振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)講座

1、用測(cè)振儀診斷設(shè)備故障北京時(shí)代龍城科技有限責(zé)任公司姚正平 電話轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備概念w由電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械驅(qū)動(dòng)的機(jī)器統(tǒng)稱為旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備。設(shè)備診斷技術(shù)的發(fā)展歷程w設(shè)備診斷技術(shù)是在設(shè)備管理和維修的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。其首先出現(xiàn)在歐洲，主要是以英國(guó)倡導(dǎo)的設(shè)備綜合診斷學(xué)為指導(dǎo)，在6070年代，英國(guó)機(jī)械保健和狀態(tài)監(jiān)測(cè)協(xié)會(huì)最先開(kāi)始故障診斷技術(shù)，他們?cè)谀Σ聊p、汽車和發(fā)電機(jī)監(jiān)測(cè)方面處于領(lǐng)先地位。w美國(guó)的發(fā)展則是以后勤學(xué)為指導(dǎo)的設(shè)備服務(wù)維修，美國(guó)在1961年開(kāi)始執(zhí)行阿波羅計(jì)劃后，出現(xiàn)了一系列因故障造成的事故。1967年在美國(guó)航天局的倡導(dǎo)下，由美國(guó)海軍研究室主持成立了美國(guó)機(jī)械故障預(yù)防

2、小組，積極從事技術(shù)診斷的開(kāi)發(fā)，他們?cè)诤娇蘸教?、軍事及核能等尖端領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。w日本則吸收了英美兩國(guó)的優(yōu)點(diǎn)，提出了全員維修(TPM)的觀點(diǎn)。日本的新日鐵自1971年開(kāi)始開(kāi)發(fā)診斷技術(shù)，1976年達(dá)到實(shí)用化。日本的鋼鐵、化工、電力等行業(yè)處于世界領(lǐng)先。w我國(guó)自1979年才初步接觸開(kāi)發(fā)診斷技術(shù)，已應(yīng)用于飛機(jī)自動(dòng)駕駛、人造衛(wèi)星、航天、核反應(yīng)堆、汽輪發(fā)電機(jī)組、大型電網(wǎng)系統(tǒng)、石油化工過(guò)程、飛機(jī)、汽車、冶金、礦山設(shè)備等領(lǐng)域。機(jī)械設(shè)備故障w機(jī)械故障征兆1.性能變化：工藝參數(shù)達(dá)不到額定出力2.振動(dòng)異常：超過(guò)規(guī)定的上限或現(xiàn)場(chǎng)有震感振動(dòng)異常：超過(guò)規(guī)定的上限或現(xiàn)場(chǎng)有震感3.聲音異常：出現(xiàn)雜音或噪聲超標(biāo)4.過(guò)熱：溫度突

3、然上升或超過(guò)許可的溫度5.變形：出現(xiàn)幾何變形、嚴(yán)重磨損或裂紋等振動(dòng)基本概念w物體在平衡位置附近作快速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)。物體在平衡位置附近作快速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)。w振動(dòng)時(shí)振動(dòng)時(shí)偏離振動(dòng)中心的最大距離，稱為振動(dòng)的振幅振幅，單位為毫米或微米。它反映振動(dòng)的范圍和強(qiáng)弱。w振動(dòng)過(guò)程中每隔一定時(shí)間運(yùn)動(dòng)就重復(fù)一次，我們把運(yùn)動(dòng)每重復(fù)一次所需的時(shí)間T稱為振動(dòng)的周期周期，單位是s（秒）。w單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)位移量變化稱為振動(dòng)速度，用mm/s表示。w單位時(shí)間內(nèi)振動(dòng)速度變化稱為振動(dòng)加速度，用m/s2表示。振動(dòng)位移、速度、加速度w物體運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)距離：S平均速度：VS/t加速度：av/tw物體振動(dòng)物體振動(dòng)振動(dòng)位移：x振動(dòng)

