旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動的監(jiān)測與分析研究

劉小偉　雒澤文

【摘 要】在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)機(jī)械振動等相關(guān)問題，使機(jī)械不能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，這會給機(jī)械生產(chǎn)帶來較大的損失，所以對旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動的監(jiān)測與分析是相當(dāng)必要的。本文主要介紹的為旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動監(jiān)測和設(shè)備故障分析。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械振動；監(jiān)測；分析

0 前言

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)監(jiān)測的重要組成部分包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動監(jiān)測。隨著機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，以狀態(tài)監(jiān)測為本質(zhì)的故障診斷方法和預(yù)測方法獲得了認(rèn)可。該方法的不斷發(fā)展，將使設(shè)備的維修方式從先前的“出現(xiàn)故障進(jìn)行維修”和“一段時間后進(jìn)行維修”過渡到“預(yù)測故障苗頭進(jìn)行維修”，從而使設(shè)備的年利用率得以顯著的提高，使停機(jī)維修時間得以大大的縮短，也使維修費(fèi)用降低不少。

近年來，在我國振動狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)獲得了相關(guān)部門的認(rèn)可和重視，在諸多旋轉(zhuǎn)振動設(shè)備上均安裝了監(jiān)測儀表或監(jiān)測系統(tǒng)。例如，從歐洲引進(jìn)的發(fā)電機(jī)組都安裝了振動保護(hù)系統(tǒng)。對國內(nèi)制造的200MW、300MW和600MW汽輪發(fā)電機(jī)組，正在研究與主機(jī)配套的振動保護(hù)系統(tǒng)。國內(nèi)先前存在的電站設(shè)備上也相應(yīng)的安裝了由中國自主研發(fā)的機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)。

1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動問題

旋轉(zhuǎn)機(jī)械所研究的主要對象為一個轉(zhuǎn)動部件（轉(zhuǎn)子或者轉(zhuǎn)軸），在進(jìn)行旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動監(jiān)測和相關(guān)分析時，都將研究轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動相關(guān)特征。

轉(zhuǎn)動部件的重要元件為轉(zhuǎn)子，它是由軸承（滾動軸承、角接觸球軸承和其它軸承）支撐在箱體、機(jī)殼和其它部件上，使其構(gòu)成了轉(zhuǎn)子-支撐系統(tǒng)。事實(shí)表明，大部分的旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動問題均與轉(zhuǎn)子有關(guān)系。例如軸承的不對稱問題、質(zhì)量部均勻問題、潤滑油不能及時供給問題、部件損壞等問題均與轉(zhuǎn)子相關(guān)。當(dāng)然，并不是所有的旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動問題都與轉(zhuǎn)子有關(guān)，也存在其它問題。如支撐損壞、管道作用力等問題。因?yàn)榇蠖鄶?shù)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械問題都與轉(zhuǎn)子相關(guān)，則研究轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動特征是相當(dāng)必要的。

2 旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測試系統(tǒng)

旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測試系統(tǒng)分為傳感器測量系統(tǒng)和信號采集與分析系統(tǒng)。其中傳感器測量系統(tǒng)包括各式各樣的振動傳感器和特定的測量電路，它的作用是將旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪y(tǒng)一化靈敏度的電壓信號；信號采集與分析系統(tǒng)的作用是將先前存在的振動信號通過A/D轉(zhuǎn)換，最終成為數(shù)字信號經(jīng)計算機(jī)按要求進(jìn)行特定的分析處理，從不同方面將其分為狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、動平衡等的相關(guān)研究。

我們將監(jiān)測裝置的“眼”和“耳”稱之為傳感器，傳感器影響著整個測試系統(tǒng)，它的測試結(jié)果直接與分析結(jié)果可靠性和準(zhǔn)確性掛鉤。假如傳感器的測量系統(tǒng)不能提供真實(shí)的振動信號，致使各頻率振動幅值和相位上均有較大的錯誤，或由于測點(diǎn)位置選擇不正確致使遺漏相關(guān)比較重要的信息，即使接下來有較高級的分析設(shè)備和處理設(shè)備，也不能獲得相對真實(shí)的信息。旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測試中常用的傳感器有三種，其分別為慣性式速度傳感器、壓電式加速度傳感器和不接觸的電渦流式位移傳感器。同他們一體化的專用測量電路分別為積分放大器、電荷放大器和前置器。所得的振幅所使用的單位分別為mm/s、mm/s2或g及mm或Lm。規(guī)定速度振幅采用有效數(shù)值，規(guī)定加速度振幅采用單峰數(shù)值，規(guī)定位移振幅采用峰值。在10-1000Hz的頻段范圍內(nèi)速度二次方根值相同的，我們稱之為振動烈度相同，不同的則振動烈度不同。

旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動信號分析的內(nèi)容十分豐富，但其本質(zhì)包括基頻檢測、頻譜分析、波形分析及趨勢分析。在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動信號分析中，我們將同轉(zhuǎn)速同頻率的振動分量稱之為基頻振動。我們知道旋轉(zhuǎn)機(jī)械的實(shí)際振動不可能是只有一個頻率的簡諧振動，它一定包含基礎(chǔ)頻率之外的其它頻率含量?；A(chǔ)頻率檢測的目的之一就是從總的振動中提取基礎(chǔ)頻率振動所需要的幅值和相位。頻譜分析則是從頻域分析總的振動中各種頻率分量，以及各頻率的分量隨轉(zhuǎn)速的變化而相應(yīng)的改變的情況，這是進(jìn)行故障分析和診斷的很重要的依據(jù)。

3 轉(zhuǎn)軸徑向相對振動的測定

通常將圓軸的橫截面中心位置（也稱軸心）相對于軸承底座在規(guī)定半徑方向上的振動稱之為轉(zhuǎn)軸徑向的相對振動。實(shí)際上，我們用什么辦法都不能測量到軸心的振動，通常用特定的方法測到的圓軸的轉(zhuǎn)動表面在圓軸的半徑方向的振動，用作為軸心在該方向上的振動。軸振動的測定是分析轉(zhuǎn)軸振動特征的非常重要的依據(jù)，尤其是對于油膜軸承來說，因?yàn)檩S瓦和軸勁之間留有相當(dāng)大的間隙用以形成油膜，如此在諸多場合下，軸頸處的軸振動一般要比軸承座的振動大，有時甚至大幾十倍或者上百倍。此時，軸的徑向相對振動就可使我們通曉軸的振動故障的相關(guān)信息，而不一定使我們再去測量軸的徑向的絕對振動。

4 振動趨勢分析

現(xiàn)如今，一種被廣泛關(guān)注的機(jī)械振動的分析方法是趨勢分析，用它可以大約的確定機(jī)械的相關(guān)狀況，還可以用它來確定機(jī)器是否處于正常狀態(tài)，或者出現(xiàn)故障等原因。機(jī)器都不會逃過一個準(zhǔn)則，也就是因?yàn)橐粋€小的缺陷便會在局部發(fā)生較大的機(jī)械故障，在與振動相關(guān)的機(jī)器中，有時會因?yàn)橐粋€小元件的破壞就會使該部分的機(jī)械體發(fā)生較大的振動的狀況。然而，在沒有出現(xiàn)故障的機(jī)械體，就不會產(chǎn)生振動而保持平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。相反，如果出現(xiàn)重大機(jī)械故障，這些故障會使機(jī)器的機(jī)械狀況惡化，那么相應(yīng)振級會隨著機(jī)械狀態(tài)和惡化過程的時間而發(fā)生變化。

5 結(jié)論

綜上所述，對于運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械我們要做好監(jiān)測和分析，對于不同的情況我們要做好相應(yīng)的措施，當(dāng)某機(jī)器一直處于報警值之下，但是我們從監(jiān)測中了解到它在一定時間之內(nèi)，觀察到它的振動水平急劇的增加，這時我們要將此機(jī)器進(jìn)行停機(jī)，給以相應(yīng)的處理；還有一種情況便是，處于報警值之下的機(jī)器，在很長的時間內(nèi)，一直處于平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。它的振動水平并沒有顯著的增加，則我們可以認(rèn)為它一直處于正常狀態(tài)下工作，則認(rèn)為這臺機(jī)器正常。趨勢分析可以對總振動量，也可以對它的某一階分量或者對某一窄帶頻段內(nèi)的分量進(jìn)行。對于滾動軸承的振動趨勢分析還使用峭度。如此，應(yīng)對機(jī)器進(jìn)行必要的監(jiān)測和分析，才可以延長其使用壽命。

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[責(zé)任編輯：謝慶云]