振動測試分析技術(shù)

1、目前在診斷技術(shù)上應(yīng)用最多的是機械的振動信號，其原因是由振動引起的機械故障比重很高，據(jù)統(tǒng)計，因振動產(chǎn)生的機械故障率高達60%，其次是因為振動信號中含有豐富的信息，很多機械故障都能以振動狀態(tài)的異常反應(yīng)出來。,振動信號測試是利用各類傳感器把機械的振動響應(yīng)，如位移、速度或加速度等參數(shù)以電量的方式檢測出來，經(jīng)過測振放大器放大后送入相應(yīng)的分析處理儀器。,第3章 振動測試分析技術(shù),第3章 振動測試分析技術(shù), 3.1振動的基礎(chǔ)知識,機械振動：機械振動是指表示機械設(shè)備在運動狀態(tài)下，機械設(shè)備或結(jié)構(gòu)上某觀測點的位移量圍繞相對基準隨時間不斷變化的過程。,簡諧振動,位移,速度,加速度, 3.1振動的基礎(chǔ)知識, 3.1振

2、動的基礎(chǔ)知識,質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動,振動系統(tǒng)的阻尼比，,振動系統(tǒng)的固有頻率，,。, 3.1振動的基礎(chǔ)知識, 3.1振動的基礎(chǔ)知識,基礎(chǔ)運動產(chǎn)生的受迫振動, 3.1振動的基礎(chǔ)知識,振動測試的基本參數(shù)：幅值、頻率和相位 幅值 幅值是振動強度大小的標志，它可以用不同的方法表示，如單峰值、有效值、峰峰值等； 頻率 為周期的倒數(shù)。通過頻譜分析可以確定主要頻率成分及其幅值大小，從而可以尋找振源，采取措施； 相位 利用振動信號的相位信息可以確定共振點、振型測量、旋轉(zhuǎn)件動平衡、有源振動控制、降噪等。, 3.1振動的基礎(chǔ)知識, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,1傳感器,2前置放大器 a將壓電傳感器的電荷轉(zhuǎn)換成電

3、壓； b電壓放大； c將傳感器高輸出阻抗轉(zhuǎn)變成低阻抗。,3信號多路采集、傳輸、解調(diào)、濾波和微積分等設(shè)備 4信號讀數(shù)、波形顯示、繪圖、打印等設(shè)備 5信號記錄儀 6信號分析儀,7激振設(shè)備, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,1傳感器,按測振參數(shù)分：位移傳感器、速度傳感器、加速度傳感器；,按參考坐標分：相對式傳感器、絕對式傳感器；,按工作原理分：磁電式、壓電式、電阻應(yīng)變式、電感式、 電容式、光學(xué)式；,按傳感器與被測物關(guān)系分：接觸式傳感器、非接觸式傳感器, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,1傳感器,電渦流(位移)傳感器,渦流傳感器示意圖,渦流傳感器已成系列，測量范圍從0.5mm至10mm以上，靈敏閾約為測量范圍

4、的0.1%。常用的外徑8mm的傳感器與工件的安裝間隙約1mm，在0.5mm范圍內(nèi)有良好的線性，靈敏度為7.87mv/mm，頻響范圍為012000Hz。, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,1傳感器,電渦流位移傳感器測量軸振動的示意圖,（1）電渦流(位移)傳感器, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,加速度計,力傳感器, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,直接測量參數(shù)的選擇,位移（0-100Hz）低頻振動，電渦流； 速度（10-1000Hz）機組振動； 加速度（1000Hz）沖擊振動，齒輪，軸承等。,振動位移、振動速度和振動加速度三者的幅值之間的關(guān)系與頻率有關(guān)，所以，在低頻振動場合，加速度的幅值不

5、大；在高頻振動場合，加速度幅值較大?？紤]到三類傳感器及其后續(xù)儀器的特性，并根據(jù)振動頻率范圍而推薦選用振動量測量的范圍。, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,靈敏度,傳感器的靈敏度越高，可以感知越小的變化量，即被測量稍有微小變化時，傳感器即有較大的輸出。但靈敏度越高，與測量信號無關(guān)的外界噪聲也容易混入，并且噪聲也會被放大。因此，靈敏度高的傳感器往往要求有較大的信噪比。過高的靈敏度會影響其適用的測量范圍。, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,線性范圍,傳感器都有一定的線性范圍，在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系。線性范圍愈寬，表明傳感器的工作量程愈大。,為了保證測量的精確度，

