振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

傅行軍東南大學(xué)火電機(jī)組振動(dòng)國(guó)家工程研究中心5/8/20241振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷上篇：振動(dòng)基本知識(shí)一、振動(dòng)及其分類振動(dòng)——指物體在一定位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

普遍存在于宇宙及人類生產(chǎn)、生活中。是電廠重要安全經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一。

電廠中振動(dòng)過大的危害（1）減少設(shè)備的使用壽命，造成設(shè)備損壞，甚至釀成災(zāi)難性事故；（2）動(dòng)靜部件碰摩，使轉(zhuǎn)軸彎曲，部件及基礎(chǔ)損壞；（3）降低機(jī)組的機(jī)械性能和熱力性能；（4）振動(dòng)及其產(chǎn)生的噪聲，影響運(yùn)行人員身體健康和工作效率。5/8/20242振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

振動(dòng)的分類（1）按振動(dòng)的產(chǎn)生方式分：

自由振動(dòng)受迫振動(dòng)（2）按振動(dòng)的規(guī)律分：

簡(jiǎn)諧振動(dòng)復(fù)合周期振動(dòng)瞬態(tài)振動(dòng)隨機(jī)振動(dòng)（3）按振動(dòng)故障的性質(zhì)分：

自激振動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)（4）按振動(dòng)模型的自由度分：

單自由度振動(dòng)多自由度振動(dòng)

5/8/20243振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷二、簡(jiǎn)諧振動(dòng)（一）簡(jiǎn)諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程以無(wú)阻尼自由振動(dòng)的彈簧振子為例得出普遍結(jié)論：微分方程特征

運(yùn)動(dòng)學(xué)特征由

xok5/8/20244振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷解

可得位移振動(dòng)方程速度加速度vtxa5/8/20245振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷結(jié)論：（1）單自由度無(wú)阻尼系統(tǒng)的自由振動(dòng)是以正弦或余弦函數(shù)表示的，故稱為簡(jiǎn)諧振動(dòng)。（2）自由振動(dòng)的角頻率即系統(tǒng)的固有頻率僅由系統(tǒng)本身參數(shù)確定，與外界激勵(lì)、初始條件無(wú)關(guān)。（3）自由振動(dòng)的振幅A和初相角φ由初始條件所確定。5/8/20246振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷振幅

A

(Amplitude)偏離平衡位置的最大值。描述振動(dòng)的規(guī)模。頻率

f

(Frequency)

描述振動(dòng)的快慢。單位為次/秒(Hz)或次/分(c/min)。周期

T=1/f為每振動(dòng)一次所需的時(shí)間，單位為秒。

圓頻率

=2

f

為每秒鐘轉(zhuǎn)過的角度，單位為弧度/秒初相角

(Initialphase)描述振動(dòng)在起始瞬間的狀態(tài)。（二）描述簡(jiǎn)諧振動(dòng)的三要素

5/8/20247振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷（三）簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成合振動(dòng)：1.同方向、同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成——仍然為簡(jiǎn)諧振動(dòng)αA1A2Axα1α2兩種特殊情況：振動(dòng)與其它運(yùn)動(dòng)形式一樣也可以進(jìn)行合成與分解振動(dòng)往往是由若干種頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成的下面我們研究幾種基本而重要的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成A1A2AxA1A2Ax5/8/20248振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷2.同方向、不同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成——周期振動(dòng)m,n為整數(shù)，m≠n用x-t圖像合成最方便如：T1=2s,T2=3sx1t2sx2t3sxt6s結(jié)論：合振動(dòng)不是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，但有周期性，合振動(dòng)周期為兩個(gè)分振動(dòng)周期的最小公倍數(shù)5/8/20249振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷tx合振幅做周期性變化的現(xiàn)象叫拍，合振幅大小每變化一個(gè)周期叫1拍，單位時(shí)間內(nèi)拍出現(xiàn)的次數(shù)叫拍頻2）兩個(gè)分振動(dòng)頻率很高,又非常接近,即可視為振幅做周期性緩慢變化的準(zhǔn)簡(jiǎn)諧振動(dòng)，又稱調(diào)幅振動(dòng)5/8/202410振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷3.方向垂直、同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成xy將兩個(gè)式子展開，消去參數(shù)t,可得質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡方程：在一般情況下，為一橢圓方程，橢圓的形狀、大小，長(zhǎng)、短軸方位，由振幅和相位差決定5/8/202411振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷4.方向垂直、不同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成

