附录5 机器振动监测分析与振动标准 - 副本

附录5机器振动监测和分析F5-1附录5机器振动监测分析与振动标准5555....1111机器振动状态参数各种机器的振动信号成分可以简单地分为三类：正弦振动（及其不同频率成分的选加），随机振动及冲击振动。后者我们将在附录8中进行介绍。一、正弦振动的参数1、振幅是表示机器振动严重程度或性能质量的重要指标。如果振幅很小就没有必要去考虑它的频率成分、相位变化及振型。对机器振动严重程度的理解是不统一的，有振动位移、振动速度或振动加速度之分。不同行业制定振动标准可能采用位移、速度或加速度。不管采用何种标准，振幅的度量又可分为峰值（Peak）、峰峰值（P—P）或有效值（RMS）三种。对于单一频率的纯正弦振动，有效值等于峰值的0.707倍。习惯上，位移振幅单位为μm，采用峰峰值;速度振幅单位为mm／s，采用有效值；加速度振幅单位mm／s²或g，采用峰值。但也不尽然，例如，著名的GE公司对燃气轮机出厂试验的标准却是以轴承座上速度值的峰值为依据的。因为振动位移比较直观，人们往往在测量出速度振幅后还希望折算到振动位移值，它们之间的一个简单的换算方法是：(5.1)fVrmsDpp/45.0×=−式中。是位移的峰峰值，Vrms是速度幅值的均方根值，f是正弦振动的频率（Hz）。ppD−例如，振动速度的均方根值等于1mm／s，则对应的位移峰峰值等于4.5μm。实际机器的振动决不可能是单一频率的正弦振动。这种情况下，振动的峰值或峰一峰值变得十分复杂，往往在某一个相等的短时间间隔内，它们不是一个常值，有时甚至变化很大。（5.l）公式换算出来的位移振幅只是一个当量值，并不真实代表振动位移的最大值。有的机组出厂标准采用位移的真峰峰值。这种情况下，振动读数会比按（5.l）的标准高得多。2、频率是分析振动原因的主要依据。不同的振源引起不同频率的振动。这也是为什么频率分析是振动故障分析的主要方法受到特别重视的原因。对于旋转机械的振动，根据振动频率分为同步振动和非同步振动。同步振动的频率是机器运行转速的整倍数或分数。典型的同步振动有1X，2X，l／2X以及0.43X。附录5机器振动监测和分析F5-23、相角实际机器振动十分复杂，讨论机器上某一点振动的相角是没有意义的。只有单一频率纯正弦振动才有相角的概念。例如，轴振动的工频分量（与转速对应的频率）。与轴上某一固定标志的相位差。转子“高点”就是基于相角测量。所谓“高点”是轴上的某一点（方向），当该点转到径向振动位移传感嚣的位置时，振动正好是正峰值。通过确定转子上高点的位置，能确定转子平衡状态及残余不平衡量的位置。4、振型机器振型十分复杂，即使稳定振动，其振型也是瞬时变化的。模态分析经过参数识别获得的是机器的固有振型。实际机器承受一个或多个激励频率，是一个或多个强迫振动以及随机噪声的迭加。转轴振型则有实际意义。在一定转速下，转轴沿轴向的振动变形就是转子振型。对于单个转子而言，经过某一阶临界转速，振型发生变化。对于多跨转子，每隔一定距离放置一组互相垂直的径向位移传感器，并利用基准相位信息就可以获得转子沿轴向的振动形状。它有助于估计转子与固定部件之间的间隙以及节点位置。二、随机振动的状态是瞬时变化不确定的，无法用振幅、频率和相位振型来描述。任何一个机器的实际振动信号中既有以正弦振动为特征的周期振动，又有以随机振动为特征的环境振动和噪声。描述随机振动用统计量均值、均方根值及峭度等。⋮均值（5.2）∑−=NiiXNM11均方根值（5.3）∑−−=NiiMXN12)(1σ峭度（Kurtosis）(5.4)4)(1∑=σiXNK典型信号的峭度系数如下表：表中d为脉冲的占空系数，即脉冲的宽度与重复周期之比。一般运转平衡、无明显周期干扰的，其振动信号的幅值概率密度函数接近于正态分布。因此，峭度系数应为3左右，和振动强弱无关。