振动监测技术

振动监测技术（精选10篇）

振动监测技术 篇1

一、新装电机振动

新安装的火炬气压缩机及机组的底座是进口的, 而710kW的电机则由国内配套。设备安装完后, 电机单试机发现振动一直超标, 在带压缩机后电机振动仍超标, 最大时达12mm/s, 而压缩机振动正常。

对电机的振动信号进行频谱分析, 得到谱图如图1所示。从图1可看出电机的振动主要频率是工频。对振动再作相位分析, 由于原电机无配置键相测量, 在电机联轴器侧外伸轴上粘贴相位触发信号的反光片, 采集电机振动的相位信号, 发现电机两个对角方向的相位角都相同, 且每个方向从上到下的相位角都相同, 说明电机发生的振动属于扭振。这极可能是安装电机的钢支架刚性不足造成。电机钢支架只是采用四根立柱方钢制作, 其侧面图如图2所示。

对电机振动测试后, 外方安装代表认为, 他们公司制造的电机钢支架是不会出现问题的, 要求电机送回厂做动平衡。电机送回厂做动平衡未发现问题, 电机厂又提高动平衡精度等级。完成上述工作后, 电机再拉回现场安装, 试机振动仍超标, 但压缩机厂的外方代表仍认为振动是由电机动不平衡造成, 再用从国外带来的数据采集器, 在联轴器端加配重, 进行了两天的现场动平衡, 结果仍振。最后对电机钢支架的四面都用钢板加固, 加固后电机的振动最大值为1.9mm/s, 问题解决。

二、滚动轴承外圈松动

2008年2月, 运行中的乙烯裂解装置的锅炉给水泵电机G4110B出现周期性的噪声、振动波动, 波动范围3～7mm/s。

电机正常运行时产生异常噪声, 通常有如下原因: (1) 机械噪声。主要是由电机轴承磨损和缺油造成; (2) 转子轴与轴承松动或轴承外圈松动时, 会使电机在旋转时产生轴向窜动发出噪声; (3) 轴承室不同心、电机径向间隙不均匀等均会产生异常噪声; (4) 罩极式电机的短路环松动或铁芯松动而产生电磁噪声。

为了查找水泵电机噪声源, 对电机前后轴承座进行测试, 测得最大振动位置在电机非联轴器端水平方向, 其值为7.1mm/s, 联轴节端振动值为2.1mm/s, 说明电机故障点应在非联轴器端。对振动信号进行频谱分析得频谱图如图3所示。该电机的转速为2 986r/min, 从图3的频谱看电机振动的主频为三倍频, 除三倍频外, 倍频成分比较丰富。分析认为引起振动的原因应是转动部件有松动。对照电机异常噪声原因应是第二类原因——转子轴与轴承松动或轴承外圈松动。在确定电机产生异常噪声及振动波动原因后, 对电机进行检修。

电机检修发现非联轴器端轴承跑外圈, 轴承与轴承座之间的间隙达0.10mm。对轴承座进行电镀修复后, 电机的噪声及振动波动现象消除。

机械轴承振动状态监测系统的设计 篇2

【关键词】机械轴承；振动状态；监测

前言

风力发电机组对人们的日常生活发挥着重要作用，随着社会的用电需求量越来越高，风力发电机在整个发电系统的地位也日益显著。因此人们对其振动状态监测也逐渐重视起来。风力发电机与其他机械相比，在结构上有着很大不同，其振动状态的正常与否，直接影响到发电机能否正常运行。因此，需要对发电机组的振动状态监测重视起来。

1.发电机组机械轴承振动状态监测的意义

随着社会的发展，人们对电力的需求越来越高，随之而来的就是一系列的能源问题。为了节约能源，当今人们已经研究出了许多新型发电模式，例如水力发电、火力发电、风力发电，这些发电厂也已经在世界的各个角落被建立起来，给人们的生活提供了很大便利。下面将重点介绍风力发电机组的一些状态监测。风力发电机组对环境的要求比较高，因此很多都建立在偏远、人少的地方，这样才能更好的运用风能进行发电。但是，这些恶劣的环境就不可避免的导致人们对发电机组机械轴承振动状态的监测不能及时有效，在发电机组发生故障时也不能及时赶到。而且，现在的情况很多都是在设备发生故障之后才能发现问题，然后相关人员才开始进行整修，就会导致电路中断。这些固有因素都导风力发电机与火力水力发电机组相比，不具有很强的竞争性。长此以往，不能满足风能的发展。风力发电机组的重要性毋庸置疑，因为对于一些偏远地区来说，电缆输入存在很大问题，只能依靠偏远地区的有利地形和風能。风力发电机组在线监测系统是集合了信号采集、在线监测以及信号分析于一体的多功能在线监测诊断分析系统，在线监测和诊断系统能够及时地发现运行异常并报警，可对采集到的数据进行各种分析处理。因此，进行发电机组机械轴承振动状态监测具有重要意义。

首先具有经济性。现在很多行业都存在一种现象，就是在问题发生之后才进行解决，没有很好的监测系统，因为监测系统需要很高的运营成本，就以风力发电机组为例，风电机组恶性事故的发生，导致无法弥补的损失。这些设备通常都是很复杂的设备，而且由于地势偏远，需要特殊的设备才能把它们送到修理厂，这就有很高的运输和修理成本。而且，电力中断会导致一些企业和工厂不能进行正常的生产活动，带来的经济损失也是无法估计的。而且，现在很多设备都已成功应用状态监测系统实现实时监测、状态分析、故障预警与诊断等功能，这些都为风力发电机组的振动状态检测提供了很好的技术支持。

2.风力发电机组常见的振动故障和分析方法

2.1常见的振动故障

最常见的是振动故障是叶片的振动发生问题，因为风力发电机组的原理就是运用风能的运动推动电力的产生，很多时候风力的振动都具有不稳定性，这就导致发电机组的叶片发生故障。振动总是会产生一定的振幅，在一定的振幅范围内通常不会对设备产生影响，但是当风力达到一定强度时，就会引起塔台的共振，引起塔台的震动，很多情况下都会影响电力设备的正常供应。而且，对于风力发电机组附近的居民来说，也会带来一定的安全隐患，风力发电机组的现状决定了这些现象都是不可避免的，因此，相关人员一定要加强对振动状态的监测，只有这样，才能及时检测设备运行的状态，在发生一些故障时及时检测出来，只有及时解决了一些小问题，才能避免更大故障的发生。如果等到设备停止运行时才发现，带来的损失是无法估量的。

2.2设备振动的分析方法

振动信号的频谱分析是研究故障信息的最基本的方法，可提取大部分故障特征。风力发电机组在运行的时候会产生一定的波谱，因此通过对这些波的幅度进行研究，可以知道风力发电机组齿轮箱与轴承的运行频谱，进而得出这些设备的振动情况，这就是所谓的波谱分析法[1] 。有时候一些故障没有明确的数据作为基础，有经验的专家就会运用模糊诊断方法，也就是根据其他的一些征兆判断设备振动的状态。例如在一些波谱分析时，不能得出具体的波动频率，但是很多情况下振动失常会带来设备温度的升高，因此需要引入其他征兆进行判别，如温度、电流等参数变化情况及振动信号的各种趋势分析等，尤其是同频故障的诊断更需借助于它与各种相关量的关系才能做出正确诊断。除此之外，有时候不能直接的出数据，需要进行统计分析。需要把这些振动幅度的数据收集起来，然后运用一定的统计方法，如概率分布、离散分布分析方法。将得出来的数据放在一起，就可以横向进行比较，可以看出来各个设备振动幅度之间的明显不同，这样得出来的结论也更加具有针对性，可以同时得出所有设备的运行情况。为了提高统计分析的准确性，可以在条件允许的情况下运用一些科学方法，例如科学计算机等，方便又精确。

