【正文】 點所需要的時間。另外，當振動值變化的增量超過報警值（B值）的25％時，應受到關(guān)注。對大型旋轉(zhuǎn)機組轉(zhuǎn)子振動的評定標準，我國及國際振動標準幾乎都規(guī)定用在靠近軸承處軸頸振動位移的峰峰值進行度量，但評定標準的具體數(shù)值不夠統(tǒng)一。右圖為中石化旋轉(zhuǎn)機械振動標準SHS 010032004關(guān)于機器振動烈度的評定等級表。在國際及我國振動標準中，幾乎都規(guī)定用振動速度的有效值來作為振動烈度的度量值。也可以認為，在低頻范圍內(nèi)，振動強度與位移成正比；在中頻范圍內(nèi)，振動強度與速度成正比；在高頻范圍內(nèi)，振動強度與加速度成正比。只有在純正弦波(如簡諧振動)的情況下，單峰值等于峰峰值的1/2，；平均值在振動測量中很少使用。3. 振幅 振幅振幅是物體動態(tài)運動或振動的幅度。但是，在研究大機組轉(zhuǎn)子的振動時，不應該忘記轉(zhuǎn)子的振動實際上是渦動的這一基本特點。例如，水中的漩渦、玩具陀螺、轉(zhuǎn)子的運動等都屬于渦動。例如，機器箱體的顫動、管線的抖動、葉片的擺動等都屬于機械振動。由于溫度的反映往往滯后，具體的測量方法及測量位置等又各不相同，因此應具體情況具體分析。所以，對軸位移進行在線狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷很有必要。通過對對油液中不溶物質(zhì)、主要是微小固體顆粒所進行的鐵譜分析、光譜分析，不僅可以定性、而且可以定量地測定顆粒的構(gòu)成元素及濃度，尤其是通過鐵譜顯微鏡或光譜顯微鏡等手段還可以觀察到微小顆粒的形貌、尺寸及其分布，從而能夠?qū)δp狀態(tài)進行科學的分析與診斷。采用振動分析法，可以對旋轉(zhuǎn)機械大部分的故障類型進行準確的診斷，如轉(zhuǎn)子動不平衡問題、轉(zhuǎn)子彎曲、軸承工作不良、油膜渦動及油膜振蕩、轉(zhuǎn)子熱不對中、動靜件摩擦、旋轉(zhuǎn)失速及喘振、轉(zhuǎn)軸的橫向裂紋、機械松動、結(jié)構(gòu)共振等等。二、大機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用的方法1. 振動分析法振動分析法是大機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷所使用的主要方法。而大型旋轉(zhuǎn)機械機組的故障診斷，則是根據(jù)對大機組進行狀態(tài)監(jiān)測所獲得的信息，結(jié)合機組的工作原理、結(jié)構(gòu)特點、運行狀況，對有可能發(fā)生的故障進行分析、預報，對已經(jīng)或正在發(fā)生的故障進行分析、判斷，以確定故障的性質(zhì)、類別、程度、部位及趨勢，對維護機組的正常運行和合理檢修提供正確的技術(shù)支持。大型旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)檢測與故障診斷講義目 錄第一節(jié) 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基本知識 4一、 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的意義 4二、大機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷常用的方法 41. 振動分析法 42. 油液分析法 43. 軸位移的監(jiān)測 44. 軸承回油溫度及瓦塊溫度的監(jiān)測 45. 綜合分析法 4三、有關(guān)振動的常用術(shù)語 41. 機械振動 42. 渦動、進動、正進動、反進動 43. 振幅 4 振幅 4 峰峰值、單峰值、有效值 4 振動位移、振動速度、振動加速度 4 振動烈度、振動標準 44. 頻率 4 頻率、周期 4 倍頻、一倍頻、二倍頻、工頻、基頻、半頻 4 通頻振動、選頻振動 4 故障特征頻率 45. 相位 4 相位、相位差 4 鍵相器 4 絕對相位 4 同相振動、反相振動 4 相位的應用 46. 相對軸振動、絕對軸振動、軸承座振動 47. 橫向振動、軸向振動、扭轉(zhuǎn)振動 48. 剛性轉(zhuǎn)子、撓性轉(zhuǎn)子、圓柱形振動、圓錐形振動、弓狀回轉(zhuǎn) 49. 剛度、阻尼、臨界阻尼 410. 臨界轉(zhuǎn)速 411. 