【文章內(nèi)容簡介】 大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，由于轉(zhuǎn)子在垂直于軸線方向上受到的干撓力最多（如不平衡、軸承、不對中等），轉(zhuǎn)子的剛度又最薄弱，所以橫向振動發(fā)生最多、危害最大。通常所說的轉(zhuǎn)子振動指的就是橫向振動。8. 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)工作轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為剛性轉(zhuǎn)子。工作轉(zhuǎn)速高于第一臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子稱為撓性轉(zhuǎn)子。為了保證大機(jī)組的安全運(yùn)行，通常要求工作轉(zhuǎn)速n離開臨界轉(zhuǎn)速一定的范圍，一般為：剛性轉(zhuǎn)子 n ＜ nk1撓性轉(zhuǎn)子 nk1 ＜ n ＜ nk1橫向振動按振動時(shí)軸線的形狀分，又有圓柱形振動、圓錐形振動、弓狀回轉(zhuǎn)（彎曲振動）。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。力不平衡（不平衡量集中分布于某一相同方向）時(shí)，轉(zhuǎn)子重心線平行偏于軸線一側(cè)，軸線渦動的軌跡呈現(xiàn)出圓柱形，這種振動稱為圓柱形振動；偶不平衡（不平衡量對稱分布于某一相反方向）時(shí)，轉(zhuǎn)子重心線與軸線相交，軸線渦動的軌跡呈現(xiàn)出圓錐形，這種振動稱為圓錐形振動。圓柱形振動、圓錐形振動又稱為剛體型振動。對于撓性轉(zhuǎn)子，由于不平衡不可能絕對消除，工作轉(zhuǎn)速較高，旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下?lián)闲赞D(zhuǎn)子會在不平衡量所引起的離心力的作用下產(chǎn)生彎曲變形，軸線不再是直線，而是呈弓狀彎曲的形狀，這種振動稱為彎曲振動。撓性轉(zhuǎn)子的渦動又被形象地稱作弓狀回轉(zhuǎn)。大機(jī)組轉(zhuǎn)子的振動大多數(shù)為弓狀回轉(zhuǎn)。9. 剛度、阻尼、臨界阻尼使彈性體產(chǎn)生單位變形y所需的力F稱為剛度k，k＝F/y 。剛度反映了彈性體抵抗變形的能力。機(jī)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。旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)子的剛度包括靜剛度和動剛度兩個(gè)部分，靜剛度決定于結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、尺寸，而動剛度既與靜剛度有關(guān)，也與支座剛度、連接剛度等有關(guān)。如果將上式改寫成：y＝F/k，式中 y～測點(diǎn)的振幅值；F～作用在測點(diǎn)上的擾動力；k～測點(diǎn)處的動剛度。此公式對故障診斷有很好的指導(dǎo)作用。公式表明，在線性系統(tǒng)中，測點(diǎn)呈現(xiàn)出的振幅值與作用在該點(diǎn)上的擾動力成正比，與該點(diǎn)的動剛度成反比。也就是說，在機(jī)組振幅值增高時(shí)，既要從激發(fā)振動的擾動力方面去查找故障原因，也要從機(jī)組自身的剛度上、如轉(zhuǎn)子剛度、軸承剛度、支座剛度、基礎(chǔ)剛度、聯(lián)軸器等方面去查找故障原因。阻尼是指振動系統(tǒng)中所存在的各種阻礙運(yùn)動的阻力。阻尼在阻礙振動的過程中存在著能量轉(zhuǎn)換（從機(jī)械能轉(zhuǎn)換成另一種能量形式，一般是熱能），這種能量轉(zhuǎn)換吸收、消化了振動能量，對振動起到了衰減和抑制作用。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。臨界阻尼是指系統(tǒng)能回到平衡位置而不發(fā)生振蕩所要求的最小阻尼。