3.机械轴承振动状态监测和故障诊断系统

3.1智能在线振动监测保护系统的设计思想

现在智能在线振动检测系统受到了越来越多的人的追捧。原理是利用当代最先进的机械、微电子和自动化技术，巧妙地实现了信号采集、数据存储、状态监测、异常保护和故障诊断功能[2]。这种设备是针对风力发电机组的特殊运行状态提出来的，如果该系统运行正常，可以有效解决风力发电机组地处偏远、监测不便的问题。发电机组在发生故障时停运和在需要停止的时候却继续运行，都会带来一定的经济损失。该设备的目的就是将这些损失降低到最小，在故障发生前及时进行诊断，这样就可以保护周边人们的生活和生产安全，同时符合了社会工业发展的必然趋势，可以最大程度的提高社会效益。

3.2智能在线振动监测保护系统的技术

风力发电机组承受着重要的任务，它需要监测的成分有很多，例如风的方向和风力大小，设备运行的状态，各个机械轴承的振动频率。它包括很多版块，例如数据采集板块、智能报警板块、自动输入板块、横向比较板块。通过计算机的智能分析，就可以把需要的数据直接统计出来，方便相关工作人员进行管理和监测，并针对一些具体情况及时进行调整。

3.3智能在线故障诊断系统的主要功能和特点

故障诊断系统可以进行自动诊断，它可以自动分析一些检测系统得出来的数据，并自动对这些数据进行分析，在无人看守的时候，工作人员只需要对它输入一些相关程序，系统就可以自动解决一些简单的故障问题，这样就可以使诊断更加具有实效性和及时性，避免更大的损失发生。但是该智能系统对技术含量的要求很高，这种诊断系统目前处于试运行阶段，还有很长的路要走，相关研究人员要继续努力，使这项造福于人民的智能系统完善和发展起来。

结束语

通过以上的分析可以看出，风力发电机组的机械轴承振动状态监测具有重要意义，因此国家应该大力鼓励在线监测系统和诊断系统的研究，进一步提高监测系统的完善性和技术性，只有这样，才能维护风力发电的正常运行，才能更好地造福于人类。

参考文献

[1]王瑞闯，林富洪.风力发电机在线监测与诊断系统研究[J].华东电力，2009.

[2]龚敏明，王占国，郭宏榆.风力发电机组振动监控与分析系统的研究[J].生产一线，2009.

作者简介

应用振动监测技术诊断风机故障 篇3

1. 引风机不平衡故障

碱炉引风机 (型号ESLP-225-7-LGO-2970-2-1-YO) 属于极重要设备, 被列为重要监测对象, 离线振动采集周期1个月, 对设备的运行状态进行持续性的跟踪。

该风机随机带有1套在线SPM振动报警系统及1套温度报警系统, 2010年9月9日在线振动系统报警, 离线采集振动数据发现振动总值有较大幅上升, 分析频谱 (图1) 发现1×转频占绝对能量, 叶片的通过频率7×存在但幅值较低, 无其他明显的峰值, 振动总值水平方向最高;加速度包络振动趋势平稳, 未发现轴承缺陷频率。

通常速度频谱中1×转频高可能由地脚松动、不平衡及不对中等引起, 查看风机安装后的对中记录, 对中良好, 检查风机地脚螺栓未见松动;对比之前的频谱, 相同转速下1×转频幅值较低, 由此可初步推断风机存在不平衡现象。询问工艺人员, 发现该风机的电除尘器近一段时间运行不畅, 由此认为风机叶轮积灰引起不平衡故障, 建议计划停机时检查冲洗叶轮。9月14日工艺停机时间清洗了叶轮, 重新开机后设备运行稳定, 振动值恢复正常水平。

2. 引风机电机轴承电腐蚀

工业锅炉燃烧的稳定性和可靠性是实现锅炉安全经济运行的关键, 锅炉炉膛的负压是一个重要的控制参数, 炉膛负压控制方式是由电动或气动执行器控制引风机挡板开口度或者调节引风机的转速, 即调节引风量达到调整燃烧的效果。由于调节风机电机的转速即直接调节风量来实现锅炉负压自动调节控制, 能够更好地满足生产要求, 又达到了节电和节省燃料的目的, 因此应用越来越广泛, 但同时对变频运行的电机及控制系统提出更高的要求。

引风机电机转速992r/min、690V变频调速、功率1800kW;DE端轴承型号6334、NDE端轴承型号6330。电机6月开始运行, 8月份离线采集振动数据分析, 加速度包络频谱中峰值主要为两倍线频率, 无轴承缺陷频率峰值;9月份在2#、3#电机风扇端加速度包络频谱中发现轴承外圈缺陷频率, 包络总值上升明显, 1#、4#电机风扇端包络频谱中也出现轴承外圈缺陷频率, 但包络总值相对较低。鉴于上述现象, 缩短采集振动数据的周期, 跟踪故障发展的趋势, 分析振动原因 (表1) 。

电机是进口新电机, 调试时轴承已经补充了润滑脂, 基本排除了润滑或轴承质量因素。4台相同的电机几乎同时出现相类似的频谱, 可以确定为同一因素引起的故障。电机全部变频运行, 根据碱炉的负压自动调节转速, 由此怀疑电机轴承出现了变频电机常见的电蚀损伤。经检查电机没有相应的防轴电流的措施, 变频器输出端没有滤波装置, 电源可能存在高频谐波分量;轴承为普通轴承, 电机风扇端端盖有绝缘套, 但不能肯定起隔离作用;电机轴上没有碳刷等接地装置。由此推断轴承出现电蚀损伤。由于生产需要碱炉继续高负荷运行, 建议适当润滑电机轴承。11月监测风扇包络总值继续大幅上升 (表1) , 电机驱动端也出现轴承缺陷频率, 因此建议计划停机或负荷低时拆检轴承。2011年1月份碱炉降荷运行, 维修人员逐台拆检电机前后端轴承, 轴承内外圈均出现较深的“搓衣板”式的电腐蚀损伤。

3. 烟气再循环风机轴承润滑不良

驱动端轴承6034 (两个) , 叶轮端轴承23034, 转速1500r/min。

风机9月开机后监测发现风机驱动端加速度包络频谱中存在6034轴承外圈缺陷频率谐波, 包络总值达到10g′E, 速度频谱中轴承缺陷频率峰值很小, 主要为风机1×转频, 叶轮端频谱正常。鉴于上述情况, 缩短了振动数据采集周期, 持续监测设备振动趋势。2011年2月15日, 采集数据时发现叶轮端包络总值大幅上升, 达到39g′E, 加速度包络频谱中主要为23034轴承外圈缺陷频率, 同时在速度频谱中也发现轴承缺陷频率, 驱动端振动趋势较平稳。由于在较短的时间内, 叶轮端轴承出现缺陷频率并且振动总值大幅升高, 因此建议维修人员尽快拆检轴承。

28日车间拆检轴承, 发现23034外圈严重剥落, 润滑油中含水量较高, 对冷却水系统打压试验未见渗漏, 分析诊断为烟气中水分较高, 透过轴封烟汽进入到轴承室, 轴承因润滑不良而出现损伤。

4. 总结

(1) 应用SKF加速度包络技术能够发现早期滚动轴承、齿轮润滑等表现在高频段的故障, 同时设置速度频谱可有效发现转子不平衡、轴不对中、轴弯曲、转子偏心、共振等机械故障。