4、速度：v=dx/dt振動(dòng)加速度：a=dv/dt振動(dòng)值時(shí)域指標(biāo)1. 周期T：完成一次振動(dòng)循環(huán)所需的時(shí)間。單位秒（s）2. 頻率f：?jiǎn)挝粫r(shí)間振動(dòng)循環(huán)的次數(shù) f =1/T。單位:赫茲（Hz）3. 峰值：振動(dòng)偏離零位的最大幅度。4. 峰峰值：振動(dòng)在正負(fù)兩個(gè)方向上的最大振幅5. 有效值：TrmsdttxTX02)(16. 簡(jiǎn)諧振動(dòng)：)sin(tAxA -初相角-角頻率-振幅f2振動(dòng)參量及其表征參數(shù)的選取 參量： 加速度 速度 位移 參數(shù)：（單）峰值 有效值 峰峰值 代號(hào)： AVD 振動(dòng)加速度、速度、位移之間的轉(zhuǎn)換振動(dòng)加速度、速度、位移之間的轉(zhuǎn)換w對(duì)于單一頻率的振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)的加速度幅值一定時(shí)，振動(dòng)的頻率越

5、高，則振動(dòng)速度和位移將越小。w設(shè)備的振動(dòng)位移測(cè)量值小，并不代表設(shè)備的振動(dòng)加速度小，很可能存在頻率很高而加速度幅值也很大的振動(dòng)。w振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)振動(dòng)的加速度、速度、位移之間存在幅度之間的簡(jiǎn)單運(yùn)算關(guān)系僅在單一頻率下成立。AfAAM222MMAfAV21MMAfAD221機(jī)械振動(dòng)w各種機(jī)器設(shè)備是由許多零部件和各種各樣的安裝基礎(chǔ)所組成，這些都可認(rèn)為是一個(gè)彈性系統(tǒng)。某些條件或因素可能引起這些物體在其平衡位置附近做微小的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這種每隔一定時(shí)間的往復(fù)性機(jī)械運(yùn)動(dòng)，稱為機(jī)械振動(dòng)。 w引起機(jī)械振動(dòng)的原因很多，常見(jiàn)的原因有：動(dòng)平衡不良、對(duì)中不良、松動(dòng)、摩擦、喘振、共振等振動(dòng)診斷w對(duì)正在運(yùn)行的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)測(cè)量，對(duì)

6、得到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后與事先制定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，然后判斷出影響機(jī)械運(yùn)行的故障，找出問(wèn)題的根本所在并進(jìn)行消除振動(dòng)監(jiān)測(cè)的周期w振動(dòng)監(jiān)測(cè)周期確定原則是應(yīng)能及時(shí)反映設(shè)備狀態(tài)變化為前提，根據(jù)設(shè)備的不同種類及其所處工況確定。w振動(dòng)監(jiān)測(cè)周期一般有定期巡檢、隨機(jī)點(diǎn)檢、長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)三種。振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器w百分表：最原始的振動(dòng)測(cè)量?jī)x器，可用于測(cè)量振動(dòng)幅度，特點(diǎn)是直觀、成本低，但安裝麻煩，精度低。w測(cè)振儀：可將機(jī)械的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)電路放大處理，以數(shù)值形式顯示實(shí)際振動(dòng)值，這種儀器一般比較輕便小巧，主要用于機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)位移、速度（烈度）和加速度三種參數(shù)的測(cè)量。測(cè)振儀通過(guò)把所測(cè)數(shù)據(jù)與國(guó)際、國(guó)家或企業(yè)、

7、機(jī)器的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照，即可據(jù)此判斷設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。w振動(dòng)分析儀：將振動(dòng)傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)經(jīng)電路處理后再經(jīng)高級(jí)運(yùn)算，根據(jù)分析需要在儀器上顯示出來(lái)，它能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)波形和振動(dòng)數(shù)據(jù)，可對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析。w振動(dòng)在線檢測(cè)系統(tǒng)：許多臺(tái)振動(dòng)分析儀連續(xù)工作，可實(shí)時(shí)連續(xù)檢測(cè)設(shè)備振動(dòng)情況，并能進(jìn)行歷史記錄查詢；能夠準(zhǔn)確判斷故障類型、故障程度，精確定位故障部件。LC2200系列測(cè)振儀型號(hào)說(shuō)明系列測(cè)振儀型號(hào)說(shuō)明wLC2200 X X X 拓展功能：C測(cè)溫功能、E聽(tīng)診功能 頻帶下限：N（通用型）10Hz（600r/min） L（低頻型）5Hz （300r/min） 傳感器連接形式：A為一體式 B為分體式例如：L

