振动和变形（精选3篇）
振动和变形 篇1
0 引言
电力变压器的可靠性和稳定性在极大程度上影响着整个电网的安全运行。据统计[1,2,3],由于变压器抗短路能力不足而引发的绕组故障逐年增加,并日益成为电力变压器故障的主要原因,因此,迫切需要一种能够准确判断绕组机械状态的方法。
传统方法中,常用于检测变压器绕组变形的有低压脉冲法(LVI)、频率响应分析法(FRA)[4]以及短路阻抗法[5]等方法。近年来,利用振动法检测绕组机械状态逐渐成为国内外研究的热点。与传统方法相比,振动法与整个电力系统没有电气连接,对整个电力系统的正常运行无任何影响,具有较强的抗干扰能力和灵敏度,能够安全、可靠地监测电力变压器的状态,具有良好的应用前景[6,7]。
国外的Garcia和Burgos,以及西安交通大学的汲胜昌等学者对基于振动的电力变压器进行了深入研究,并提出振动信号的基频是负载电流基频的2倍,故变压器绕组振动信号的基频为100 Hz[8]。实际上,影响诊断绕组故障的因素很多,如负载电流、电压、温度等,尤其是振动信号中100Hz分量与负载电流的平方近似成正比关系对其诊断影响较大,虽可进行一定的折算,但因变压器的电流变化范围大,难以折算准确,故将100 Hz基频分量的变化作为唯一的诊断条件,难以保证诊断的准确性。另外,考虑到电力变压器内部多种故障均能引起基频分量的变化,无法实现进一步确定绕组变形故障的目的。因此,该方法给电力变压器的绕组变形故障诊断带来了较大的误差。
本文在变压器诊断中,一方面计及负载电流、电压、温度等运行状态对故障诊断的影响,另一方面结合50Hz和150Hz等振动成分,根据频率能量的组合关系,提出绕组变形故障诊断模型,不仅可识别绕组变形故障,而且能初步确定故障位置,具有较强的诊断能力。
首先,经过理论分析并进行大量试验,分析了振动信号的特点,发现除基频分量以外,50 Hz分量及其部分倍频分量、基频的倍频分量均可以作为区别绕组变形与其他故障的依据。同时,提出了计及电流、电压、温度等运行状态量影响的振动信号折算模型,以提高故障诊断的准确性。然后,根据基频及基频以外的频率在不同位置处的变化规律及相互间能量的组合关系,提出绕组变形故障诊断模型,采用该模型进行绕组变形故障的判定,并对存在故障的绕组相进行定位。最后,利用实际变压器表面的振动信号,并使用变压器绕组变形诊断模型分别对故障前后的变压器进行诊断,以验证模型的准确性和可行性。
1 变压器振动信号分析
1.1 变压器振动来源
变压器表面的振动主要来源于铁芯和绕组的振动[9,10],电力变压器稳定运行时,硅钢片的磁致伸缩引起了铁芯振动,由电流通过绕组时在绕组间、线饼间、线匝间产生的电动力引起绕组振动。由于作用在导体上的电动力与电流和磁场强度的乘积及漏磁通与电流成正比,故变压器绕组导体所受电动力及绕组振动的加速度正比于负载电流的平方,同时可推导出振动信号的基频是负载电流基频的2倍,即为100Hz[8]。
振动信号的基频增加是变压器多种故障的共有特性,即使变压器内部没有故障,100 Hz分量也较大且随负载电流变化明显,即100Hz信号是绕组变形的必要特征但非充分特征。因此,如果仅振动信号100Hz分量增加,并不能准确判断是否有故障,更不能判别是哪一类故障。因此,若要快速、准确地判别绕组变形故障,需要结合其他特征进行诊断。
