机械振动监测（精选10篇）
机械振动监测 篇1
旋转机械是电力、石油化工、冶金、机械、航空以及一些军事工业部门的关键设备。随着现代工业和科学技术的发展以及自动化程度的进一步提高, 旋转机械正朝着大型化、高速化、连续化、集中化及自动化方向发展, 生产系统中各设备之间的联系也越来越紧密。由于各种随机因素的影响, 再加上其结构复杂, 工作在高温、高速的恶劣条件下, 旋转机械比较容易发生各种机械故障, 降低或失去一定的功能[1,2]。旋转机械的故障类型有很多种, 如质量不平衡、油膜涡动、转子不对中、碰磨等, 于是旋转机械运行的状态就有很多种, 可能是正常运行, 也可能是一种故障或多种故障同时发生。这些故障在机械运转中将产生各种振动信号, 而某一振动信号将对应某一故障或几种故障的综合。因此振动信号可以反映各种故障, 从而为诊断旋转机械的各种故障提供了振动诊断方法。因此, 研究并发展旋转机械的故障诊断技术是当前科技和工业发展的主要研究课题之一。
旋转机械振动诊断是故障诊断技术中非常重要的一个方面。在诊断中采用振动信号, 无论在信号的采集、数据的处理和故障的识别上都简便可靠, 尤其适用于不停机在线监测和诊断报警。
1 振动监测系统与组成
采用美国EN-TEK公司的PM (预测维修) 系统, 建立关键特护机组数据库, 包括机组基本参数、监测部位、监测参数、分析诊断基本参数等。预测维修 (也称为预知维修或特态维修) 是指对设备的维修依赖于设备的状态, 通过对设备的不断监测, 掌握设备当前的工作状态并预报可能的变化趋势。当发现设备异常时, 借助于有效的手段对故障进行诊断, 用诊断的结果来指导维修工作, 这不仅使维修工作有计划地进行, 而且使维修工作在尽可能小的范固内进行。
典型的PM系统由传感器、数据采集器、PM软件和计算机系统组成。数据采集器是集测试、记录、分析为一体的集成式便携测试仪器, 可配接振动、相位, 温度等传感器, 或直接接收电压信号。PM系统软件提供了对测点数据库的管理和巡检路径的设置, 将巡检路径装入数据采集器 (Load) , 由数据采集器将实测数据反馈给计算机 (Unload) , 依据实测数据对设备的状态进行趋势分析和预报及对故障设备进行诊断等全部功能。
利用该预测维修系统的数据采集/频谱分析仪IRD-885进行定期巡回检测, 全部检测数据由系统软件自动生成趋势分析图、颇谱分析图, 随时掌握机组状态, 分析其变化趋势, 及时发现故障隐患, 针对性地采取有效措施, 确保机组保持良好的运行状态。振动监测系统结构如下:
转子→振动传感器→72000r3600仪表系列→lRD-885数据采集颇谱分析仪→计算机PM系统。
2 系统应用
振动诊断技术是利用机器或机构的动态性 (如固有频率、振型号、传递函数等) 与异常机器或结构的动态特性的不同, 来判断机器或结构是否存在故障的技术。振动信号是设备状态信息的载体, 它蕴含了丰富的设备异常或故障的信息, 而振动特征是设备运行状态好坏的重要标志[3,4,5,6]。对于在生产中连续运转的机器设备, 可以根据它在运转中代表其动态特性的振动信号, 采用振动诊断技术在不停机的条件下实现在线监测和故障诊断;对于静态设备和工程结构, 可以对它施加人工激励, 然后根据反映其动态特征的响应, 采用振动诊断技术判断是否存在损伤和裂纹, 从而达到故障检测的目的。
该系统对某公司内部几套催化裂化装置的主风机组、气压机组建立了完整的机组振动数据库并定期巡检, 对运行状态异常的机组增加测试密度, 以确保机组安全运行, 并取得了一定的经济效益。此外, 该系统具有综合的现场工作性能, 对于一些未列入巡检内容的机组能够进行现场分析, 解决实际问题。下面仅列举几个实际问题, 说明该振动监测系统的应用。
某厂重整车间往复氢压机组运行出现异常振动, 相关管线发生强烈振动, 随采用IRD-885频谱分析仪进行振动测试, 以分析机组及管线产生振动的原因。分别对机组在未带负荷和带负荷状况下, 测试其轴承、压缩机气缸、压缩机传递动力部分的振值。机组结构如图1所示, 各测点的通频值如表1所示。
由所测各点振值可以看出, 在带负荷状况下, 机组振值降低, 原因是在现场增加了管线约束, 管线产生很强烈的振动, 认为是由机械共振引起, 采用增加支承、加固支承条件或在管路上附加质量的办法改变管线的自振频率, 使之远离激振频率, 从而使振动降低。
某厂螺杆氨压机振动异常, 采用IRD-885频谱分析仪进行测试, 测试频谱为典型的工频振动, 由于转子存在动不平衡导致机组振动异常, 其结构如图2所示。于是用IRD-885对转子做现场动平衡, 使机组振动值明显下降。氨压机几个主要测点在现场动平衡前后的测试结果如表2所示。
注:前为做现场动平衡之前的测试结果;后为做现场动平衡之后的测试结募。
3 结束语
目前在旋转机械故障诊断技术中应用最多的是转机的振动信号, 其原因是异常振动引起的机械损坏比重很高, 据统计, 因振动产生的机械故障率达60%。采用PM (预测维修) 系统对大型关键特护机组进行振动监测及故障分析, 便于实时诊断, 且诊断结果准确可靠, 可节省大量的维修费用, 创造可观的经济效益, 在旋转机械故障诊断领域具有较好的应用前景。
摘要：在旋转机械故障监测和诊断中, 振动诊断技术具有较强的识别能力, 可及时地进行早期诊断, 发现造成故障的原因, 从而实现预测维修。实践表明, 以振动监测与故障诊断技术为基础的设备预知维修能节省大量的维修费用, 便于实时诊断, 诊断结果准确可靠, 可取得显著的经济效益。
关键词：旋转机械,故障,诊断
参考文献
[1]沈庆根.化工机器故障诊断技术[M].杭州:浙江大学出版社, 2002:25-50.
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[4]余志红, 王锐, 陈志刚.基于数据挖掘的设备旋转部件故障特征模式提取研究[J].石油矿场机械, 2006, 35 (5) :23-26.
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[6]江恒, 王友钊.旋转机械在线状态监测与故障诊断系统开发研究[J].石油矿场机械, 2005, 34 (3) :68-70.