撓度、彈性線、主振型、軸振型 412. 高點、重點 413. 機械偏差、電氣偏差、晃度 414. 諧波、次諧波 415. 同步振動、異步振動、亞異步振動、超異步振動 416. 共振、高次諧波共振、次諧波共振 417. 簡諧振動、周期振動、準周期振動、瞬態(tài)振動、沖擊振動、隨機振動 418. 自由振動、受迫振動、自激振動、參變振動 419. 旋轉(zhuǎn)失速、喘振 420. 半速渦動、油膜振蕩 4第二節(jié) 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基本圖譜 4一、常規(guī)圖譜 41. 機組總貌圖 42. 單值棒圖 43. 多值棒圖 44. 波形圖 45. 頻譜圖 46. 軸心軌跡圖 47. 振動趨勢圖 48. 過程振動趨勢圖 49. 極坐標圖 410. 軸心位置圖 411. 全息譜圖 4二、啟停機圖譜 41. 轉(zhuǎn)速時間圖 42. 波德圖 43. 奈奎斯特圖 44. 頻譜瀑布圖 45. 級聯(lián)圖 4第三節(jié) 故障診斷的具體方法及步驟 4一、故障真?zhèn)蔚脑\斷 41. 首先應查詢故障發(fā)生時生產(chǎn)工藝系統(tǒng)有無大的波動或調(diào)整 42. 其次應查看儀表、主要是探頭的間隙電壓是否真實可信 43. 應查看相關(guān)的運行參數(shù)有無相應的變化 44. 應察看現(xiàn)場有無人可直接感受到的異?，F(xiàn)象 4二、故障類型的診斷 41. 振動故障類型的診斷 41. 1主要異常振動分量頻率的查找步驟及方法 4a）先看棒圖或多值棒圖 4b）依次調(diào)看振動趨勢圖 4c）最后看頻譜圖 4 根據(jù)異常振動分量的頻率進行振動類型診斷 4a) 主要異常振動分量為工頻時 4b) 主要異常振動分量為低頻時 4c) 主要異常振動分量為二倍頻時 4d) 主要異常振動分量為其它頻率時 42. 軸位移故障原因的診斷 4三、 故障程度的評估 4四、 故障部位的診斷 4五、 故障趨勢的預測 4第一節(jié) 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的基本知識一、 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的意義狀態(tài)監(jiān)測是指通過一定的途徑了解和掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，包括利用監(jiān)測與分析儀表（定時的或非定時的、在線的或離線的），采用各種檢測、監(jiān)視、分析和判別方法，結(jié)合設(shè)備的歷史和現(xiàn)狀，對設(shè)備當前的運行狀態(tài)作出評估（屬于正常、還是異常），對異常狀態(tài)及時作出報警，并為進一步進行故障分析、性能評估等提供信息和數(shù)據(jù)。大型旋轉(zhuǎn)機械由于功率大、轉(zhuǎn)速高、流量大、壓力高、結(jié)構(gòu)復雜、監(jiān)控儀表繁多、運行及檢修要求高，因此在設(shè)計、制造、安裝、檢修、運行等諸多環(huán)節(jié)上稍有不當，都會造成機組在運行時發(fā)生種種故障。振動分析法是對設(shè)備所產(chǎn)生的機械振動（對大機組來說，主要是是轉(zhuǎn)子相對于軸承的振動）進行信號采集、數(shù)據(jù)處理后，根據(jù)振幅、頻率、相位及相關(guān)圖譜所進行的故障分析。2. 油液分析法油液分析法是對潤滑油本身以及油中微小顆粒所進行的理化分析，也是大機組狀態(tài)檢測與故障診斷中的一個重要方法。即，根據(jù)元素及濃度來判斷哪個零部件（如軸頸、軸承、油封、浮環(huán)、機械密封、齒輪、齒式聯(lián)軸器等）發(fā)生了非正常磨損，根據(jù)濃度、尤其是顆粒的形貌、尺寸來判斷其當前的磨損程度。4. 軸承回油溫度及瓦塊溫度的監(jiān)測檢修或運行中的操作不當都會造成軸承工作不良，從而引起軸承回油溫度及瓦塊溫度升高，嚴重時會造成燒瓦，因此對軸承回油溫度、瓦塊溫度進行監(jiān)測非常必要。5. 綜合分析法在進行實際的大機組狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷時，往往是將以上各種方法連同工藝及運行參數(shù)的監(jiān)測與分析一起進行綜合分析的。振動用基本參數(shù)、即所謂的“振動三要素” — 振幅、頻率、相位加以描述。旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子的實際運動狀態(tài)是，在以角速度ω（即轉(zhuǎn)速n）繞著自身軸線ACB旋轉(zhuǎn)（自轉(zhuǎn)）的同時，整個軸線又以角速度Ω繞著兩軸承中心連線AOB在做圓周運動（公轉(zhuǎn)）。正進動是指渦動方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同的渦動。振幅是振動強度和能量水平的標志，是評判機器運轉(zhuǎn)狀態(tài)優(yōu)劣的主要指標。它們之間的換算關(guān)系是：峰峰值＝2單峰值＝221/2有效值 振動位移、振動速度、振動加速度振幅分別采用振動的位移、速度或加速度值加以描述、度量，三者可以通過微分或積分進行換算。正是由于上述原因，在工廠的實際應用中，在通常情況下，大機組轉(zhuǎn)子的振動用振動位移的峰峰值[μm]表示，用裝在軸承上的非接觸式電渦流位移傳感器來測量轉(zhuǎn)子軸頸的振動；大機組軸承箱及缸體、中小型機泵的振動用振動速度的有效值[mm/s]表示，用裝在機器殼體上的磁電式速度傳感器或壓電式加速度傳感器來測量；齒輪的振動用振動加速度的單峰值[g]表示，用加速度傳感器來測量。此外，還要求在靠近軸承位置處的水平、垂直、軸向三個方向上進行測量。我國及國際其它振動標準關(guān)于機器振動烈度的評定等級也大致如此。對石油化工用離心式壓縮機及汽輪機，API61API612標準規(guī)定，在制造廠進行機械運轉(zhuǎn)試驗時，轉(zhuǎn)子振動位移的峰峰值不應超過A ，A=（12000/n）1/2，n為最大連續(xù)工作轉(zhuǎn)速。4. 頻率 頻率、周期頻率f是物體每秒鐘內(nèi)振動循環(huán)的次數(shù)，單位是赫茲 [Hz] 。頻率與周期互為倒數(shù)，f＝1 / T。倍頻就是用轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)來表示的振動頻率。 通頻振動、選頻振動通頻振動是原始的、未經(jīng)傅立葉級數(shù)變換分解處理的、由各頻率振動分量相互迭加后的總振動。例如，轉(zhuǎn)子不平衡的振動頻率是工頻，齒式聯(lián)軸器（帶中間齒套）不對中的振動頻率是二倍頻，(實際上要小一點)，等等。因此，頻率和振動故障的對應關(guān)系并不是唯一的。② 二倍頻～幾乎在所有情況下都顯現(xiàn)、幅值基本低于工頻，常伴有呈遞減狀的三倍頻、四倍頻、…，也應該在異常增大的情況下視為故障特征頻率。一種是分數(shù)諧波振動，頻率為轉(zhuǎn)速頻率的整分數(shù)倍數(shù)，如1/2倍頻、1/3倍頻、…，這多數(shù)與摩擦及松動故障有關(guān)，如密封、油封、油擋的摩擦，軸承瓦背緊力不夠、瓦背接觸面積偏小等。⑥ 齒輪故障的特征頻率。fm＝f1z1＝f2z2其中，ff2～主動輪、從動輪的轉(zhuǎn)速頻率，zz2～主動輪、從動輪的齒數(shù)。滾動體的通過頻率對于滾動軸承來說，由于軸承游隙的存在，滾動體在通過載荷方向時受力最大，反方向時最小或無。滾動軸承的特征頻率右圖是外圈、內(nèi)圈、滾動體上的缺陷所產(chǎn)生的波形。fc。那么，被測點與固定參考點之間的角度也就可以看成轉(zhuǎn)過此角度的時間（相位T/360）和空間方向上的位置。當軸上固定標志經(jīng)過探頭時，鍵相器便會觸發(fā)一個脈沖信號，脈沖信號是確定振動相位的基準，脈沖頻率與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)頻率完全同步。如果沒有指明，相位角度增加的方向總是與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反。測出振動的相位后，算出相位差，關(guān)鍵把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一圈的時間看成是360176。、90176。(﹣135176。(﹣45176。這樣一來，通過相位，就可以很具體地想像到兩個振動矢量在時間和空間上的相互關(guān)系：① 相差的時間～時間差＝相位差周期/360，實際中很少算，重要的是由相位差（角度）的大小想像兩者間隔時間的長短；② 誰先誰后～相位小的在先、稱超前，相位大的在后、稱滯后；③ 空間位置～相位差就是空間方向差夾角的角度。）；001V、001H的工頻相位分別為45176。