带 的啮合 频率 振动 ，但 是有 啮合频 率的 谐波 是很 常见 的 ，在 二倍 和三 倍啮 合频 率处谐 波的蜂值还比较高。因此， 设置较高的频率范围 (Fmax) ， 使 所 有 要 测 量 的 频率 都能 看到 ，是 很重要 的。
五、振动测量实践
振动测量参数 传感器类型 传感器选择 传感器安放 测量参数设定
振动测量参数
振动测量的基本参数有：加速度、速度和位移
图中显示了振动测 量的基本参数:加速 度、速度和位移。
三者的相位关系是： 位移与加速度有180度 的相位差，与速度有 90度的相位差。
传感器类型
根据测量参数的不同，测量中用到的传 感器有以下几类：
断裂
载荷过大或疲劳会引起轴承零件的破裂。 热处理、装配引起的残余应力、运行时的 热应力过大业会引起断裂。
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
振动检测与故障诊断技术
振动检测是状态检测的手段之一，任何机械在输入能量转化为有用功的过程中，均会产生振动；振动的强弱与变化和故障有关，非正常的震动感增强表明故障趋于严重；不同的故障引起的振动特征各异，相同的振动可能是不同的故障；振动信号是在机器运转过程中产生的，就可以在不用停机的情况下检测和分析故障；因此识别和确定故障的内在原因需要专门的一起设备和专门的技术人才。
1、机械振动检测技术机械运动消耗的能量除了做有用功外，其他的能量消耗在机械传动的各种摩擦损耗之中并产生正常振动，其他的能量消耗在机械传动的各种摩擦损耗之中并产生正常振动，如果出现非正常的振动，说明机械发生故障。
这些振动信号包含了机械内部运动部件各种变化信息。
分辨正常振动和非正常振动，采集振动参数，运用信号处理技术，提取特征信息，判断机械运行的技术状态，这就是振动检测。
所以由此看来，任何机械在输入能量转化为有用功的过程中，均会产生振动；振动的强弱与变化和故障有关，非正常的震动感增强表明故障趋于严重；不同的故障引起的振动特征各异，相同的振动可能是不同的故障；振动信号是在机器运转过程中产生的，就可以在不用停机的情况下检测和分析故障；因此识别和确定故障的内在原因需要专门的一起设备和专门的技术人才。
2、振动监测参数与标准振动测量的方位选择a、测量位置（测点）。
测量的位置选择在振动的敏感点，传感器安装方便，对振动信号干扰小的位置，如轴承的附近部位。
b、测量方向。
由于不同的故障引起的振动方向不同，一般测量互相垂直的三个方向的振动，即轴向（A向）、径向（H 向、水平方向）和垂直方向（v向）。
例如对中不良引起轴向振动；转子不平衡引起径向振动；机座松动引起垂直方向振动。
高频或随机振动测量径向，而低频振动要测量三个方向。
总之测量方向和数量应全面描述设备的振动状态。
测量参数的选择测量振动可用位移、速度和加速度三个参数表述。
这三个参量代表了不同类型振动的特点，对不同类型振动的敏感性也不同。
振动及频谱分析基础培训
什么是振动加速度？
振动加速度被定义为振动速度的变化率，其单位是用有多少个g来表示。在海平面处＝2。由下图可见加速度最大值处是速度值最小值的地方，在这些点处质量块由减速到停止然后再开始加速。
图8 从振动时间波形中了解振动加速度
当一个机器的轴承座振动时，由于它连续不断地在前后运动中改变运动速度，所以它经受着力的加速作用。速度的变化率越大，也就是加速度值越大，施加在机器上的作用力也就越高。
停产一天的损失有多大？
300MW发电机组 损失电720万kWh，约￥144万元 30万吨化肥装置 损失化肥1000t， 约￥150万元 三峡2号水轮机组700MW 停机4小时损失￥400万元
先进维修制度的作用
保证机器精度，提高产品质量 减少意外停车引起的生产损失 防止事故，杜绝灾难性故障 减少维修时间和维修费用（人力和财力） 改善环境，改善企业形象 投资获得最大和最长远的回报
振动相位是一个振动部件相对于机器的另一个振动部件在某一固定参考点处的相对移动。也就是说振动相位是某一位置处的振动运动相对于另一位置处的振动运动，对所发生位置变化程度的度量。振动相位是一个很有用的设备故障诊断工具。如下图所示，给出了两个彼此同相位振动的系统，即两个振动系统以零度相位差运动。