《机械振动和机械波》课件赏析 篇2
涉及学科：高中物理
开发平台：Flash MX 2004
课件大小：1.03M
下载地址：http://www.nettime.net.cn/bbs/upload/sf_200562614474.swf
E-mail：jhhkh@163.com
《机械振动和机械波》是《高中物理》（选修）第二册九、十两章的内容，这部分知识相对其他章节来说是比较抽象的，学生在学这部分知识时感到非常困难。化抽象为形象是本课件要实现的目标。
课件设计
素材准备
大部分素材是通过鼠绘完成的，包括：导航按钮、简谐运动演示仪、正方体、汽车和卡通小人，然后通过逐帧或者AS代码使它们动起来。
部分按钮是Flash MX 2004公用库中的按钮。
结构布局
整个课件分两部分：导入、导航菜单部分和课件展示部分。本课件属于积件式课件，每个部分演示一个物理过程，课件的整体结构如图1所示。
采用这种非线性设计结构的原因是由于这些内容属于不同的章节，这样可以方便教师通过导航菜单灵活调用各演示部分。
设计思路
课件的七个部分是相对独立的，各演示不同的知识点，但它们共同的特点是将抽象的物理规律和过程形象地展现给学生，所以，设计的基本原则是：从知识传授角度来看，要化抽象为形象，和课堂教学互补；从设计角度来看，力求简洁，突出规律和过程为重点。
为了达到这一原则，首先在色彩上动了一番脑筋，物理课件不同于其他学科，用色过分热烈会分散学生的注意力，从而影响学生对复杂的物理过程的分析。所以用#4A556B作为背景色，用#DBDEE6作为前景色，边框和导航按钮用色介于两者之间，和物理相关的动画演示部分的用色较前景色有很大的反差，但又不脱离于整个课件的主体风格。这样用色不仅使得课件显得庄重、素净和朴实，有利于学生睿智地思考问题，也突出了课件是为教学服务这一基本要求。
物理课件有其自身的特点，它要求能够准确地再现物理过程，科学地把物理过程中的规律展现给学生，要做到这一点，没有强大的AS是不行的。因此，在设计时尽量地用AS客观地描述物理过程和规律，同时，由于AS的运用使课件的交互性很强，有助于学生从复杂的物理现象中找到规律。
本课件的另一设计特点就是力求简约。物理课件展示的是物理过程及其包含的物理规律，动画只能是工具，所以，课件的动画部分侧重于展示较抽象的物理过程，其他无关紧要的几乎不用动画，这样做的目的是使学生的注意力转移到对物理知识的理解上，有利于教学目标的实现。简约的风格也体现在课件操作上，整个课件的操作简单明了，很容易上手。
下面就课件几个重要部分的设计思路作简单的说明：
单摆：单摆的运动形式是高中物理的一种重要的运动模型，学生对这种运动形式往往只知道一些表面现象，而对其所包含的物理规律不是很清楚。在这部分中，通过质量、摆角和摆长这三个按钮的设计，学生很容易发现影响单摆周期的因素及单摆在运动过程中各力的变化，如图2所示。
机械振动图像：对简谐运动的图像学生往往能做出来，但对这个图像中蕴含的物理意义学生并不真正地理解。这部分通过模拟弹簧振子的运动，让学生理解简谐运动的图像是怎么来的，以及图像表示的物理意义，通过对“坐标速度”和“振动周期”两个按钮的调节，简谐运动的图像发生变化，这样就更加深了学生对简谐运动图像的理解，如图3所示。
波的产生：机械波究竟是怎么产生的，在高中物理中也算一个难点。课件中这部分模拟横波和纵波的产生及传播，通过模拟让学生清楚地知道波的产生过程、波的传播和质点振动的关系、波长频率波速三者之间的关系等等，如图4所示。
波的干涉：物理规律是客观存在的，它通过物理现象表现出来。但一个规律由于条件的变化往往表现出来的形式是多种多样的。波的干涉就是这样，当波形成稳定的干涉图样后，如果两波源的位置发生变化，干涉图样会发生怎样的变化，这一点教材并没有涉及，但在实际教学中往往会碰到这样的问题。课件这部分动态地描绘了当波源位置发生变化时干涉图样的变化情况，如图5所示。
技巧心得
在制作课件时通过动画再现物理过程，使学生头脑中首先清楚过程是什么，再用已有的知识去分析，然后得出结论。
对比法是教学中一种行之有效的方法。本课件的制作也用了这种方法，例如波的衍射和多普勒效应这两部分，通过运用对比的手段使要揭示的抽象的物理规律形象地展现在学生面前。
在技术方面，充分地发挥Flash中AS的强大功能。由于AS的应用，课件在描述振动和波动物理过程方面显得轻而易举，大大地增强了课件的交互性。
教学反馈
机械振动监测 篇3
笔者首先介绍了光纤光栅的传感原理,以虚拟软件LabVIEW作为开发平台设计了一套基于光纤光栅传感的用于往复式压缩机振动检测的系统。
1 光纤光栅传感原理
由耦合理论可知,只有满足布拉格条件的光波才能最大限度被反射,光纤Bragg光栅的反射或透射波长光谱主要取决于有效折射率neff 和光栅常数Λ[5],布拉格公式为:
λB=2neffΛ (1)
外界扰动使这两个参量中任何一个发生改变,均会使光栅波长发生漂移。对式(1)进行微分可得:
ΔλB=2·Δneff·Λ+2·neff·ΔΛ (2)
有外力作用时,其有效折射率neff 和光栅常数均会发生改变。外力作用于光纤光栅,光弹效应使折射率发生改变,而外力引起的形变则使光栅常数Λ发生改变;外界温度发生改变时,热膨胀引起的形变导致光栅常数Λ改变。先忽略温度与应力交叉敏感,波长漂移量则为:
undefined (3)
式中 α——材料膨胀系数;
ξ ——热光系数;
pe ——有效弹光系数。
当外界的振动干扰作用于FBG时,会产生一个周期性的应变,FBG中心反射波长也将产生同周期的漂移。通过检测周期性的波长漂移信号就可以达到对振动量检测的目的。
2 实验系统组成
振动在线监测系统,主要是通过布置在压缩机关键部位的光纤光栅加速度传感器,将采集到压缩机的振动状态信号进行软件处理,从而得到压缩机的运行状况。
2.1 系统硬件组成
系统硬件主要有:光纤光栅解调仪、高灵敏度光纤光栅加速度传感器和光纤耦合器。其中光纤光栅加速度传感器采用本实验室自制产品,其测量范围为±25m/s2,频率测量范围为3～65Hz,灵敏度50pm/(m·s-2)。光纤光栅波长解调设备采用美国Micon Optics公司的OS-130型解调仪,该设备解调频率为1kHz,波长分辨率为1pm。由于所测压缩机的转速为333r/min,根据往复式压缩机振动检测标准和采样定理,计算振动烈度需要检测主频的十倍频,即55.5Hz,每个周期需要超过10个采样点才能相对准确的计算幅值,所以采样频率至少要大于600Hz,本实验采用的OS-130型解调仪完全可以满足要求。
2.2 系统软件组成
系统软件部分采用美国NI公司的LabVIEW进行编写。压缩机振动监测系统软件部分主要包括:数据解调、信号滤波 、振动有效值计算、结果的输出和保存。在系统中,使用振动烈度(振动速度有效值)作为压缩机振动评价量。软件部分主要是通过时域及频域分析,得到振动烈度、历史趋势图、三维瀑布图,为压缩机状态监测和故障分析提供有用数据。整个系统结构如图1所示。
2.2.1 数据的传输与解调模块
UDP协议在传送数据的过程中没有建立连接,也不进行检查,因此在优良的网络环境中,其工作效率较TCP协议高,故采用UDP/IP作为解调仪与工控机通信协议。由于解调仪与工控机之间的通信协议是以UDP/IP作为底层通信承载,所以数据通过解调仪传输到计算机,必须通过数据解调才能作为后续数据处理的数据源。程序中对于数据的解调是依靠LabVIEW中UDP模块函数来编写。
2.2.2 数据分析模块
数据分析模块主要是将解调后的波长信号转变加速度信号,然后进行时域和频域分析。时域分析包括振动总量和相关;频域分析包括FFT和功率谱。
在对所采集的信号进行分析之前,需要进行一系列的数据预处理,包括工程单位的转化、滤波等。程序中,滤波器选用了巴特沃兹低通滤波器对信号进行滤波处理。FFT点数的选择将直接影响FFT的结果,由于系统需要在线实时分析并显示结果,故将FFT点数设置为512。在时域分析中,首先将采集到的波形信号转化成加速度信号,再对加速度信号进行换算,计算出设备的振动烈度,并以柱状图的形式示出。该模块的部分程序框图如图2所示。
2.2.3 数据显示与控制模块
数据显示模块主要包括机组概貌图、单值棒图、时域波形图、振动趋势图、FFT图和三维瀑布图。根据需求,在LabVIEW的前面板上选择所需的控件,对所选控件进行控件自定义,最后在前面板上把所有控件组合排列后构成用户界面。系统中,将不同的显示项目分页放置,通过按钮点击可以实现界面跳转。在不同的数据显示项目中,旁边都给出了图中数据的一些详细信息。例如在振动趋势图中,在图的右侧给出了振动总量的最大值和最小值;对于FFT频谱图,利用LabVIEW中波形波峰监测函数,在FFT频谱图的右侧也列出了图中峰值及各个峰值所对应的频率。