由于变压器磁感应强度B与磁场强度H之间存在非线性关系,当变压器绕组变形后,变压器振动中会产生50 Hz和150 Hz等分数次谐波(基频为100Hz)。研究表明,50 Hz和150 Hz振动信号分量可以作为区别绕组变形故障与其他故障的依据。另外,电流与磁通之间存在非线性且磁通中包含高次谐波分量,导致绕组所受电动力中含有高次谐波成分。故在绕组内部出现故障时,振动信号的高次频率也发生明显变化。可以看出,绕组故障对振动信号各频率成分的抑制或增强作用,使得振动信号的某些频率成分出现衰减,而另一些频率成分出现增强。但不同故障时,不同频率成分的变化有着显著不同,结合这些特性可以对绕组故障类型进行进一步判别。
1.2 运行状态量对振动的影响及折算
变压器运行时,其加载电压、负载电流以及油温等运行状态量,均会对变压器油箱表面的振动信号产生影响,将会给振动信号的采集带来误差,影响故障诊断的结果。因此,在分析振动信号前对其作适当的折算尤为重要。
绕组的振动是在漏感影响下,由线圈中电流相互作用产生电动力引起的,故负载电流发生变化时,绕组受到的电动力也产生变化,绕组振动情况取决于负载电流的平方[6],即
式中:Fw为绕组中通入负载电流引起的电动力;i为负载电流。因此,判断绕组状况时必须考虑负载电流的影响。
由于变压器的振动是由绕组、铁芯、冷却系统及分接开关共同引起的,故需考虑铁芯、冷却系统及分接开关对振动的影响。
铁芯的振动主要取决于硅钢片的磁致伸缩,考虑到加载电压和磁通密度之间存在线性关系[11],可知铁芯所受磁致伸缩引起的振动力与加载电压之间存在平方关系[6],即
式中:Fc为铁芯受磁致伸缩引起的振动力;U为加载电压。因此,判断绕组状况时还需考虑加载电压的影响。
冷却系统的振动主要是由风扇、油泵振动所引起的,其频谱有严格规律,比较容易区分;分接开关的振动频率虽然含有50 Hz及其倍频信号,但信号仅在分接开关动作时产生,持续时间很短(<1s),也容易区分。
变压器绕组内部损耗多以热量形式散发,造成内部工作环境温度升高,绕组的温升主要受发热和散热2个方面的综合作用。绕组的发热由负载电流大小确定;绕组的散热包括绕组对匝间内变压器油的对流散热和对外界空间的辐射散热,受环境温度、风速、匝间距等因素的影响较大。绕组温度的变化使油温发生变化,对振动信号的采集产生热干扰。
因此,为了保证诊断的准确性,通过上述理论分析及实验室故障模拟与验证,建立了如下计及电流、电压、温度等运动状态量变化的变压器油箱振动信号折算模型:
vtank,100=(α+βθt0)i250+(γ+δθt0)u250+εθt0i50(3)式中:vtank,100为油箱表面100 Hz频率的振动信号;i50和u50分别为50Hz频率的负载电流和加载电压;θt0为所测的变压器油温;参数α,β,γ,δ,ε均由现场试验数据辨识得到。
2 振动监测点优化与监测方法
2.1 监测点的确定
由变压器绕组振动的传播路径可知,绕组线圈的内部结构及受力方向在距离油箱顶面1/2高度处,即油箱正面中部的径向振动传递路径最短、幅值最高[12],故将其作为振动信号的采集位置。如果现场因冷却装置而使油箱正面中间位置安装困难,监测点位置可适当向下移动。
考虑到采集变压器振动信号的全面性及准确反映变压器振源信息,按照变压器轴向振动方向[11],设置变压器油箱顶面为振动信号的监测位置。由于绕组线圈振动距离油箱侧面的径向传递路径较远,且三相绕组到油箱侧面的距离不一致,且受噪声影响较大,频率特性保留不完整,故不在此面设置监测点。油箱侧面采集位置如图1所示。
2.2 故障初步定位