若分振動(dòng)頻率不成整數(shù)比，則合運(yùn)動(dòng)軌跡不能形成穩(wěn)定的封閉曲線，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)不具有周期性若分振動(dòng)頻率成整數(shù)比，則合運(yùn)動(dòng)軌跡為一穩(wěn)定的封閉曲線，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)具有周期性，軌跡圖形稱為利薩如圖形圖形的花樣與振幅、初相、頻率比有關(guān)

用作圖法畫利薩如圖形

T1:T2

=1:2

A1:A2=3:2

α1=-π/2

α2=π/2A1A2xyα1α212345678123456785/8/202412振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷三、單自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)5/8/202413振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷ωd為阻尼自由振動(dòng)的圓頻率阻尼比：Mi、Mi+1分別為阻尼自由振動(dòng)的相鄰超調(diào)量。5/8/202414振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷四、單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)（一）諧激勵(lì)的強(qiáng)迫振動(dòng)5/8/202415振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷5/8/202416振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

圖a)——幅頻特性曲線

圖b)——相頻特性曲線

（1）當(dāng)激勵(lì)頻率

時(shí)，振幅達(dá)到最大值，稱臨界。

（2）不管系統(tǒng)的阻尼比是多少，

在時(shí)，位移始終落后于

激勵(lì)力90度現(xiàn)象，稱共振。5/8/202417振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷reAO

（二）單圓盤轉(zhuǎn)子不平衡振動(dòng)和臨界轉(zhuǎn)速01r/e

c

CAmO

O’

kyx由上式中解出x和y,并求得振幅r。圓盤慣性力＋軸彈性力＝偏心的離心力5/8/202418振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

單圓盤轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)響應(yīng)01r/e

c

reAO

reCAO

reCAO

CACO

O’

<<

c

c

>>

c

r<<e

r>>e

r

ereAO

重點(diǎn)高點(diǎn)C5/8/202419振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷系統(tǒng)有多個(gè)固有頻率。從小到大，稱為第1階、第2階等等。每個(gè)頻率有一對(duì)應(yīng)的振型和阻尼值。同一階的固有頻率、振型和阻尼值一起，稱為模態(tài)。五、多自由度系統(tǒng)自由振動(dòng)

兩自由度系統(tǒng)的振動(dòng)模態(tài)第二階模態(tài)第一階模態(tài)5/8/202420振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷三自由度系統(tǒng)振動(dòng)模態(tài)第二階模態(tài)第三階模態(tài)第一階模態(tài)振型是各自由度坐標(biāo)的比例值。振型具有正交性。5/8/202421振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速和振型

650MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

n1=604r/minn2=1840r/minn3=4651r/min多自由度轉(zhuǎn)子有多個(gè)臨界轉(zhuǎn)速和相應(yīng)的振型5/8/202422振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷多轉(zhuǎn)子軸系的臨界轉(zhuǎn)速和振型200MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型n1=1002r/min中壓轉(zhuǎn)子型n2=1470r/min高壓轉(zhuǎn)子型n3=1936r/min低壓轉(zhuǎn)子型n4=2014r/min發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子型n5=2678r/min高壓轉(zhuǎn)子中壓轉(zhuǎn)子低壓轉(zhuǎn)子發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子

軸系各階振型中，一般有一個(gè)轉(zhuǎn)子起主導(dǎo)作用。5/8/202423振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷多轉(zhuǎn)子軸系的固有頻率和振型5/8/202424振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

單跨轉(zhuǎn)子與多跨軸系臨界轉(zhuǎn)速的關(guān)系200MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸系軸系的各階臨界轉(zhuǎn)速高于相應(yīng)的單轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。彈性支承轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速低于剛性支承轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。5/8/202425振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷振動(dòng)的頻率等于外激勵(lì)的頻率。振型為各階振型的疊加。各階振型所占的比例，決定于外激勵(lì)的頻率和作用點(diǎn)位置。激勵(lì)頻率接近某階固有頻率時(shí)，該階振型增大而占主導(dǎo)地位，是為該階共振狀態(tài)。共振峰大小決定于該階阻尼值和激勵(lì)的位置。作用在某階節(jié)點(diǎn)上的激勵(lì)力，不能激起該階振動(dòng)。六、多自由度系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng)5/8/202426振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷正峰值負(fù)峰值平均絕對(duì)值有效值平均值峰峰值簡(jiǎn)諧振動(dòng)各幅值參數(shù)是常數(shù)，彼此間有確定關(guān)系峰值