8、C2200ANE表示一體式，頻帶下限10Hz，帶聽(tīng)診器功能測(cè)振儀 LC2200BLC表示分體式，頻帶下限5Hz，帶測(cè)溫功能測(cè)振儀 測(cè)振儀外形圖LC-2200ANLC-2200BN振動(dòng)測(cè)點(diǎn)位置的確定振動(dòng)值的測(cè)量w將測(cè)振儀的探頭頂住被測(cè)體，方向與被測(cè)方向（水平、垂直或軸向）保持平行，不能歪斜。w按住“測(cè)量”鍵（電源上電）不動(dòng)，這時(shí)顯示屏顯示振動(dòng)測(cè)量值。w待顯示測(cè)量值穩(wěn)定后，松開(kāi)“測(cè)量”鍵，測(cè)量值將保持在顯示器上，然后把傳感器從被測(cè)物體上拿開(kāi)，并讀取記錄測(cè)量值。w再按“測(cè)量”鍵，可退出保持狀態(tài)，重新測(cè)量。w松開(kāi)“測(cè)量”鍵大約一分鐘后，電源自動(dòng)關(guān)閉。振動(dòng)參數(shù)的選定wLC2200系列袖珍式測(cè)振儀主要應(yīng)用

9、于一般情況下的機(jī)械振動(dòng)測(cè)量，尤其適用于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面。w各種機(jī)械振動(dòng)的振源主要來(lái)自于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、安裝、調(diào)試和環(huán)境本身。振動(dòng)的存在必然要引起疲勞損傷、能量消耗、零部件磨損和沖擊破壞等故障。w對(duì)于5Hz以下的低頻振動(dòng)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞，故障時(shí)振動(dòng)幅度大，所以檢測(cè)時(shí)一般以振動(dòng)位移作為檢測(cè)判定依據(jù)。w對(duì)于中頻振動(dòng)（工作轉(zhuǎn)速50010000r/min），主要應(yīng)考慮疲勞強(qiáng)度破壞性質(zhì)的破壞；理論證明，振動(dòng)部件的疲勞與振動(dòng)速度成正比，振動(dòng)所產(chǎn)生的能量與振動(dòng)速度的平方成正比，能量傳遞的結(jié)果造成磨損和其它缺陷。因此，在振動(dòng)判定標(biāo)準(zhǔn)中，無(wú)論從疲勞損傷還是磨損等缺陷來(lái)說(shuō)，以速度標(biāo)準(zhǔn)最為適宜。w對(duì)于1kHz以上

10、的高頻振動(dòng)（例如軸承），主要應(yīng)考慮沖擊力和共振破壞。此時(shí)應(yīng)以振動(dòng)加速度作為檢測(cè)判定依據(jù)。常用機(jī)械設(shè)備的ISO2372振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn) 振動(dòng)烈度的分級(jí)范圍機(jī)械設(shè)備的類別振動(dòng)速度的有效值分貝第一類第二類第三類第四類（mm/s）（dB）0.071-0.11271-81 良好良好良好良好良好良好良好良好0.112-0.1881-850.18-0.2885-890.28-0.4589-930.45-0.7193-970.71-1.1297-101較好較好1.12-1.8101-105較好較好1.8-2.8105-109允許允許較好較好2.8-4.5109-113允許允許較好較好4.5-7.1113-117允許允

11、許7.1-11.2117-121不允許不允許允許允許11.2-18121-125不允許不允許18-28125-129不允許不允許28-45129-133不允許不允許45-71133-137振動(dòng)等級(jí)劃分w在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2372中規(guī)定了轉(zhuǎn)速為60012000r/min的機(jī)器在101000Hz的頻率范圍內(nèi)機(jī)械振動(dòng)強(qiáng)烈度的范圍，它將振動(dòng)速度有效值從0.07mm/s（人體剛有振動(dòng)的感覺(jué)）到71mm/s的范圍內(nèi)分為15個(gè)量級(jí)，有了振動(dòng)烈度量級(jí)的劃分就可以用它表示機(jī)器的運(yùn)行質(zhì)量。為了便于實(shí)用，將機(jī)器運(yùn)行質(zhì)量分成四個(gè)等級(jí)：wA級(jí)機(jī)械設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振級(jí)，這時(shí)稱機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)“良好”。wB級(jí)已超過(guò)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的