传统的故障定位理论上并不复杂,如采用相关分析的配电网故障定位理论[13],利用相关性求延时、相位差的故障定位理论[14]。但实际上同样由于振动传播的复杂性,加上电力变压器结构尺寸的有限性和材料的多样性,信号在变压器内部传播时间不长,振动源传递到油箱表面各传感器的时间、相位差很小,加上传播过程中的干扰,使得区分故障特征信号的这种差异很困难,故传统的定位方法并不适用于对变压器的故障定位。
由于振动量在变压器构件中传播的衰减程度比电气量在导体中传播的衰减程度大得多[15],因此,根据振动信号的传播路径及衰减特征,提出根据变压器绕组轴向振动信号的衰减程度分析,来判断故障所在的绕组相,即故障初步定位,从而为故障的诊断起到辅助作用。
3 绕组变形故障诊断模型与方法
3.1 诊断模型
当电力变压器的绕组发生故障后,其油箱表面的振动信号将发生显著变化,主要表现为不同频率段的振动信号呈现出不同程度的衰减或增强的现象[16]。因此,在各频率成分信号的能量中,包含着丰富的故障信息。对振动信号S(t)而言,经快速傅里叶变换(FFT)转化为频域信号H(f)后,各频率段的能量可表示为:
式中:Ef为某频率段的能量值;Xm(m=1,2,…,n)为频域信号H(f)的某频率段内各离散点的幅值。
考虑到电力变压器故障征兆与故障原因之间的关系错综复杂[17],仅将单一频率分量的变化作为诊断依据,往往很难满足故障诊断的要求。与正常的振动信号相比,同一频带内信号的能量也会有较大差别,其中某些频带内信号能量减小,而另外一些频带内信号能量增大。经过大量实验研究,并结合绕组变形故障后各频带的变化规律,建立如下由3个诊断特征构成的绕组变形诊断模型:
式中:ET50,ET100,ET150,ET200分别为变压器油箱顶面振动信号50,100,150,200 Hz分量的能量值;EF100为变压器油箱正面中部振动信号100 Hz分量的能量值;C1,C2,C3分别为特征1,2,3的特征值。
要从监测的变压器油箱表面振动信号确定绕组的状况,则首先应根据式(5)确定在正常与故障状态下特征向量T的特征值。
当高、低压绕组之一出现变形后,原频率处幅值出现变化。变压器表面的振动与变压器绕组的压紧状况、位移及变形密切相关,其变化将引起作为标准特征向量的正常状态变压器振动特征向量的变化。一旦变压器发生故障,将当前特征向量TX与标准特征向量TN进行比较就可迅速判断变形故障。
3.2 诊断方法
步骤1:分别在正常状态和未知状态下,采集油箱顶部和正面中部的6组振动信号。
步骤2:得到变压器正面中部振动信号基频分量的能量,若未知状态的故障特征明显增加,则说明变压器内部存在故障。
步骤3:利用式(5)和式(6)分别计算绕组正常状态和未知状态下的特征向量TN和TX。
步骤4:计算测点1,2,3处的ΔT=TX-TN=[ΔC1ΔC2ΔC3],若ΔC1,ΔC2,ΔC3均为正值,则可判断变压器内部存在绕组变形故障。
步骤5:选择反映变压器绕组轴向振动的监测点,即变压器油箱顶部三相绕组对应的监测点1,2,3。若在测得的3组振动信号中,其中一个监测点的振动信号满足如下方程组:
式中:ΔC1n和ΔC2n分别为位置n(n=1,2,3)处ΔC1和ΔC2的值,可初步认为监测点n所在的位置即为发生绕组变形故障相的位置。