xp=A;峰峰值

xp-p=2A平均絕對(duì)值

xav=0.637A有效值

xrms=0.707A平均值中篇：振動(dòng)測(cè)試

一、振動(dòng)基本量的測(cè)量

1.振動(dòng)幅值測(cè)量——位移、速度和加速度5/8/202427振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷簡(jiǎn)諧振動(dòng)位移、速度、加速度之間的關(guān)系

振動(dòng)位移

(Displacement)速度

(Velocity)加速度

(Acceleration)

位移、速度、加速度都是同頻率的簡(jiǎn)諧波。三者的幅值相應(yīng)為A、A

、A

2。相位關(guān)系：加速度領(lǐng)先速度90o;速度領(lǐng)先位移90o。xvaxva

5/8/202428振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷復(fù)雜振動(dòng)的幅值參數(shù)各幅值參數(shù)隨時(shí)間變化，彼此間無(wú)明確定關(guān)系正峰值負(fù)峰值峰峰值xrms5/8/202429振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷若干幅值參數(shù)的定義

瞬時(shí)值(Instantvalue)振動(dòng)的任一瞬時(shí)的數(shù)值。峰值

(Peakvalue)振動(dòng)離平衡位置的最大偏離。平均絕對(duì)值(Averageabsolutevalue)均值(Meanvalue)

又稱平均值或直流分量。有效值

(Rootmeansquarevalue)

xpx=x(t)5/8/202430振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷常用的幅值參數(shù)及其單位

位移峰峰值。單位為微米（m）

速度

有效值。單位為毫米/秒（mm/s）

加速度

峰值。單位為米/秒平方（m/s2）5/8/202431振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷2.振動(dòng)信號(hào)的頻率分析把振動(dòng)信號(hào)中所包含的各種頻率成分分別分解出來(lái)的方法。頻率分析的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是傅里葉變換和快速傅里葉算法（FFT）。頻率分析可用頻率分析儀來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可在計(jì)算機(jī)上用軟件來(lái)完成。頻率分析的結(jié)果得到各種頻譜圖，這是故障診斷的有力工具。5/8/202432振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷時(shí)間域頻率域FFTIFFT5/8/202433振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷各種振動(dòng)的頻譜圖名稱波形頻譜名稱波形頻譜5/8/202434振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷基頻是轉(zhuǎn)速頻率?；l分量的幅值和轉(zhuǎn)子的不平衡大小有關(guān)。基頻分量的相位和不平衡在轉(zhuǎn)子上的方位有直接對(duì)應(yīng)關(guān)系。在轉(zhuǎn)子上布置鍵相標(biāo)記K

，在軸承座上布置鍵相傳感器K（光電式或渦流式），其輸出為相位參考脈沖。參考脈沖是測(cè)量相位的基準(zhǔn)。參考脈沖也可用于測(cè)量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。3.旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)的基頻分量的幅值和相位的測(cè)量

5/8/202435振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

振動(dòng)相位測(cè)量原理從參考脈沖到第一個(gè)正峰值的轉(zhuǎn)角

定義振動(dòng)相位。振動(dòng)相位與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)角度一一對(duì)應(yīng)。在平衡和故障診斷中有重要作用。振動(dòng)信號(hào)參考脈沖5/8/202436振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷波形圖(Wave)時(shí)間域內(nèi)的振動(dòng)波形頻譜圖(Spectrum)組成振動(dòng)的各諧波成分軸心軌跡(Orbit)轉(zhuǎn)軸中心的振動(dòng)軌跡，由水平和鉛垂兩方向波形合成二、旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)測(cè)量分析圖示

1.定轉(zhuǎn)速圖示5/8/202437振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷波形圖、頻譜圖及軸心軌跡5/8/202438振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷軸心軌跡的測(cè)定軸心軌跡(Orbit)是診斷旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障的有力工具。軸心軌跡可用基頻檢測(cè)儀和示波器得到，也可以用計(jì)算機(jī)完成。5/8/202439振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷波德圖與極坐標(biāo)圖(Bode&PolarPlot)升（降）速時(shí)，基頻幅值和相位的變化三維頻譜圖(Cascade)軸心軌跡陣軸心位置