图9 两个同相位振动的质量块振动系统
图23 在一台300RPM的风机上测量振动位移、速度、加速度的比较
振动为多大时认为超过了允许值？
注意在每一幅频谱图上，频率为300CPM处的峰值，这是工作转速频率（通常称为1X RPM)。然而，三个频谱图，从位移谱到速度谱再到加速度谱变化过程中，注意到1XRPM峰值变得越来越小。见图23A位移谱，显然1XRPM是占主导地位，而在图23速度谱中，它只比第2或第3个峰高一点，在加速度谱中1XRPM峰值几乎消失。 由图23可见，振动分析师能否在他的频谱图中看到极其重要的轴承故障频率，主要取决于他对测量幅值类型的选择。至于轴承故障频率4860CPM和9720CPM，你会注意到这个频率在速度和加速度谱图(图23B和图23C）中清楚可见，在4860CPM的左右等距离两侧存在着频率边带，频率边带的存在,一般说明存在轴承严重磨损问题，所以在频谱图中观察是否有频率边带的存在是很重要的。需要注意的是在位移频谱图中可以看出，几乎丢失了4860CPM的边带频率成分，甚至连轴承的第二个特征频率成分9720CPM也完全消失。其原因是，位移谱倾向于“放大”或强调低频振动而压缩高频成分（如图22所示）。另一方面加速度谱强调的是高频成分，倾向于压缩低频成分。
振动信号分析与故障诊断
振动信号分析与故障诊断振动信号是在很多机械设备中常见的一个现象。
通过分析振动信号，可以获取各种设备的运行状态和性能指标，进而进行故障诊断和预测。
振动信号分析与故障诊断在工业生产中具有重要的应用价值。
振动信号分析是指对振动信号进行处理、提取特征，并进行分析和诊断。
振动信号携带了机械设备的运行状态信息，包含了频域、时域和幅值等多维度的数据。
通过对振动信号进行分析，可以获得设备的各种振动特征，如振动频率、振动幅值、振动模态等。
振动信号分析的方法包括频谱分析、时频分析、小波分析等。
其中，频谱分析是最为常用的方法之一。
频谱分析通过将时域的振动信号转化为频域信号，可以清晰地展示出不同频率分量所占的比例。
通过观察频谱图，可以得出关于故障频率或共振频率的信息。
振动信号的故障诊断是指通过分析振动信号的特征和变化，判断设备是否存在故障，并确定故障的类型和原因。
常见的故障类型包括轴承故障、齿轮故障、偏心故障等。
不同类型的故障在振动信号中表现出不同的特征，如频率的变化、幅值的异常等。
轴承故障是振动信号中常见的故障类型。
轴承故障通常表现为频谱中出现明显的多个高频峰。
通过分析这些高频峰的特点，可以确定轴承故障的类型，例如滚珠疲劳、滚道剥皮等。
另外，轴承故障还会引起振动信号的幅值增大和频率的变化。
齿轮故障是振动信号中另一常见的故障类型。
齿轮故障通常表现为频谱中出现特定的频率分量，称为齿轮特征频率。
通过分析这些特征频率的变化和幅值的异常，可以判断齿轮故障的类型，如齿面磨损、齿根断裂等。
振动信号分析与故障诊断的应用范围广泛。
在制造业中，振动信号分析可以用来监测和评估设备的性能和健康状况。
通过对振动信号进行实时监测和分析，可以及时发现设备的故障和异常，采取相应的维修和保养措施，避免因故障带来的生产停顿和损失。
在航空航天领域，振动信号分析与故障诊断可以应用于航空发动机、飞机结构和飞行控制系统等。
通过对振动信号进行监测和分析，可以判断航空设备的性能和可靠性，并提前做好维修和更换的准备，确保航空器的安全运行。
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。
机械振动监测与故障预警
机械振动监测与故障预警在现代工业生产中，机械设备的正常运行是保证生产顺利进行的关键。
然而，长时间的运行以及环境的侵蚀会导致机械设备出现磨损和故障，进而影响到生产效率和品质。
因此，机械振动监测与故障预警技术应运而生，它可以实时监测机械的振动状态，并通过分析，提前预警机械故障，为设备维护提供依据，降低设备故障率，提高生产效率。
机械振动监测技术的基础是通过传感器检测机械设备振动信号，并将其转化为电信号进行处理和分析。
传统的振动监测方法多采用加速度传感器进行测量，这种传感器可以感应到机械设备产生的振动信号，从而形成振动波形图和频谱图。