在上述处理过程中还需要进行以下3点说明。(1)步骤2仅能判定变压器是否出现内部故障,但无法直接判断故障的类型。(2)步骤2和步骤3中,在将振动信号基频分量应用于诊断模型之前,应先采用折算模型(式(3))对负载电流、加载电压、温度进行折算,即折算到同一运行状态,以确保诊断的准确性。(3)诊断模型(式(5))中第3个诊断特征的前提是ET100增加不明显,而EF100增加明显。若ET100增加明显,则认为该故障非绕组变形故障,很可能为铁芯松动故障,有待进一步判断。
4 实验验证及现场应用
4.1 特征信号分析
为验证上文提出的绕组变形诊断模型及方法的正确性,分别测量绕组在正常与故障情况下的振动信号,其负载实验接线如图2所示。
试验对象选用2台新旧程度、型号不同的正常电力变压器:其中一台为南京供电公司退役的电力变压器,记为变压器Ⅰ,其型号为S9-M-100/10,电压比为10kV/0.4kV,联结组号为Yyn0;另一台为南京供电公司提供的全新电力变压器,记为变压器Ⅱ,型号为S11-M-200/10,电压比为10 kV/0.4kV,联结组号为Dyn11。加速度振动传感器轴向灵敏度为20pC/g,最大横向灵敏度<5%,测量频率为0.5~12kHz,满足线圈振动测试要求。电流测量采用霍尔电流传感器,测量范围0~200A;电压对绕组变形振动影响不大,采用普通电压表;选用水银温度计测量变压器内油温,其量程为0~150℃。将相同的6个加速度振动传感器通过粘接或者磁铁吸附等方式分别固定于如图1中所示的位置1~6(本实验采用磁铁吸附),通过尼高力数据采集仪采集,采样频率为10kHz。将采集信号传输至PC机,同时将电流、电压、温度信号输入到PC机进行分析与故障判定。
在变压器正常运行时,对其箱体表面的振动信号进行采集,记为正常信号。对变压器Ⅰ和Ⅱ进行绕组变形故障设置,变形故障包括变形匝数不同、变形量不同以及变形方向不同,均设置故障相为A相。设置方法如下:用吊车将变压器吊芯,将A相绕组端部2块垫块取出,利用竹片轻轻插入绕组线饼间隙,使绕组变松,然后使用木槌敲击竹片,造成线饼幅向变形,其中设置变压器Ⅰ比变压器Ⅱ的变形程度严重。图3所示为绕组变形的形式之一。
对变压器Ⅰ和Ⅱ绕组在正常和设置故障后2种状态下的振动加速度信号进行采集并作消噪处理后,再进行时频变换,分别得到变压器Ⅰ的频谱图如图4所示,变压器Ⅱ的频谱图如图5所示。
从图4(a)、图5(a)可以看出,变压器绕组正常状态时,基频分量幅值最大,为主要频率分量,说明绕组振动是由负载电流流经绕组产生电动力引起的,且其振动基频为负载电流基频的2倍。
分析设置了绕组变形故障后的频谱图如图4(b)、图5(b)所示。由于2台变压器的参数以及所设故障的严重程度不完全相同,故其振动信号的频谱图稍有区别。由图可见,除100 Hz分量变化外,在变压器油箱表面,50,150,200 Hz分量的幅值均发生了变化。
4.2 故障类型的判别
为验证第3节中提出的诊断模型和诊断方法,对被设置故障的电力变压器Ⅰ和Ⅱ分别进行故障诊断,并将在当前变压器箱体表面采集的振动信号记为当前信号。首先将电流传感器采集测量的负载电流信号、电压表读取的电压信号分别记为i50和u50,温度计测量的变压器内部油温记为θt0,并采用变压器油箱振动信号折算模型(式(3))分别对2台变压器的振动信号基频分量进行折算,然后选取变压器正面中部振动信号,对其基频分量能量值EF100进行对比分析,如图6所示,图中的Ⅰ和Ⅱ分别表示变压器Ⅰ和变压器Ⅱ。
通过对比变压器正面中部测点4,5,6处的振动信号基频能量可以看出,2台变压器当前的基频能量值较正常时的值均有明显增加。说明2台变压器内部均存在故障,需进一步诊断,以判别故障类型。