10. 臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速就是轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本身的固有頻率。臨界轉(zhuǎn)速完全是由轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本身的固有特性（剛度、質(zhì)量等）所決定的，與外界條件（如不平衡力、介質(zhì)負(fù)荷等）無關(guān)。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。臨界轉(zhuǎn)速有計(jì)算值（轉(zhuǎn)子無阻尼的自振頻率）和現(xiàn)場實(shí)際值（轉(zhuǎn)子有阻尼時(shí)的共振頻率），由于轉(zhuǎn)子阻尼相對很小、以及計(jì)算機(jī)和計(jì)算方法水平的提高，如今此二值相差很小。與物體的固有頻率一樣，臨界轉(zhuǎn)速也有若干階，如一階（第一臨界轉(zhuǎn)速）、二階、…、n階。11. 撓度、彈性線、主振型、軸振型撓度是指轉(zhuǎn)子軸線的橫向彎曲變形值?；蚍Q為轉(zhuǎn)子撓曲。轉(zhuǎn)子的撓度又分為靜撓度和動撓度。靜撓度是指在靜止?fàn)顟B(tài)下轉(zhuǎn)子因重力或其它載荷而產(chǎn)生的彎曲變形值，沿轉(zhuǎn)子軸線不同的點(diǎn)，靜撓度值不同；動撓度是指在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子因不平衡力矩或其它交變載荷而產(chǎn)生的彎曲變形值，同樣因不平衡力矩所處位置及大小的不同，動撓度值也會有所不同；轉(zhuǎn)子動撓曲又分同步撓曲和異步撓曲兩種，這兩種撓曲將直接迭加到轉(zhuǎn)軸振動上。轉(zhuǎn)子的動撓曲變形既可以是平面的，也可以是空間的。彈性線是指振動時(shí)轉(zhuǎn)子軸線的形狀。主振型是在臨界轉(zhuǎn)速下振動時(shí)的彈性線。對撓性轉(zhuǎn)子來說，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子受到由質(zhì)量偏心而產(chǎn)生的離心力的作用，軸線被拉彎，并非是直線，所以彈性線為弓狀彎曲的形狀。與臨界轉(zhuǎn)速一樣，主振型同樣由轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)本身固有的結(jié)構(gòu)特性所決定，與外界條件無關(guān)；同時(shí)，對應(yīng)于不同階數(shù)的臨界轉(zhuǎn)速，也有形狀各不相同的各階主振型，如一階主振型、二階主振型、…、n階主振型。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。即，一階主振型為一個(gè)彎、無節(jié)點(diǎn)（振幅為零的點(diǎn)），二階主振型為兩個(gè)彎、一個(gè)節(jié)點(diǎn)，…。其中：彎數(shù)（拐點(diǎn)數(shù)）＝階數(shù)， 節(jié)點(diǎn)數(shù)＝階數(shù)－1。需要指出的是，由于支座彈性、外伸跨度等因素的影響，實(shí)際上各階主振型的具體形狀和節(jié)點(diǎn)數(shù)并無確定的規(guī)律，剛性鉸支光軸的各階主振型完全沒有一般性，僅僅是幫助我們對各階主振型有一些形象上的大致了解。轉(zhuǎn)子軸振型就是轉(zhuǎn)子實(shí)際運(yùn)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。轉(zhuǎn)速越靠近某一階臨界轉(zhuǎn)速，某一階主振型的影響就相對大一點(diǎn)；多數(shù)情況下，起主導(dǎo)影響因素的是一階、二階、三階等低階主振型，其中又以一階、二階為主。另外，各階主振型的大小與不平衡質(zhì)量所在的軸向位置有關(guān)，也就是說不平衡量也會對轉(zhuǎn)子實(shí)際軸振型的形狀及大小產(chǎn)生影響。同樣，彈性線可以是平面的，也可以是空間的。12. 