判定軸頸靜態(tài)工作點(diǎn)和油膜厚度2.變轉(zhuǎn)速圖示5/8/202440振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷波德圖和極坐標(biāo)圖波德圖(BodePlot)和極坐標(biāo)圖(PolarPlot)兩者所含信息相同，都表示基頻振動(dòng)的幅值和相位隨機(jī)器轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律。5/8/202441振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷三維頻譜圖是頻譜的集合。本圖的第三個(gè)坐標(biāo)是轉(zhuǎn)速。本圖表明在升、降速過程中振動(dòng)頻譜的變化。第三坐標(biāo)也可是時(shí)間、工藝參數(shù)等。三維頻譜圖（譜陣圖）5/8/202442振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷軸心軌跡陣圖汽輪發(fā)電機(jī)組一個(gè)軸承在不同轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡陣5/8/202443振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷軸心位置的測(cè)定軸心位置可以用計(jì)算機(jī)及其外設(shè)來(lái)繪制。渦流傳感器的輸出信號(hào)動(dòng)態(tài)部分靜態(tài)部分軸心軌跡軸心位置間隙變化平均間隙5/8/202444振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷軸心位置的變化汽輪發(fā)電機(jī)中壓缸軸承升速時(shí)軸心位置逐漸升高。到工作轉(zhuǎn)速時(shí)，偏心率為0.66；偏位角32o。屬正常。以后數(shù)月，軸承基礎(chǔ)下沉，導(dǎo)致軸心上浮，偏心率減少，偏位角接近90o。發(fā)生了油膜振蕩。監(jiān)測(cè)軸心位置有助于發(fā)現(xiàn)機(jī)器的故障。5/8/202445振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷磁帶記錄儀頻譜分析儀打印機(jī)存儲(chǔ)設(shè)備繪圖儀測(cè)量電路基頻檢測(cè)儀記錄儀數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)

汽輪機(jī)

齒輪增速箱

壓縮機(jī)

渦流傳感器

速度傳感器

加速度傳感器

鍵相傳感器三、旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及儀器5/8/202446振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷磁電速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：磁電效應(yīng)典型頻率范圍：10Hz~1000Hz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：20mV/mm/s測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的速度。不適于測(cè)量瞬態(tài)振動(dòng)和很快的變速過程。輸出阻抗低，抗干擾力強(qiáng)。傳感器質(zhì)量較大，對(duì)小型對(duì)象有影響。在傳感器固有頻率附近有較大的相移。5/8/202447振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷渦流位移傳感器不接觸測(cè)量，特別適合測(cè)量轉(zhuǎn)軸和其他小型對(duì)象的相對(duì)位移。有零頻率響應(yīng)，可測(cè)靜態(tài)位移和軸承油膜厚度。靈敏度與被測(cè)對(duì)象的電導(dǎo)率和導(dǎo)磁率有關(guān)。相移很小。接收形式：相對(duì)式變換形式：電渦流典型頻率范圍：0~20kHz典型線性范圍：0~2mm典型靈敏度：8.0V/mm(對(duì)象為鋼)5/8/202448振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷渦流傳感器的工作原理輸出電壓u正比于間隙d且于測(cè)量對(duì)象的材質(zhì)有關(guān)5/8/202449振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷壓電加速度傳感器接收形式：慣性式變換形式：壓電效應(yīng)典型頻率范圍：0.2Hz~10kHz線性范圍和靈敏度隨各種不同型號(hào)可在很大范圍內(nèi)變化。測(cè)量非轉(zhuǎn)動(dòng)部件的絕對(duì)振動(dòng)的加速度。適應(yīng)高頻振動(dòng)和瞬態(tài)振動(dòng)的測(cè)量。傳感器質(zhì)量小，可測(cè)很高振級(jí)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量要注意電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)和接地回路的干擾。5/8/202450振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷軸承振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置5/8/202451振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷軸振動(dòng)的測(cè)點(diǎn)布置5/8/202452振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷軸承振動(dòng)與軸振動(dòng)的比較5/8/202453振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷四、振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（一）軸承座振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T6075.2-2007)準(zhǔn)則一：振動(dòng)幅值的標(biāo)準(zhǔn)

