振动诊断技术

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,振动诊断技术,振动诊断技术,第1页,振幅,A,(Amplitude),偏离平衡位置最大值,。,描述振动规模。,频率,f,(Frequency),描述振动快慢。,单位为,次,/秒,(,Hz),或次,/,分(,c,/,min),。,周期,T,=1/,f,为每振动一次所需时间，单位为秒。,圆频率,=2,f,为每秒钟转过角度，单位为,弧度,/秒,初相角,(,Initial phase),描述振动在起始瞬间状态,。,简谐振动三要素,振动诊断技术,第2页,振动位移、速度、加速度之间关系,振动位移,速度,),加速度,位移、速度、加速度都是同频率简谐波。,三者幅值对应为,A,、,A,、,A,2,。,相位关系：加速度领先速度90;速度领先位移90。,x,v,a,x,v,a,振动诊断技术,第3页,振 动 时 域 波 形,名 称 波 形,振动诊断技术,第4页,若干幅值参数定义,瞬时值,振动任一瞬时数值。,峰值,振动离平衡位置最大偏离。,平均绝对值,均值,(,Mean value),又称平均值或直流分量,。,有效值,x,p,x,=,x,(,t,),振动诊断技术,第5页,正峰值,负峰值,平均绝对值,有效值,平均值,峰峰值,各幅值参数是常数，彼此间有确定关系,峰值,x,p,=A,;,峰峰值,x,p,-,p,=,2,A,平均绝对值,x,av,=,0.637,A,有效值,x,r,ms,=0.707,A,平均值,简谐振动幅值参数,振动诊断技术,第6页,复杂振动幅值参数,各幅值参数随时间改变，,彼此间无明确定关系,正峰值,负峰值,峰峰值,x,r,ms,振动诊断技术,第7页,常见幅值参数及其单位,位移,峰峰值。,单位为,微米,（,m,）,速度,有效值。,单位为,毫米/秒,（,mm/s）,加速度,峰值。,单位为,米/秒平方,（,m/s,2,）,振动诊断技术,第8页,振动信号频率分析,把振动信号中所包含,各种频率成份,分别分解出来方法。,频率分析数学基础是,傅里叶变换,和快速傅里叶算法（,FFT）。,频率分析可用,频率分析仪,来实现，也可在计算机上用软件来完成。,频率分析结果得到各种,频谱图,，这是故障诊疗有力工具,。,振动诊断技术,第9页,各种振动频谱图,名称 波 形 频 谱,振动诊断技术,第10页,时间域 频率域,FFT,IFFT,振动诊断技术,第11页,系统对激励响应,自激振动,(机械)系统,单自由度 多自由度,强迫振动,自由振动,反馈机制,连续激励,初始激励,恒定能源,激 励,响 应,振动诊断技术,第12页,单自由度振动系统,确定系统运动所需独立坐标数称为系统自由度,振动诊断技术,第13页,多自由度振动系统,图中数字为系统自由度数,5,3,2,2,6,振动诊断技术,第14页,单自由度系统自由振动,系统在没有激励下，由初始条件引发振动，称为,自由振动,。,初始位移初始速度,a,无阻尼,b,小阻尼,c,临界阻尼,d,大阻尼,振动诊断技术,第15页,单自由度系统自由振动,自由振动频率等于系统固有频率。,振幅大小决定于初始条件（初始位移和初始速度）,。,系统阻尼大，振幅衰减快；阻尼小，振幅衰减慢。,阻尼系数,=1,称为临界阻尼。,振动诊断技术,第16页,由自由振动确定固有频率和阻尼,振动诊断技术,第17页,系统有多个固有频率。从小到大，称为第1阶、第2阶等等。,每个频率有一对应振型和阻尼值。,同一阶固有频率、振型 和阻尼值一起，称为,模态,。,两自由度系统模态举例,第二阶模态,第一阶模态,振动诊断技术,第18页,系统自由振动为各阶自由振动叠加。振动普通不再是简谐。,各阶自由振动所占成份大小，决定于初始条件。,各阶自由振动衰减快慢，决定于该阶阻尼。阻尼大，衰减快；阻尼小，衰减慢。,在衰减过程中，各阶振型保持不变，即节点位置不变。,多自由度系统自由振动,振动诊断技术,第19页,单自由度系统强迫振动,振动频率等于,激励,频率。,振幅大小与激励大小成正比。,激励频率靠近固有频率时，发生,共振现象,。,阻尼小，共振峰高；阻尼大，共振峰低。,位相上说，振动落后于激励。,振幅和位相随激励频率而改变，改变规律用系统,幅频特征,和,相频特征,来表示。,振动诊断技术,第20页,单自由度系统强迫振动,幅频特征,相频特征,激励频率,激励频率,响应幅值,响应位相,振动诊断技术,第21页,由强迫振动确定固有频率和阻尼,振动诊断技术,第22页,振动频率等于外激励频率。,振型为各阶振型叠加。,各阶振型所占百分比，决定于外激励频率和作用点位置。,激励频率靠近某阶固有频率时，该阶振型增大而占主导地位，是为该阶共振状态。