振动监测技术 篇4

关键词：减速机 齿轮 振动测试 故障诊断

0 引言

石钢公司轧钢厂大棒线全线由达涅利公司设计，2004年6月投产运行至今。其设备工艺流程为：加热炉-轧机（粗轧-中轧-精轧）-冷床-锯-成品收集，其中轧机设备作为轧钢工序的核心部分，对整个工序产能发挥起决定性作用。轧机设备按照工艺顺序分为粗轧、中轧、精轧三个部分。在轧钢设备中，减速机作为最主要的动力传输装置，其机器故障通常是由振动造成的，整条生产线的工作状况往往受到减速机运行状态的影响和制约。对于减速机来说，其故障主要出现在轴承和齿轮部位。因此，在减速机出现发生故障时，需要对减速机的齿轮进行重点分析。在运行过程中，由于齿轮间的正常磨损与疲劳，以及制造、装配精度比较差等原因，在一定程度上容易造成齿轮发生故障。齿轮作为一种高度复杂的成形零件，在机械加工过程中，与其它零件相比，无论是制造，还是装配精度，齿轮的机械加工都比较低。随着现代机械的广泛应用，对齿轮的传动提出新的要求：一方面在高速、重载等条件下要求齿轮能够正常工作；另一方面要求齿轮的工作性能具有更高的平稳性和可靠性，以及结构紧凑等，在这种情况下，进一步增加了引发齿轮发生故障的因素。根据国外研究资料统计结果显示，在旋转机械故障中，齿轮失效占10.3%。因此， 需要不断提高齿轮传动的可靠性，同时定期对机械设备中的齿轮进行监测，进而在一定程度上确保机械设备安全、平稳地运行。

1 故障踪迹分析和监测点的布置

1.1 减速机故障踪迹分析[1]

在石钢公司轧钢厂，大棒工序生产线粗轧机组安装的减速机机组总共5个，自2014年1月份以来，在工作过程中，2号减速机组的振动比较大，进而对轧机的正常运行产生严重的影响。我们初步分析了减速机振动的来源，如图1所示，通过分析可知造成减速机产生振动异常的因素是：①轧机，即负载传来的振动；②减速机的齿轮啮合和轴承损坏；③电机和减速机之间的联轴器不对中，及同轴度误差超标等。

1.2 传感器监测点布置

为了对齿轮机的故障原因进行准确定位，需要对减速机系统的振动加速度进行相应的测试，其传动简图，以及布置的加速度传感器测点，如图2所示，在高速轴Ⅱ上布置1测点传感器，在低速轴Ⅴ上布置2测点传感器，同时测量水平方向的振动情况。测试参数为：采样频率、分析频率分别为5120Hz、2000Hz，采样点数为2048。

1.3 测试仪器介绍

HY-106B测振仪是一种便携式振动测量设备，借助这种测量设备，通常情况下，能够对振动的加速度、烈度（速度）等进行直接的测量，这种测量仪器具有较宽的测量范围，并且具有最大值保持功能，同时这种设备有相应的处理软件，能够对所测数据进行分析。对于HY-106B振动信号分析仪来说，一般具有8通道，经过相应的扩展处理，其最大有32个通道，能够对微小振动、超强振动等实施测量，其储存的测点数据可以超过1000组，该设备能够对信息进行管理，同时与微机实现通信，进而在一定程度上能够对现场进行相应的监测，借助处理软件，能够对状态、趋势等进行监测和分析。

2 测试结果与故障排除

在减速机Ⅱ轴（高速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图3所示。在减速机Ⅱ轴（高速） 设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图4所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图5所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图6所示。

通过分析，可知测点1的振动加速度为0.5g，并且有上升的趋势，明显超出正常范围，为进一步查明故障原因，通过频谱对测点1、2进行分析。通过对时域波形图进行分析可知，高速轴（测点1）的时域振动波形存在冲击信号，如图3所示，脉冲间隔0.073s，频率值13.7Hz。低速轴（测点2）振动波形比较正常，如图5所示。通过对减速机各测点频谱图进行深入分析，可以看出，无论是高速轴，还是低速轴都存在连续低分量，如图4、图6所示。通过上述分析，在齿轮啮合冲击方面，高速轴（Ⅱ轴）比较大，低速轴（Ⅴ轴）相对好一些。可见，齿轮啮合是减速机振动的主要振源，由轴承故障造成的振动相对较小，结合前面的分析可以进一步判定高速轴齿轮出现问题。随即决定打开减速机东侧观察孔检查，发现Ⅱ轴锥齿轮断齿一条，长度约为齿长的2/3，相邻齿同样位置亦有裂纹（见图7）。

诊断结果与实际故障相符，在随后的故障处理时我们更换了该锥齿轮，更换完毕后试车时再次对同一部位进行测量时，测点1，2的振动幅度明显降低，2#减速机的振动明显减小，机组运行恢复正常。

3 结束语

振动监测判断减速机故障状态是精密点检参与故障诊断技术中一次成功的实践。本次2#减速机案例使我们深刻地意识到设备状态监测工作开展的必要性与重要性。由于实施了有效的振动监测，对减速机设备状况进行有效的诊断分析，同时进行了预防和维修，进而在一定程度上避免了故障的进一步恶化，为棒材正常生产奠定基础。本次案例为以后的PMS监测工作积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]钟秉林，黄仁.机械故障诊断学[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]易良榘.简易振动诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]何正嘉.机械设备非平稳信号的故障诊断原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]黄永强.陈树勋.机械振动理论[M].北京：机械工业出版社，1996.

作者简介：

赵立刚（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。

刘瑞落（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。endprint

摘要：本文基于棒材连轧主减速机的工作原理对减速机产生振动信号的机理，以及减速机的故障特点进行研究分析，由于不同的故障引起的不同形式的振动，从减速机外部的传感器获取的振动信号对故障特征信息进行分析，进而为诊断减速机的故障提供参考依据。

关键词：减速机 齿轮 振动测试 故障诊断

0 引言

石钢公司轧钢厂大棒线全线由达涅利公司设计，2004年6月投产运行至今。其设备工艺流程为：加热炉-轧机（粗轧-中轧-精轧）-冷床-锯-成品收集，其中轧机设备作为轧钢工序的核心部分，对整个工序产能发挥起决定性作用。轧机设备按照工艺顺序分为粗轧、中轧、精轧三个部分。在轧钢设备中，减速机作为最主要的动力传输装置，其机器故障通常是由振动造成的，整条生产线的工作状况往往受到减速机运行状态的影响和制约。对于减速机来说，其故障主要出现在轴承和齿轮部位。因此，在减速机出现发生故障时，需要对减速机的齿轮进行重点分析。在运行过程中，由于齿轮间的正常磨损与疲劳，以及制造、装配精度比较差等原因，在一定程度上容易造成齿轮发生故障。齿轮作为一种高度复杂的成形零件，在机械加工过程中，与其它零件相比，无论是制造，还是装配精度，齿轮的机械加工都比较低。随着现代机械的广泛应用，对齿轮的传动提出新的要求：一方面在高速、重载等条件下要求齿轮能够正常工作；另一方面要求齿轮的工作性能具有更高的平稳性和可靠性，以及结构紧凑等，在这种情况下，进一步增加了引发齿轮发生故障的因素。根据国外研究资料统计结果显示，在旋转机械故障中，齿轮失效占10.3%。因此， 需要不断提高齿轮传动的可靠性，同时定期对机械设备中的齿轮进行监测，进而在一定程度上确保机械设备安全、平稳地运行。

1 故障踪迹分析和监测点的布置

1.1 减速机故障踪迹分析[1]

在石钢公司轧钢厂，大棒工序生产线粗轧机组安装的减速机机组总共5个，自2014年1月份以来，在工作过程中，2号减速机组的振动比较大，进而对轧机的正常运行产生严重的影响。我们初步分析了减速机振动的来源，如图1所示，通过分析可知造成减速机产生振动异常的因素是：①轧机，即负载传来的振动；②减速机的齿轮啮合和轴承损坏；③电机和减速机之间的联轴器不对中，及同轴度误差超标等。

1.2 传感器监测点布置

为了对齿轮机的故障原因进行准确定位，需要对减速机系统的振动加速度进行相应的测试，其传动简图，以及布置的加速度传感器测点，如图2所示，在高速轴Ⅱ上布置1测点传感器，在低速轴Ⅴ上布置2测点传感器，同时测量水平方向的振动情况。测试参数为：采样频率、分析频率分别为5120Hz、2000Hz，采样点数为2048。