1.評(píng)價(jià)區(qū)域和區(qū)域邊界

50MW以上汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)軸承座區(qū)域A:新投產(chǎn)的機(jī)器通常在此區(qū)域內(nèi)振動(dòng)速度評(píng)價(jià)區(qū)域邊界的推薦值區(qū)域B:可長(zhǎng)期運(yùn)行單位：振動(dòng)速度均方根值/(mm/s)區(qū)域C:不適宜長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，有適當(dāng)機(jī)會(huì)采取補(bǔ)救區(qū)域D:一般認(rèn)為足以引起機(jī)器損壞注：適用于額定轉(zhuǎn)速正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況區(qū)域邊界1500或1800r/min3000或3600r/minA/B2.83.8B/C5.37.5C/D8.511.85/8/202454振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷2.穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的限值報(bào)警的設(shè)定報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為B/C值得25%推薦報(bào)警值一般不超過區(qū)域邊界B/C值的1.25倍停機(jī)的設(shè)定一般來(lái)說，停機(jī)限值在C或D內(nèi)推薦停機(jī)限值應(yīng)不超過區(qū)域邊界C/D值的1.25倍3.瞬態(tài)運(yùn)行的振動(dòng)幅值1)額定轉(zhuǎn)速下瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)

通常振動(dòng)應(yīng)不超過區(qū)域邊界C/D值2)升降速和超速時(shí)報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為B/C值得25%推薦報(bào)警值一般不超過區(qū)域邊界C/D值的1.25倍此時(shí)一般不設(shè)定停機(jī)值準(zhǔn)則二：振動(dòng)幅值變化的標(biāo)準(zhǔn)

在穩(wěn)態(tài)工況下，如果振動(dòng)變化量明顯，達(dá)到B/C值的25%，要查明原因和確定措施5/8/202455振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷（二）轉(zhuǎn)軸振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)（GB/T6075.2-2007)準(zhǔn)則一：振動(dòng)幅值的標(biāo)準(zhǔn)

1.評(píng)價(jià)區(qū)域和區(qū)域邊界

50MW以上3000r/min汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸區(qū)域A:新投產(chǎn)的機(jī)器通常在此區(qū)域內(nèi)振動(dòng)位移評(píng)價(jià)區(qū)域邊界的推薦值區(qū)域B:可長(zhǎng)期運(yùn)行單位：振動(dòng)位移峰-峰值/微米(um)區(qū)域C:不適宜長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，有適當(dāng)機(jī)會(huì)采取補(bǔ)救區(qū)域D:一般認(rèn)為足以引起機(jī)器損壞注：適用于額定轉(zhuǎn)速正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行工況區(qū)域邊界相對(duì)軸振絕對(duì)軸振A/B

80100B/C120~165150~200C/D180~260250~3205/8/202456振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷2.穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的限值報(bào)警的設(shè)定報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為B/C值得25%推薦報(bào)警值一般不超過區(qū)域邊界B/C值的1.25倍停機(jī)的設(shè)定一般來(lái)說，停機(jī)限值在C或D內(nèi)推薦停機(jī)限值應(yīng)不超過區(qū)域邊界C/D值的1.25倍3.瞬態(tài)運(yùn)行的振動(dòng)幅值

1)額定轉(zhuǎn)速下瞬態(tài)運(yùn)行時(shí)

通常振動(dòng)應(yīng)不超過區(qū)域邊界C/D值

2)升降速和超速時(shí)報(bào)警值設(shè)定高出基線值，高出的量為B/C值得25%轉(zhuǎn)速大于0.9倍的額定轉(zhuǎn)速，推薦報(bào)警值不宜大于區(qū)域邊界C/D值轉(zhuǎn)速小于0.9倍的額定轉(zhuǎn)速，推薦報(bào)警值不宜大于區(qū)域邊界C/D值的1.5倍準(zhǔn)則二：振動(dòng)幅值變化的標(biāo)準(zhǔn)

在穩(wěn)態(tài)工況下，如果軸振動(dòng)變化量明顯，達(dá)到B/C值的25%，要查明原因和確定措施5/8/202457振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷下篇：故障診斷概述

機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的原因和性質(zhì)自激振動(dòng)