通过对振动波形图的观察和对频谱图的分析，可以了解到机械设备的振动情况，预测设备的健康状态，从而及时采取维护措施。
近年来，随着传感器技术的发展，越来越多的新型传感器被应用于机械振动监测中，比如压电传感器、光纤传感器等，这些传感器可以更加精确地检测振动信号，提高监测的灵敏度和准确性。
机械故障预警是机械振动监测技术的重要应用之一。
通过对设备振动信号的实时监测和分析，结合历史故障数据和振动谱图库，可以实现对机械设备的故障预警。
在故障预警系统中，振动特征参数是判定设备故障的重要指标之一。
比如，峰值指标可以反映机械设备的振动强度；频谱指标可以反映设备振动的频率分布；尖峰指标可以反映设备振动信号的峰值出现的次数等。
基于这些指标，可以建立起合理的故障模型，实现对设备故障的精确预测和判断。
同时，机器学习算法的应用也为机械故障预警提供了新的思路。
通过分析振动信号的特征参数，利用机器学习算法建立模型，可以更加准确地预测设备的故障，提高故障诊断的准确率和效率。
机械振动监测与故障预警技术的应用领域非常广泛。
在制造业中，机械设备的故障往往会导致生产线的停工和损失，通过振动监测和故障预警技术可以及时发现设备故障，降低生产中断的风险。
在交通运输领域，飞机、火车等大型交通工具的安全非常重要，通过对机械设备振动的监测，可以避免设备故障导致的安全事故。
振动故障诊断要点
振动故障诊断要点振动故障是机械设备常见的故障类型之一，通过振动故障诊断可以帮助工程师找出故障的原因并采取相应的维修措施。
下面是振动故障诊断的要点：1.基本振动概念：了解振动的基本概念和参数，如振动的幅值、频率、相位和加速度等。
这些参数可以帮助工程师判断振动的严重程度和类型。
2.振动特征分析：振动特征分析包括频谱分析、时域分析和轨迹分析等。
频谱分析可以将振动信号转化为频谱图，从而找出频率和幅值异常的情况。
时域分析可以观察振动信号的波形，判断是否存在常见的故障类型。
轨迹分析可以观察旋转机械中旋转部件的运动轨迹，如转子不平衡和轴承故障。
3.振动测量与工具：了解振动测量的原理和方法，掌握常见的振动测量仪器，如加速度计、速度计和位移计等。
这些测量工具可以帮助工程师获取准确的振动数据，并用于故障诊断。
4.振动故障类型：了解振动故障的常见类型，如轴承故障、齿轮故障、不平衡和磨损等。
每种故障类型都有其特定的振动特征，通过分析这些特征可以判断故障的类型和位置。
5.振动诊断方法：根据振动特征和振动测量数据，结合机械设备的工作原理和结构特点，采用不同的振动诊断方法。
常见的方法包括单点测量、多点测量、滤波和波形诊断等。
通过综合应用这些方法，可以准确判断振动故障的原因。
6.振动故障分析：进行振动故障诊断后，需要对振动数据进行进一步的分析。
这包括对振动频谱进行解释和比较，对不同的振动特征进行关联分析，以及对振动故障的可能原因进行推断和验证。
7.故障预防和维护：通过振动故障诊断可以及时找出故障的原因，从而采取相应的维修措施。
然而，更好的方法是在设备正常运行期间进行故障预防和维护工作，包括定期检查和维护设备、定期校准和保养振动测量仪器等。
8.振动故障诊断的案例分析：通过分析实际案例，学习振动故障诊断的方法和技巧。
实际案例可以帮助工程师理解振动故障的原因和机理，并提高振动故障诊断的能力。
振动故障诊断是机械设备维修中重要的一环，能够帮助工程师快速准确地找出故障的原因，避免设备损坏和停机时间的增加。
风机振动检测与故障诊断技术研究
风机振动检测与故障诊断技术研究随着风力发电在可再生能源领域中的不断发展，风机振动检测与故障诊断技术的研究变得越来越重要。
本文将探讨现有的风机振动检测技术以及故障诊断方法，并展望未来的发展方向。
一、风机振动检测技术1. 传感器技术：风机振动检测通常采用加速度传感器、速度传感器或位移传感器等来监测风机的振动情况。
这些传感器能够实时测量风机各个部件的振动参数，并将数据传输到中央监测系统进行分析。
2. 频谱分析：频谱分析是一种常用的风机振动检测方法，可以通过将振动信号转换为频域信号，进而识别可能存在的故障。
通过分析振动频谱图，我们可以确定故障类型以及其对风机的影响程度。