,共振峰大小决定于该阶阻尼值和激励位置。,作用在某阶节点上激励力，不能激起该阶振动,。,多自由度系统强迫振动,振动诊断技术,第23页,磁带统计仪,频谱分析仪,打印机,存放设备,绘图仪,测量电路,基频检测仪,统计仪,数据采集和,分析系统,汽轮机,齿轮增速箱,压缩机,涡流传感器,速度传感器,加速度传感器,键相传感器,旋转机械振动测量框图,振动诊断技术,第24页,磁电速度传感器,接收形式：惯性式,变换形式：磁电效应,经典频率范围：,10,Hz1000Hz,经典线性范围：,02,mm,经典灵敏度：,20,mV/mm/s,测量非转动部件,绝对振动,速度。,不适于测量,瞬态振动,和很快,变速过程,。,输出阻抗低，抗干扰力强。,传感器质量较大，对小型对象有影响。,在传感器固有频率附近有较大相移。,振动诊断技术,第25页,压电加速度传感器,接收形式：惯性式,变换形式：压电效应,经典频率范围：,0.2,Hz10kHz,线性范围和灵敏度随各种不一样型号可在很大范围内改变。,测量非转动部件,绝对振动,加速度。,适应,高频振动,和,瞬态振动,测量。,传感器质量小，可测很高振级。,现场测量要注意电磁场、声场和接地回路干扰。,振动诊断技术,第26页,压电加速度传感器经典结构,晶体片,晶体片,质量块,预紧环,出线口,底座,出线口,三角剪切型 中心压缩型,预压簧片,三角柱,振动诊断技术,第27页,涡流位移传感器,不接触测量,，尤其适合测量转轴和其它小型对象相对位移。,有,零频率响应,，,可测静态位移和轴承油膜厚度。,灵敏度与被测对象电导率和导磁率相关,。,相移很小。,接收形式：相对式,变换形式：电涡流,经典频率范围：,020,kHz,经典线性范围：,02,mm,经典灵敏度：,8.0,V/mm,(,对象为钢),振动诊断技术,第28页,涡流位移传感器,及前置器,振动诊断技术,第29页,涡流传感器工作原理,输出电压,u,正比于间隙,d,且于测量对象材质相关,振动诊断技术,第30页,轴承振动测点布置,振动诊断技术,第31页,轴振动测点布置,振动诊断技术,第32页,轴承振动与轴振动比较,振动诊断技术,第33页,基频是转速频率。,基频分量幅值和转子,不平衡大小,相关。,基频分量相位和,不平衡在转子上方位,有直接对应关系。,旋转机械振动基频分量幅值和相位测量,振动诊断技术,第34页,键相与相位参考脉冲,在转子上布置键相标识,K,，,在轴承座上布置键相传感器,K,（光电式或涡流式）,，,其输出为相位参考脉冲。,参考脉冲是测量相位基准。,参考脉冲也可用于测量转子转速。,K,K,1转,t,参考脉冲,振动诊断技术,第35页,振动相位与转子转角关系,从参考脉冲到第一个正峰值转角,定义振动相位。,振动相位与转子转动角度一一对应。在平衡和故障诊疗中有主要作用。,振动信号,参考脉冲,振动诊断技术,第36页,波形图,(,Wave),时间域内振动波形,频谱图,(,Spectrum),组成振动各谐波成份,轴心轨迹,(,Orbit),转轴中心振动轨迹，由水平和铅垂两方向波形合成,旋转机械振动图示,(定转速),振动诊断技术,第37页,波形图、频谱图及轴心轨迹,振动诊断技术,第38页,轴心轨迹测定,轴心轨迹,(,Orbit),是诊疗旋转机械故障有力工具。,轴心轨迹可用基频检测仪和示波器得到，也能够用计算机完成。,振动诊断技术,第39页,轴心轨迹阵,波德图与极坐标图,(,Bode&Polar Plot),升（降）速时，基频幅值和相位改变,三维频谱图,(,Cascade),坎贝尔图,(,Campber),各转速下频谱图另一个表示,轴心位置,判定,轴颈静态工作点,和,油膜厚度,旋转机械振动图示,(变转速),振动诊断技术,第40页,轴心轨迹阵图,汽轮发电机组一个轴承在不一样转速下轴心轨迹阵,振动诊断技术,第41页,波德图和极坐标图,波德图,(,Bode Plot),和极坐标图,(,Polar Plot),二者所含信息相同，都表示基频振动幅值和相位随机器转速改变规律。,振动诊断技术,第42页,三维频谱图是,频谱集合,。,本图第三个坐标是,转速,。,本图表明在升、降速过程中振动频谱改变。,第三坐标也可是时间、工艺参数等。,三维频谱图（谱阵图）,振动诊断技术,第43页,本图第三个坐标是,时间,(日期)，反应频谱趋势。,三维频谱图（谱阵图）,振动诊断技术,第44页,机器转速,振动频率,坎贝尔,(,Campber),图,注：圆圈直径代表振动大小；斜线代表谐波次数。,振动诊断技术,第45页,轴心位置测定,轴心位置能够用计算机及其外设来绘制。,涡流传感器,输出信号,动态,个别,静态,个别,轴心,轨迹,轴心,位置,间隙,改变,平均,间隙,振动诊断技术,第46页,