機(jī)械系統(tǒng)（質(zhì)量M、剛度K、阻尼C構(gòu)成）

強(qiáng)迫振動(dòng)自由振動(dòng)反饋機(jī)制持續(xù)激勵(lì)初始激勵(lì)恒定能源激勵(lì)響應(yīng)5/8/202458振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷簡(jiǎn)易診斷和精密診斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)（簡(jiǎn)易診斷）

內(nèi)容：識(shí)別有無(wú)故障明確故障嚴(yán)重程度作出故障趨勢(shì)分析由設(shè)備維修人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障診斷（精密診斷）

內(nèi)容：確定故障部位確定故障原因提出維修建議由設(shè)備診斷人員在現(xiàn)場(chǎng)或中心進(jìn)行5/8/202459振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

精密診斷的方法頻譜分析法趨勢(shì)分析法通頻值趨勢(shì)分析、頻譜趨勢(shì)分析時(shí)域分析法波形分析、相關(guān)函數(shù)分析倒頻譜分析法模態(tài)分析法隨機(jī)減量法其他數(shù)學(xué)方法模式識(shí)別法模糊診斷法故障樹診斷法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法小波分析法灰色系統(tǒng)法分形幾何法5/8/202460振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷故障診斷的專家系統(tǒng)框圖專家系統(tǒng)是一個(gè)故障診斷的專用程序。用戶可以把其中積累的診斷專家的知識(shí)用于診斷工作。結(jié)果及解釋征兆事實(shí)庫(kù)知識(shí)獲取征兆獲取推理機(jī)診斷知識(shí)庫(kù)設(shè)備參數(shù)庫(kù)工作存貯器人機(jī)對(duì)話故障對(duì)策傳感器信號(hào)領(lǐng)域?qū)＜矣脩?/8/202461振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械常見故障的頻率特征強(qiáng)迫振動(dòng)類故障自激振動(dòng)類故障X:轉(zhuǎn)動(dòng)頻率5/8/202462振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷強(qiáng)迫振動(dòng)故障類

轉(zhuǎn)子不平衡故障的特征振幅隨轉(zhuǎn)速變化而變化，過臨界轉(zhuǎn)速有共振峰相位隨轉(zhuǎn)速變化而變化，過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)變化大振動(dòng)1X頻率為主波形為簡(jiǎn)諧波，少毛刺。軸心軌跡為圓或橢圓。軸向振動(dòng)不大。5/8/202463振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷轉(zhuǎn)子不平衡的類型5/8/202464振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷轉(zhuǎn)子不對(duì)中的類型及對(duì)振動(dòng)的影響正確對(duì)中e=0,

=0平行不對(duì)中e

0,

=0角度不對(duì)中e=0,

0綜合不對(duì)中e

0,

05/8/202465振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷自激振動(dòng)故障類（失穩(wěn)振動(dòng)類）造成失穩(wěn)的因素滑動(dòng)軸承的油膜力密封中的流體力定、轉(zhuǎn)子間徑向間隙不均勻轉(zhuǎn)軸的材料內(nèi)阻和結(jié)構(gòu)內(nèi)阻轉(zhuǎn)子內(nèi)腔部分充液轉(zhuǎn)子和定子的碰摩轉(zhuǎn)子質(zhì)量和剛性在各徑向不對(duì)稱失穩(wěn)的危害突發(fā)性一般無(wú)明顯的先兆。失穩(wěn)運(yùn)動(dòng)一般規(guī)模很大。低周渦動(dòng)，轉(zhuǎn)軸受交變應(yīng)力。引起疲勞破壞。5/8/202466振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷油膜軸承工作原理oo1eW

發(fā)散楔收斂楔最小油膜間隙最大油膜間隙油膜壓力分布5/8/202467振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷油膜失穩(wěn)的機(jī)理

油膜力軸頸渦動(dòng)軌跡油膜力做的功常大于零恒小于零較小可不計(jì)如W>0，就可能會(huì)失穩(wěn)。彈性力阻尼力失oxykyycyykxxcxxkxycxykyxcyx5/8/202468振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷油膜半速渦動(dòng)流入油0.5R