6、傳感器必須在線性區(qū)域內(nèi)工作。 選用時必須考慮被測物理量的變化范圍、令其非線性誤 差在允許范圍以內(nèi)。, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,傳感器的響應(yīng)特性,傳感器的響應(yīng)特性必須在所測頻率范圍內(nèi)盡量保持不失真。 但實際傳感器的響應(yīng)總有一遲延，但遲延時間越短越好。,傳感器的響應(yīng)特性對測試結(jié)果有直接影響，在選用時，應(yīng)充分考慮到被測物理量的變化特點(如穩(wěn)態(tài)、瞬變、隨機等)。, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,傳感器的穩(wěn)定性,傳感器的穩(wěn)定性是經(jīng)過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。,為了保證穩(wěn)定性，在選用傳感器之前，應(yīng)對使用環(huán)境進行調(diào)查，

7、以選擇合適的傳感器類型。, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,傳感器的精確度,傳感器精確度表示傳感器輸出與被測量的對應(yīng)程度。傳感器能否真實地反映被測量，對整個測試系統(tǒng)具有直接影響。然而，傳感器的精確度也并非愈高愈好，還要考慮到經(jīng)濟性。傳感器精確度愈高，價格越昂貴。應(yīng)從實際出發(fā)來選擇。, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的合理選擇,傳感器其它選用原則,傳感器在實際測試條件下的工作方式，也是選用傳感器時應(yīng)考慮的重要因素。因為測量條件不同對傳感器要求也不同。, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的安裝,傳感器選型以后，就要選擇最好的方法合理的安裝。在進行測試時，對傳感器的安裝要求是十分

8、嚴格的，尤其是對位移和加速度傳感器，一般應(yīng)按照傳感器制造廠家介紹的方法進行安裝。值得注意的是，傳感器不能在薄金屬蓋（殼）上安裝，因為這樣安裝會產(chǎn)生共振。, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的安裝, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,傳感器的安裝,表3-1測量典型設(shè)備時振動傳感器的安裝法, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,2 數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,2 數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,2 數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,2 數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,2數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀,圖3-9數(shù)據(jù)采集器的工作過程, 3.2

9、 振動測試的儀器設(shè)備,2數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀,功能參數(shù)：,通道（信號數(shù)）:單、雙、多,采樣精度: 8位 12位 16位,頻率范圍: 0-*Hz,譜線數(shù) :64 128 256 512 1024 4096,存儲方式: 磁帶記錄儀；軟盤；存儲卡；機內(nèi)存儲等,顯示：LCD液晶；CRT 掃描顯示器,動態(tài)范圍(dB): 60-80dB, 3.2 振動測試的儀器設(shè)備,2數(shù)據(jù)采集器頻譜分析儀,接口；數(shù)據(jù)傳輸方式：并口打印機，USB 串口RS232 IEEE488,功能參數(shù)：,電源：內(nèi)置（電池） 外置,分析功能：頻譜、功率譜、時序波形、倍頻、分頻、 細 化譜、三維譜、相關(guān)、相干、傳遞函數(shù)等，小波分析等。, 3

10、.3振動測試方案,重要，關(guān)鍵設(shè)備、維修難、價格高、單機、易發(fā)生故障。,1 測試對象：,2 測試參數(shù)：,主要參數(shù)：,位移（0-100Hz）低頻振動，軸電渦流； 速度（10-1000Hz）機組振動； 加速度（1000Hz）沖擊振動，齒輪，軸承等。,相關(guān)參數(shù)：,轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)特性參數(shù)等, 3.3 振動測試方案,原則：全面描述反應(yīng)機械狀態(tài)的敏感點、關(guān)鍵點； 國家標準規(guī)定位置。 形式：絕對、相對 定位:標記 環(huán)境：溫度、濕度、方向等,3 測試位置（監(jiān)測點）, 3.3振動測試方案,電渦流位移傳感器測量軸振動的示意圖,3 測試位置（監(jiān)測點）, 3.3 振動測試方案,3 測試位置（監(jiān)測點）, 3.3 振動測試方案

11、,3 測試位置（監(jiān)測點）, 3.3 振動測試方案,3 測試位置（監(jiān)測點）, 3.3振動測試方案,3 測試位置（監(jiān)測點）,相對軸位移, 3.3振動測試方案,3 測試位置（監(jiān)測點）,相對軸膨脹, 3.3 振動測試方案,定期、隨機、巡檢、在線監(jiān)測，企業(yè)的要求， 國家的規(guī)定，分析的需要等。,4 測試周期：,絕對法 根據(jù)相應(yīng)的國際標準、國家標準、行業(yè)標準等， 如： ISO， GB， API 等。 相對法 以機器正常狀態(tài)的振動值作為基數(shù)，自己和自己比。 類比法 與同類機器的振動值作比較。,5 振動評定標準：, 3.3 振動測試方案, 3.2 振動測試方案,絕對法,表3-2 水電部汽輪機發(fā)電機組振動標準(軸