另外,考虑到LabVIEW控件显示三维瀑布图效果不佳,程序中采用动态链接技术,不仅可以实现该功能,也有助于节省内存。通过VB编程实现后生成动态链接库DLL,在LabVIEW中调用该DLL,完成三维瀑布图功能的实现。
2.2.4 数据保存与查询模块
数据分析结果需要实时的保存到数据库中,这样就可以通过数据查询对数据进行回放,也可以作为历史数据方便后期的查询。系统中的数据保存与查询模块通过LabSQL来连接Access数据库。LabSQL 与数据库之间是通过 ODBC 连接,这需要在Access数据路中先建立好数据库及所需表格,然后在 Windows ODBC数据源中创建数据库的数据源名称DSN,再将数据源中的数据库路径指向Access环境下建好的数据库。程序中,运用数据库语言中INSERT和SELECT语句来完成数据库的写入和记录集的查询。
3 振动测试实验结果
为了测试系统的可行性和实用性,用该系统在某石化公司的往复式氢气压缩机上进行了测试。测试以GB-T777-2003为依据,对压缩机汽缸端部的3个相互垂直方向进行振动测试,最后测得的振动烈度有效值分别为:径向垂直方向2.2m/s,径向水平方向2.0m/s,和活塞往复方向2.5m/s。参照JB/T 8541-1997标准3个方向的振动烈度均低于2.8m/s,对于平衡对称式压缩机,2.8m/s值的烈度等级为A级——优秀。并且该测试结果与用手持式振动测试仪所测试结果相符,因此认为本测试系统所测试的结果有效。
4 结束语
利用虚拟仪器开发平台LabVIEW,开发了一套基于光纤光栅的振动在线监测系统,将光纤传感技术应用于石化设备的振动的在线监测。与其他同类监测系统相比,该系统不仅拥有一般分析、显示、保存功能外,安全性能也得到很大的提升。系统的监测数据保存于数据库当中,为随后的故障诊断的研究和开发提供了数据和软件支持。
摘要：提出了应用光纤传感技术对石化设备进行振动监测的方法。开发了基于虚拟仪器Lab-VIEW的监测系统,分析了故障判断原理。该系统既实现监测数据的远程传输与在线分析功能,又具有完善的离线分析与显示功能。利用该系统对某型号往复式压缩机进行了现场测试,结果表明该系统具备了对石化设备进行实时监测的能力。
关键词：石化设备,光纤传感,振动监测,LabVIEW
参考文献
[1]刘卫华,郁永章.气阀故障诊断的试验研究[J].压缩机技术,2001,(2):3～5.
[2]吴庆魁.往复式压缩机振动分析技术[J].广东化工,2011,38(4):206～207.
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[4]姜德生,何伟.光纤光栅传感器的应用概况[J].光电子.激光,2002,13(4):420～430.
汽轮机振动监测系统的分析与应用 篇4
关键词：600MW超临界机组 汽轮机振动监测系统 电源升级 优缺点
中图分类号：TK264 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（b）-0049-01
内蒙古神华国华呼伦贝尔发电有限公司已经投运的600MW超临界机组汽轮机采用的是上海汽轮机厂生产的超临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴、直接空冷凝汽式汽轮机，整个轴系由7个支持轴承支撑，对应安装7套轴振及瓦振探头[1]。
汽轮机TSI监测系统采用epro公司生产的MMS6000系列产品，而在2009年艾默生公司收购了epro公司（原菲利普）后，艾默生公司对旗下产品进行了升级和更新换代。原有TSI系统上的框架电源模块UES815已经停止生产，而且替代产品也不能接入到现有的框架内（管脚定义，安装槽位不一致）[2]。为了提高系统的安全性和长效性，更换最新的TSI框架和外置电源模块势在必行。另外在安装调试阶段也发现新产品同样存在一些不足之处，该文将给予介绍，并提出建议。
1 TSI振动检测系统介绍
汽轮机监测仪表系统TSI[2]（Turbine Supervisory Instrumentation）是一种可靠的连续监视汽轮发电机组转子和汽缸的机械工作参数的多路监控系统，可用于连续显示机组的启停和运行状态，为记录表提供输出信号，并在被测参数超出预置的运行极限时发出报警信号，必要时采取自动停机保护。此外，还能提供用于故障诊断的各种测量数据[3]。
2 系统框架升级前功能组成
现有的TSI系统采用框架式电源模块，每个框架配有型号为UES815，（24V 3.4A）的电源模块2个，经过外部二极管冗余后給继电器供电。
现有的TSI系统采用的是48芯插针式框架，该框架内部接线复杂，无法检查和更改内部线路，需要使用专用工具才能更改接线和修改逻辑，操作极其不方便，给日常维护带来了诸多不便。
现有的TSI系统的开关量输出使用的是外置继电器，每一个开关量输出都需要从各个模块自身发出，因此为一一对应型，若要将多个模块进行逻辑运算后再发出信号则需要通过外部硬接线来实现完成，需增加外部接线，这样既增加了工作量也降低了可靠性，大大增加了出现事故的几率。
3 系统框架升级方案及功能组成
将现有的框架电源取消，更换为机柜电源。220V交流强电不再接入到系统框架中，提高了安全性。两路220V交流电源仍分别由保安段和UPS提供。
对TSI系统供电电源和框架进行升级。将原有的48芯插针式框架替换为最新的系统框架IMR6000/10，该框架为背板式框架，后面为接线端子，接线简单明了，日常维护极其方便，检查和更改接线简单易懂
增加A6824通讯模块，该模块通过RMS485方式和系统内所有模块进行通讯，只需通过CSI6500软件就可以通过该通讯模块对TSI系统内任意一个测量模块进行组态，修改报警及危险值，解除保护等操作。
4 升级前后优劣性对比
升级改造产品后的TSI系统是美国艾默生[5]公司近几年推出的CSI6500监测系统，原MMS6000系统中的所有模块在CSI6500系统可正常使用，CSI6500系统主要有以下几个方面的变化。
重新设计了框架、方便了接线和系统设置：新框架型号为IMR6000/10。框架槽位可安装的模块：10个A6000模块，1个A6740逻辑模块，1个A6824通讯模块。外部接线通过专用接插件与框架背板相连，从而避免了因为没有专用工具及材料而无法更改接线的被动局面。原48芯插针式框架内部接线是裸露的，容易造成各针脚之间的短路，烧坏TSI测量模块，影响TSI系统的正常工作，存在一定的安全隐患。
A6824通讯模块插在专用的第14槽位，它通过RS485总线与框架上的其它模块进行通讯，可方便查看各个模块的测量状态、检查或修改组态数据，方便故障的检查，较改造前一对一的连接方式有较大改进，原来所有的状态都需要通过指示灯和传输到DCS的实时数据来分析，很是不方便。
有了可编程继电器后，可满足用户各种逻辑输出的需求，从根本上解决了原TSI系统的上述缺陷。应用起来十分灵活、简便，只要通过连接笔记本电脑与继电器模块或通讯模块，所有数据状态便可一目了然[4]。如果有故障，马上可以有针对性地查找，大大缩短了故障排除的时间，另外通过继电器模块来进行逻辑组态，逻辑关系非常明确，易学易懂，更改也方便。
5 结论
1#机的TSI系统升级改造后，通讯模块A6824与各测量模块通讯畅通，各测量模块的通道加信号测试正常，而且继电器的逻辑完全能满足机组正常投运的要求，该次系统升级圆满成功，本次改造后系统具有如下优点：
（1）系统供电稳定可靠。
（2）输出逻辑通过软件以逻辑图方式编程，功能强、直观、易操作，彻底摆脱了用硬接线搭逻辑的困境。
（3）修改逻辑方便、灵活，能满足用户的各种逻辑传送需求。
（4）信号传输快捷、可靠，且具有屏蔽输出的功能，可以临时解除部分保护，系统维护时可灵活运用，十分方便、安全。
升级版的几点不足：
（1）框架底板需要人工做的跳环线过多，容易出错降低可靠性，考虑能否优化，在电路板上完成。
（2）每块底板的电源冗余设计，也应考虑集成到底板上，不要靠外部环线来完成，一旦线路松动直接影响可靠性，也给现场施工带来麻烦。
（3）继电器卡缺少冗余，尤其是框架1。一旦某个继电器故障，就要更换掉整个继电器卡，使得用户备品备件成本大大提高。
参考文献
[1]神华国华发电有限责任公司汽轮机说明书.上海汽轮机厂.
