機(jī)械振動信號獲取方法及信號分析

劉文玲

摘 ?要：以DH型離心式壓縮機(jī)為研究對象，針壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)的異音故障，通過合理布置測點(diǎn)，利用簡易測振儀測量壓縮機(jī)軸承的振動幅值、記錄數(shù)據(jù);并利用故障診斷系統(tǒng)分析軟件對各級軸承的頻譜圖進(jìn)行分析，以確定合理的振動測量方法。

關(guān)鍵詞：振動信號;軸振動;軸承座振動

旋轉(zhuǎn)機(jī)械在運(yùn)行時容易引起較大的振動，過大的振動往往是機(jī)器損壞和故障發(fā)生的主要原因。而機(jī)器的振動參數(shù)比起其它參數(shù)（如介質(zhì)溫度、壓力、流量和機(jī)器轉(zhuǎn)速、輸出功率等）更能直接快速準(zhǔn)確地反映機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，所以對旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動測量、監(jiān)測和分析是非常重要的，而最重要的是振動信號的正確提取。

通過對旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動信息的測量和分析，往往可以不停機(jī)或不解體設(shè)備就可以對設(shè)備劣化的部位和故障的性質(zhì)做出判斷。本文以DH型離心壓縮機(jī)為例分析旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動信號的提取方法的確定與分析。

1測量方式

在對DH型壓縮機(jī)的故障診斷過程，監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取至關(guān)重要，為了準(zhǔn)確的獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)，需要注意監(jiān)測項(xiàng)目與原則、監(jiān)測方式及監(jiān)測點(diǎn)的布置。

1.1監(jiān)測項(xiàng)目與原則

1） 采集軸承殼體部位的水平方向、垂直方向和軸向的振動信號;

2） 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高，為剛性支承，采用速度指標(biāo)來測定振動信號;

3） 轉(zhuǎn)子支承剛度越大，振幅越小，由于旋轉(zhuǎn)機(jī)械支承的水平剛度一般小于垂直剛度，若存在不平衡振動，則水平方向的振動值一般大于垂直方向的振動值。本文以水平方向的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.2監(jiān)測方式

為了準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對DH型壓縮機(jī)的故障診斷，迅速找到故障點(diǎn)，文中主要采用兩種振動監(jiān)測方式：

1） 為了方便及時，由當(dāng)班操作人員利用HG-2504簡易測振儀采用速度指標(biāo)測量壓縮機(jī)各級軸承的振動幅值，每天定期測量并記錄，及時掌握壓縮機(jī)的振動變化情況。

2） 由設(shè)備管理人員采用Datline 數(shù)據(jù)采集器對壓縮機(jī)的振動信號數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，并利用EMONITOR Odyseey 故障診斷系統(tǒng)分析軟件對采集頻譜信號進(jìn)行分析，以分析壓縮機(jī)的故障形式、故障原因及故障趨勢。

1.3監(jiān)測點(diǎn)布置

軸承測點(diǎn)的布置如圖1 所示。

1.壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子;2.軸承;3.軸承座;4.軸承測點(diǎn)

離心式壓縮機(jī)的12個測點(diǎn)具體位置如下：

測點(diǎn)1：一級軸承垂直方向;

測點(diǎn)2：一級軸承水平方向;

測點(diǎn)3：一級軸承軸向;

測點(diǎn)4：二級軸承垂直方向;

測點(diǎn)5：二級軸承水平方向;

測點(diǎn)6：二級軸承軸向;

測點(diǎn)7：三級軸承垂直方向;

測點(diǎn)8：三級軸承水平方向;

測點(diǎn)9：三級軸承軸向;

測點(diǎn)10：四級軸承垂直方向;

測點(diǎn)11：四級軸承水平方向;