1.3 测试仪器介绍

HY-106B测振仪是一种便携式振动测量设备，借助这种测量设备，通常情况下，能够对振动的加速度、烈度（速度）等进行直接的测量，这种测量仪器具有较宽的测量范围，并且具有最大值保持功能，同时这种设备有相应的处理软件，能够对所测数据进行分析。对于HY-106B振动信号分析仪来说，一般具有8通道，经过相应的扩展处理，其最大有32个通道，能够对微小振动、超强振动等实施测量，其储存的测点数据可以超过1000组，该设备能够对信息进行管理，同时与微机实现通信，进而在一定程度上能够对现场进行相应的监测，借助处理软件，能够对状态、趋势等进行监测和分析。

2 测试结果与故障排除

在减速机Ⅱ轴（高速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图3所示。在减速机Ⅱ轴（高速） 设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图4所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图5所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图6所示。

通过分析，可知测点1的振动加速度为0.5g，并且有上升的趋势，明显超出正常范围，为进一步查明故障原因，通过频谱对测点1、2进行分析。通过对时域波形图进行分析可知，高速轴（测点1）的时域振动波形存在冲击信号，如图3所示，脉冲间隔0.073s，频率值13.7Hz。低速轴（测点2）振动波形比较正常，如图5所示。通过对减速机各测点频谱图进行深入分析，可以看出，无论是高速轴，还是低速轴都存在连续低分量，如图4、图6所示。通过上述分析，在齿轮啮合冲击方面，高速轴（Ⅱ轴）比较大，低速轴（Ⅴ轴）相对好一些。可见，齿轮啮合是减速机振动的主要振源，由轴承故障造成的振动相对较小，结合前面的分析可以进一步判定高速轴齿轮出现问题。随即决定打开减速机东侧观察孔检查，发现Ⅱ轴锥齿轮断齿一条，长度约为齿长的2/3，相邻齿同样位置亦有裂纹（见图7）。

诊断结果与实际故障相符，在随后的故障处理时我们更换了该锥齿轮，更换完毕后试车时再次对同一部位进行测量时，测点1，2的振动幅度明显降低，2#减速机的振动明显减小，机组运行恢复正常。

3 结束语

振动监测判断减速机故障状态是精密点检参与故障诊断技术中一次成功的实践。本次2#减速机案例使我们深刻地意识到设备状态监测工作开展的必要性与重要性。由于实施了有效的振动监测，对减速机设备状况进行有效的诊断分析，同时进行了预防和维修，进而在一定程度上避免了故障的进一步恶化，为棒材正常生产奠定基础。本次案例为以后的PMS监测工作积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]钟秉林，黄仁.机械故障诊断学[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]易良榘.简易振动诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]何正嘉.机械设备非平稳信号的故障诊断原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]黄永强.陈树勋.机械振动理论[M].北京：机械工业出版社，1996.

作者简介：

赵立刚（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。

刘瑞落（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。endprint

摘要：本文基于棒材连轧主减速机的工作原理对减速机产生振动信号的机理，以及减速机的故障特点进行研究分析，由于不同的故障引起的不同形式的振动，从减速机外部的传感器获取的振动信号对故障特征信息进行分析，进而为诊断减速机的故障提供参考依据。

关键词：减速机 齿轮 振动测试 故障诊断

0 引言

石钢公司轧钢厂大棒线全线由达涅利公司设计，2004年6月投产运行至今。其设备工艺流程为：加热炉-轧机（粗轧-中轧-精轧）-冷床-锯-成品收集，其中轧机设备作为轧钢工序的核心部分，对整个工序产能发挥起决定性作用。轧机设备按照工艺顺序分为粗轧、中轧、精轧三个部分。在轧钢设备中，减速机作为最主要的动力传输装置，其机器故障通常是由振动造成的，整条生产线的工作状况往往受到减速机运行状态的影响和制约。对于减速机来说，其故障主要出现在轴承和齿轮部位。因此，在减速机出现发生故障时，需要对减速机的齿轮进行重点分析。在运行过程中，由于齿轮间的正常磨损与疲劳，以及制造、装配精度比较差等原因，在一定程度上容易造成齿轮发生故障。齿轮作为一种高度复杂的成形零件，在机械加工过程中，与其它零件相比，无论是制造，还是装配精度，齿轮的机械加工都比较低。随着现代机械的广泛应用，对齿轮的传动提出新的要求：一方面在高速、重载等条件下要求齿轮能够正常工作；另一方面要求齿轮的工作性能具有更高的平稳性和可靠性，以及结构紧凑等，在这种情况下，进一步增加了引发齿轮发生故障的因素。根据国外研究资料统计结果显示，在旋转机械故障中，齿轮失效占10.3%。因此， 需要不断提高齿轮传动的可靠性，同时定期对机械设备中的齿轮进行监测，进而在一定程度上确保机械设备安全、平稳地运行。

1 故障踪迹分析和监测点的布置

1.1 减速机故障踪迹分析[1]

在石钢公司轧钢厂，大棒工序生产线粗轧机组安装的减速机机组总共5个，自2014年1月份以来，在工作过程中，2号减速机组的振动比较大，进而对轧机的正常运行产生严重的影响。我们初步分析了减速机振动的来源，如图1所示，通过分析可知造成减速机产生振动异常的因素是：①轧机，即负载传来的振动；②减速机的齿轮啮合和轴承损坏；③电机和减速机之间的联轴器不对中，及同轴度误差超标等。

1.2 传感器监测点布置

为了对齿轮机的故障原因进行准确定位，需要对减速机系统的振动加速度进行相应的测试，其传动简图，以及布置的加速度传感器测点，如图2所示，在高速轴Ⅱ上布置1测点传感器，在低速轴Ⅴ上布置2测点传感器，同时测量水平方向的振动情况。测试参数为：采样频率、分析频率分别为5120Hz、2000Hz，采样点数为2048。

1.3 测试仪器介绍

HY-106B测振仪是一种便携式振动测量设备，借助这种测量设备，通常情况下，能够对振动的加速度、烈度（速度）等进行直接的测量，这种测量仪器具有较宽的测量范围，并且具有最大值保持功能，同时这种设备有相应的处理软件，能够对所测数据进行分析。对于HY-106B振动信号分析仪来说，一般具有8通道，经过相应的扩展处理，其最大有32个通道，能够对微小振动、超强振动等实施测量，其储存的测点数据可以超过1000组，该设备能够对信息进行管理，同时与微机实现通信，进而在一定程度上能够对现场进行相应的监测，借助处理软件，能够对状态、趋势等进行监测和分析。

2 测试结果与故障排除

在减速机Ⅱ轴（高速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图3所示。在减速机Ⅱ轴（高速） 设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图4所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度时域图如图5所示。在减速机Ⅴ轴（低速）上设置振动加速度传感器，其振动加速度频谱图如图6所示。

通过分析，可知测点1的振动加速度为0.5g，并且有上升的趋势，明显超出正常范围，为进一步查明故障原因，通过频谱对测点1、2进行分析。通过对时域波形图进行分析可知，高速轴（测点1）的时域振动波形存在冲击信号，如图3所示，脉冲间隔0.073s，频率值13.7Hz。低速轴（测点2）振动波形比较正常，如图5所示。通过对减速机各测点频谱图进行深入分析，可以看出，无论是高速轴，还是低速轴都存在连续低分量，如图4、图6所示。通过上述分析，在齿轮啮合冲击方面，高速轴（Ⅱ轴）比较大，低速轴（Ⅴ轴）相对好一些。可见，齿轮啮合是减速机振动的主要振源，由轴承故障造成的振动相对较小，结合前面的分析可以进一步判定高速轴齿轮出现问题。随即决定打开减速机东侧观察孔检查，发现Ⅱ轴锥齿轮断齿一条，长度约为齿长的2/3，相邻齿同样位置亦有裂纹（见图7）。

诊断结果与实际故障相符，在随后的故障处理时我们更换了该锥齿轮，更换完毕后试车时再次对同一部位进行测量时，测点1，2的振动幅度明显降低，2#减速机的振动明显减小，机组运行恢复正常。

3 结束语

振动监测判断减速机故障状态是精密点检参与故障诊断技术中一次成功的实践。本次2#减速机案例使我们深刻地意识到设备状态监测工作开展的必要性与重要性。由于实施了有效的振动监测，对减速机设备状况进行有效的诊断分析，同时进行了预防和维修，进而在一定程度上避免了故障的进一步恶化，为棒材正常生产奠定基础。本次案例为以后的PMS监测工作积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]钟秉林，黄仁.机械故障诊断学[M].北京：机械工业出版社，1997.