3. 振动信号处理：振动信号处理是对原始振动信号进行滤波、降噪、特征提取等处理的技术。
利用滤波技术可以减少杂散干扰，提高信号的清晰度和准确性。
同时，通过特征提取算法，我们可以提取出与故障相关的特征参数，从而实现故障的诊断与预测。
二、故障诊断方法1. 振动特征分析：风机振动特征分析可以通过分析风机各个部件振动的频率、幅值等参数，来识别故障类型。
例如，当风机叶片出现撞击故障时，其振动频率会发生明显变化，通过对比分析可以判断是否存在故障。
2. 统计学方法：统计学方法通过统计、归纳和推理来分析风机的振动数据，从而诊断故障。
例如，利用多元统计方法可以将振动信号与已知故障样本进行对比，以确定故障类型。
3. 机器学习技术：机器学习技术通过构建模型并对数据进行训练，可以实现自动化的故障诊断。
通过大量振动数据的学习，机器可以准确判断风机是否存在故障，并提供相应的维修建议。
三、未来展望1. 基于物联网的振动监测系统：随着物联网技术的发展，未来可以通过将风机的振动传感器与云平台相连接，实现实时的远程监测和诊断。
这种系统可以对大规模的风机进行集中管理，并提供更精准的故障诊断结果。
2. 高精度振动传感器的研发：当前，振动传感器的测量精度还有待提高。
未来的研究可以着重于开发更加精确和稳定的振动传感器，以提高故障诊断的准确性。
讲义0-振动分析诊断
测量非转动部件的绝对振 动的加速度。 适应高频振动和瞬态振动 的测量。 传感器质量小，可测很高 振级。 现场测量要注意电磁场、 声场和接地回路的干扰。
讲义0-振动分析诊断
压电加速度传感器的典型结构
•晶体片
•三角柱
•预压簧片
•预紧环
•质量块
•晶体片
圆频率 = 2 f 为每秒钟转过的角度，单位为弧度/秒
n 初相角 (Initial phase)
描述振动在起始瞬间的状态。
讲义0-振动分析诊断
振动位移、速度、加速度之间的关系
•x
•v
•v •x
•
•a
n 振动位移 (Displacement)
n 速度 (Velocity)
n 加速度 (Acceleration)
•a
位移、速度、加速度都是 同频率的简谐波。
三者的幅值相应为A、A、 A 2。
相位关系：加速度领先速 度90º; 速度领先位移90º。
讲义0-振动分析诊断
•名称
振动的时域波形
波形
名称
波
形
讲义0-振动分析诊断
若干幅值参数的定义
n 瞬时值 (Instant value)
•x = x(t)
振动的任一瞬时的数值。
•参考脉冲
•K’ •K
•t •1转
n 在转子上刻印键相标记K ，在轴承座上布置键相传感器K （光电式或涡流式），其输出为相位参考脉冲。
n 参考脉冲是测量相位的基准。 n 参考脉冲也可用于测量转子的转速。
讲义0-振动分析诊断
振动相位与转子转角的关系
•振动信号
•参考脉冲
n 从参考脉冲到第一个正峰值的转角 定义振动相位。
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。
振动分析及故障诊断技术
振动分析及故障诊断技术摘要：在工业领域，机械设备是其重要组成部分。
为了保障设备运行平稳、可靠，我们开展设备维护工作。
振动是机械设备运行状态最直观的判定因素，振动控制问题一直是个重要并持续研究发展的课题。
掌握设备机械振动的测试分析技术，可以有效改善设备的机械性能，通过振动分析能够对设备运行状态进行诊断评估、预判设备是否存在故障、分析引起故障的原因及提出维护或维修的解决方案。
关键词：振动分析、频率、幅值、啮合频率、轴承故障频率前言机械设备在正常运行状态下，可以从温度、振动、扭矩、压力、润滑等多方面综合考虑设备状态，其中振动的幅值大小是比较直观并快速衡量设备状态的重要指标。
在保证设备不停机状态下，测试其振动值大小，可以从数据上初步判定设备正常与否；根据数据分析其采集的信号，从中辨别信号中对设备造成异常影响的故障频率，判定故障产生的原因；根据故障原因，能够指导后续如何维护或维修来解决此类故障以恢复设备正常运行状态。
1.振动的原理机械振动中最简单、最基础的振动为简谐振动。
从物理学上研究：简谐振动是物体随时间按照正弦函数所变化的一种运动类型。
从工业振动分析的角度考虑，振动三要素为：振幅、频率和相位。