对原始信号和当前信号分别利用绕组变形诊断模型(式(5))提取被测变压器Ⅰ和Ⅱ油箱表面测点1,2,3的标准特征向量TN和当前特征向量TX,如表1所示。
由表1分别计算2台变压器测点1,2,3处的ΔT=TX-TN=[ΔC1ΔC2ΔC3],计算结果见表2。
可见2台变压器3个测点处的ΔC1,ΔC2,ΔC3均为正值,初步认为绕组内部存在变形。另外,经式(4)计算得知,变压器Ⅰ的顶面基频能量ET100增加了14.94%,其能量值增加不明显,而正面基频能量EF100增加了57.87%,明显看出其能量增加幅度较大,故可确定该变压器的绕组故障即为绕组变形故障。变压器Ⅱ的顶面基频能量ET100增加了12.11%,其能量值增加不明显,而正面基频能量EF100增加了42.74%,故也可确定变压器内部出现绕组变形故障。由于变压器Ⅰ的ΔC1和ΔC2均比变压器Ⅱ大,可以初步判断变压器Ⅰ的绕组变形程度比变压器Ⅱ严重。
从表2可以看出,2台变压器测点1处的ΔC1和ΔC2均满足条件(式(7)),可知该测点所在的位置恰为发生绕组变形故障相的位置,可判断绕组变形故障发生在A相,与预设的故障位置完全一致。2台新旧程度、型号不同的变压器故障特征及诊断结果均一致,证明该诊断模型可以准确诊断绕组故障。
4.3 现场应用
本研究成果已在国家电网公司科技项目“基于振动(噪声)的电力变压器故障诊断”中得到成功应用,样机已于2012年5月在江苏省南京市云南路110kV变电所投入试运行。
该装置采用高级精简指令集计算机(RISC)微处理器(ARM)配以先进的现场可编程门阵列(FPGA)技术,以及高清大屏幕液晶显示器,操作简单、界面友好。在面板上只有1个与操作有关的三态型按键,它与液晶显示器上的软按钮相互配合,可很方便地实现所有人机接口功能。该系统有11路振动传感器输入(另有其他用途),1路电流输入(可取自现场高、低压侧任一电流互感器,只需在系统中设置不同变比即可,本系统利用现场一个备用电流互感器),1路温度(采用变压器内部油温参加计算,但如果现场测量变压器内部油温不方便,可以测量变压器油箱外壁温度进行折算,虽有一定误差,但由于振动对温度影响较小,且本系统是特征量的相对比较,所以影响不大)。因该变电所位置重要,需要快速安装,同时考虑该变电所一次侧电压比较稳定,微小的电压波动对绕组变形振动影响不大,因此,该变电所电压信号暂时没有接入。另外该系统还有1路环境噪声输入(另有用途)。
该系统运行信息目前通过通用分组无线业务(GPRS)发送到相关人员手机,正常状态每天发送一次,如有故障,实时发送。
5 结语
本文从振动法的角度对绕组变形故障的振动信号进行了分析,提出除基频分量以外,50Hz分量及其倍频分量、基频的倍频分量均作为故障特征频率;建立了计及电流、电压、温度等运行状态量影响的振动信号基频分量折算模型;根据不同频率分量在不同位置处的变化规律及相互间能量的组合关系,提出了绕组变形故障诊断模型和基于该模型的诊断方法;通过试验验证了该诊断模型及诊断方法的正确性。
本文提出的方法属于智能变电站技术领域,不仅能够准确地应用于对绕组变形故障的诊断,而且能够为其他领域的故障诊断提供参考。
振动和变形 篇2
摘要：在高三总复习的第一阶段，同学们应从基础知识抓起，扎扎实实，一步一个脚印地过物理原理关。复习时，把高三物理振动和波公式的内容熟练运用，相信可以提高物理成绩!