(C+e)流出油0.5R

(C-e)故多余的油為R

e如軸頸繞O作角速度為

的渦動(dòng)，就留出空間2Re為維持流量平衡，就有

2Re=R

e得

=0.5

，是為半速渦動(dòng)分析流經(jīng)此直徑的油流o1e

C-eC+eoR5/8/202469振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

半速渦動(dòng)下的運(yùn)動(dòng)形態(tài)▲公轉(zhuǎn)（渦動(dòng)）速度

為自轉(zhuǎn)速度

的一半?！D(zhuǎn)子上軸向的各纖維受交變力，交變的頻率為-。自轉(zhuǎn)

公轉(zhuǎn)

5/8/202470振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

正常情況下的轉(zhuǎn)子同步正進(jìn)動(dòng)▲定轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子作剛體弓形回轉(zhuǎn)（同步正進(jìn)動(dòng)），轉(zhuǎn)子上軸向的各纖維不受交變力?！S心線形狀決定于不平衡分布、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速的分布?！?/p>

變轉(zhuǎn)速時(shí)，軸心線形狀、彎曲大小和相位均變化。自轉(zhuǎn)

公轉(zhuǎn)

5/8/202471振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

油膜振蕩的特征升速降速

t2

c

c0渦動(dòng)振幅轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升速降速

t

c2

c0渦動(dòng)頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速突發(fā)性：到達(dá)閾速

t時(shí)，突然發(fā)生。閾速大于2倍固有頻率。

破壞性：振幅一般很大。

渦動(dòng)頻率鎖住在

c；低周正向進(jìn)動(dòng)，軸纖維受交變應(yīng)力。

慣性：消失滯后于發(fā)生。5/8/202472振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷從油膜渦動(dòng)發(fā)展到油膜振蕩渦動(dòng)頻率c/min轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速r/min5/8/202473振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷油膜渦動(dòng)的波形和軸心軌跡

渦動(dòng)頻率約為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的一半，并隨轉(zhuǎn)速變化。渦動(dòng)方向?yàn)檎蜻M(jìn)動(dòng)。軸心軌跡出現(xiàn)雙內(nèi)環(huán)。渦動(dòng)的幅度并不很大。

5/8/202474振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷油膜振蕩的波形和軸心軌跡

到達(dá)閾速時(shí)突然發(fā)生，幅度一般很大。渦動(dòng)頻率鎖定在轉(zhuǎn)子的固有頻率，不再隨轉(zhuǎn)速變化。渦動(dòng)方向?yàn)檎蜻M(jìn)動(dòng)。軸心軌跡為多重橢圓。一旦發(fā)生不易消失，有慣性效應(yīng)。5/8/202475振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷油膜振蕩的防治措施臨時(shí)措施▲增加油溫。▲更換粘度較低的油。▲減小軸承的寬度，以增加比壓?！Ц呤Х€(wěn)軸承的標(biāo)高，增加軸承的負(fù)載。▲減小軸承的間隙。根本措施▲

改變軸瓦的結(jié)構(gòu)。

增加預(yù)負(fù)荷，開油槽，改變供油方式等▲

改用穩(wěn)定性較好的軸承。圓瓦—橢圓瓦—多油葉瓦—多油楔瓦—可傾瓦▲

改變轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，將其臨界轉(zhuǎn)速提高到工作轉(zhuǎn)速的一半以上。5/8/202476振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷油膜失穩(wěn)的實(shí)例某電廠1號(hào)機(jī)組－200MW

5/8/202477振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

汽流激振故障機(jī)理

（1）葉頂間隙激振力

間隙不均，動(dòng)葉氣動(dòng)力不等，形成渦動(dòng)激振力，如圖。（2）汽封蒸汽激振力動(dòng)葉頂部汽封中蒸汽受擠壓而對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生反作用力，從而對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生蒸汽激振力；同樣在隔板汽封及軸端汽封中也存在蒸汽激振力。

（3）不對(duì)稱的蒸汽力和力矩

噴嘴調(diào)節(jié)的汽輪機(jī),調(diào)節(jié)級(jí)進(jìn)汽的非對(duì)稱性引起不對(duì)稱的蒸汽力作用在轉(zhuǎn)子上；汽缸跑偏,轉(zhuǎn)子徑向位移等引起蒸汽在轉(zhuǎn)子上力矩徑向分布不平衡。