信号正弦高斯周期脉冲占空系数K1.530.50.20.150.10.050.0413.254.848.1118.0523.04附录5机器振动监测和分析F5-35555.2.2.2.2机器振动诊断标准一、制定振动标准的依据各行业制定振动标准的依据不同：位移、速度或加速度的振级都可能采用。在一个行业里，也可能混合使用。通常，如附图5.l。由附图可见，在低频域（10HZ以下），以位移作为振动标准；中频域（10～1000Hz）以一定速度级作为诊断的依据；在高频区（1000HZ以上），则以加速度作为判定的标准。振动部件的疲劳与振动速度成正比，振动所产生的能量与振动速度的平方成正比。能量传递的结果造成磨损和其它缺陷。因此，在振动判定标准中，无论从疲劳损伤或是从磨损来说，采用速度标准最为适应。二、振动绝对标准附表5.l是我国电厂汽轮机振动标准IEC1968，单位是mm，采用峰峰值位移。ppD−表5.l转速rpm优等良好合格1500＜0.03＜0.05＜0.073000＜0.02＜0.03＜0.05附录5机器振动监测和分析F5-4Ⅰ级小型机械（例如15KW以下电机）,Ⅱ级中型机械（例如15～75KW电机和300KW以下机械）Ⅲ级大型机械（安装在坚固重型基础）转速600～12000r／min振动测定范围10～1000Hz,IV级大型机械（安装在柔性的基础上）。附表5.3是ISO2372的另一种表达方式。附录5机器振动监测和分析F5-5附图5.2是一般加速度标准，是日本丰田利夫教授在其著作中介绍的。此标准在低频中频段分别为位移和速度，高频端为加速度。一般较少采用加速度标准，但在研究滚动轴承振动中，例如机械工业部Z42－85标准轴承滚动采用加速度为标准，且以加速度的均方根值为依据。加速度级的计算公式为（5.5）)(10203dBgaLogL−×=式中a为振动加速度的rms值。零分贝值对应1毫G。滚动轴承振动速度往往并不很大，但烧坏轴承的例子很多，原因在于轴承的早期异常例如老化、点触、裂纹等故障，都可能引起冲击。当冲击力的大小异常时，仅依赖速度参数作为性能考核依据是不够的。因此，习惯使用加速度标准。附表5.4加工机械的振动位移允许槛值机床种类允许值(p-p)/μm机床种类允许值(p-p)/μm机床种类允许值(p-p)/μm螺纹磨床0.25-1.5平面磨床1.25-5.0无心磨床1.00-2.5仿形磨床0.56-2.0车床5.00-25.4镗床1.52-2.5外圆磨床0.76-5.0附录5机器振动监测和分析F5-6附表5.5轴承振动极限（10-1000Hz范围内的总的振动速度均方根允许值）机器类型新机器旧机器（全速、全功率）长寿命短寿命检查界限值修理界限值Vdbmm/sVdbmm/sVdbmm/sVdbmm/s燃气轮机2000hp1387.91451814518150326000-20000hp1282.51355.61401014518≤5000hp1180.791303.21355.614010汽轮机20000hp1251.81451814518150326000-20000hp1201.01355.61451815032≤5000hp1150.561303.21401014518压气机自由活塞140101503215033215556高压空气、空调1334.5140101401014518低压空气1231.41355.61401014518电冰箱1150.561355.61401014518柴油发电机组1231.4140101451815032离心机油分离器1231.4140101451815032齿轮箱10000hp1201.014010145181503210-10000hp1150.561355.61451815032≤10hp1100.321303.21401014518锅炉（辅助）1201.01303.21355.614010发电机组1201.01303.21355.614010泵5hp1231.41353.21401014518≤5hp1180.791303.21355.614010风扇1800r/min1201.