高點(diǎn)、重點(diǎn)高點(diǎn)是指轉(zhuǎn)子產(chǎn)生最大振動位移時(shí)的角位置。具體為，當(dāng)轉(zhuǎn)子和振動探頭之間的距離最近時(shí)，轉(zhuǎn)子上與振動探頭所對應(yīng)的那一點(diǎn)任一時(shí)刻的角位置；也就是當(dāng)振動探頭產(chǎn)生正的振動峰值信號時(shí)，轉(zhuǎn)子與振動探頭對應(yīng)點(diǎn)的位置。高點(diǎn)會隨轉(zhuǎn)子動力特性的變化（如轉(zhuǎn)速變化）而移動。重點(diǎn)是指在某一斷面處轉(zhuǎn)子不平衡向量的角位置。重點(diǎn)實(shí)際上就是轉(zhuǎn)子質(zhì)心的角位置。重點(diǎn)與轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布有關(guān)，當(dāng)有異物附著在轉(zhuǎn)子上（如結(jié)垢、催化劑粘結(jié)等）以及轉(zhuǎn)子上有物件脫落或滑移（如斷葉片、軸套移動等）時(shí)，重點(diǎn)會發(fā)生改變；但是，重點(diǎn)不隨轉(zhuǎn)速變化，重點(diǎn)和高點(diǎn)之間的夾角稱為機(jī)械滯后角。對應(yīng)于不同的轉(zhuǎn)速，會有不同的機(jī)械滯后角。在線狀態(tài)監(jiān)測中，高點(diǎn)的角位置是通過與鍵相探頭的角度差來確定的。13. 機(jī)械偏差、電氣偏差、晃度機(jī)械偏差是指對應(yīng)于測振探頭處轉(zhuǎn)子軸頸表面的機(jī)械缺陷。機(jī)械缺陷造成測振探頭所測的振動間隙變化并不是由軸線位置變化或轉(zhuǎn)子動態(tài)運(yùn)動所引起的，這是非接觸式電渦流位移傳感器系統(tǒng)輸出信號誤差的來源之一。機(jī)械缺陷通常來源于軸頸的圓度、損壞、鍵標(biāo)記、凹陷、劃痕、銹斑、甚至是彎曲變形、等等，或其它結(jié)構(gòu)原因所引起的。電氣偏差也是非接觸式電渦流位移傳感器系統(tǒng)輸出信號誤差的來源之一，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，該偏差就重復(fù)一次。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(yùn)動或位置的變化），而通常是來自于轉(zhuǎn)子表面材料電導(dǎo)率的變化或轉(zhuǎn)子表面上某些位置局部磁場的存在。轉(zhuǎn)子磁化后，其頻譜特征為2X、4X、6X等比較高，且差不多高。API61API617標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定轉(zhuǎn)子的剩磁應(yīng)小于4高斯、5高斯。轉(zhuǎn)子軸頸的晃度，或稱為軸的徑向偏差，是電氣偏差和機(jī)械偏差的總和。在API標(biāo)準(zhǔn)及其它有關(guān)的振動標(biāo)準(zhǔn)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。通常在穩(wěn)定的低轉(zhuǎn)速下（API 617標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為300～600rpm），測振探頭所測得的振值基本上就大致相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的晃度值。大部分情況下，晃度與振動為同一方向，相反的情況很少。14. 諧波、次諧波在通頻信號中，頻率等于轉(zhuǎn)速頻率整數(shù)倍的分量稱為轉(zhuǎn)速頻率的諧波，簡稱諧波。如一倍頻（1X）、二倍頻（2X）、三倍頻（3X）…分量等。次諧波是指通頻信號中所含頻率等于轉(zhuǎn)速頻率整分?jǐn)?shù)倍的分量，也稱為分?jǐn)?shù)諧波。如半頻（）、三分之一倍頻（1/3X）…分量等。15. 同步振動、異步振動、亞異步振動、超異步振動同步振動是指頻率成分與轉(zhuǎn)速頻率成正比的振動。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?jǐn)?