12、振級(jí)，但對(duì)機(jī)器的工作量尚無(wú)顯著的影響，稱為“較好”，這種運(yùn)行狀態(tài)是“容許”的。wC級(jí)機(jī)器的振動(dòng)已經(jīng)到了相當(dāng)劇烈的強(qiáng)度，導(dǎo)致機(jī)器只能勉強(qiáng)維持工作，這時(shí)機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)稱為“可容許”的，允許短時(shí)間運(yùn)行。wD級(jí)機(jī)器的振動(dòng)能已達(dá)到使機(jī)器不能運(yùn)轉(zhuǎn)工作，隨時(shí)可能發(fā)生破壞故障，這種機(jī)器的振級(jí)是不允許的。機(jī)器設(shè)備的分類w為了便于實(shí)用，ISO2372將常用的機(jī)械設(shè)備分為六大類，使每一類的機(jī)械設(shè)備用同一標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量其運(yùn)行質(zhì)量。機(jī)械設(shè)備分類情況如下：w第一類：在其正常工作條件下與整機(jī)連接成整體的發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器的零件（如15kw以下的電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)）。w第二類：設(shè)有專用基礎(chǔ)的中等尺寸的機(jī)器（如1575kw的發(fā)電機(jī)）及剛性固

13、定在專用基礎(chǔ)上的電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)器（300kw以下）。w第三類：安裝在測(cè)振方向上相對(duì)較硬的、剛性的和重的基礎(chǔ)上的具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的大型原動(dòng)機(jī)和其它大型機(jī)器（大于300Kw），例如電動(dòng)機(jī)和風(fēng)機(jī)。w第四類：安裝在測(cè)振方向上相對(duì)較軟的基礎(chǔ)上具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的大型原動(dòng)機(jī)和其它大型機(jī)器（如透平發(fā)電機(jī)、帶減振裝置的各類破碎機(jī)）。w第五類：安裝在測(cè)振方向相對(duì)較硬的基礎(chǔ)上具有不平衡慣性力的往復(fù)式機(jī)器和機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（如往復(fù)式壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等）。w第六類：安裝在測(cè)振方向相對(duì)較軟的基礎(chǔ)上具有不平衡慣性力的往復(fù)機(jī)器和機(jī)械驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等（通常指安裝在作業(yè)平臺(tái)上帶減振裝置的往復(fù)式壓縮機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等）。經(jīng)驗(yàn)參考w實(shí)踐表明：比較可靠準(zhǔn)確的

14、辦法是用振動(dòng)實(shí)踐表明：比較可靠準(zhǔn)確的辦法是用振動(dòng)烈度的相對(duì)變化來(lái)表示機(jī)器的運(yùn)行質(zhì)量。烈度的相對(duì)變化來(lái)表示機(jī)器的運(yùn)行質(zhì)量?？梢钥紤]以機(jī)器可以考慮以機(jī)器“良好良好”運(yùn)行狀態(tài)的量級(jí)運(yùn)行狀態(tài)的量級(jí)為參考值，在此基礎(chǔ)上若增大為參考值，在此基礎(chǔ)上若增大2.5倍，表明倍，表明機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)已有重大變化，此時(shí)機(jī)器機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)已有重大變化，此時(shí)機(jī)器雖尚能進(jìn)行工作，實(shí)際上已處于不正常狀雖尚能進(jìn)行工作，實(shí)際上已處于不正常狀態(tài)；若從參考狀態(tài)的基礎(chǔ)上增大態(tài)；若從參考狀態(tài)的基礎(chǔ)上增大10倍，就倍，就說(shuō)明該機(jī)器已需進(jìn)行修理說(shuō)明該機(jī)器已需進(jìn)行修理；再繼續(xù)增大，機(jī)器就將處于不允許狀態(tài)。 振動(dòng)故障簡(jiǎn)易判斷w正常情況下，第一、二

15、、三類設(shè)備的水平、垂直、軸向振動(dòng)均應(yīng)小于1.8mm/s。超過(guò)這一指標(biāo)即表明設(shè)備存在缺陷。w水平方向振動(dòng)速度、位移大，通常是動(dòng)平衡不良引起的，如果振動(dòng)速度超標(biāo)，但位移不超標(biāo)，通常是軸承缺陷造成，應(yīng)補(bǔ)充測(cè)量振動(dòng)加速度值。w垂直方向振動(dòng)大，通常是松動(dòng)或支撐剛度不足造成的。w軸向振動(dòng)大，一般是存在軸向力或安裝時(shí)軸承座不水平或地腳不平造成的。w地腳部位振動(dòng)大，說(shuō)明基礎(chǔ)處理不當(dāng)，設(shè)備與基礎(chǔ)結(jié)合情況不良。w軸承座上、下部振動(dòng)偏差大，說(shuō)明軸承蓋存在松動(dòng)現(xiàn)象。w設(shè)備上、下部振動(dòng)偏差大，說(shuō)明設(shè)備穩(wěn)定性不好，需檢查地腳。w設(shè)備振動(dòng)值波動(dòng)則是部件或基礎(chǔ)松動(dòng)造成的。振動(dòng)加速度檢測(cè)wLC2200系列袖珍式測(cè)振儀的加速度檔