[2]王鹏，潘维加.基于LabVIEW的汽轮机振动监测系统[J].电站系统工程，2007，23（4）：59-61.
[3] 施圣康.汽轮发电机组振动故障诊断技术的发展现状[J].动力工程，2001（4）：1298-1298.
[4] 张广志.汽轮发电机组振动故障的多征兆诊断方法[J].汽轮机技术，2001，43（5）304-305.
机械振动监测 篇5
转子和静子之间的碰摩是旋转机械运行中的常见故障。随着旋转机械向高转速、高效率、大功率方向发展,转子系统动静间隙越来越小,特别是对于转子长、重量大、柔度比较大的大型机组,转子和静子碰摩的机会也越来越多。当前大型机组的碰摩振动故障的发生率仅次于质量不平衡故障的发生率,成为大机组的第二大类振动故障。因而,针对实际使用的旋转机械设备,研究其动静碰摩故障机理和振动特性[1,2,3],进行碰摩故障的状态监测和诊断[4,5,6]分析,对确保机组的安全稳定运行、防止重大事故发生具有重要的理论和实际意义。
本文以动静碰摩转子、静子的振动信号特性为出发点,研究了碰摩振动机理,通过实验对旋转机械在正常情况、轻微局部碰摩和严重局部碰摩三种情况下的动静件振动信号规律和特点进行分析,为信号提取、故障诊断方法研究提供依据。
2 碰摩振动机理分析
在转子系统中,碰摩通常可分为三种情况:单点碰摩、局部碰摩和整圈碰摩。单点碰摩是指转子在旋转过程中,每圈只与静子上的一点相接触的故障现象。局部碰摩是指在旋转过程中,转子与静子上多个点、某一个或几个区域相接触的现象,这是最常见的碰摩形式,通常所说的静子偏摩就属于局部碰摩的一种形式。整圈碰摩是指转子在旋转过程中始终与静子相接触且接触位置沿静子整圈运动的一种碰摩形式,严格来说整圈碰摩只有摩擦效应没有碰撞效应。在碰摩的早期一般是发生单点碰摩或局部碰摩。通过分析转子振动信号的时域波形、频域结构、转子轴心运动轨迹,可以得到反映碰摩故障的基本状态信息。动静碰摩时,转子振动时域波形一般会有削波现象;振动信号中出现亚谐波和高次谐波,是动静碰摩时重要的频谱特征;轴心运动轨迹的形状发生变化亦可作为动静碰摩的重要特征。
转子与静子发生碰摩时,尤其是早期的单点碰摩时,静子会受到一个持续时间极短的脉冲冲击力。冲击力是一宽带信号,所以必然覆盖静子系统的高频固有振动频率,从而引起静子的谐振,这就是碰摩故障引起的静子振动信号的基本特点。
3 碰摩振动监测分析
本文运用多功能转子模拟实验台及丹麦B&K3560C型振动噪声分析装置进行碰摩故障实验和数据采集,实验平台结构如图1所示,实物如图2所示。获取转速从1000r/min到2000r/min下碰摩静子振动信号故障数据进行分析研究。
3.1 碰摩转子振动分析
如图3、图4、图5所示的是在转速1620r/min、1500r/min时,正常状态、轻微局部碰摩和严重局部碰摩故障状态下的转子振动数据,及对其进行频谱分析的结果。每幅图均由图(a)、(b)、(c)、(d)、(e)组成,图(a)为转子轴心运行轨迹图,横坐标为水平方向位移x,纵坐标为垂直方向位移y,单位均为mm;图(b)、(c)分别为x、y方向转子位移波形图,横坐标为时间t,单位为s,纵坐标为水平和垂直方向转子位移量x、y,单位为mm;图(d)、(e)分别为水平和垂直方向转子位移频谱图,横坐标均为频率f,单位为Hz,纵坐标分别为水平和垂直方向转子位移幅值谱X、Y,单位均为mm。
图3为1620r/min转速下正常状态的实测分析结果,可以看到转子运行轴心轨迹为一不规则椭圆,水平方向转子位移幅值谱除包含明显的转频分量外,还包含2、3倍频谐波分量,垂直方向转子位移幅值谱与水平方向基本相同,谐波分量相对弱些,说明转子系统可能存在不对中等其它故障。图4为1500r/min转速下轻微局部碰摩故障状态的实测分析结果,与正常状态相比,轴心轨迹局部发生了轻微畸变,振动频谱则没有明显变化,水平方向振动波形有轻微削波,但不明显。图5为1500r/min转速下严重局部碰摩的实测分析结果,可以看出轴心轨迹的畸变程度大为加重,与正常状态有较明显区别,水平方向振动波形进一步削波加重,振动频谱图上高次谐波成分丰富,且频谱出现了较明显的连续谱成分。
3.2 碰摩静子振动分析
如图6、图7、图8所示的是对应于转子相同工况下静子振动实测数据结果,同样包括正常状态、轻微局部碰摩和严重局部碰摩故障状态下的静子振动数据,并含有频谱分析结果。每幅图由图(a)、(b)、(c)组成,图(a)为静子振动波形图,横坐标为时间t,单位为s,纵坐标为振动加速度V,单位为m·s-2;图(b)为静子振动频谱图,横坐标为频率f,单位为Hz,纵坐标为振动幅值V,单位为m·s-2;图(c)为静子振动频域局部图,横、纵坐标与图(b)相同。
图6为1620r/min转速下正常状态的静子振动实测分析结果,可以看到静子振动信号比较复杂,主要含有与转速有关的背景信号和其他噪声,振动频谱出现了若干处高频区域,幅值相对转频幅值很微弱。图7为1500r/min转速下轻微局部碰摩故障状态的静子振动实测分析结果,振动信号与正常状态相比区别不大,只是转频分量相对减弱。图8为1500r/min转速下严重局部碰摩的静子振动实测分析结果,振动时域波形可以明显看到具有调幅特征的碰摩冲击信号,振动频谱中高频振动分量成分更加丰富。
4 结论
通过分析转子系统在正常情况、轻微局部碰摩和严重局部碰摩三种情况下的动静件振动信号规律和特点,可得到如下结论:
(1)碰摩时转子振动的总体规律是转子轴心轨迹发生畸变,振动波形有削波现象,振动频谱的高倍频成分增加。
(2)静子振动信号对碰摩故障极为敏感,碰摩静子信号的故障特征表现为调制特征,这与机理分析一致。
(3)静子振动碰摩特征克服了碰摩转子振动信号的频谱变化特征不明显、很容易和不平衡等常见故障的特征相混淆等缺陷。
(4)对于实际工程中大型动力机械而言,静子振动信号的测量相对于转子要容易得多。
摘要：研究了旋转机械动静碰摩故障下转子与静子振动信号的变化规律。首先分析了碰摩转子和静子振动机理,通过实验对旋转机械在正常情况、轻微局部碰摩和严重局部碰摩三种情况下的动静件振动信号规律和特点进行分析。分析表明,静子振动信号对碰摩故障极为敏感,碰摩时静子振动信号的故障特征表现为调制特征,该特征可以较好地揭示碰摩故障的发生,为诊断碰摩故障提供了一种新思路。
关键词：旋转机械,碰摩,转子振动,静子振动
参考文献
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[5]杨奕,沈申生.转子早期碰摩故障特征的小波包分析[J].汽轮机技术,2008,50(4):299-302.