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。由不平衡、不對中所引起的振動都是同步振動。異步振動是頻率成分指與轉(zhuǎn)速頻率無整數(shù)倍或者整分?jǐn)?shù)倍關(guān)系的振動，也可稱為非同步運(yùn)動。由摩擦所引起的振動頻率既有同步振動又有異步振動。亞異步振動是指頻率成分低于轉(zhuǎn)速頻率的異步振動。由油膜渦動、密封流體激振、旋轉(zhuǎn)失速等所引起的振動都是亞異步振動。超異步振動是指頻率成分高于轉(zhuǎn)速頻率的異步振動。由滾動軸承、齒輪缺陷所引起的振動都是超異步振動。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(yīng)狀態(tài)，由對某一特殊頻率的作用力敏感的相應(yīng)系統(tǒng)所引起。共振通常通過振幅的顯著增加和相應(yīng)的相位移動來識別。共振發(fā)生時(shí)，激振頻率稍有變化（上升或下降）時(shí)，其振動響應(yīng)就會明顯地減小。因激振頻率f的n倍（n=2,3,4,…，正整數(shù)）諧波，等于或接近于系統(tǒng)的固有頻率而引起的共振稱為高次諧波共振。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。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，諧波共振所對應(yīng)的頻率是系統(tǒng)的固有頻率，并不是轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速頻率，因此是異步振動，只有在系統(tǒng)固有頻率等于轉(zhuǎn)速頻率的特殊情況下才為同步振動。亞異步振動的油膜渦動、密封流體激振、旋轉(zhuǎn)失速都有可能轉(zhuǎn)變?yōu)楦叽沃C波共振。17. 簡諧振動、周期振動、準(zhǔn)周期振動、瞬態(tài)振動、沖擊振動、隨機(jī)振動按振動歷程及信號特點(diǎn)，振動可分為簡諧振動、周期振動、準(zhǔn)周期振動、瞬態(tài)振動、沖擊振動、隨機(jī)振動。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。簡諧振動是最簡單的振動，波形為正弦波，頻率成分單一，頻譜圖上只有一根譜線。例如，不平衡振動的歷程及信號為簡諧振動。b）周期振動周期振動是指經(jīng)過一定時(shí)間間隔能完全重復(fù)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，但顯現(xiàn)周期性，即波形的重復(fù)性好。頻譜圖上為若干根離散的譜線。周期振動的頻率稱為基波頻率，它是各諧波頻率的最大公約數(shù)，基波頻率在頻譜圖上不一定能直接反映出來。如諧波頻率為50Hz、75Hz、100Hz時(shí)，頻譜圖上找不到25Hz的基波頻率。例如，不對中振動的歷程及信號為周期振動。c）準(zhǔn)周期振動準(zhǔn)周期振動是由若干振動頻率不成比例的簡諧振動迭加成的振動。由于不再是諧波，因此波形不顯周期性，頻譜圖由若干離散的譜線構(gòu)成。例如，摩擦振動、油膜渦動、密封流體激振等都為準(zhǔn)周期振動。d）瞬態(tài)振動瞬態(tài)振動是一種短暫的振動，波形有一定的往復(fù)周期，振幅隨時(shí)間衰減。頻譜圖顯示的是有一定帶寬的連續(xù)譜，峰尖位置處的頻率即瞬態(tài)振動的頻率，峰高取決于剛度，寬度取決于阻尼。連續(xù)譜的帶寬越寛，則預(yù)示振動過程越短，若寛到整個(gè)頻帶，表明已變成沖擊振動；若收縮成線譜，表明已延長為簡諧振動。例如，系統(tǒng)受激后的衰減為自由振動過程、起停機(jī)過程等都為瞬態(tài)振動。e）沖擊振動沖擊振動是指振動能量（動能）傳遞到系統(tǒng)的時(shí)間短于系統(tǒng)固有周期時(shí)的振動。其過程比瞬態(tài)振動更為短暫，波形寬度小于系統(tǒng)固有周期。單個(gè)沖擊是呈周期性衰減的，衰減周期與脈寛成反比，脈沖越尖衰減越慢。