12、承振幅允許值),（1）以軸承振動位移峰峰值作評定標準：,5 振動評定標準：, 3.2 振動測試方案,絕對法,（1）以軸承振動位移峰峰值作評定標準：,表3-3 機電部離心風(fēng)機和壓縮機振動標準,用振動位移值來評定機組振動時按照轉(zhuǎn)速高低來規(guī)定允許的振動值， 轉(zhuǎn)速低，允許的振動值大；轉(zhuǎn)速高，允許的振動值小。這是因為同 樣的振動值，對高速機組將會帶來較大的危害。,5 振動評定標準：, 3.2 振動測試方案,絕對法,（1）以軸承振動位移峰峰值作評定標準：,34 IEC汽輪機振動標準,5 振動評定標準：, 3.2 振動測試方案,絕對法,在制定上述振動標準時，假設(shè)： 機組振動為單一頻率的正弦波振動； 軸承振動

13、和轉(zhuǎn)子振動基本上有一固定的比 值，因此可利用軸承振動代表轉(zhuǎn)子振動； 軸承座在垂直、水平方向上的剛度基本上 相等，即認為是各向同性的。,5 振動評定標準：, 3.2 振動測試方案,絕對法,實際證明上述假設(shè)與事實不盡相符，所測得的振動多數(shù)是由數(shù)種頻率的振動合成的；軸承組水平剛度明顯低于垂直剛度；轉(zhuǎn)子振動和軸承座振動的比值，可以是250倍，它和軸承型式，間隙、軸承座剛度、油膜特性等有關(guān)，且同類機組亦不盡相同，因此，為了較全面的反映機組的振動情況，必須制定其它的振動標準。,5 振動評定標準：, 3.2 振動測試方案,絕對法,（2）以軸承振動烈度（均方根值）作評定標準：,國際標準化組織ISO-3945標

14、準中規(guī)定了以振動烈度（即振動速度的均方根值或有效值）來評定軸承振動。,振動烈度（振動速度的有效值）與振動位移的關(guān)系,振動烈度,5 振動評定標準：,測量頻率范圍 101000Hz,I 級：小型機械 例15kW以下電機 II級：中型機械 例1575kW以下電機 和300kW以下機械 III級：大型機械，剛性基礎(chǔ) 60012000r/min IV 級：大型機械，柔性基礎(chǔ) 60012000r/min,表3- 6 ISO 3495振動標準, 3.2 振動測試方案,5 振動評定標準：, 3.2 振動測試方案,絕對法,（2）以軸承振動烈度（均方根值）作評定標準：, 3.2 振動測試方案,絕對法,（2）以軸承

15、振動烈度（均方根值）作評定標準：,表3-6 ISO 2372振動標準,A機械運行優(yōu)級水平（好）； B良好運行應(yīng)有的水平（滿意）； C表示機組運行已產(chǎn)生了故障， 應(yīng)予檢查和修復(fù)（不滿意）； D機組應(yīng)立即停止運行（不允許）。,ISO 2372 振動標準： 適用于大于300kW，轉(zhuǎn)速為60012000 r/min的大型原動機和其它具有旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的大型機器，例如電動機和發(fā)電機、蒸汽輪機和燃氣輪機、渦輪壓縮機、渦輪泵和風(fēng)機等,5 振動評定標準：, 3.2 振動測試方案,絕對法,（3）以軸振動的位移峰峰值作評定標準：,美國石油學(xué)會給出了功率不超過1000kW的中小型渦輪機械軸振動的振動標準API617，其振

16、動許可值為： 式中 A 振動許可值（雙振幅），單位： m; n 機器轉(zhuǎn)速，單位為 r/min。,5 振動評定標準：,VDI德國工程師協(xié)會 IEC 國際電工協(xié)會 API 美國石油協(xié)會,振 動 評 定 標 準：,振動評定標準：,5 振動評定標準：,滾動軸承 齒 輪,旋轉(zhuǎn)機械 滑動軸承, 3.2 振動測試方案,相對法,以機器正常狀態(tài)的振動值作為基數(shù)，自己和自己比。,5 振動評定標準：, 3.2 振動測試方案,相對法,5 振動評定標準：,根據(jù)機械在磨合期、穩(wěn)定工作期、耗損失效期、失效區(qū) 制定不同的振動標準。,C泵的振動超過同類諸泵的 振動一倍，C泵應(yīng)定為有故障, 3.2 振動測試方案,類比法,與同類機器的振動值作比較。,5 振動評定標準