机械振动监测 篇6
传统意义上的机械振动检测属于封闭式检测,系统搭建完成后其结构固定不变,系统基本不具有柔性。当被测对象发生改变时,需要对测试系统做较大改动,费时费力且无法确保测试精度。对于特殊位置的检测,如起重机的悬臂、危险场所工作的设备无法提供简洁可靠的方案。为解决这一难题,本文提出了基于单片机和GPRS技术的机械振动远程监控系统。该系统具有柔性好、安装方便、可远距离采集振动信号的优点。
1机械振动远程监控系统结构
基于GPRS的机械振动远程监控系统如图1所示。
该系统主要包括加速度监测、无线通信和监控中心3个部分。其中,加速度监测由加速度计、前置放大器、模数转换器、单片机、显示电路组成。无线通信环节由GPRS模块通过透明转发的形式实现。监控中心为一台工控机,利用高级语言开发监控界面,可以实现振动数据的采集、存储、分析、曲线生成等功能。监控终端所选器件及其性能指标见表1。
加速度信号经过模数转换送入单片机,UART连接电平转换接口MAX232,处理之后送入Saro3150P模块的串行接口,透明转发至GPRS网络。GPRS网络和因特网通过Gi接口相连,上位机再通过Data socket接口接收数据。Data Socket工作原理图见图2。
2单片机电路及程序的实现
远程终端的电路原理如图3所示。传感器信号通过P3.4、P3.5口送入单片机,经过处理之后由P3.0、P3.1送到MAX232芯片实现TTL电平与RS232电平之间的转换,最后送入GPRS模块中发射出去。七段数码管用于数值显示,74LS373用于数据缓存。
单片机程序流程见图4。考虑到无线通信具有可靠性差、抗干扰能力低的特点,因此在通信部分设计了校验方案,当监控中心接收到的数据无法通过校验时,会下行命令要求重发数据,从而保证了监测系统的可靠性。
3监控中心设计
本系统利用VB构建监控中心管理平台,其主要功能包括接收来自终端的通信数据、对数据进行校验判断是否存在误码、远程召唤数据、数据库管理、监测曲线生成等功能。监控画面见图5。实际应用证明,该系统工作稳定,抗干扰能力强,可以满足设计要求。
4结语
本文针对传统振动监测手段所具有的缺点,设计了一种基于单片机的远程振动监控系统,该系统搭建方便、经济实用,控制中心管理软件操作简便,人机界面友好,在实际使用中获得了很好的效果。
摘要：利用GPRS作为通信手段,通过DataSocket技术实现了机械振动远程监控系统。依靠VB强大的数据处理和图形显示能力实现了加速度数据的采集、显示、分析处理。利用51单片机实现被测点的加速度采集,通过单片机与上位机的无线通讯实现加速度数据的实时显示、存储与曲线生成。
关键词：GPRS,远程监控,单片机,机械振动
参考文献
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机械振动监测 篇7
旋转机械状态监测技术对于旋转机械运行安全,降低设备维修费用,提高设备利用率有重大意义。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展,特别是微控制器的出现,使得智能化、数字化仪表的智能监测仪表成为当今世界仪器仪表发展的重要方向。然而,大型监测设备费用太高,而且存在“监测过剩”的问题,为此,设计开发一套便携式旋转机械振动监测系统,对不需安装在线状态监测系统的旋转机械进行振动监测。此便携式监测系统,实现多通道振动数据的实时采集、波形显示、频谱分析和数据存储。同时具备多种接口,能够和PC机通讯、传递数据。PC机进一步进行振动数据的处理,并提供更多、更全面的波形分析。
1 系统设计
1.1 系统总体设计
此监测系统的主要功能是:
(1)通过传感器将采集到的模拟信号送入数据采集模块处理;
(2)可以显示实时数据波形;
(3)可以选择对历史数据或新数据进行时域分析、频域分析或者轴心轨迹分析;
(4)可以对存储的数据文件进行管理。
本嵌入式旋转机械监测系统为了满足数据采集的实时性要求,利用A/D转换器、大规模可编程器件CPLD及高速FIFO构成高速数据采集模块。系统控制由高性能的ARM处理器和Windows CE.net嵌入式操作系统来完成,在Windows CE.net嵌入式操作系统平台上运行EVC (Embedded Visual C++)编写的应用程序,完成参数设置、数据分析、波形显示、用户操作控制、数据存储管理以及电源管理等任务。
1.2 硬件设计
系统硬件部分由ARM核心板(包括ARM、FLASH、SDRAM等)、传感器加CPLD、高速FIFO及A/D转换器组成的数据采集模块、LCD+触摸屏、SD卡存储系统、通讯接口(包括以太网、USB、串行口)等部分组成。结构如图1所示。
本系统核心板采用ARM9、NAND Flash、SDRAM共同搭建。数据采集主要由传感器、A/D转换器、锁相环、CPLD和高速FIFO等组成。振动信号由传感器拾取,经过信号前置调理后,送入A/D转换芯片转换为数字信号,大规模可编程器件CPLD控制A/D的采集和高速存储器FIFO,实现高速数据采集。其原理如图2所示。
振动信号采用振动加速度传感器采集,保证有效地获取旋转机械的高低频振动信号,通过对加速度信号的一次积分,可获取振动的速度信号,通过对振动速度提取振动烈度参数,可有效地分析旋转机械的状态并与国际振动标准相对照。采用锁相环技术,根据旋转机械的旋转速度,由CPLD、A/D转换器、FIFO等实现可动态跟踪转速变化的整周期同步采样。锁相环电路由CD4046来实现,其原理如图3所示。输出频率f2=2Nf1,实现对输入信号频率f1的2N倍频,而相位差保持同步。另外,系统采用了双缓冲技术,经A/D转换后的数据写入FIFO中,当FIFO半满标志有效时,ARM中断服务程序从FIFO中读取数据,而A/D不需等待,可继续转换,并将结果写入FIFO中。这样,以中断方式实现A/D转换数据与ARM之间的高速数据传输,满足数据采集的实时性要求,整体上提高了系统的性能。
系统通过外接一片DM9000以太网MAC芯片扩展了一个10/100M自适应的以太网接口。LCD采用TFT彩屏LCD,带触摸屏,方便实用。电源部分外接12V直流电源,外挂3V电池,以提高系统可靠性能。用MAX1692和MAX6365将外部电源转换成3.3V和5V3.3V提供CPU供电,5V提供A/D供电。系统还具有丰富的通讯接口,如串口、USB HOST和USB DEVICE接口、SD卡接口等。同时,系统设计了JTAG接口,支持ADS,SDT软件的下载、调试以及FLASH的烧写。
1.3 软件设计
软件包括嵌入式操作系统和应用软件两大部分。Windows CE.net嵌入式操作系统是为多种嵌入式系统和产品而设计的紧凑、高效操作系统,是一个多线程、抢先式多任务、可移植、实时的模块化的操作系统。其模块化设计使开发者能够根据多种不同产品进行定制。
Microsoft公司为Windows CE的应用程序提供了开发工具Embedded Visual C++,利用Embedded Visual C++来创建和调试Windows CE.net下的应用程序。应用软件主要由数据采集、数据分析、数据存储管理和系统管理等模块构成。