[2]易良榘.简易振动诊断现场实用技术[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]何正嘉.机械设备非平稳信号的故障诊断原理及应用[M].北京：高等教育出版社，2001.

[4]黄永强.陈树勋.机械振动理论[M].北京：机械工业出版社，1996.

作者简介：

赵立刚（1982-），男，河北石家庄人，河北钢铁集团石钢公司，助理工程师，研究方向：设备运行管理。

振动监测技术 篇5

通过检测振动信号, 我们发现振动性质和特征不仅与故障有关, 还与系统的固有属性有关, 比如同一故障发生在不同部位, 故障激励传递通道不同, 这样就导致其振动特征和响应会有不同, 这样我们可以建立不同的响应算法, 最后能得到较准确地判断故障位置。

1 轧钢机械的常见故障及其诊断方法

旋转机械常见的故障, 根据转子式和振动性质的不同, 可以分为:转子不平衡、转子不对, 基部或组装松散、转子和定子摩擦, 感应电机振动、滚动轴承故障, 齿轮机构的振动等等。

1.1 转子不平衡振动特征

旋转机械中最常见的故障就是不平衡。不平衡产生的原因是多方面的, 如安装偏心度差, 这样造成与宽松的轴装配松动。往往松动常和不平衡会一起产生, 这种数学关系表现为非线性的振动特征。地脚松动引起的振动, 在这个方向特征很明显, 一般是垂直方向的振动强烈, 其他方向不明显。如果是零件配合松动, 那么这样引起的振动, 表现在方向上的特征并不明显。

1.2 电机振动故障产生特征

电动机是一种典型的旋转机械, 在机械故障的表现方面具有旋转机械的共同特点, 如存在转子不平衡, 转子不对中、松动、摩擦等故障类型。电机的振动故障特点包括机械和电气两方面, 机械方面的振动故障, 例如转子与定子间磁隙不均匀导致电机的异常振动, 电压不稳定或者匝短路等也会造成电机的振动异常。电气方面的振动故障表现为:当突然给电机断电, 振动立即停止, 通过这一点, 我们可以判断存在电气方面的故障, 当突然给电机断电, 振动不会立即停止, 则属于机械故障。

1.3 滚动轴承故障

滚动轴承旋转机械转子系统包括外圈、内圈, 保持架等组件。对滚动轴承振动诊断的分析方法是:滚动轴承的每个部件都有它自己的故障特征频率。滚动轴承的故障特征频率 (简化计算) 为:内圈通过频率F=0.6Z-Fr, 外圈通过频率F=0.4Z·Fr, 保持架通过频率F:0.4Fr, 其中z为滚动体个数, n为轴承内圈回转频率。

1.4 齿轮机械的振动特征及诊断

齿轮是轧钢机械重要的组成部分, 它的运行状态直接影响轧钢机组的正常工作。根据统计抽样结果表明, 齿轮损坏的概率:齿面磨损、齿根断裂分别占41%和31%。先看看啮合频率和振幅波动;二是看啮合频率谐波分布;三是看变频, 齿轮故障使的振动能量增加, 边缘频率、幅度也增加, 在齿轮箱的各种配件中, 失败的比率60%, 可见在各部分的比例最大的是齿轮故障, 由于负载波动幅度调制而产生的旋转速度波动。通过振动诊断判别齿轮状态, 最有效的方法是分析齿轮振动功率谱的变化, 其次分析倒频谱。

2 实例诊断分析

现对轧机振动状态的检测主要基于振动传感器, 数据采集, 软件等现有设备, 以连轧厂为例, 应用振动故障诊断技术对其进行了全面的分析和诊断。

2.1 振动

6个月后的振动指数并没有显著增加, 表明振动系列和能量无变化, 小部分破碎的齿振动上的指标不敏感, 这也说明了设备状态良好。

2.2 时域波形

时域波形可以明显看到波动包括周期性冲击, 图谱波形突然上升和突然衰减, 很可能突然产生故障。通过计算65.6ms的休克期, 频率为15.244hz, 电机的速度是914r/s, 变频15.244hz。可见, 输入轴 (轴) 的旋转频率和齿轮旋转频率的十分吻合。它可以判断故障发生在输入轴, 并初步判断输入轴齿轮齿面损坏的可能。

2.3 自相关分析

在自相关图上可以看到图形融合异常, 在图形一个节点处往往偏离, 它可以得出的信号存在差异。在这个冲击周期的时间内, 时域脉冲在相关域判定被确认。

2.4 概率密度统计域

发现在振动信号坡度达到4.013, 远远超出正常范围。正常轧制过程, 载荷波动会造成坡度略超过标准, 坡度4.013的情况可能是齿轮齿面损坏。

2.5 诊断结论和反馈信息

从以上的分析可以确定该故障影响轧机的原因可能确定是轴承故障, 此故障最有可能发生齿轮断裂或失效。

基于振动监测和故障诊断技术, 它是建立在多学科基础上的综合新技术, 是基于大量的数据监测, 分析数据并进行数据统计基础上形成的数学模型, 涉及旋转机械的振动, 运用检测设备的工作原理是应用振动信号的分析方法以及旋转机械故障信号的判断方法。出现设备故障应早发现, 早治疗, 避免进一步恶化。轧钢设备故障的检测是一个复杂的项目, 利用振动监测故障, 一方面可以减少误差, 同时也降低了工人的劳动强度, 为企业创造了经济效益, 值得我们继续推广应用。

摘要：根据设备的振动故障诊断, 对这项技术进行较全面的介绍, 介绍了诊断技术在轧钢机器故障检测中的应用。本文指出诊断技术是一种基于时间、频率以及相关的方向的判断方法, 振动检测对轧钢机械故障发展趋势具有进行预测分析的能力。

关键词：轧钢机械,振动监测,故障诊断

参考文献

[1]阎亦诵.工程机械振动分析[M].上海:同济大学出版社, 2007.

[2]张哲松.旋转机械振动监测及故障诊断[M].北京:机械工业出版社, 2005.

振动监测技术 篇6

关键词：除尘风机,联轴器,振动监测,故障分析与诊断

0 引言

除尘排潮风机的安全运行关系到生产环境和生产工人的健康和安全。传统的机组的运行状态检查,均通过人工巡回检查,特别是针对振动或温度异常的机组,只能凭维修工人的经验和感觉判断机组运行异常的原因,难以准确地判断机组异常故障的性质、原因和部位,给科学检修带来难题。

针对设备管理和检修存在的问题,企业购置了先进的振动监测和数据采集分析仪器,并选送得力人员参加相关振动监测与故障分析诊断的培训,以最快的速度将先进仪器和技术应用到设备管理中,建立起以振动监测和故障分析诊断为基础的设备预测性维护和管理体系。

1 除尘风机机组的振动监测

目前针对除尘风机机组采用便携式振动采集分析仪器进行振动数据采集,该仪器为新西兰况得实仪器有限公司的vb7双通道振动采集分析仪器。通过随机配置的两个加速度传感器实现对机组不同振动监测点的数据采集,仪器本身可以在现场进行各种测量分析,并可结合随机配套的Ascent分析软件系统进行更加详细地分析和诊断。

1.1 机组运行情况

2011年3月8日,在对延吉卷烟厂动力车间C15除尘风机机组的巡回检查中发现机组振动明显增大,为查清机组振动异常原因,设备工程处技术人员,以新进购置的vb7双通道振动分析仪器对机组进行振动数据采集。

1) 风机技术参数:

型号:DZ10-20No8DS;叶片数:12;轴承型号:6317(SKF);联轴器螺栓数为12个。

2) 电动机技术参数:

型号:Y280M-2;额定功率:90 kW;额定转速:2 970 r/min;轴承型号:6314(SKF);风扇叶片数: 6 片。

1.2 机组振动采集测点布置(图1)

2 分析诊断

2.1 分析

采集的振动数据显示,机组振动异常主要集中在联轴器两侧的轴承座部位。故以下分析主要针对电动机和风机驱动轴承座上获得的振动数据。

电动机驱动端轴承(电动机前轴承)座:水平、垂直和轴向振动频率主要为电动机转子旋转频率及其倍频;垂直方向振动2倍频(2倍于电动机转子转速的频率)振动幅值远大于1倍频(与电动机转子转速相同的频率)幅值;轴向振动则以1倍频振动为主,且振动幅值最大;频谱中发现1倍频、2倍频、3倍频有稳定的高峰,且4～10倍频分量存在,但幅值较小,根据ISO18436-2国际振动分析培训知识(在此不做赘述),判定电动机与风机联轴器存在对中故障。详见谱图分析。

2.2 诊断意见

电动机与风机联轴器存在对中故障建议:检查电动机与风机联轴器,重新进行对中处理。

3 振动数据及谱图分析

电动机驱动端轴承测点(M2):图2显示,水平方向振动的主要频率成分为转子工频及其倍频,但其2倍频幅值与1倍频幅值相比较小,而垂直方向谱图如图3所示则表现为2倍频振动分量幅值与1倍频幅值相比则较大,可以解释为机组联轴器平行不对中偏差主要为电动机轴和风机轴的高、低误差较大,而非左、右出现较大偏差。

图4则显示其轴向振动以1倍频为主,且幅值远大于水平和垂直方向,可以解释为由于联轴器还存在角度不对中问题。

4 机组联轴器解体情况

根据振动监测和故障分析诊断,判定C15除尘风机机组主要故障为电动机与风机连接的联轴器出现对中问题。其对中属于综合不对中,且平行不对中主要表现在电动机与风机高、低存在较大误差,而左、右对中误差较小,这从其垂直方向的2倍频振动幅值相对于水平方向的2倍频振动幅值远高于其1倍频幅值得到合理解释。

联轴器解体发现其部分螺栓孔存在明显的损伤。主要表现为螺栓内孔由于对中不良,导致弹性胶圈磨损,进而导致螺栓螺纹将内孔划伤,形成深度达1 mm左右的“沟槽”,详见图5。

5 结语

结果表明,振动监测与故障分析诊断技术的应用,为烟草行业对除尘风机机组进行有效的监测和故障分析提供了高效、可靠的现代化技术手段,是企业安全生产、节能降本的得力工具;通过对异常机组的振动监测和分析,判定了导致机组振动增大的主要因素,并以此为依据指导科学检修,检修方向直指故障部位,避免了盲目拆检,节省了人力、物力,提高了检修的准确性和有效性。

随着人们对振动监测与故障分析诊断技术的认识越来越普及,通过对机组振动数据的分析,设备管理人员能够及时掌握设备运行情况,针对异常机组及早进行分析和诊断,将故障隐患控制在萌芽状态,避免机组隐患发展成设备故障而导致设备事故,极大地提高烟草行业机组运行维护的管理水平。

参考文献

[1]虞和济,韩庆大,李沈.设备故障诊断工程[M].北京:冶金工业出版社,2001.

[2]新西兰况得实仪器有限公司,振动监测与故障分析手册[M].2007.

[3]卜炎.实用轴承技术手册[M].北京:机械工业出版社,2003.

[4]张碧波.设备状态监测与故障诊断[M].北京:化学工业出版社,2004,.

强夯振动监测与分析 篇7

强夯振动的衰减特征,特别是衰减指数,与工程场地的岩土体类型和性质密切相关。因而,本文针对某工地强夯法地基处理施工中(能级1 000 kN·m)产生的振动进行现场监测,得到了该场地的振动速度和加速度的衰减规律,评价了强夯施工对被保护建筑物的振动影响。

1 场区地质概况

根据勘察资料,场区地形平坦,表层为层厚约4 m的杂填土,其中局部地段有埋深约2 m,厚度约30 cm～40 cm的混凝土层;第二层为层厚约12 m～18 m的淤泥质亚黏土层,局部夹厚度不均的粉砂薄层。主要保护对象为距离强夯点约30 m处的一栋临时性建筑物,其基础形式为灌注桩基。为保护该建筑物的结构安全,在施工场区往建筑物方向设置了5 m深的隔震沟。

2 振动安全阈值的选取

1)振动速度安全阈值的选取。考虑到强夯施工产生的振动虽然具有周期性的特点,但是不同于一次性爆破震动,对于被保护物而言,采用“一般砖房、非抗地震的大型砌块建筑物”的地面振动峰值速度标准为2 cm/s～3 cm/s,作为该场区强夯施工振动对邻近建筑物影响的安全阈值,是偏于安全的。2)振动加速度安全阈值的选取。本建筑物抗震设计按6度设防,则可采用振动加速度峰值0.05g作为邻近建筑物影响的安全阈值。

3 测站布置

为获得施工场地的强夯振动的衰减特征,对施工过程进行了同步监测,在强夯施工点距建筑物最近距离方向上,布置5个测点,每个测点设置垂直方向和水平方向两个速度、加速度传感器,根据现场情况,测点到施工点的距离分别为8 m,20 m,31.9 m,40.3 m,51 m。

4 测试结果回归分析

4.1 速度监测结果

地面振动速度监测结果见表1,振动速度与距离衰减规律关系典型曲线见图1,典型实测代表性波形见图2。

大量的振动监测数据表明,强夯振动随着夯间距的增加按负幂函数曲线规律衰减。强夯地面振动速度随距离的衰减规律可以用式(1)来表示:

V=KR-α (1)

其中,α为衰减指数;K为场地系数;V为测点最大振动速度,cm/s;R为夯间距,m。

通过对强夯试验区的振动测试数据的整理,根据表1中的强夯施工振动速度结果,采用幂函数对本场区的振动速度衰减规律作如下回归:

垂直方向振动速度衰减规律:VV=KVR-αV。

水平方向振动速度衰减规律:VH=KHR-αH。

其中,αV,αH分别为垂直和水平方向的衰减指数;KV,KH分别为垂直和水平方向的场地系数,由于在近距离水平振动峰值明显大于垂直方向,为安全起见,振动速度与距离的关系采用水平速度衰减公式:V=38.984R-1.374,回归公式预测结果见表2。

4.2 加速度监测结果

地面振动加速度与距离衰减规律关系测试结果见表3,为安全起见,振动加速度与距离的关系采用水平加速度衰减公式:a=9.654R-1.754,回归公式预测结果见表4。

振动加速度与距离衰减规律关系曲线见图3,实测代表性波形见图4。

4.3 结果分析

从图表中可以看出实测数据用负幂函数曲线来拟合,其相关系数很高,采用上述回归的预测公式对振动峰值进行预测是合理的。在该场地的强夯测试中,距夯点最近的1号测点水平速度峰值为1.71 cm/s,其峰值明显大于垂直速度,但是水平速度比垂直速度衰减得快,在距离超过30 m以后,垂直速度大于水平速度。水平加速度具有同样的规律,距震源较近的地方,水平加速度的值高于垂直加速度,距离超过30 m以后,垂直加速度大于水平加速度。振动阈值按速度控制,采用水平速度进行控制,其控制标准为2 cm/s,安全距离为8.5 m。以加速度进行控制,其控制标准为0.05g,安全距离为20 m。

5 结语

该工程中,在有隔震沟的情况下,距强夯点30 m处(邻近建筑物的最近距离),振动速度计算值为0.364 cm/s,小于GB 6722-86国家爆破安全规程规定的2 cm/s～3 cm/s的安全阈值;加速度计算值为0.025g,小于GB 50011-2001建筑抗震设计规范规定的0.05g(抗震设计按6度设防)的安全阈值,测试结果表明该能级的强夯所引起的地面振动峰值不会超过该建筑物的速度和加速度安全控制阈值。

摘要：为保护某强夯法施工工地邻近建筑物的安全,选取了该建筑物的振动安全阈值,对强夯法施工产生的振动进行了现场实时监测,得到该场地的振动速度和加速度的衰减规律,并对强夯施工对被保护建筑物的振动影响进行评价。

关键词：强夯,振动,监测,衰减

参考文献

[1]朱桂军.强夯法处理湿陷性黄土地基应用技术研究[J].山西建筑,2009,35(33):89-90.