1.简谐振动F=-kx {F:回复力，k:比例系数，x:位移，负号表示F的方向与x始终反向}
2.单摆周期T=2(l/g)1/2 {l:摆长(m)，g:当地重力加速度值，成立条件:摆角100;lr｝
3.受迫振动频率特点：f=f驱动力
4.发生共振条件:f驱动力=f固，A=max，共振的防止和应用〔见第一册P175〕
5.机械波、横波、纵波〔见第二册P2〕
6.波速v=s/t=f=/T{波传播过程中，一个周期向前传播一个波长;波速大小由介质本身所决定}
7.声波的波速(在空气中)0℃：332m/s;20℃:344m/s;30℃:349m/s;(声波是纵波)
8.波发生明显衍射(波绕过障碍物或孔继续传播)条件：障碍物或孔的尺寸比波长小，或者相差不大
9.波的干涉条件：两列波频率相同(相差恒定、振幅相近、振动方向相同)
10.多普勒效应:由于波源与观测者间的相互运动，导致波源发射频率与接收频率不同{相互接近，接收频率增大，反之，减小〔见第二册P21〕｝
舞台机械噪声和振动的控制 篇3
【关键词】舞台机械；噪声；振动；控制
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2015.11.010
噪声和振动对人的生理和心理健康都有不良的影响。噪声也被称为噪声污染，剧场的噪声主要来源包括空调送风、周边环境、各类机电设备等，其中舞台机械的运行也是重要的噪声源之一；而振动则对各种技能型作业影响较大，剧场舞台机械的振动主要体现在台下机械，如升降台、升降小车、车台、转台等运行过程中对演员和布景的不良影响。以下结合实例对剧场舞台机械噪声和振动的控制进行实践研究。
1 相关标准
2001年，由建设部和文化部共同颁布的《剧场建筑设计规范》规定：“升降乐池运行时的机械噪声，在观众席第一排中部应小于60 dB（A），其他舞台机械噪声，在观众席第一排中部应小于或等于50 dB（A）。”
2005年，由建设部和国家质检总局颁布的《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》规定：“舞台大幕开关时的噪声和升降乐池及其他机械设备的运行噪声，在观众席第一排中部分别不应大于NR40和NR45”，该要求比《剧场建筑设计规范》的相关规定要高一些。
2007年，由文化部颁布实施的《舞台机械验收检测程序》对舞台机械噪声的测试方法做了相关规定：“通常在观众厅按约定的条件和方法进行单台设备的噪声测试。如没有约定，通常的条件是：大幕打开，按舞台布置挂三分之一的幕布，侧舞台和后舞台的隔离幕关闭，在观众席第一排中间1.5 m高度处，使被测设备在额定速度下运行。测试方法为：GB/T 17248.1—2000 声学机器和设备发射的噪声测定工作位置和其他指定位置发射声压级的基础标准使用导则，以及GB/T 17248.2～GB/T 17248.5系列标准所规定的相关方法。有特殊要求时才进行设备的机旁噪音测试。测试结果应符合设计文件的规定”。
根据中国剧场的实际情况，也为便于具体噪声数值的测试、比较和控制，本文的研究中采用《剧场建筑设计规范》的有关规定，测试方法则依据《舞台机械验收检测程序》的有关规定。
2 舞台机械噪声的来源及控制
2.1 噪声来源
（1）电动机的噪声
目前，舞台机械所用的电机一般都是低噪声产品，且升降台、吊杆等电机布置位置离舞台面和观众席有一定的距离，正常运行时产生的噪声一般不至于大过规定范围。需要特别注意电机制动器所产生的噪声，即启动和停止舞台机械设备时电机制动器可能会产生异响。
（2）传动运行机构的噪声
