振动测试分析技术.ppt
目前在诊断技术上应用最多的是机械的振动信号，其原因是由振动引起的机械故障比重很高，据统计，因振动产生的机械故障率高达60%，其次是因为振动信号中含有丰富的信息，很多机械故障都能以振动状态的异常反应出来。,振动信号测试是利用各类传感器把机械的振动响应，如位移、速度或加速度等参数以电量的方式检测出来，经过测振放大器放大后送入相应的分析处理仪器。,第3章 振动测试分析技术,第3章 振动测试分析技术,3.1振动的基础知识,机械振动：机械振动是指表示机械设备在运动状态下，机械设备或结构上某观测点的位移量围绕相对基准随时间不断变化的过程。,简谐振动,位移,速度,加速度,3.1振动的基础知识,3.1振动的基础知识,质量块受力产生的受迫振动,振动系统的阻尼比，,振动系统的固有频率，,。,3.1振动的基础知识,3.1振动的基础知识,基础运动产生的受迫振动,3.1振动的基础知识,振动测试的基本参数：幅值、频率和相位 幅值 幅值是振动强度大小的标志，它可以用不同的方法表示，如单峰值、有效值、峰峰值等；频率 为周期的倒数。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小，从而可以寻找振源，采取措施；相位 利用振动信号的相位信息可以确定共振点、振型测量、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。,3.1振动的基础知识,3.2 振动测试的仪器设备,1传感器,2前置放大器 a将压电传感器的电荷转换成电压；b电压放大；c将传感器高输出阻抗转变成低阻抗。,3信号多路采集、传输、解调、滤波和微积分等设备4信号读数、波形显示、绘图、打印等设备5信号记录仪6信号分析仪,7激振设备,3.2 振动测试的仪器设备,1传感器,按测振参数分：位移传感器、速度传感器、加速度传感器；,按参考坐标分：相对式传感器、绝对式传感器；,按工作原理分：磁电式、压电式、电阻应变式、电感式、电容式、光学式；,按传感器与被测物关系分：接触式传感器、非接触式传感器,3.2 振动测试的仪器设备,1传感器,电涡流(位移)传感器,涡流传感器示意图,涡流传感器已成系列，测量范围从0.5mm至10mm以上，灵敏阈约为测量范围的0.1%。常用的外径8mm的传感器与工件的安装间隙约1mm，在0.5mm范围内有良好的线性，灵敏度为7.87mv/mm，频响范围为012000Hz。,3.2 振动测试的仪器设备,1传感器,电涡流位移传感器测量轴振动的示意图,（1）电涡流(位移)传感器,3.2 振动测试的仪器设备,加速度计,力传感器,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的合理选择,直接测量参数的选择,位移（0-100Hz）低频振动，电涡流；速度（10-1000Hz）机组振动；加速度（1000Hz）冲击振动，齿轮，轴承等。,振动位移、振动速度和振动加速度三者的幅值之间的关系与频率有关，所以，在低频振动场合，加速度的幅值不大；在高频振动场合，加速度幅值较大。考虑到三类传感器及其后续仪器的特性，并根据振动频率范围而推荐选用振动量测量的范围。,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的合理选择,灵敏度,传感器的灵敏度越高，可以感知越小的变化量，即被测量稍有微小变化时，传感器即有较大的输出。但灵敏度越高，与测量信号无关的外界噪声也容易混入，并且噪声也会被放大。因此，灵敏度高的传感器往往要求有较大的信噪比。过高的灵敏度会影响其适用的测量范围。,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的合理选择,线性范围,传感器都有一定的线性范围，在线性范围内输出与输入成比例关系。线性范围愈宽，表明传感器的工作量程愈大。,为了保证测量的精确度，传感器必须在线性区域内工作。选用时必须考虑被测物理量的变化范围、令其非线性误差在允许范围以内。,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的合理选择,传感器的响应特性,传感器的响应特性必须在所测频率范围内尽量保持不失真。