（頻譜圖顯示的是連續(xù)譜，沖擊時(shí)間極短時(shí)為一條無限寬的平行線，這種脈沖函數(shù)稱為白噪聲。）在實(shí)際狀態(tài)監(jiān)測圖譜中，沖擊振動往往是一種常見的現(xiàn)象，多數(shù)是由干擾信號所引起的假像。f）隨機(jī)振動隨機(jī)振動是運(yùn)動周期無規(guī)律，而且過程不會再現(xiàn)的振動。與上述振動不同，隨機(jī)振動不能用精確的時(shí)間函數(shù)式來描述，其振動過程具有不可重復(fù)性和不可預(yù)知性。隨機(jī)振動應(yīng)該看成是一種偶然因素造成的干擾或噪聲，不是大機(jī)組故障的主要形式。18. 自由振動、受迫振動、自激振動、參變振動從動力學(xué)角度看，振動可分為自由振動、受迫振動、自激振動、參變振動。a) 自由振動自由振動是指物體在經(jīng)歷初始擾動后，不再受外力作用下的振動。自由振動的頻率為物體自身的固有頻率，與初始擾動無關(guān)；振幅呈衰減趨勢。由于初始擾動的歷程短，靠初始激勵(lì)一次性獲得的振動能量有限，一般不會對機(jī)組造成破壞，不是故障診斷所考慮的目標(biāo)。b) 受迫振動受迫振動是指物體在持續(xù)的交變力作用下所產(chǎn)生的振動。受迫振動不僅與激勵(lì)力的頻率和大小有關(guān)，而且與轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)自身的固有特性有關(guān)。受迫振動的特點(diǎn)具體如下：① 受迫振動的頻率與激振力頻率相同；② 受迫振動的振幅除與激振力大小成正比、與自身剛度成反比外，還與頻率比γ及阻尼有關(guān)（γ＝ω/ωn ，ω為激振力頻率，ωn為自身固有頻率），γ?。醇ふ窳Φ念l率低）振幅接近于靜態(tài)位移，γ大（力的頻率很高、系統(tǒng)因慣性跟不上力的變化反而幾乎停止不動）振幅小，γ≈1時(shí)振幅很大、即共振；③ 受迫振動的相位、即位移最大值與激振力最大值之間的時(shí)間差與頻率比γ及阻尼有關(guān)，γ＜1時(shí)相位趨于相同，γ＝即共振時(shí)相位差等于90176。，γ＞1時(shí)相位差趨向于180176。；④ 當(dāng)激振力頻率或激振力頻率的諧波與系統(tǒng)固有頻率相同時(shí)即發(fā)生共振。轉(zhuǎn)子在不平衡量引起的離心力的作用下所產(chǎn)生的振動為典型的受迫振動。c) 自激振動自激振動是指由振動體自身能量所激發(fā)的振動。維持振動的交變力是由系統(tǒng)本身產(chǎn)生或控制的。自激振動通常有下述特點(diǎn)：① 一般為亞異步振動，即振動頻率小于轉(zhuǎn)子工作轉(zhuǎn)速且不同步；② 自激振動的頻率與轉(zhuǎn)子的第一臨界轉(zhuǎn)速基本符合；③ 呈隨機(jī)性，一般都為偶然因素引起，沒有一定規(guī)律可循；④ 振動系統(tǒng)自身的剛度、阻尼非線性特征較強(qiáng)，振幅隨時(shí)可能急劇上升；⑤ 振幅的變化與轉(zhuǎn)速或負(fù)荷存在一定的關(guān)聯(lián)；⑥ 失穩(wěn)狀態(tài)下的振動能量來源于系統(tǒng)本身。大機(jī)組自激振動時(shí)有發(fā)生，如軸承油膜振蕩、密封流體激振、氣流激振、摩擦渦動、轉(zhuǎn)子配合松動等。d) 參變振動參變振動是指由結(jié)構(gòu)參數(shù)周期性變化而引起的振動。造成結(jié)構(gòu)參數(shù)周期性變化的常見因素有基礎(chǔ)松動、錨爪及滑動支座連接螺栓緊度不一、轉(zhuǎn)子有較深的橫向裂紋、齒輪及滾動軸承缺陷、轉(zhuǎn)子不對稱截面引起的彎矩等。參變振動有以下特點(diǎn)：① 振動頻率與轉(zhuǎn)速有關(guān)，構(gòu)成諧波關(guān)系，如1X、2X、nX；② 結(jié)構(gòu)參數(shù)周期改變，振動系統(tǒng)的固有頻率也隨之改變；③ 當(dāng)參變振動產(chǎn)生的二次諧波與系統(tǒng)第一臨界轉(zhuǎn)速相一致時(shí)會產(chǎn)生共振。19. 旋轉(zhuǎn)失速、喘振旋轉(zhuǎn)失速是指由于氣體介質(zhì)的容積流量偏小，在離心式（及軸