舞台机械的噪声主要来源于传动和运行部分，联轴器、减速器、链条链轮、齿轮齿条、滑轮钢丝绳、导轨滑动体等传动和运行部分由于碰撞冲击和摩擦都有可能产生噪声。
2.2 舞台机械噪声的控制
对于舞台机械的噪声控制，在实际操作中应考虑以下几个方面。
（1）设计时予以足够的重视，采取适当的措施，选择合适的电机、零部件及材料。所有舞台机械设备的电机均应采用低噪声电动机、高精度减速器和高精度运动部件。液压系统所有管接头应经过气密处理，以防漏液，设置排气装置以避免产生气穴，回液管和吸液管位置合理，要求浸入液内。所有零部件、钢结构、地板等材料必须采用优质品牌产品，性能符合设计要求。
（2）提高加工工艺。高精度的设计需要配合高精度的制造工艺来实现，不管是生产车间内的零部件制造，还是现场的钢结构切割焊接等工序，都必须严格把关、逐个检验，确保质量。不合格的零部件和施工工艺是产生噪声的重要原因。
（3）采取必要措施防止噪声传播和固体传声。例如，如果电机或制动器声音过响，可以采用隔声罩，使用时须注意不能造成设备过热或其他问题；如果基坑内噪声过响，则可以对基坑周边采取吸声措施。
（4）重视维保工作，降低摩擦噪声。
舞台机械的噪声除了与工程设计、加工施工工艺有关，还有很重要的一个因素，就是使用单位是否及时、定期地予以维护保养。虽然故障维修工作一般需要专业舞台设备公司承担，但日常的清洁、润滑、调整、紧固等维护保养工作则需使用单位自己进行，并应该形成相关制度严格执行。制度化的维护保养工作是确保舞台机械设备正常安全运行的关键，也是控制噪声超标的重要措施。噪声的超标往往是由于运动部件之间润滑条件变差，积灰过多，甚至掉进异物，或者相对运动的部件之间间隙过小或过大等原因造成的。因此，及时清除灰尘、异物，及时更换或添加润滑油（脂），及时调整运动部件间的间隙，和及时紧固松动的零件都是需要特别注意的环节。
笔者认为，在验收合格以后，做好维护保养工作是舞台机械噪声控制的关键。
3 舞台机械振动及其控制
噪声是通过空气等介质传递给人的听觉感受，而振动是往复运动直接传递到人的触觉感受。从物理原理上看，噪声其实是由振动引起的，所有的噪声都是由振动经由空气传播进入人的听觉系统的。所以，消除或减小了振动，也同时消除或减少了噪声。一般从方向、强度和振动变化率三个方面对振动进行度量。
舞台机械的振动虽然不像噪声那样直接干扰观众的听觉效果，但会对舞台上的演员产生生理和心理上的不良影响，进而影响表演效果。对演出有直接影响的振动主要存在于参与表演的舞台机械，如升降台、升降小车、车台、转台、飞行器、吊杆等，振动源就是各自的驱动电机和运动部件。从实际使用情况看，虽然舞台机械振动对舞台表演的影响并不是非常明显，但我们也需要予以足够的重视以及必要的控制，从而改善演员的表演环境，提高表演水准。
一般情况下，控制振动的技术措施如下。
（1）减少或消除振动源，采用高品质电机，在电机和基础之间加减振垫（器），使刚性连接转换为弹性连接。
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（2）减少振动的传播，所有联结都应配有防振垫片、尼龙螺母或类似产品。
（3）设计舞台机械设备构件时，要考虑构件的固有振动频率，避免演出活动时产生共振。荷载2.5 kN/m2的舞台设备的固有振动频率一般在10 Hz左右。
（4）改善运动部件之间的润滑条件，减少金属之间的直接接触，减少因摩擦碰撞等引起的自激振动。
（5）限制接触振动的时间，演员在有振动的活动舞台设备上不宜停留过久。
4 舞台机械噪声控制案例分析
浙江实验艺术剧场是浙江艺术职业学院投资6 000多万建造的集现代化、多功能一体的综合性剧场。剧场由一个大剧场（928座）、两个电影厅（共487座）和有关附属用房组成。