但实际传感器的响应总有一迟延，但迟延时间越短越好。,传感器的响应特性对测试结果有直接影响，在选用时，应充分考虑到被测物理量的变化特点(如稳态、瞬变、随机等)。,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的合理选择,传感器的稳定性,传感器的稳定性是经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。,为了保证稳定性，在选用传感器之前，应对使用环境进行调查，以选择合适的传感器类型。,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的合理选择,传感器的精确度,传感器精确度表示传感器输出与被测量的对应程度。传感器能否真实地反映被测量，对整个测试系统具有直接影响。然而，传感器的精确度也并非愈高愈好，还要考虑到经济性。传感器精确度愈高，价格越昂贵。应从实际出发来选择。,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的合理选择,传感器其它选用原则,传感器在实际测试条件下的工作方式，也是选用传感器时应考虑的重要因素。因为测量条件不同对传感器要求也不同。,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的安装,传感器选型以后，就要选择最好的方法合理的安装。在进行测试时，对传感器的安装要求是十分严格的，尤其是对位移和加速度传感器，一般应按照传感器制造厂家介绍的方法进行安装。值得注意的是，传感器不能在薄金属盖（壳）上安装，因为这样安装会产生共振。,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的安装,3.2 振动测试的仪器设备,传感器的安装,表3-1测量典型设备时振动传感器的安装法,3.2 振动测试的仪器设备,2 数据采集器频谱分析仪,3.2 振动测试的仪器设备,2 数据采集器频谱分析仪,3.2 振动测试的仪器设备,2 数据采集器频谱分析仪,3.2 振动测试的仪器设备,2 数据采集器频谱分析仪,3.2 振动测试的仪器设备,2数据采集器频谱分析仪,图3-9数据采集器的工作过程,3.2 振动测试的仪器设备,2数据采集器频谱分析仪,功能参数：,通道（信号数）:单、双、多,采样精度:8位 12位 16位,频率范围:0-*Hz,谱线数:64 128 256 512 1024 4096,存储方式:磁带记录仪；软盘；存储卡；机内存储等,显示：LCD液晶；CRT 扫描显示器,动态范围(dB):60-80dB,3.2 振动测试的仪器设备,2数据采集器频谱分析仪,接口；数据传输方式：并口打印机，USB 串口RS232 IEEE488,功能参数：,电源：内置（电池）外置,分析功能：频谱、功率谱、时序波形、倍频、分频、细化谱、三维谱、相关、相干、传递函数等，小波分析等。,3.3振动测试方案,重要，关键设备、维修难、价格高、单机、易发生故障。,1 测试对象：,2 测试参数：,主要参数：,位移（0-100Hz）低频振动，轴电涡流；速度（10-1000Hz）机组振动；加速度（1000Hz）冲击振动，齿轮，轴承等。,相关参数：,转速，结构特性参数等,3.3 振动测试方案,原则：全面描述反应机械状态的敏感点、关键点；国家标准规定位置。形式：绝对、相对定位:标记环境：温度、湿度、方向等,3 测试位置（监测点）,3.3振动测试方案,电涡流位移传感器测量轴振动的示意图,3 测试位置（监测点）,3.3 振动测试方案,3 测试位置（监测点）,3.3 振动测试方案,3 测试位置（监测点）,3.3 振动测试方案,3 测试位置（监测点）,3.3振动测试方案,3 测试位置（监测点）,相对轴位移,3.3振动测试方案,3 测试位置（监测点）,相对轴膨胀,3.3 振动测试方案,定期、随机、巡检、在线监测，企业的要求，国家的规定，分析的需要等。,4 测试周期：,绝对法 根据相应的国际标准、国家标准、行业标准等，如：ISO，GB，API 等。相对法 以机器正常状态的振动值作为基数，自己和自己比。