数据采集模块根据用户选择的参数,对外部振动信号进行整周期同步采样。当FIFO半满标志有效时,执行ARM中断服务子程序。在中断服务子程序中完成对FIFO中数据的读取、分析、波形显示以及数据的存储。其数据采集流程如图4所示。
在数据分析模块中可根据用户选择对已有的历史数据进行回放还是新采集数据进行分析,可进行时域分析、频域分析、轴心轨迹分析等工作。对采集后的信号进行必要的数字滤波后,在时域上分析信号,提取相应的特征信息。所采用的时域分析方法有相关分析、互相关分析、时序分析、直方图等。对时域振动信号进行FFT后,可实现功率谱、幅值谱、相位谱等频域分析。利用安装在同一截面内相互垂直的两个传感器对轴径位移进行测量,将不同时刻的X、Y向位移的矢量和绘制到笛卡尔坐标下,形成轴心轨迹图。轴心轨迹分析非常直观地显示了旋转机械的振动情况,对其图形形状识别是旋转机械故障诊断中非常重要的手段之一。在存储管理模块中,可对SD卡内的历史数据进行管理,包括删除、重命名、上传等。
整个系统启动过程如下:
(1)启动Windows CE.net嵌入式操作系统;
(2)操作系统启动完成后,监测系统应用软件作为一个服务启动;
(3)读取系统时钟,以便在应用软件中使用;
(4)读取系统资源;
(5)进入用户程序界面等待用户输入。
2 结束语
在机械、冶金、电力、石化行业中,旋转机械处于举足轻重的关键地位,对于重要但尚未安装在线状态监测系统的旋转机械进行振动监测也是非常有必要的。本便携式旋转机械振动监测系统具有便携、性能可靠、采集速度快、界面友好、软件功能模块化设计等优点,具有较高的市场价值。
摘要：介绍一种便携式旋转机械振动监测系统。该系统采用ARM9内核的S3C2410为硬件系统核心,利用A/D转换器、大规模可编程器件CPLD及高速FIFO实现高速数据采集。在ARM上移植嵌入式Windows CE.NET作为操作系统,以此为基础开发应用软件。
关键词：便携式,ARM,高速采集,振动监测
参考文献
[1]吴明晖.基本于ARM的嵌入式系统开发与应用[M].北京:人民邮电出版社,2004
[2]汪兵,李存斌,陈鹏.EVC高级编程及其应用开发[M].北京:中国水力水电出版社,2005
风机振动监测系统振动保护的实现 篇8
某电厂二期容量2×1000 MW, 采用哈尔滨锅炉厂生产的超超临界、一次再热变压运行直流锅炉。控制系统为日本日立提供的H5000M。锅炉设有送风机、一次风机、引风机、增压风机各2台, 采用美国本特利公司3500系统和国产SDJ-3L振动监测保护仪实现对风机的监测功能。
1系统简介
锅炉送风机、一次风机、增压风机为动叶可调轴流式风机, 引风机则为静叶可调轴流式风机。风机类型虽然不同, 振动测量方式却大同小异。该电厂机组送风机与一次风机是通过 在风机轴承上1X点 (1:驱动端;X:平行于地 面, 垂直于轴) 安装一个本特利3300压电式加速度传感器测量轴承振 动, 引风机通过安装在壳体上X向和Y向 (Y:垂直于地面, 垂直于轴) 的一对同类型传感器测量壳体振动。二者一并通过中间电缆 传至放置于电子间的本特利3500系统柜内, 再将风机 振动模拟量值传至DCS (DistributedControlSystem, 分散式控 制系统) 和TDM (TestingDataManagement, 试验数据管理系统) 柜内, 进行画面监视报警和日常数据分析。
原3500振动监测系统 模件主要 包括3500/15电源模块、3500/20框架接口模块、3500/32继电器模块、3500/42M四通道监测模块等。其中, 3500/42M模块用于 监测送风 机1X、一次风机1X、引风机壳体1X/1Y振动。监测系 统将4~20 mA电流信号送至DCS系统, 在操作员 站CRT上显示各 风机振动值。
增压风机振动系统则与一次风机、送风机、引 风机大不 相同, 采用江苏江阴第三电子仪器厂SDJ-3L振动监测保护仪, 安装在轴承上1X和1Y点的SZ-6磁电式振动探头进行轴承振动连续监视和测量, 通过延长电缆将振动信号输出至本体附近的二次表内, 该振动二次表带有就地LED实时振动 数据显示 和信号预处理并远传模拟量至DCS功能。即振动模拟量信号通过就地振动二次表输出直接送至DCS。
2存在问题及原因分析
机组运行以来, 多次出现八大风机 (增压风机A/B、送风机A/B、一次风机A/B、引风机A/B) 振动信号失真缺陷导致报警误报, 不但给运行人员监视带来不便, 同时增大了维护人员 工作量。缺陷频发的原因主要有增压风机振动二次表无防雨柜, 导致多雨季节仪表外接线进水, 信号跳变而无测量值;引风机壳体振动探头露置空气中, 导致航空插头时常受外力影响出现虚接和接线松动现象而失去监视;一次风机和送风机振动信号线接地, 导致测量不准确。八大风机工作环境 (日晒、雨淋及高温烟尘) 恶劣, 信号传输距离远, 外界环境电磁干扰导致信号陡增骤降等一系列问题说明现有振动监测系统存在抗干扰能力弱、稳定性差、可靠性低等缺点。
更为紧要的是, 该电厂机组风机振动信号高一值作报警信号、高二值为手动停 风机信号 并未作振 动大跳闸 风机逻辑 保护, 如果运行人员不能及时停运风机, 振动问题将直接威 胁到机组的安全经济运行。但是, 要在原来的振动监测系统上实现振动保护存在风险和难题。增压风机原来用的SDJ-3L振动监测保护仪虽然能提供4~20mA信号, 满足DCS监视要求, 但无法提供保护接点输出, 缺少逻辑组态必备要素;引风机外 部壳体离真正内部轴承还有一段距离, 因此引风机壳体的振动不能客观反映轴振, 远不能作为振动保护信号。还有一个八大风机共存的问题, 就是单点或双点测量不仅不能全面反映风机驱动端和非驱动端振动轴承振动情况, 而且可靠性不满足重要辅机保护信号选取要求, 一旦引入风机跳闸逻辑, 容易造成 保护误动作后果。
3改进方案
根据以上分析, 结合3500系统参数设置灵活、继电器组态方便、图表分析直观等优点, 该厂决定在3500系统基础上进行改造。
(1) 将增压风机振动信号同引风机、一次风机、送风机一样引入3500系统, 取消就地二次表, 装设防雨 接线柜, 降低雨季设备进水信号丢失的风险。引风机探头安装位置 由原来的 壳体改至轴承上, 这样, 探头的内置既防止了外力破坏性影 响又使振动信号测量的准确性达到了保护信号要求。此外, 进一步详细规划了八大风机探头安装位置、方向和数量, 统一在八 大风机驱动端 (用1表示) 和非驱动端 (用2表示) 轴承侧各安装2支本特利加速度传感器, 分别测X向和Y向振动, 即每台风机安有4支探头 (1X、1Y、2X、2Y) , 科学地反映风机振动情况, 也为下一步作保护信号提供可实施性基础。
(2) 3500振动监测系统中3500/42M监测模块改为8块, 用于接收送风机 (A/B) 、一次风机 (A/B) 、引风机 (A/B) 、增压风机 (A/B) 的32路加速度传感器信号, 每台风机1X、1Y、2X、2Y4点接入1个模块, 将模拟量信号传至日立DCS, 通过4取3 (4个信号有3个为1, 则输出为1) 后实现光字报警和保护停风机逻辑功能。八大风机同理, 仅以一次风机为 例, 保护逻辑如图1所示。