将振动的三要素与物理学统一研究来分析。
振动位移的计算公式为：x(t)=Acos（ωt+φ）式中A为振幅，即测量物体偏离平衡位置的最大值；t为时间；ω为角频率；相位用φ表示，在运动状态，按初相位为0来计算。
频率即为时间的倒数，即f=1/t。
在工业应用中，振幅一般采用振动峰峰值来代表设备振动的大小。
振动速度的计算公式为：dx/dt=ωAsin(ωt+φ+π/2)振动速度一般采用速度有效值或速度RMS值来表示设备振动的大小。
振动加速度的计算公式为：d2x/dt2=ω2Asin(ωt+φ+π)从公式计算中可得出：加速度向量比速度向量超前90°，速度向量比位移向量超前90°，即表示加速度向量比位移向量超前180°。
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。
发电机组的振动监测与故障诊断
发电机组的振动监测与故障诊断振动监测是发电机组运行过程中非常重要的一项工作，它可以有效地帮助我们了解发电机组的运行状态，及时发现和解决潜在的故障问题。
本文将介绍振动监测的基本原理和方法，并探讨如何通过振动信号来进行故障诊断。
一、振动监测的基本原理发电机组在运行过程中会产生各种振动信号，这些信号可以反映出发电机组的运行状态和各部件的工作情况。
振动监测的基本原理是通过安装振动传感器来采集振动信号，并将信号转化为电信号进行处理和分析。
振动信号可以分为两类：机械振动信号和电子振动信号。
机械振动信号是由发电机组内部运行过程中产生的机械振动引起的，比如转子不平衡、轴承故障等。
电子振动信号是由电器故障或电磁干扰引起的，比如绝缘损坏、接触不良等。
二、振动监测的方法1. 实时监测：通过振动传感器将振动信号实时采集并传输到监测系统，对振动信号进行分析，及时发现异常情况，并及时采取措施进行维修和保养。
2. 定期检测：定期使用振动仪器检测发电机组的振动情况，比如每月进行一次振动检测，可以有效地了解发电机组的运行状态，并及时发现潜在的故障问题。
3. 长期驻点监测：将振动传感器长期安装在发电机组上，通过采集连续不断的振动信号，了解发电机组的长期运行情况，为后续的故障诊断提供重要数据支持。
三、振动信号的故障诊断振动信号的故障诊断是通过对振动信号的分析和处理，来判断发电机组是否存在故障，并确定具体的故障类型和程度。
常用的故障诊断方法包括：1. 时域分析：通过对振动信号在时域上的波形进行分析，判断是否存在周期性故障，比如转子不平衡、轴承故障等。
2. 频域分析：通过对振动信号在频域上的频谱进行分析，得到频域特征参数，来识别故障类型，比如齿轮间隙、电机磁场不均匀等。
3. 振动信号模式识别：通过建立故障模式库，将不同故障类型的振动信号进行分类和归档，根据振动信号的特征进行匹配，从而确定故障类型。
四、振动监测与故障诊断的意义振动监测与故障诊断可以帮助我们及时发现和解决发电机组存在的潜在故障问题，避免故障发生对发电机组造成严重损害。
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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滚动轴承故障发展的四个阶段
• 第一阶段 ：滚动轴承故障初始阶段 • 第二阶段 ：滚动轴承轻微故障阶段 • 第三阶段 ：滚动轴承宏观故障阶段 • 第四阶段 ：滚动轴承故障最后阶段
滚动轴承四种故障频率
• 滚动轴承保持架故障频率：FTF
• 滚动轴承滚动体旋转故障频率：BSF
• 滚动轴承外环故障频率：BPFO
第 六 类、 机械松动
A型机械松动
径向
底板
A型
机器地脚
混凝土基础
B型机械松动
径向
B型
C型机械松动 C型
第 七 类、 转子摩擦
转子摩擦
截断，削 平的波形
径向
共 振
第 八 类、
滑动轴承故障
滑动轴承磨损 / 间隙过大
径向
噪声地平说明间隙过大/松动
油膜涡动不稳定
径向
油膜振荡不稳定
油 膜 涡 动 油膜振荡 质 量 不 平 衡 转子转速
因此，可以诊断该轴承 (FAG6215C3)的内环和外环同时 严重损坏，而且，内环的损坏比外环更严重!!!