、225176。（相位差3176?；?176。、1/12圈、方向夾角30176。、1/120圈、時間差很小，幾乎同時，方向夾角3176。（3176。）時，則稱此兩振動為同相振動。例如確定具體的振型、不對中類型等。振動加速度超前振動速度90176。其中，慢轉(zhuǎn)速（300~600r/min）下激振力與響應的相位完全相同；大于慢轉(zhuǎn)速后，隨ω增高，激振力Meω2增大，引起響應y隨之變大并超過偏心e，由y產(chǎn)生的離心力Myω2也就比激振力Meω2大。方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)變化，此時振幅 y達最大。由于不平衡量與所引起的振動、即工頻振動之間的相位差會隨轉(zhuǎn)速而變，所以工頻的相位是隨轉(zhuǎn)速而變的（遠離臨界轉(zhuǎn)速時變化不明顯）。如剛性聯(lián)軸器，平行（徑向）不對中時兩側(cè)軸承振動的相位差為180176。對撓性轉(zhuǎn)子，兩端軸承振動相位同相為一階振型、三階振型、…，反相為二階振型、四階振型、…。6. 相對軸振動、絕對軸振動、軸承座振動相對軸振動是指轉(zhuǎn)子軸頸相對于軸承座的振動，即通常所說的轉(zhuǎn)子的振動，一般用非接觸式電渦流位移傳感器來測量。在工廠的實際運用中，對大機組的振動監(jiān)測絕大多數(shù)是在線的相對軸振動，必要時輔之于在線的軸承座振動（如大型汽輪發(fā)電機組）或離線的軸承座振動（如機組發(fā)生異常振動時）。軸向振動是指轉(zhuǎn)子在軸線方向上的往復振動。通常所說的轉(zhuǎn)子振動指的就是橫向振動。對于剛性轉(zhuǎn)子，由于工作轉(zhuǎn)速較低，不平衡量所引起的離心力較小，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子軸線的彎曲變形量很小，軸線可視為直線。撓性轉(zhuǎn)子的渦動又被形象地稱作弓狀回轉(zhuǎn)。機械件以及壓力較高的液體（如油膜）和氣體都可以視為彈性體。公式表明，在線性系統(tǒng)中，測點呈現(xiàn)出的振幅值與作用在該點上的擾動力成正比，與該點的動剛度成反比。轉(zhuǎn)子振動系統(tǒng)的阻尼主要來自于軸承阻尼，另外還有介質(zhì)阻尼、材料內(nèi)部阻尼。固有特性即結(jié)構(gòu)特性，主要有轉(zhuǎn)子的質(zhì)量、材質(zhì)、軸徑、長度、集中質(zhì)量大小及分布、支座跨度以及支座的剛度、阻尼、質(zhì)量等?；蚍Q為轉(zhuǎn)子撓曲。彈性線是指振動時轉(zhuǎn)子軸線的形狀。對于無阻尼剛性鉸支的光軸，各階主振型的形狀如左圖所示。轉(zhuǎn)子軸振型就是轉(zhuǎn)子實際運轉(zhuǎn)狀態(tài)下的彈性線，是由一階、二階等多階主振型相互迭加的結(jié)果。12. 高點、重點高點是指轉(zhuǎn)子產(chǎn)生最大振動位移時的角位置。重點實際上就是轉(zhuǎn)子質(zhì)心的角位置。13. 機械偏差、電氣偏差、晃度機械偏差是指對應于測振探頭處轉(zhuǎn)子軸頸表面的機械缺陷。傳感器輸出信號的變化并不是來自探頭所測振動間隙的改變（動態(tài)運動或位置的變化），而通常是來自于轉(zhuǎn)子表面材料電導率的變化或轉(zhuǎn)子表面上某些位置局部磁場的存在。在API標準及其它有關(guān)的振動標準中，規(guī)定晃度的數(shù)值不能超過所允許振動位移的25％，取兩者中的較大值。如一倍頻（1X）、二倍頻（2X）、三倍頻（3X）…分量等。一般情況（但不是全部情況）下，同步成分是轉(zhuǎn)速頻率的整數(shù)倍或者整分數(shù)倍，不管轉(zhuǎn)速如何，它們總保持這一關(guān)系，如一倍頻（1X），二倍頻（2X），三倍頻（3X）…，半頻（）,三分之一倍頻（1/3X）…等。亞異步振動是指頻率成分低于轉(zhuǎn)速頻率的異步振動。16. 共振、高次諧波共振、次諧波共振共振是振幅和相位的變化響應狀態(tài)，由對某一特殊頻率的作用力敏感的相應系統(tǒng)所引起。因激振頻率f的1/n倍（n=2,3,4,…，正整數(shù)）次諧波，等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率而引起的共振稱為次諧波共振。a）簡諧振動簡諧振動是指振動的歷程按正弦函數(shù)變化的振動。周期振動是由若干諧波迭加組成的振動，波形不再是正弦波，