旋轉機械振動的監測與分析研究

劉小偉　雒澤文

【摘 要】在機械運轉過程中，經常會出現機械振動等相關問題，使機械不能正常的運轉，這會給機械生產帶來較大的損失，所以對旋轉機械振動的監測與分析是相當必要的。本文主要介紹的為旋轉機械振動監測和設備故障分析。

【關鍵詞】機械振動；監測；分析

0 前言

設備運轉狀態監測的重要組成部分包括旋轉機械振動監測。隨著機械生產技術的不斷進步，以狀態監測為本質的故障診斷方法和預測方法獲得了認可。該方法的不斷發展，將使設備的維修方式從先前的“出現故障進行維修”和“一段時間后進行維修”過渡到“預測故障苗頭進行維修”，從而使設備的年利用率得以顯著的提高，使停機維修時間得以大大的縮短，也使維修費用降低不少。

近年來，在我國振動狀態監測技術獲得了相關部門的認可和重視，在諸多旋轉振動設備上均安裝了監測儀表或監測系統。例如，從歐洲引進的發電機組都安裝了振動保護系統。對國內制造的200MW、300MW和600MW汽輪發電機組，正在研究與主機配套的振動保護系統。國內先前存在的電站設備上也相應的安裝了由中國自主研發的機械保護系統。

1 旋轉機械的振動問題

旋轉機械所研究的主要對象為一個轉動部件（轉子或者轉軸），在進行旋轉機械的振動監測和相關分析時，都將研究轉子的轉動相關特征。

轉動部件的重要元件為轉子，它是由軸承（滾動軸承、角接觸球軸承和其它軸承）支撐在箱體、機殼和其它部件上，使其構成了轉子-支撐系統。事實表明，大部分的旋轉機械振動問題均與轉子有關系。例如軸承的不對稱問題、質量部均勻問題、潤滑油不能及時供給問題、部件損壞等問題均與轉子相關。當然，并不是所有的旋轉機械的振動問題都與轉子有關，也存在其它問題。如支撐損壞、管道作用力等問題。因為大多數的旋轉機械問題都與轉子相關，則研究轉子的轉動特征是相當必要的。

2 旋轉機械振動測試系統

旋轉機械振動測試系統分為傳感器測量系統和信號采集與分析系統。其中傳感器測量系統包括各式各樣的振動傳感器和特定的測量電路，它的作用是將旋轉機械的振動轉變為具有統一化靈敏度的電壓信號；信號采集與分析系統的作用是將先前存在的振動信號通過A/D轉換，最終成為數字信號經計算機按要求進行特定的分析處理，從不同方面將其分為狀態監測、故障診斷、動平衡等的相關研究。

我們將監測裝置的“眼”和“耳”稱之為傳感器，傳感器影響著整個測試系統，它的測試結果直接與分析結果可靠性和準確性掛鉤。假如傳感器的測量系統不能提供真實的振動信號，致使各頻率振動幅值和相位上均有較大的錯誤，或由于測點位置選擇不正確致使遺漏相關比較重要的信息，即使接下來有較高級的分析設備和處理設備，也不能獲得相對真實的信息。旋轉機械振動測試中常用的傳感器有三種，其分別為慣性式速度傳感器、壓電式加速度傳感器和不接觸的電渦流式位移傳感器。同他們一體化的專用測量電路分別為積分放大器、電荷放大器和前置器。所得的振幅所使用的單位分別為mm/s、mm/s2或g及mm或Lm。規定速度振幅采用有效數值，規定加速度振幅采用單峰數值，規定位移振幅采用峰值。在10-1000Hz的頻段范圍內速度二次方根值相同的，我們稱之為振動烈度相同，不同的則振動烈度不同。

旋轉機械振動信號分析的內容十分豐富，但其本質包括基頻檢測、頻譜分析、波形分析及趨勢分析。在旋轉機械振動信號分析中，我們將同轉速同頻率的振動分量稱之為基頻振動。我們知道旋轉機械的實際振動不可能是只有一個頻率的簡諧振動，它一定包含基礎頻率之外的其它頻率含量?；A頻率檢測的目的之一就是從總的振動中提取基礎頻率振動所需要的幅值和相位。頻譜分析則是從頻域分析總的振動中各種頻率分量，以及各頻率的分量隨轉速的變化而相應的改變的情況，這是進行故障分析和診斷的很重要的依據。

3 轉軸徑向相對振動的測定

通常將圓軸的橫截面中心位置（也稱軸心）相對于軸承底座在規定半徑方向上的振動稱之為轉軸徑向的相對振動。實際上，我們用什么辦法都不能測量到軸心的振動，通常用特定的方法測到的圓軸的轉動表面在圓軸的半徑方向的振動，用作為軸心在該方向上的振動。軸振動的測定是分析轉軸振動特征的非常重要的依據，尤其是對于油膜軸承來說，因為軸瓦和軸勁之間留有相當大的間隙用以形成油膜，如此在諸多場合下，軸頸處的軸振動一般要比軸承座的振動大，有時甚至大幾十倍或者上百倍。此時，軸的徑向相對振動就可使我們通曉軸的振動故障的相關信息，而不一定使我們再去測量軸的徑向的絕對振動。

4 振動趨勢分析

現如今，一種被廣泛關注的機械振動的分析方法是趨勢分析，用它可以大約的確定機械的相關狀況，還可以用它來確定機器是否處于正常狀態，或者出現故障等原因。機器都不會逃過一個準則，也就是因為一個小的缺陷便會在局部發生較大的機械故障，在與振動相關的機器中，有時會因為一個小元件的破壞就會使該部分的機械體發生較大的振動的狀況。然而，在沒有出現故障的機械體，就不會產生振動而保持平穩運轉狀態。相反，如果出現重大機械故障，這些故障會使機器的機械狀況惡化，那么相應振級會隨著機械狀態和惡化過程的時間而發生變化。

5 結論

綜上所述，對于運轉的機械我們要做好監測和分析，對于不同的情況我們要做好相應的措施，當某機器一直處于報警值之下，但是我們從監測中了解到它在一定時間之內，觀察到它的振動水平急劇的增加，這時我們要將此機器進行停機，給以相應的處理；還有一種情況便是，處于報警值之下的機器，在很長的時間內，一直處于平穩運轉。它的振動水平并沒有顯著的增加，則我們可以認為它一直處于正常狀態下工作，則認為這臺機器正常。趨勢分析可以對總振動量，也可以對它的某一階分量或者對某一窄帶頻段內的分量進行。對于滾動軸承的振動趨勢分析還使用峭度。如此，應對機器進行必要的監測和分析，才可以延長其使用壽命。

【參考文獻】

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[責任編輯：謝慶云]