实际分解检查结果证实诊断结果完全正确。
电动机振动频谱中出现非常明显的FAG6215C3内环(BPFI)和 外 环(BPFO)故障频率以及内环故障频率的边带频率(BPFI+2N)
N=1042. 01 转 /分
第一类、质量不平衡
1.力不平衡(静不平衡) 2.力偶不平衡 3.动不平衡 4.悬臂转子不平衡
第二类、转子偏心 第三类、轴弯曲 第四类、不对中
1.联轴器角向不对中 2.联轴器平行不对中 3.滚动轴承偏斜地固定在轴上
第五类共振 第六类机械松动
1.A型 松 动 2.B型 松 动 3.C型松 动
第七类转子摩擦 第八类滑动轴承故障
2000年 9月 6日开 始 出 现 BPFINU315
频率分量趋势图
33V测 点
gSE谱显示NU315轴承内环故障频率BPFI的出现和发展的趋势
故障诊断实例分析
K101A水环式压缩机NU315轴承内环故障照片
某公司电动机 FAG6215C3滚 动 轴 承
内环和外环故障
利用北京盛智振通科技有限公司的BSZ601A-ETR状态 监测和故障诊断仪器对该电动机的FAG6215C3滚动轴 承的故障频率进行理论计算，结果如下：
(BPFI+2N)FAG6215C3=6648. 81转 /分
BPFIFAG6215C3=6648. 81转 /分 BPFOFAG6215C3=4827. 29转 /分
实际拆下轴承的 照片
FAG6215C3滚 动 轴 承 外 环 滚 道 严 重 损 坏
FAG6215C3滚 动 轴 承 内 环 滚 道 严 重 损 坏
当转速N=1042. 01转/分时振动频谱上出现三条非常明显的振动频率 尖峰谱线，它们分别为：
(1)轴承外环故障频率
BPFOFAG6215=4827. 29转 /分
(2)轴承内环故障频率
BPFIFAG6215=6648. 81转 /分
(3)内环故障频率的第二右边带 BPFIFAG6215+2N=8732.75转 /分
故障诊断实例分析
实例 某水环式压缩机 NU315轴 承 内 环 故障
故障诊断实例分析
54212U 双列止推 滚珠轴承
4A，4H，4V， 44AgSE,44HgSE,
44VgSE
德国FAG
3A，3H，3V， 公司 33AgSE,33HgSE, NU315
33VgSE 滚棒轴承
2A，2H，2V， 22AgSE,22HgSE,
N0 2N0 3N0
N1 2N1 3N1
Fm
压
缩
机
转
子
动
振
平
动
衡
速
度
电动机
=4341 . 3赫兹 齿轮边带频率Fb=Fm ±i N0 或 Fm ±i N1
压缩机与高速齿 轮轴联轴器对中
齿轮啮合，齿缺陷
高速齿轮左边带族
N1
N1
高速齿轮右边带族
N1
N1
频率
N1
N1
N1
N0
N0 低速齿轮左边带族
N0 低速齿轮右边带族
第九类、
滚动轴承故障
滚动轴承故障发展过程的四阶段
灾难性破坏
1 阶段轴承剩余寿命的百分之十至二十
累
2 阶段轴承剩余寿命的百分之五至十
积
的
3 阶段轴承剩余寿命的百分之一至五
损 4 阶段一小时至轴承剩余寿命的百分之一
伤
X 4
12 3
通常约百分之八十至九十的轴承寿命
时间
滚动轴承四种类型故障频率
1.随机的，超声频率-gSE ,HFD ,SPM； 2.轴承零部件自振频率-500至2000赫兹范围，与转速无关； 3旋转的故障频率-内环BPFI，外环BPFO，滚动体BSF和保 持架FTF故障频率 4.和频与差频-轴承若干故障频率之间及其它振源频率相加或相减得出的频率
• 滚动轴承内环故障频率：BPFI
注：
BPFI---Inner race defect frequency 内环故障频率 BPFO---Outer race defect frequency 外环故障频率 BSF---Rolling element defect frequency滚动体故障频率 FTF---Cage defect frequency保持架故障频率