(3) 以本特利3500系统为整体规范接地处理, 保证从就地探头、3300监测系统至DCS系统单点接地, 避免接地不当导致信号受干扰。同时, 整个回路按照电缆设计安装规范重新敷设屏蔽铠装电缆, 达到降低外界噪声的影响的目的。
4效果评估
改进后的振动监测系统已投运一年多, 期间运行 正常, 出现缺陷的频率明显下降。原系统缺少风机保护的隐患得到 了整改, 避免了人为手动停风机的延迟性弊端, 真正做到了准确、可靠地连续测量 和保护机 组安全运行。
摘要：对原风机振动监测系统的不足进行了分析, 阐述了在3500系统基础上实现风机振动保护的改进方案, 给风机安全运行提供了可靠性保障。
关键词：风机,3500系统,振动监测系统,振动保护
参考文献
[1]谢麟阁.自动控制原理[M].北京:水利电力出版社, 1991
[2]梁晓明.机组状态监测系统的应用[J].石油化工自动化, 2007 (5)
机械振动监测 篇9
关键词：广清高速；工程爆破；振动监测
前言：广清高速扩建工程位于清远市横荷管理区额坑村附近，近期需进行爆破施工作业，为保障爆破施工不对周围建（构）筑物的结构安全产生不利的影响，广州爆破公司清远分公司委托广东省地震工程勘测中心对该爆破施工进行全程监测，以确定爆破施工振动对周边村庄民房建筑结构安全的影响程度，以监测数据为依据确定爆破时振动的影响程度，为预防纠纷保留法律依据，对不利影响做出相应的处理措施，并为以后的爆破施工提供优化设计参数。
一、振动监测环境及监测仪器介绍
（一）振动监测环境介绍。 广清高速扩建工程爆破监测于
2012年10月29日上午进行，距离爆破施工源最近的横荷管理区额坑村，民居房屋多为2至3层砖混结构，距离振动源最近的建筑物约65米，属砖混结构的民居。
（二）监测仪器介绍。监测仪器使用TC-4850型工程振动监测仪，该仪器系统由振动速度传感器、4850采集记录仪、笔记本电脑以及专用的分析处理软件、供电系统及其它附属设施组成，可同时测量多个分向的振动速度量及振动频率。该型仪器性能优良，灵敏度高，广泛应用在公路、铁路、桥梁、大坝、建筑、隧道、石场、矿场、定向拆除等有工程振动监测需要的现场，同时也被国内各大专院校、科研院所和监理方用于科研教学和工程振动环境监理评估，仪器使用前经过严格标定计量。仪器系统性能指标如下。
通道数：3通道并行采集；采样率：1kHz～50KHz ，多档可调；直流精度：误差小于0.5%；读数精度：达到1‰。振动速度传感器性能指标：转换灵敏度：270、600（mv/cm/s）；横向灵敏度：
10%；频带范围：5-500Hz；最大位移：4mm；最大速度：35 cm/s；输出阻抗：0.4/2.7 kΩ。
进行爆破振动监测时，将仪器架设在预先布设好的监测点上，坠落引起的振动由振源经过地下介质传播到地面，振动传感器监测到振动信号后，将其转换成电信号送入数据采集器中完成放大、采集等一系列工作。
二、监测实施过程
振动监测布置的监测点选取在有代表性的受保护建筑物内振动感觉较明显且受外界干扰较少位置上进行监测，确保了整个监测过程真实可信、科学严谨、合理有序。经过施工现场周边环境调查分析后确定此次爆破分4个监测点进行监测，每个监测点布置振动测量仪器系统一套，均进行垂直向、水平径向和水平切向三个分向振动速度量及振动频率的监测。
三、振动监测及计算
振动监测的考虑重点是保障爆破施工周边的建（构）筑物结构安全。监测伴随爆破施工同步进行，做到了慎密细致，所有参数均经现场确认并有据可查。2012年10月29日16时30分03秒爆破时产生的振动数据，4台仪器记录一次，4个监测点共监测记录了4组工程爆破振动数据。通过振动速度计算公式
公式中：Vt为塌落引起的地面振动速度，单位cm/s；M为下落构件的质量，单位为T（吨）；g是重力加速度，9.8m/s2；H是构件的高度，单位为m（米）；δ为地面介质的破坏强度，一般取10Mpa；R为观测点至冲击地面中心的距离，单位为m（米）；K、β为塌落振动速度衰减系数和指数（通常K取3.37～4.09；β取-1.66～-1.80），其值是在地面没有开挖沟槽、不垒筑土墙减振措施的条件下。每组振动数据包括三个分向的振动速度量以及主振频率，计算出12个工程爆破振动影响有关的振动参数
四、数据处理
本次监测结果评估依据国家标准《中国地震烈度表》（GB/T 17742-1999）和《爆破安全规程》（GB6722-2003）中的相关规定执行，若监测出的结果超过此标准，则说明爆破施工产生的振动对施工区域周围的建筑结构产生了影响，应对相关施工方法作出调整，若监测出的结果不超过此标准，则可以认为该爆破施工振动对附近建筑结构安全不会造成影响。
允许安全振速的确定：本次监测爆破工程场地周边的建筑结构大部分为砖混本次爆破振动监测对象的建筑结构类型属性中泥砖房属于规程中规定的1类保护对象，振动抵抗标准为不超过0.5—1.5 cm/s；砖混结构房屋属于2类保护对象，振动抵抗标准为不超过2.0—3.0 cm/s；结合各监测点的频谱分析结果，考虑到本地段的附近村庄民房的地基情况、目前的现状、当地的地质结构情况等因素，应在国家标准的基础上适当降低允许安全振速的标准，本次评估执行下述标准：安全允许振动速度V≤1.5cm/s。根据规定，结合本次监测的数据处理结果，对于广清高速扩建工程A09标爆破施工而言，2012年10月29日的爆破位于村庄的4个监测点中振动最大的是1.3776cm/s，其它监测数据介于0.4 cm/s—1.2 cm/s之间，上述数据最大值相当于安全控制标准1.5 cm/s的百分之九十一，折合成地震烈度约为Ⅱ度至Ⅲ度之间。
机械振动监测 篇10
4.2.3调制
图9示出了一个被调制的振动信号的轨迹。它看起来与拍相似, 事实上它只有一个分量, 其幅值随时间变化 (调制) 。与拍明显不同的是峰的间距在腹部和腰部是相同的。但腹部的长度可能不同。齿轮故障经常会导致在齿轮转动频率上调制齿轮的啮合频率。
通常振动记录包含两个以上的分量, 并且可能涉及到调制, 也可能还有拍。这样的记录特别难以分析。但分析者可以找到一个记录段, 在这个段里, 一个分量暂时性地占主导地位, 并可得到在那样一段内该分量的频率和幅值。
4.2.4包络分析
包络分析是一个窄频带低量级分量的解调过程, 此时低量级分量被高量级的宽带振动 (脉冲激励的自由振动、齿轮啮合振动和其他) 遮蔽。包络检测为更早并可靠地认识缺陷提供了手段。它是最普遍的应用是齿轮和滚动轴承的分析, 在这里一个低频、一般是低幅值的重复事件 (如一个有缺陷的齿进入啮合, 一个剥落的球或滚柱与保持架碰撞) 就会激发高频共振, 结果高频被缺陷频率调制。一个包络轨迹的例子在图10中显示出来。
应注意被调制的成分需要用窄带滤波器预先分离出来。
4.2.5窄带频谱包络的监测
监测窄带频谱包络可以发现围绕参考频谱的任何包络突破点通常都是报警界限。恒定带宽的包络一般用于恒定转速的机器, 它的频率差在高、低频段谱线是相同的。
