【教学课件】第七讲旋转机械的状态特征参量与测试.ppt

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1、第一节旋转机械状态的发展和意义旋转机械状态监测技术，是近年来研究的热门课题大型旋转机械状态监测技术研究是国家重点的攻关项目，目的是提高大型旋转机械的产品质量，减少突发性事故，避免重大经济损失。50年代，各种类型和性能的传感器和测振仪相继研制成功，并开始应用于科学研究和工程实际。60、70七十年代，数字电路、电子计算机技术的发展、“信号数字分析处理技术”的形成，推动了振动检测技术在机械设备上的应用。70年代至80年代，进入了蓬勃发展的阶段。随着电子计算机技术、现代测试技术、信号处理技术、信号识别技术与故障诊断技术等现代科学技术发展，机械设备的监测研究跨入系统化的阶段，并把实验室的研究成果逐步推广

2、到核能设备、动力设备以及其它各种大型的成套机械设备中去，具备了机组信号数据的采集、分析、计算、显示、打印、绘图等功能，并配有专项诊断软件。80年代用小型计算机或专用数字信号处理机做为主机完成机械动态特性的数据处理（如:HP5451C）,该类主机不仅价格昂贵（一般价格为数十万元）而且对工作环境要求苛刻（需要专用机房），因而通常采用离线监测与分析的方式。90年代以来，高档微机不断更新且价格迅速下降，适合数字信号处理的计算方法不断优化，使数据处理速度大为提高，为在工业现场直接应用状态监测技术创造了条件。我国在工业部门中开展状态监测技术研究的工作起步于1986年目前研究处于发展阶段，系统价格昂贵，主要

3、应用于国家重点企业中关键设备的监测或特定设备的监测，如大型汽轮机组、大型水轮机组等。旋转机械状态监测技术的发展趋势(1)离线定期监测方式。(2)在线检测离线分析的监测方式(3)自动在线监测方式 检测内容：轴振动监测，包括轴心轨迹分析、轴向串动、轴振动位移峰-峰值计算；壳体振动监测；频谱分析，包括频率细化、阶比谱分析、阶跟踪谱、三维功率谱分析；自动预、报警；故障特征提取及诊断。检测内容2.旋转机械的状态特征参量（1）振幅 位移振幅：双振幅 峰-峰值（P-P值）速度振幅：单振幅有效值即振动烈度（Vrms）加速度振幅:最大单峰值 机壳振动 与 转轴振动 (2）振动频率 基频：周期的倒数 倍频：各次谐

4、波频率 特定的振动频率对应一定的故障（3）相位 单从幅值谱图区别不大的故障。例如：转子临时弓形弯曲，转子缺损和滑动轴承故障，但从幅值谱上不易区分，但转子临时弓形弯曲时相位比较稳定地变化；转子缺损时相位会发生突变，然后保持稳定；轴承故障时相位在一定范围内不稳定地变化。（4）转速 是设备状态监测与故障诊断中比较重要的参数。比如，离心式压缩机组发生喘振时，转速会有大幅度的波动；当转子与静止件发生碰磨时，转速也会表现得不稳定。（5）时域波形 反映振幅、波形和相位。对常见故障进行判断。（6）轴心轨迹轴心上一点相对于轴承座的实际运动轨迹 油膜涡动 和油膜振荡（7）轴向位移止推盘和止推轴承之间的相对位置。旋

5、转设备常见故障之一是动静件之间的轴向摩擦。当机器的负荷或机器的状态发生变化是，如压缩机组喘振。（8）轴心位置是描述安装在轴承中的转轴平均位置的特征参量。轴瓦磨损或转轴受到某种内部或外部的预加负荷时，轴承内的轴径便会出现偏心。它是轴承磨损或预负荷的一种指示。（9）差胀、机壳膨胀启动过程中，转子受热快，沿轴向膨胀量比汽缸大，两者的膨胀之差，称为差胀。（10）慢旋偏心距指机器静止时的弯曲量。轴系较长，残留的弯曲和相应不平衡会引起密封件与转轴之间的摩擦。交流信号的峰峰值（11）温度、压力与流量以上参数被称为工艺参数，是辅助诊断参数。如轴承润滑油的温度改变，导致润滑油的动力黏度改变。对转子振动产生影响。