16、具有高低頻分檔功能，使判斷滾動(dòng)軸承和齒輪箱故障成為可能。w分別測(cè)量振動(dòng)加速度高頻值（HI，1KHz）和低頻值（LO ，1KHz ）并進(jìn)行比較：當(dāng)高頻值小于低頻值時(shí)，說(shuō)明振動(dòng)主要由低頻引起的，應(yīng)按速度標(biāo)準(zhǔn)判定，可以考慮軸系類故障，如轉(zhuǎn)子不平衡、軸彎曲、軸不對(duì)中、基礎(chǔ)松動(dòng)等；w當(dāng)高頻值大于低頻值5倍以上時(shí)，說(shuō)明振動(dòng)主要由高頻引起的，可考慮軸承、齒輪類故障，如滾動(dòng)軸承磨損、齒輪斷齒等。振動(dòng)診斷標(biāo)準(zhǔn)w為了判定設(shè)備是否正常，要以所測(cè)定的振動(dòng)值為依據(jù)，而為了作出正確判斷，又必須有標(biāo)準(zhǔn)加以對(duì)照。w在振動(dòng)診斷過(guò)程中，通常使用的標(biāo)準(zhǔn)有三類1.絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)：包括國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、部頒標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，規(guī)定

17、必須用同類儀器、在同一部位、相同條件進(jìn)行檢測(cè)。2.相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)：在同一部位、相同儀器、相同條件，以測(cè)到的數(shù)值與正常值（或初始值）對(duì)比的倍數(shù)進(jìn)行比較作為判定依據(jù)。3.類比標(biāo)準(zhǔn)：將相同設(shè)備在同一時(shí)期內(nèi)、相同條件下測(cè)定的值作比較，以掌握異常發(fā)生的程度。w需要注意的是，適用于所有設(shè)備的絕對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)是沒(méi)有的，所以從維修角度考慮，最好是把上述三類標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，綜合使用。軸承振動(dòng)判定w軸承故障通常是通過(guò)聽(tīng)診器檢查出來(lái)的，這種方法比較直接，但容易遺漏而且沒(méi)有一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)。w由于軸承的質(zhì)量較輕，一般情況下不會(huì)引起振動(dòng)的位移和振動(dòng)速度太大的變化，但當(dāng)軸承出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生沖擊力，因此軸承的好壞通常用振動(dòng)加速度指標(biāo)進(jìn)行

18、衡量。w根據(jù)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，質(zhì)量較好的軸承振動(dòng)加速度（高頻，HI）一般小于5m/s2，普通軸承振動(dòng)加速度也會(huì)在10m/s2以下，當(dāng)軸承老化或產(chǎn)生缺陷時(shí)，振動(dòng)加速度會(huì)逐漸上升，當(dāng)振動(dòng)加速度超過(guò)20m/s2時(shí)就應(yīng)注意觀察，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，當(dāng)振動(dòng)加速度超過(guò)50m/s2時(shí)應(yīng)進(jìn)行專業(yè)檢測(cè)分析，如果伴有明顯的異常聲音或溫升現(xiàn)象應(yīng)更換軸承。w如果軸承有沉悶的雜音，應(yīng)檢測(cè)軸承低頻振動(dòng)加速度（LO）并對(duì)比振動(dòng)速度及振動(dòng)位移，如果振動(dòng)加速度低頻值大于20m/s2，振動(dòng)位移合格但振動(dòng)速度超標(biāo)，一般是軸承低頻故障，表示軸承存在內(nèi)外圈或保持架故障。診斷中注意事項(xiàng)1.由于滾動(dòng)軸承故障種類不同，會(huì)產(chǎn)生低頻或高頻振動(dòng)，檢測(cè)時(shí)應(yīng)注意區(qū)分。定期檢測(cè)軸承問(wèn)題是設(shè)備檢測(cè)的重要內(nèi)容，應(yīng)該用測(cè)振儀的加速度檔進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)要分別測(cè)量高頻及低頻振