恒定百分比带宽的包络与被监测分量之间的频率差 (偏移) 的增加正比于频率的增加。这种方法有优势, 因为所有的谐波分量在小的速度变化范围内将保持相同的频带。
单个频率分量的幅值限有两种类型。恒定百分比偏置是最通用的, 因为它计算最简单, 只需要一个单参考谱。
一个比较有代表性的方法是为包络线上每一段计算一个统计平均值, 然后设定报警限在平均值之上2.5～2.8标准偏差。统计计算需要4或5个高分辨率谱, 并自动计算通常观察得到的机器谱线幅值变化的正常差。
4.2.6轴心轨迹
在同一径向位置上相隔90°安装了两个位移传感器的任何机器都可以进行轴心轨迹分析。对于带有套筒轴承的大型旋转机器, 用轴心轨迹分析确定轴在轴承间隙空间内的运动是适用的。但是, 应注意确保轴心轨迹不能因轴机械的或电气的偏摆而引起不必要的失真。正确的解读轨迹可以判断施加力的性质。确定转轴的正向 (旋转方向) 或反向 (逆旋转方向) 涡动也是有可能的。轴心轨迹可以是未滤波的或是已滤过波的。典型的宽带 (未滤波的) 和单一频率 (已滤波的) 轴心轨迹图示于图11中。
滤波后的同步分量 (1X) 显示是通用的;然而, 为了更深入的描述和解决问题, 其他谐波或次同步频率也可显示在轨迹图上。轨迹图上提供的轴键相信号 (如每转一次的信号) 标记 (点或亮点等) 给出了关于振动频率和旋转频率关系的信息。
轴心轨迹图代表了在测量平面上的旋转轴中心的动态运动。有时称轴心轨迹图为李沙育 (Lissajous) 图。用于轴心轨迹测量的传感器应该是同一类型并且正交安装 (相隔90°) 。如果传感器未正交安装, 轨迹图就会歪斜。在轴心轨迹有切口的情况下, 惯例是采用“空白一亮”表示。空白指示切口开始, 亮指示切口结束。因此, 在图11中, 涡动方向是顺时针的。
轴旋转的方向是顺时针或逆时针取决于视图方向。如果涡动方向与旋转方向相同, 就认为是正向涡动, 反向涡动就是指涡动方向与旋转方向相反。在图11中, 由于旋转方向和涡动方向都是顺时针的, 是正向涡动。
4.2.7轴心平均位置
为了确定轴心平均位置, 位移传感器经常用偏心率表示套筒轴承的相对载荷。由测量信号的直流部分 (即间隙) 测量出的轴颈在轴承中的监测大型机器时是非常有用的。轴心平均位置可以确定合适的轴承抬高量以及正确的轴位置。但是, 需要注意的是, 应避免由于长时间的直流信号的漂移造成的误描述。
4.2.8瞬态振动
变速瞬态振动通常是描述机组在开机和停机期间得到的振动信息。振动数据通常显示成如级联图 (瀑布图) 、波德图、极坐标图 (奈奎斯特图) 、坎贝尔图等格式。
结构的瞬态振动发生在被一瞬时力激励 (该力可能是单个脉冲或一个短时振荡激励) , 当激励停止时, 结构趋向于它的固有频率振动, 系统中的阻尼导致它按指数衰减。
因此, 在激振力停止后结构响应的时间历程是一衰减的正弦波集合。图12给出一个衰减正弦波示例。由于系统的固有模态叠加的复合波形是被瞬时强迫力同时激起的, 一般而言, 比较高的频率分量衰减较迅速, 较高的频率的模态很快被衰减掉, 合成波形逐渐退化为一最低频率模态的有阻尼正弦响应。
滚动轴承的故障通常可以检测到由于球或轴承圈的缺陷引起的重复的高频瞬态响应。
4.2.9脉冲
脉冲响应是机械系统对一冲量的振动响应的时间历程, 此冲量可以表示为F1·dt从t到 (t+Δt) 内的积发, 力F1作用在一个非常短的时间周期Δt内, 见图13。
在许多情况下, 脉冲响应用于识别固定结构的共振频率。
4.2.10阻尼
阻尼是指通过它振动运动被转化为其他形式的能量 (通常是热) , 导致振动的幅值衰减的作用。阻尼的大小c, 一般与振动速度成比例, 即使不是这样的关系, 为了数学分析方便, 它常被假设为这样的关系。系统有一个临界阻尼cc, 它是系统不振荡地恢复到它的平衡位置所要求有的最小阻尼。如果系统的阻尼小于临界阻尼, 系统将作衰减振荡 (见图14和ISO2041) 。对多自由度系统, 一些模态可能小于临界阻尼, 也有些可能大于临界阻尼。
如果一个特定模态的衰减振动的幅值X, 对时间作图, 对数衰减率d可以表示为:
式中n———振幅由X1衰减到Xn+1的循环数。
损耗因数是系统相对阻尼的普通量度。对数衰减率d与
损耗因数h有关, 即h=d/π。
损耗因数也可通过衰减率X′ (每秒分贝) 求出如下:
式中fn———固有频率, 单位为赫兹 (Hz) 。
系统中阻尼的大小c可以用Q表示, Q值是在无阻尼固有频率时的品质因数。品质因数是频率的函数, 是系统动态位移幅值与系统的静态位移 (假如系统被施加一相同量值的恒定的力时) 幅值的比。假如在模态之间没有明显的相互作用, 对于一个特定模态, Q可以由下式得到:
从测量手响应曲线, 在每一个曲线的两侧, 对一个特定的模态Q值可能接近于共振频率fr与半功率点 (0.707倍最大幅值) 两处的频率差的比值。
式中fr———共振频率
Δf=f2-f1———f1和f2是半功率点处的频率
品质因数与对数衰减是通过以下近似关系联系在一起的。
注:如果阻尼很小, Q=1/h。
作为例子, 图15显示了一个从波德图推导Q因数的典型的表示方法。相似的结果可能通过极坐标图得到。
研究旋转机械振动的原因和影响时, 阻尼是一个有用的量。一个接近工作转速的模态要有足够的阻尼, 因此不产生较大的响应时才可以被接受。同样, 阻尼非常小的模态可能非常灵敏, 以致机器响应剧烈, 或者甚至不能通过共振转速。
4.2.11时域平均
每一个信号都包含有与被监测的机器或设备的过程或运动同步的分量, 也有非同步的分量 (有独立于被观测系统之外的来源) 。这些分量可以通过频率分析被分离出来 (见4.3) 。另外一个通用的适用于识别这些事件的技术称为时域平均。在这个过程中, 通过一个参考脉冲或一个触发使每一个数据样本与不同的旋转成分同步。这个平均可以是几个样本到200多个样本在时域中计算, 并且一个谱可以权基于合成的平均时间波形得到。那些与参考信号非同步的时间信号相互之间会逐步渐进地抵消。平均越多越好, 平均次数依赖于应用的需要。
在时域平均时, 每一个记录对应的样本实际是代数相加, 然后除以记录个数。其结果是所要求的重复的波形保存完整, 而所有其他的平均趋于0 (包括其他的重复波形) 。它们衰减的速率等于平均次数的平方根。
注:100次 (个记录) 平均将减少9/10多余的信号;10000次 (个记录) 平均将减少99/100多余的信号。
时域平均可用来识别多转子机器中引起振动的转子。还可以用来检测各种故障, 如造纸机械中失效的齿轮、叶片和滚轮等。
时域平均虽然非常有效, 但不能显示异步事件, 如滑动轴承故障。
频率谱的平均法一般要求稳态的振动状态。如果有一个非稳态的激励频率或变化的转速, 简单的时域平均不再适用。取而代之的是, 信号需要在激励过程的恒定的间隔内采样 (如等转角间距或其他位置, 这可以通过编码器来做) 。频率变换的结果是阶比谱代替了频率谱。对脉冲响应信号, 平均法可以在时域通过事件触发来执行, 如被激励脉冲调节的触发器。