类比法 与同类机器的振动值作比较。,5 振动评定标准：,3.3 振动测试方案,3.2 振动测试方案,绝对法,表3-2 水电部汽轮机发电机组振动标准(轴承振幅允许值),（1）以轴承振动位移峰峰值作评定标准：,5 振动评定标准：,3.2 振动测试方案,绝对法,（1）以轴承振动位移峰峰值作评定标准：,表3-3 机电部离心风机和压缩机振动标准,用振动位移值来评定机组振动时按照转速高低来规定允许的振动值，转速低，允许的振动值大；转速高，允许的振动值小。这是因为同样的振动值，对高速机组将会带来较大的危害。,5 振动评定标准：,3.2 振动测试方案,绝对法,（1）以轴承振动位移峰峰值作评定标准：,34 IEC汽轮机振动标准,5 振动评定标准：,3.2 振动测试方案,绝对法,在制定上述振动标准时，假设：机组振动为单一频率的正弦波振动；轴承振动和转子振动基本上有一固定的比 值，因此可利用轴承振动代表转子振动；轴承座在垂直、水平方向上的刚度基本上 相等，即认为是各向同性的。,5 振动评定标准：,3.2 振动测试方案,绝对法,实际证明上述假设与事实不尽相符，所测得的振动多数是由数种频率的振动合成的；轴承组水平刚度明显低于垂直刚度；转子振动和轴承座振动的比值，可以是250倍，它和轴承型式，间隙、轴承座刚度、油膜特性等有关，且同类机组亦不尽相同，因此，为了较全面的反映机组的振动情况，必须制定其它的振动标准。,5 振动评定标准：,3.2 振动测试方案,绝对法,（2）以轴承振动烈度（均方根值）作评定标准：,国际标准化组织ISO-3945标准中规定了以振动烈度（即振动速度的均方根值或有效值）来评定轴承振动。,振动烈度（振动速度的有效值）与振动位移的关系,振动烈度,5 振动评定标准：,测量频率范围 101000Hz,I 级：小型机械 例15kW以下电机II级：中型机械 例1575kW以下电机 和300kW以下机械III级：大型机械，刚性基础 60012000r/minIV 级：大型机械，柔性基础 60012000r/min,表3-6 ISO 3495振动标准,3.2 振动测试方案,5 振动评定标准：,3.2 振动测试方案,绝对法,（2）以轴承振动烈度（均方根值）作评定标准：,3.2 振动测试方案,绝对法,（2）以轴承振动烈度（均方根值）作评定标准：,表3-6 ISO 2372振动标准,A机械运行优级水平（好）；B良好运行应有的水平（满意）；C表示机组运行已产生了故障，应予检查和修复（不满意）；D机组应立即停止运行（不允许）。,ISO 2372 振动标准：适用于大于300kW，转速为60012000 r/min的大型原动机和其它具有旋转质量的大型机器，例如电动机和发电机、蒸汽轮机和燃气轮机、涡轮压缩机、涡轮泵和风机等,5 振动评定标准：,3.2 振动测试方案,绝对法,（3）以轴振动的位移峰峰值作评定标准：,美国石油学会给出了功率不超过1000kW的中小型涡轮机械轴振动的振动标准API617，其振动许可值为：式中 A 振动许可值（双振幅），单位：m;n 机器转速，单位为 r/min。,5 振动评定标准：,VDI德国工程师协会IEC 国际电工协会API 美国石油协会,振动评定标准：,振动评定标准：,5 振动评定标准：,滚动轴承齿 轮,旋转机械滑动轴承,3.2 振动测试方案,相对法,以机器正常状态的振动值作为基数，自己和自己比。,5 振动评定标准：,3.2 振动测试方案,相对法,5 振动评定标准：,根据机械在磨合期、稳定工作期、耗损失效期、失效区制定不同的振动标准。,C泵的振动超过同类诸泵的振动一倍，C泵应定为有故障,3.2 振动测试方案,类比法,与同类机器的振动值作比较。,5 振动评定标准：,趋势分析,趋势分析是把所测得的特征数据值和预报值按一定的时间顺序排列起来进行分析。这些特征数据可以是通频振动、1X振幅、2X振幅、0.5X振幅、轴心位置等，时间顺序可以按前后各次采样、按小时、按天等，趋势分析在故障诊断中起着重要的作用。,振动评定方法：,趋势监测,振动评定标准方法,振动评定标准方法,分频段监测,振动评定标准方法,振动评定标准方法,分频段监测,轴承座上未气蚀时的频谱,轴承座上气蚀时的频谱,轴承座上气蚀发展时的频谱,