[2]詹金林,水伟厚.高能级强夯法在石油化工项目处理湿陷性黄土中的应用[J].岩土力学,2009,30(S2):469-472.

[3]李波涛.青兰高速中强夯施工技术总结[J].岩土工程界,2009(11):28-30.

[4]黄屹,陆卓琳,覃昌佩.强夯技术在广西防城港软土地基处理中的应用[J].西部交通科技,2009(9):46-49.

振动监测技术 篇8

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。

谈环境的振动检测技术 篇9

【关键词】环境；振动；检测；技术

由于振动的位移、速度和加速度等参量，对于简揩振动或多共振系统的随机振动中。它们之间存在着一定的关系。因此，原则上只要测量其中的一个量就可以计算其它两个量。最常遇到的是测量加速度、然后用积分器对加速度经一次积分求得振动速度，经两次积分求得振动位移。一般来说，测量位移用静电式换能器，测量速度用动圈式换能器，测量加速度用压电式换能器。

振动测量可以用位移'、速度或加速度表示。显然位移测量比较容易，但在许多实际问题中不一定是振动的主要特性。因此位移测量用于运动的振幅是主要因素的情况中。而在声辐射的噪声控制问题中要测量速度。在机械零件损伤主要的地方则测量加速度最有用。

环境振动的测量一般测量1～8Hz范围内的振动。要在x、y、z三个方向分别测量。为了精确测定人体的振动，振动测点应该尽可能选在振动物体与人体接触的地方。在房间内测量振动，在地面中心附近几点测量然后取平均。对振动源的测量则应该在基础上及其附近测量，当测量公路两侧由于机动车辆驶过引起的振动时，测点应该选在公路边缘处。

由于振动和声音有着较密切的关系，因此，振动测量系统基本与噪声测量系统相同，不过主要区别是将加速计及其前置放大器来替代传声器和前置放大器，所以一般测量声级的声级计亦可非的计权网不同，衰减刻度盘和表盘要调换；所需滤波器可不同。当然，更大量地被使用的仪器是一些专门测量振动的振动计。

1.使用振动仪器注意事项

在振动测量中最广泛应用的是压电加速度计，它具有体积小，重量轻、频响宽、稳定性好和坚固等优点。近几年来就灵敏度而言，其频率宽度可达0.01Hz～100kHz。使用时应注意下述几点：加速度计的下限频率因低到几赫，甚至百分之几赫，故后面的放大，分析仪器必须满足低频要求。如果测量振动频谱时，须配用低通或带通滤波器；加速度计须妥贴，牢固地安装在被测物件上，否则除了加速度计自身固有的共振峰外，又附加了，低频率范围内的共振峰；要考虑加速度计本身质量的影响问题，例如对薄板的振动测量将会引起测量值的降低；调节声级计的下限截止频率，拨下输入级，可看到一螺槽调节开关，逆时针旋转为10Hz，反之为2Hz；应配用不同序号的衰减器刻度盘，一般声级计所附衰减器刻度盘有十块20面，前三块用于噪声，后七块用于振动；振动的绝对值的表盘刻度在声学量刻度的反面；计权网络开关置于线性，并加接低通滤波器，或用外接滤波器来进行频率分析；避免环境中的强电磁场和温度剧变的影响；放置在混凝土、金刚板等坚硬面上时，不得晃动，表面易滑时，使用橡皮泥粘牢；放置在如沥清面的坚硬地面时，轻轻地放稳即可；要避开草地、田地等柔软的地表面，不得已时，应先除草，并将土地充分踩实后放置。

除采用加速度计测振外，尚有将加速度计连接到输入阻抗为数千兆欧的电荷放大器输入级，就形成了振动计的一种类型。有了电荷放大器作前置放大器后，可使加速度计接以长达数百米的电缆，而不致引起灵敏度有明显的损失。通过积分器使仪器可测速度和位移。当进行环境振动测量时，在条件许可下，还可以选用磁带机、频谱分析仪、实时分析仪、记录仪、滤波器等其它设备与其配合，以使测试手段要更加完善。选用磁带机，主要是在许多实际应用中并非仅仅依靠现场测试，而是通过现场用合适的磁带机记录后，供回实验室分析使用。

2.对环境振动测量的数据分析整理及布点问题

2.1修正本底振动影响

当测量对象的振动指示值和本底振动（指测量对象以外的，在该测量场所发生的振动）指示值的差不到10dB时，应将测量对象的振动指示值减去相应的修正值。当指示值与本底值相差10dB以上时，则认为振动对象不受本底振动的影响。

2.2各种振动类型的读数方法P

①稳态振动：像鼓风机、空压机正常运转时，属于稳态振动，每个测点测量一次，取5s内的平均值。

②冲击振动：如打桩机或自由煅造等工作的冲击振动，以最大值10个值的算术平均值作为振动级的读数。

③随机振动：作为随机事件，读取按某时间间隔区分的瞬时值，再从中推导出统计数值的方法。

④间歇振动（铁路振动）：原则是不分上行和下行列车，对连续通过的20辆列车读取该处每次通过列车的峰值振级。

2.3测量数据记录和整理

要填写环境振动测量记录表，并要画出"测点分布示意图"，在图上标出测点与主要振动源的相对方位和距离，测点周围的环境条件，如公路交通干线的铁路的走向、附近的工厂及车间的分布等。

3.对人体振动暴露测量的问题

从环境保护角度来说，对人体的健康考虑是主要的，为此，简略介绍一下有关人体振动暴露测量的有关问题：

3.1人的整体振动测量

人体振动测量国际上采用加速度均方根值来表示，单位为米秒2。用此均方根值同有关的标准曲线进行评价比较，可得出容许的暴露时间等其它参量，然而目前振级用得更多的读数是经过频率计数的对数分贝值，要换成米秒2值后再去同有关标准对照。如果标准已用分贝值，就可直接对比。

结果测量读数是峰值，则要换算成均方根值才能与标准曲线进行评价比较。此外，为监示人在振动环境下与规定的各种暴露界限中的极限值之间的关系，也可用等效暴露剂量读数，用%来表示达到暴露极限值的程度。

振动测量的位置应当尽可能接近振动传递到人体表面的位置，若当一个人站在地面上或坐在平台上，在身体与支撑物之间没有缓冲势，则测量换能器应牢固地放在刚性结构上。在人体与振动构件之间若有软性材料如坐垫，则在人体与坐垫之间插入一件刚性结构（如形状适宜的薄板、用以固定换能器，并需仔细安装，以免造成较大影响或引起旋转运动。

3.2手一臂振动的测量

对手一臂振动的检测，由于工具的瞬态冲击以及空转运行时的强烈激励，会使讯号有很大的峰值因数，所以精确的测量就比较困难。一般总希望用整个计权频率来读数和分析，若用1/3倍频程滤波器进行分析话，则更为理想了。对冲击式的手用工具，要用FFT分析仪分析。注意的是即使多次采样、平均，仍会带来误差，这主要由于在功率谱的高频段，因采样的长度受到限制之故。同时要尽可能选用重量轻，体积小并能承受高压的压电加速计来作手一臂测量。

作用于手的振动测量主要取决于振动工具和手一臂系统耦合和所用的握紧力大小及动力方向，希望能反映这方面的情况，而目前的国际标准，还不能做到这一点，但必须认识到耦合形式的改变，将会大大地影响振动暴露的测量结果。 [科]

【参考文献】

[1]国家环保局.水和废水监测分析方法，北京：中国环境科学出版社，1989.