5/8/202478振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

汽流激振故障特征

（1）對(duì)負(fù)荷變化較敏感

通常出現(xiàn)在機(jī)組帶負(fù)荷過程中，且一般發(fā)生在高負(fù)荷區(qū)。振動(dòng)與負(fù)荷之間有一定的重復(fù)性。（2）與調(diào)節(jié)閥門開啟順序和開度有一定關(guān)聯(lián)（3）振動(dòng)頻率大多數(shù)情況下以0.5X分量為主，有時(shí)也等于轉(zhuǎn)子固有頻率。（4）具有突發(fā)性振動(dòng)可能會(huì)在幾秒鐘內(nèi)被激發(fā)出來(lái)，而且激發(fā)后的振動(dòng)幅值較大。（5）與蒸汽參數(shù)相關(guān)蒸汽參數(shù)越高，汽流激振力越大。汽流激振故障通常發(fā)生在高參數(shù)、大容量機(jī)組的高、中壓轉(zhuǎn)子上。超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組由于蒸汽參數(shù)高，發(fā)生汽流激振故障的可能性比亞臨界機(jī)組大。5/8/202479振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷汽流激振故障治理方法

改進(jìn)葉頂汽封、隔板汽封和高壓轉(zhuǎn)子前后軸封的間隙、結(jié)構(gòu)，減少漏汽，減小汽流激振力，增加阻尼。改變調(diào)節(jié)閥的開啟順序或開度,避免轉(zhuǎn)子在單側(cè)蒸汽力作用下發(fā)生明顯的徑向偏移和在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生不平衡力矩。調(diào)整汽缸和轉(zhuǎn)子中心,調(diào)整轉(zhuǎn)子在汽缸中的位置,使圓周方向的動(dòng)靜間隙盡量均勻,消除汽缸跑偏,避免運(yùn)行中轉(zhuǎn)子和汽缸中心發(fā)生明顯偏移。提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，主要從軸承著手。軸承改進(jìn)措施與油膜振蕩治理措施相同。

增大汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子軸承的載荷,如上抬標(biāo)高,來(lái)增大軸承的比壓,對(duì)減小蒸汽振蕩的負(fù)面影響有一定作用。5/8/202480振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷轉(zhuǎn)子內(nèi)腔充液引起的失穩(wěn)由于內(nèi)阻，液體偏向前面一個(gè)角度

。液體離心力有一分力Ft。最后，切向力Ft推動(dòng)轉(zhuǎn)子繞O點(diǎn)作正向渦動(dòng)

。5/8/202481振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷轉(zhuǎn)子與定子碰摩引起的失穩(wěn)轉(zhuǎn)子與定子相碰時(shí)，有摩擦力Ft。切向力Ft推動(dòng)轉(zhuǎn)子繞O點(diǎn)作反向渦動(dòng)

。5/8/202482振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷

標(biāo)高變化對(duì)振動(dòng)的影響

汽輪發(fā)電機(jī)組的故障中不平衡、不對(duì)中、軸瓦燒傷、動(dòng)靜碰摩、汽流激振、油膜失穩(wěn)等許多故障與標(biāo)高變化及軸承負(fù)荷特性有直接關(guān)系。

改變軸承載荷分配載荷過大時(shí)，會(huì)使烏金溫度升高；載荷過小時(shí)，會(huì)使軸承失穩(wěn)發(fā)生軸承自激振動(dòng)。改變動(dòng)靜間隙改變轉(zhuǎn)子在汽缸中的相對(duì)位置、轉(zhuǎn)子與汽封、油檔等部件之間的間隙,嚴(yán)重時(shí)將會(huì)導(dǎo)致動(dòng)靜部件間的摩擦，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲。改變轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性軸承動(dòng)態(tài)特性可以用剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)來(lái)表示,這兩個(gè)系數(shù)受轉(zhuǎn)子在軸承中偏心位置的影響較大，影響不平衡響應(yīng)和穩(wěn)定性改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)撓曲線當(dāng)轉(zhuǎn)子撓曲線變化時(shí)，其振動(dòng)特性也會(huì)發(fā)生變化。5/8/202483振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)的比較5/8/202484振動(dòng)基本知識(shí)及故障診斷樹立質(zhì)量法制觀念、提高全員質(zhì)量意識(shí)。2024/5/82024/5/8Wednesday,May8,2024人生得意須盡歡，莫使金樽空對(duì)月。2024/5/82024/5/82024/5/85/8/20249:58:06AM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