6、（12）电流、电压等电量参数第二节旋转机械的振动检测1测试对象和部位的选择测量转子振动是首选，也可以测量外壳或轴承座的振动情况2转轴的振动测量一般测量一个平面内相互垂直的两个方向的轴颈径向振动。3机壳的振动测量一般学要测量三个方向的振动，对不平衡和不对中故障分别测水平和轴向振动，选择原则：(1)尽可能选择机器振动的敏感点和离机器核心部位最近的关键点和易损点；(2)测量点尽量靠近轴承的承载区，与被监测的转动部分最好只有一个界面，尽可能避免多层相隔，使振动信号在传递过程中减少中间环节和衰减量。(3)测量点必须有足够的刚度，轴承底部和侧面是较好的测量点。4转子绝对振动检测5测点数量与布置（1）为降低

7、系统成本，对高频的随即振动和冲击振动可以只确定一个方向为测量点。（2）对于低频段的确定性振动（常为低频振动）必须同时测量水平和垂直两个方向，有条件时还应增加轴向测点。通过对设备振动的检测，不仅可以得到振动的振幅，而且通过对信号进行记录、分析处理，可以得到振动的时域波形、振动频率等特征参数。利用相差90度的电涡流传感器测量轴的振动另外，还可以得到转子的轴心轨迹和轴心位移。相位：是指基频（以转子转速为频率）信号相对于转轴上某一确定相位标志之间的相位差。1.键相位传感器的安装第三节旋转机械的相位振动检测各种相位角的定义正峰点相位负峰点相位正斜率过零相位负斜率过零相位第四节旋转机械的转速检测利用齿式轮

8、盘测速第五节旋转机械轴向位移测量1.轴心轨迹的测试第五节轴心轨迹与轴心位置的测量1.轴心轨迹的测试方法：在同一截面内相互垂直的两支电涡流传感器对轴颈振动测量。如图所示2.轴心位置的测试实质上式测定轴心偏离轴承中心的幅度和偏位角。方法：利用前面介绍的同一平面内相互垂直的两支电涡流传感器输出信号的直流部分就是转子的轴心位置。第七节轴承温度的测量轴承本身的温度比润滑油的温度一般要高十几度，因此，轴承轴瓦温度的测量应尽量将测温传感器直接埋入轴承中。不应安装在排油嘴或其他地方。第八节工艺参数的监测温度、压力、流量等参数都是在设备状态监测与故障诊断过程中非常有用的工艺参数。敏感工艺参数和测量部位（1）离心

9、式压缩机常见故障是喘振。转速、入口温度、入口压力和出口流量（2）滑动轴承润滑油温度，压力和流量选择其一。（3）易液化流体温度（4）电动机驱动的机组和发电机组电流、电压第九节工程测试实际应用一.测试系统的基本特性和要求1线性系统测试系统的基本特性分为静态特性和动态特性，都是在线性范围内讨论。常系数线性系统2.系统的静态特性及部分质量指标（1）误差和精度等级系统的相对误差显示值被测真值被测真值100%仪器指示值被测真值被测真值100%仪器精度（2）精确度 表示仪器示值随机误差的大小。（3）直线度在静态测量中，测量装置的输出与输入之间的关系曲线称为定标曲线。表示定标曲线和直线的接近程度。用输出范围内

10、定标曲线对于参考直线的最大偏差表示，或用最大偏差与标称输出范围之比来表示。（4）灵敏度（5）滞后量（6）漂移（7）重复性（8）测量范围3动态特性即考察在输入变化时测试装置输出的特性。若装置的输出不能反映输入情况的变化，则测试结果不正确。重点考查是否失真。二.常见测试系统的配置1.阻抗匹配2.测量系统的总灵敏度测试系统各环节的灵敏度的乘积三、现场测试的准备步骤及测试中应注意的问题1.了解测试对象的原理和结构2.了解被测对象的运行状况3.确定测试参数和位置4.估计被测对象的振动类型、振级和可能产生的最低和最高频率，确定传感器的类型及相配套的中间变换器和显示记录仪器。5.画出测试系统的工作框图及仪器的连接草图，标出所有仪器的型号和序号，以便于测试系统的安装、校准和编制测试报告。6.标定和检测整个测试系统，特别是传感器和前置放大放大器。7.确定传感器的安装位置、方法及安装固定件结构；8.做好测试准备，检差和确认各种仪器设备。9.对测试过程做详细记录；10经常检查测试噪声，背景噪声至少应小于所测振动的1/3（10dB）;11.对测试数据进行处理和分析。