鉴于浙江实验艺术剧场部分舞台机械设备噪声过大，笔者所在的课题组决定对该剧场舞台机械设备进行较全面的检测，并根据检测结果予以分析，提出处理措施，最后对处理结果进行检验。
为避免环境噪声的干扰，测试时间安排在晚上0：00～1：00，测试设备为PHONIC PAA3声级计，测量A声级LA值，测试时背景噪声低于30 dB（A），除被测设备，其他机电设备没有运行，观众厅空场，测试位置为观众厅第一排中间高1.5 m处，其他相关流程按《舞台机械验收检测程序》规定。测试对象为吊杆、乐池、升降台及子台等，有的吊杆上挂有布景、灯具，有的空载，其他设备没有载荷，按额定速度运行。测量结果见表1。
吊杆主要测试靠近台口且容易影响到观众席的部分。根据测试结果，不管是单根运行还是组合运行，吊杆的运行噪声均小于50 dB（A）， 假台口上片、侧灯光吊笼的噪声也低于50 dB（A），符合《剧场建筑设计规范》的规定；主舞台升降台及子台和升降乐池的运行噪声有的大于60 dB（A），属于超标情况。其中超标比较严重的噪声频谱图如图1、图2所示。
根据现场监听分析，上述噪声不是由电机运转引起的，而是由运行过程中传动系统、导轨和运动部件之间的相对运动引起的。查阅有关研究文献，摩擦及制动类引起的振动大致可分三类：低频抖动（<100 Hz）、中频颤动（100 Hz～1 kHz）和高频啸叫（>1 kHz）。乐池降行噪声峰值在高频4 kHz频率左右，属于高频啸叫。升降台噪声峰值在800 Hz，主要属于中频颤动，也有部分高频啸叫。根据中高频噪声是金属之间因摩擦引发的中高频自激振动所致的理论，课题组分析认为升降乐池及升降台过高的噪声主要是由摩擦引起的，这种摩擦很可能是因为保养不及时、润滑条件欠佳导致的，因此，改善润滑条件是首选处理措施。考虑到低速、高负荷的工况，选用了钠基润滑脂对台下机械需要润滑的部位进行了全面润滑保养，并对吊杆减速机的润滑油也进行了全面更换。
进行全面维保处理以后，再次对各项设备噪声进行测量。结果显示，吊杆的运行噪声进一步降低，超标的乐池升降台和主舞台升降台及子台的噪声情况也得到极大改善，具体数值对比见表2。
从表2中前后数值的对比可以看出，改善润滑条件的效果极其明显，乐池升降台的噪声减幅最大，高频啸叫部分完全消失，但中低频颤动部分改善不是很明显，说明中低频颤动不仅与润滑条件有关，更可能与运动频率及结构设计等因素有关，其频谱图如图3、图4所示。
5 小结
舞台机械噪声和振动的控制是改善观演条件的重要内容之一。维护保养工作不仅仅关系振动及噪声的控制，也关系舞台设备的安全问题，关系剧场及演职人员的生命财产安全。要控制舞台机械的噪声和振动，在设计阶段就要予以足够的重视，制造及施工单位的工艺质量则是建设过程中的关键，在验收合格投入使用之后，使用单位制度化的维护保养工作更是重中之重，必须予以高度重视。
参考文献：
[1] 韩秋实. 汽车刹车装置摩擦噪声的试验研究[J]. 声学技术，1998，17 （3）：117-119.
[2] 任慧，蒋伟，白石磊，张晶晶，钟睿. 舞台机械噪声标准的探讨[J]. 环境工程，2009， S1（增刊）：563-565.
[3] 张晶晶，饶紫卿. 国家大剧院歌剧院舞台机械噪声检测[J]. 演艺科技，2010（11）：31-37.
[4] 贾尚帅， 丁千， 郎作贵. 制动系统摩擦噪声和振动分析[C]. 第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集. 2011，3.
[5] 段慧文.舞台机械设备的维护保养[J]. 演艺科技，2014（2）：39-41.