汽轮机组振动监测系统探析 篇10

1 系统需求分析

当前, 我国多数汽轮机组振动监测硬件均为进口产品, 所配套监测及故障诊断软件所需价格较高, 若采购汽轮机组时每台都配套进口监测软件将导致机组的成本大幅提高。为此, 必须加快汽轮机组振动监测系统的研发力度。具体而言, 应满足如下需求。

1) 满足电厂多机组同时监测, 保障多通道信号同步采集、传输、分析与存储。

2) 能够对所采集数据进行同步显示、报警等多项功能。

3) 具有较快的信息存储能力与完备的数据库, 且可靠性高, 能够及时发现故障, 并满足不同类型的故障事后分析。

在系统开发过程中, 应结合电厂的具体情况及功能需求, 利用现有技术条件, 对系统开发方案进行确定, 如开发环境、工具, 硬件设备、系统开发框架的构建等。同时, 构建能满足系统功能需求的数据库, 明确软件框架, 打造友好的界面, 结合硬件编程, 实现软件的多项功能。最后进行现场调试, 直至系统满足现场的各项功能需求。

2 系统框架的构建

以现场监测需求及功能需求为依据, 为了满足现场监控的要求, 系统主要包括采集站、监测中心、诊断中心等, 本文完成了采集站、监测中心两大部分。其中, 采集站能够灵活地选择信号, 可对源自传感器的信号及二次输出信号进行接收, 可对汽轮机组的振动信号进行采集。而监测中心负责对所采集振动信号进行显示、报警, 并对数据库加以管理。故障诊断中心负责利用网络连接各个电厂, 除了对各电厂加以监控, 还能够为各电厂提供相应的振动故障诊断, 因而极大地提高了故障监测与诊断的效率。系统框架图见图1所示。

3 系统软件设计与实现

3.1 下位机软件的设计与实现

下位机软件负责采集汽轮机组的振动信号, 确保其可靠性及所采集信息的科学性。该部分设计包括数据采集模块、信号即时显示模块、报警模块三大模块。

其中, 数据采集模块负责将连续的模拟信号, 成功地转化为计算机能够接收的离散信号, 包括两大步骤, 一是借助于传感器NI采集设备进行采样, 将模拟信号分别分为时间间隔相同的离散信号, 并进行采集, 并实现A/D转换, 将离散的信号重新加以编码, 获取计算机可识别与处理的数字化信号。在现场测试过程中, 要求采样的频率取值较理论值高, 通常为最高信号频率的2~5倍。

对于数据采集模块而言, 首先需要对参数进行配置。在对汽轮机组的振动信号加以采集过程之前, 应结合具体监测需求, 在软件中对采样所需参数, 如采样频率、采样点数、频率分辨率、灵敏度、传感器类型等进行设定。具体监测要求汽轮机组的稳态转速达到3000r/min, 且分析频宽超过基频的8倍, 频率的分辨率不超过1Hz。以采样频率Fs为例, 为了确定该值应结合电厂的具体需求, 针对汽轮机组的工作转速, 明确基频在50Hz左右。结合经验数据, 要求分析频宽为基频10倍, 因此, 要求分析频宽FA应不小于50×10=500Hz。结合分析频宽FA、采样频率FS间的关系:FS=2.56×FA, 确定FS应不小于2.56×500=1280Hz。依据采集板卡, 默认采样频率FS=2048, 能够满足汽轮机组信号分析的要求。明确各参数之后, 结合下位机软件参数设置选项, 分别对各参数加以设定, 以便采集相关数据。系统下位机主要采用固定频率采样方法, 默认采样的频率2048, 点数2048。

就信号即时显示模块而言, 其主要包括转速、实时波形、数据列表显示等内容。借助于该模块能够对各通道所采集时域信号进行即时显示。操作人员能够第一时间借助于波形信号对NI采集仪是否顺利工作, 以及所采集信号正确与否进行判断, 还可借助于信号幅值对汽轮机组是否正常运行进行判断。

3.2 数据库的设计与实现

本文采用的是SQL SERVER数据库, 对系统所有测点、运行参数、信息等分别进行存储, 为系统的即时监测、设备的维护维修提供了依据。数据库所设计的优劣直接关系了系统的优劣, 在数据库服务器上, 所存储的机组信息, 如系统参数、机组运行数据等信息, 都是系统运行和分析的基础。数据库设计包括如下内容:机组信息、参数配置、历史、用户信息、报警等数据库类型。

数据库字段主要包括用户名、密码、级别, 存储的时间、路径、峰值、均值、有效值、转速等, 随着功能的拓展, 可在数据库中对各表格进行添加。数据库作为系统故障监测、分析软件中的重要组成部分之一, 其数据存储过程中保障数据的完整性、全面性十分重要。其存储方式依据下位机同服务器之间的连接包括网络存储、本地存储两种。

而应用程序同数据库服务器之间的通讯主要是采用本地通讯、远程通讯两种方式。前者要求下位机软件、数据库、上位机软件都安装在相同的电脑上, 无需网络连接, 即可借助于visual studio所提供的程序实现通讯, 通讯方式有3种:1) 借助于ODBC数据提供相应程序的ODBC形式;2) 借助于SQL SERVER数据, 提供SQL SERVER直连形式;3) 借助于OLE DB数据, 提供OLE DB形式。经对比表面, 第二种连接方式速度最快, 因而采用第二种方式进行通讯。后者指下位机软件、数据库、上位机软件安装在不同电脑上时, 借助于局域网络实现连接, 需要将数据库服务器电脑防火墙等进行关闭, 防止数据库连接过程中被阻断。打开SQL远程连接功能, 将服务器登录模式进行修改, 成为Windows身份、SQL Server验证。经设置后借助于SQL连接字符串, 实现局域网中的通讯。

3.3 上位机软件的设计

上位机软件负责机组运行状态的监控及故障原因的事后分析。系统上位机软件包括如下模块:界面监控、数据库管理、信号分析、动平衡分析等四大模块, 其中, 信号分析模块属于核心。所设计软件可同时对四台机组进行即时监控。

1) 界面监控模块。通过软件的主界面, 对机组的模型进行观察, 了解各位置振动情况。该模块分别从时域、频域信号分析两大部分入手, 对振动信号展开监测、分析、显示。通过对服务器读数据进行系统分析, 将振动参数即时显示在主界面之上, 若通道峰峰值小于所设定的报警值时, 对应通道峰峰值的字体颜色会变为绿色, 若高于报警值, 所对应峰值字体变为黄色。依据所设定报警值程度:绿色 (正常) , 黄色 (严重) , 红色 (危险) , 就可对机组振动情况进行监控。

2) 动平衡分析模块。该模块结合影响系数法来进行分析, 包括单面动平衡、双面动平衡两部分, 结合机组振动相位、幅值, 能够找到最佳配重位置, 并以数值、图形方式对计算结果进行显示。

3) 信号分析模块。该模块从时域、频域两方面对机组振动信号加以分析, 对多数故障进行在线、离线分析, 包括整体监测、趋势、报表、时域、频域、轴心分析等。以频谱分析为例, 对时域的波形展开频谱分析, 可得信号中各谐波分量的幅值、频率等。以频率、振幅分别作为横、纵坐标, 将结果进行绘制, 可得频谱图, 用以对机组故障进行分析、诊断。

如今, 该系统已经在某电厂中得到了应用, 经多次模拟测试、现场实际测试, 该系统软件已经得到了不断改善, 具有一定的推广和应用价值。

参考文献

[1]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, 2010, 21 (4) :1295-1298.

[2]蒋东翔, 倪维斗, 于文虎, 等.大型汽轮发电机组远程在线振动监测分析与诊断网络系统[J].动力工程, 2009, 19 (1) :149-152.