第十六类、拍振 第十七类、机器软脚及与之相关的共振
第 一类 、 质量不平衡
力不平衡
径向
第 二 类、 转子偏心
转子偏心
径向
风机 电动机
第 三 类、 轴弯曲
弯曲的轴
轴向
第 四 类、 不对中
角向不对中
轴向
平行不对中
径向
第 五 类、 共振
共振
幅值
相位
共振
第一阶临界转速 第二阶临界转速
实例：某压缩机组振动频谱分析
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 电动机与低速齿轮轴联轴器对中
齿轮箱 高 速 齿 轮
压缩机
低 速齿轮
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 小齿轮齿数Z1=38 大齿轮齿数Z0=176 齿轮啮合频率Fm=N0Z0=N1 Z1
频谱图表明 当轴转速通 过第二阶临 界转速时油 膜涡动变为 油膜振荡不 稳定
临界转速
频率
8. 3 油 膜 振 荡 不 稳 定
如 果 机 器 处 在 或 高 于 2 转 子 自 然 频 率 运 转 时 ，可 能出现油膜振荡 。转子进入两倍临界转速时，油 膜 涡 动 频 率 将 非 常 接 近 临 界 转 速 频 率 ，引 起 过 大 的 振动，油膜可能不再具有支承能力。涡动速度实 际 将“ 锁 定 ” 在 转 子 临 界 转 速 ， 虽 然 机 器 转 速 愈 升 愈高，但是，这个尖峰不能通过它，产生以转子 临界转速频率的横向正进动亚谐波振动。这是一 种可导致灾难性破坏的固有的不稳定的振动。
第十三类、交流同步电动机(定子线圈松动) 第十四类、直流电动机及其控制故障
1.电枢绕组开裂，接地故障或系统调谐故障 2.起动卡故障或保险丝烧断 3.可控硅整流器(SCR)故障，控制卡断路，接头松动，保险丝烧 断 4.比较器卡故障 5.断路电流通过滚动轴承故障
第十五类、皮带传动故障
1.皮 带 磨 损 或 不 匹 配 2.皮 带 轮 偏 心 3.皮 带 共 振
可闻噪声，P-F 间隔 1-4 周
P5
接触时发热，P-F 间隔 1 至 5 天 P6
F
F = 故障
设备振动诊断的发展历史
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。
析
和
1.振动频谱中存在哪些频谱分量？ 2.每条频谱分量的幅值多大？
实测NU315轴承内环故障频 率BPFINU315=10551.7转/分 实 测 值 与计算 值吻合
33V测 点
某水环式压缩机NU315轴承座垂直方向实测gSE谱显示内环故障频率 BPFINU315及其谐波和它们两侧的转速频率边带频率
故障诊断实例分析
频
三维谱图
谱
图
垂直方向(33V)自2001年3月1日NU315 轴承的内环故障频率BPFI及其谐波分 量和它们两侧的转速边带频率幅值突增
实际拆下轴承的 照片
振动三要素 (振 动 是 向 量 )
1. 幅值 2. 频率 3. 相位
振动时域波形
振动参数
1.振动位移 2.振动速度 (国际标准和国家标
准推荐通常采用的参数) 3.振动加速度
设备状态监测技术归纳 总结了十七类46种机械 和电气故障的特征谱、 特征时域信号和相位关 系供诊断参考
振动分析和故障诊断
机器健康状态的早期征兆
在机械维护领域，振动是机器健康状况的最早征兆之一。
开始发生故障的时间点
P P =潜在故障
振动变化，P-F 间隔 1 至 9 个月
润滑油中的磨损产物，P-F 间隔1至 6 个月
P1
P2
IR热成像，P-F 间隔 3 至 12 周
P3 P4
定量 PM，P-F 间隔 5 至 8 周
22VgSE
1A，1H，1V， 11AgSE,11HgSE,
11VgSE
水环式压缩机
电动机
水环式压缩机 功率220/225千瓦 转速1450转/分 叶片数26
电动机 260千瓦 1450转/ 分
故障诊断实例分析 FAG公 司 NU315滚动轴承故障频率计算