測點(diǎn)12：四級軸承軸向。

2 測量方法分析

監(jiān)測機(jī)組的振動主要有兩種形式，即軸振動監(jiān)測和軸承座振動監(jiān)測。

軸振動是指軸的振動通過油膜傳遞給軸承的振動，軸承座振動是指軸的振動是通過軸承座外殼傳遞軸承的振動。軸承座振動受軸承座剛度的影響，在軸振相同的情況下測量的數(shù)值也會不同，因此軸承座振動測量誤差較大，而軸振動是最直觀的振動測量。軸振動監(jiān)測探頭能夠測量出轉(zhuǎn)子在軸承中的位置變化情況以及軸承間隙的大小，除阻尼的影響外，轉(zhuǎn)子的振動能量基本都能反映到軸振動傳感器上。軸振動是相對而言的絕對振動，軸振動對于轉(zhuǎn)子不平衡、不對中、軸承磨損等中低頻故障的監(jiān)測和診斷效果較好。

此例中的DH離心式壓縮機(jī)無軸振動探頭，采用軸承座振動監(jiān)測方法對壓縮機(jī)的振動信號進(jìn)行監(jiān)測，在長期的監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)無論機(jī)組運(yùn)行正常與否，軸承座的振動幅值都沒有明顯的變化。通過對測量結(jié)果分析知，對此種類型的機(jī)組進(jìn)行軸承座振動監(jiān)測并不能反映機(jī)組真實(shí)的故障程度。

針對以上問題進(jìn)行了認(rèn)真的分析和總結(jié)，DH型離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子屬于高速輕載的剛性轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子振動能量通過油膜作用于軸承座上，其中一部分能量被油膜吸收，由于軸承固定在齒輪箱殼體上，而齒輪箱殼體的尺寸及形狀決定了其剛度值高。

如果忽略阻尼的影響，那么軸承座強(qiáng)迫振動的運(yùn)動方程為：

其中 為軸承座的質(zhì)量; 為軸承座的振動值;K為軸承座某一方向的剛度; 為轉(zhuǎn)子對軸承座的激振力。

其穩(wěn)態(tài)響應(yīng)為

式中 為激振力頻率; 為軸承座的固有頻率;k為軸承座的剛性系數(shù)。

從式（2）可以看出，當(dāng)剛度K值較大時，振動值 就比較小，這就是說DH壓縮機(jī)軸承座的振動值并不能反映轉(zhuǎn)子的振動情況。

當(dāng)激振力頻率 小于軸承座固有頻率 時，振動值 隨 的增大而增大。因DH型壓縮機(jī)的軸承座剛度高，根據(jù)其轉(zhuǎn)速可知其固有頻率也很高，轉(zhuǎn)子振動的故障頻率一般都小于固有頻率 ，那么轉(zhuǎn)子振動的低頻部分在軸承座頻譜圖上的響應(yīng)較低，而高頻部分響應(yīng)則較高。所以DH型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡等故障在軸承座頻譜圖上反映較低。

通過對比故障前后三級軸承水平頻譜圖，發(fā)現(xiàn)故障后測得的頻譜圖中出現(xiàn)了高速轉(zhuǎn)子工頻（313.5Hz）的半倍頻（157.5Hz），說明轉(zhuǎn)子的不平衡已引起了軸承故障，但振動幅值遠(yuǎn)低于允許值，說明轉(zhuǎn)子振動的低頻部分在軸承座頻譜圖上的響應(yīng)較低，而高頻部分響應(yīng)則較高的結(jié)論是正確的。

3結(jié)論

通過以上分析，得出以下結(jié)論：

1） 對于DH型離心壓縮機(jī)進(jìn)行振動監(jiān)測，一般應(yīng)選用軸振動監(jiān)測方式;

2） 對于DH型離心壓縮機(jī)的振動監(jiān)測與故障診斷，要盡可能地使用軸振動傳感器，而用加速度傳感器拾取軸承座的振動信號對于轉(zhuǎn)子不平衡等故障的診斷是不合適的。

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