01303.21355.6140101800r/min1150.561303.21355.614010电机5hp或≥1200r/min1080.251251.81303.21355.6≤5hp或≤1200r/min1030.141251.81303.21355.6变流机1kVA1130.14----1150.561201.0≤1kVA1000.10----1100.321150.56附录5机器振动监测和分析F5-7附表5.6ISO10816给出的往复式机械的预动评价槛值（信号频段2-1000Hz）附表5.7机械振动的绝对评价标准索引振动烈度总体振动均方根允许值机械振动分级位移μm速度mm/s加速度m/s²12345671.1≤17.8≤1.12≤1.76A/BA/BA/BA/BA/BA/BA/B1.8≤28.3≤1.78≤2.792.8≤44.8≤2.82≤4.424.5≤71.0≤4.46≤7.017.1≤113≤7.07≤11.1C11≤178≤11.2≤17.6DC18≤283≤17.8≤27.9DC28≤448≤28.2≤44.2DC45≤710≤44.6≤70.1DC71≤1125≤70.7≤111DC112≤1784≤112≤176DC1801784112176机械产品类型选用评价标准电站透平机组轴振动ISO7919-2、VDI2059、B12、AP1611、VGB-R103M工业透平机组轴振动ISO10816-3.4、VDI2056,轴承振动ISO7979-3、VDI2059压缩机轴振动ISO10816-3、VDI2059,BI.3水电机组ISO7919-3、VDI2059.BI.5离心泵ISO10816-3电机轴振动ISO7919-2、VDI2059BI.3印刷机械、鼓风机、脱水机ISO10816-3、VDI2056齿轮箱ISO8579-2、VDI2056、API670附录5机器振动监测和分析F5-8附图5.3：大型旋转机械中的轴承振动位移标准（根据T.C.Rathbone资料）三、振动相对标准一般说来，绝对标准都是比较保守的，因此；必须从本企业设备状态出发，在参考绝对标准的基础上，建立本企业设备诊断的相对标准。建立相对标准的常用方法为：l、单台机器统计法选取正常工作状态的单台机器作为对象。并且以一段等间隔时附录5机器振动监测和分析F5-9间变化为基础，进行至少5次以上测量。测量点应选取水平或垂直方向，探头（传感器）应与测量方向一致，角度倾斜不得超过10°，压力应保持I0N左右，若为磁铁吸住的探头，磁力应大于160N以上。每次测量要非连续测定20~25次并计算它们的均值Mn及标准偏差。σ注意点值Ma和危险点值Md分别为Ma＝Mn＋2σMd＝Mn＋3（5.6）σ2、多台机器统计法对于同一类型的多台机器，规定在同一测点及同一方向测取数据，并将这些数据按等间隔分布作为横坐标，从而确定良好、正常和注意区间分布值。由此可制定该类机器的标准值。此种方法对于制造厂家或者具有多台同类机器的企业是十分有用的。附图5.4为泵的驱动侧轴承的垂直方向振动分布。附图5.4多台同类型机器振动分布图被测参量故障区危险线过渡区注意线原始基值良好运行区附图5.5相对判断标准附录5机器振动监测和分析F5-10四、类比判断标准类比判断标准是把数台型号相同的整台机械设备或零部件在外载荷，转速以及环境因素等都相同的条件下的被测量值进行比较，依此区分这些同类设备或零部件所处的工况状态，严格地说，这并不是一种判断标准，只是形式逻辑推理中求异法的一个应用，而且，类比判断方法只能区分各机械设备或零部件所处工况状态的差异，并不能回答哪些是好的运行状态，哪些偏离了良好的的运行状态这一诊断的最根本问题。总之，判断标准是机械设备故障的简易诊断和精密诊断的一个十分复杂的问题，直至目前，人们还没有找到一个适用于任意场合的通用标准，一个真正有效的判断标准的制订，需要经过大量的，长时间的反复实验才能完成，而且，对于一个已制订的标准