振动监测诊断论文（精选10篇）
振动监测诊断论文 篇1
1. 远程监测诊断系统基本构成
中石油辽阳石化公司从上世纪80年代开始进行设备状态监测与故障诊断技术的应用与探讨, 在设备故障征兆、故障原因与故障处理等方面进行了深入的研究, 建立了比较完善的设备故障数据库, 积累了丰富的设备故障诊断经验。为能更好地提高集团公司对关键机组设备的整体管理水平, 以中国石油天然气股份有限公司化工板块的在线监测系统为平台, 建立了设备维修专家的远程诊断系统, 实施多工种协同服务, 企业和异地专家对设备故障共同进行实时诊断, 使故障得到及时处理, 保证设备正常运行。
远程实时监测诊断中心采用网络拓扑结构, 以中国石油股份公司设备故障诊断中心为主站, 各分公司为分站 (图1) 。远程监测诊断中心由远程中心、分公司数据服务器以及现场数据采集器组成, 包括大型数据服务器阵列、数据存储器和专用软件等, 对各分厂机组运行数据长期存贮和管理, 为总公司管理人员提供机组自动运行统计和各种报表自动生成, 具有各级诊断专家和工程师诊断功能, 为行业专家提供网上共享的工作平台。远程中心结构见图2。
2. 远程诊断实例
例1合成气压缩机组振动故障。
宁夏石化分公司合成气压缩机组103-J/JT (图3) 于2007年7月开车运行, 运行状况良好。2007年9月9日透平两端轴瓦振动同时骤增, 10s后连锁停车。远程中心发现此情况后对远程诊断系统中该机组的振动趋势图、波形频谱图、轴心轨迹图等进行分析, 远程诊断机组振动原因。
图4显示出该机组振值在某个时刻瞬间迅速增长;测量透平两端各测点振动值分别为XI-31V 207.3μm、XI-31H 179.4μm、XI-32V 160.4μm、XI-32H 132.5μm;由图6～图9可以看出, 机组振动以工频占主导;振动轴心轨迹为椭圆形 (图10) 。
通过远程诊断认为, 机组在工艺未做任何调整, 操作正常的情况下, 透平两端轴瓦四个测点的振动同时骤增、连锁停车, 透平两端轴瓦四个测点的振动以工频占主导, 原因是透平转子故障。根据远程诊断中心诊断意见, 对机组进行解体检查后发现, 透平转子第一级叶片有一片断裂, 未对其他叶片造成损伤, 与远程诊断结果相符。
例2二氧化碳压缩机组振动故障
乌鲁木齐石化分公司二氧化碳压缩机组102-J/JT (图5) 于2008年7月停车检修, 更换了高压缸转子, 7月28日开车后高压缸测点xi109的水平方向和垂直方向振动值就超过报警值, 都达到了130μm;测点xi108v振值为77μm, xi108h振值为34μm。xi109v和xi108h振动有增长的趋势, xi109h振值已达到了165μm, xi108h振值增大到49μm (图11) 。从图12～图15中可以看出, 该机组振动以工频占主导, 兼有0.5倍频成分;轴心轨迹为双环椭圆 (图16) 。
通过上述远程诊断认为, 机组在7月28日开车以后, 高压缸测点xi109的水平方向和垂直方向振动值就超过报警值, 并且随着时间的推移, 振动有增高的趋势。从波形频谱图上看, 所有测点的振动以工频占主导, 伴有明显的0.5倍频率成分, 该机组高振动是由于高压缸转子轴系不平衡且轴瓦间隙不良, 导致油膜失稳造成的。建议调整该机组的润滑油温消除油膜失稳, 如有检修机会立即停车对该机组高压缸转子进行动平衡处理, 回装时注意调整轴瓦间隙。停车且按建议进行检修后, 该机组振动故障消除。
3. 结束语
关键机组远程实时监测诊断管理系统的应用, 可对全厂所有大型机组进行全天候的不间断监测, 并不断地向生产调度、机动管理、诊断、维修部门及厂部领导发送实时数据, 为逐步实现由定期强迫维修变为预知维修提供条件;为关键机组的优化设计和制造提供相关参考数据, 大大地提高大机组的全员优化管理水平, 为企业节省大量人力物力。
轧钢机械振动故障的诊断 篇2
【关键词】轧钢机械；振动故障；数据采集；频谱分析；故障判断
1、前言
轧钢机械振动故障是严重威胁轧钢机械生产和安全的故障种类，对于轧钢机械的加工性能和运行安全有着基础性影响，是轧钢机械运行管理、技术维护、安全等各项工作的重点内容，也是上述工作的实际交叉。现行的方法是在轧钢机械设备中装配检测和监控系统，通过对震动频率和幅度的监测及时发现和定位轧钢机械振动故障，并形成正确地轧钢机械振动故障判断，以便在后续轧钢机械振动故障排除中更好地指导技术工作。在具体的轧钢机械振动故障诊断和处理过程中要强化轧钢机械振动故障的判断标准，做好轧钢机械振动故障数据采集，全面进行轧钢机械振动故障数据频谱分析，形成正确而迅速的轧钢机械振动故障判断，以一系列措施和技术的应用真正提升轧钢机械振动故障判断的准确性，实现维护轧钢机械生产和安全的基本目标。
2、轧钢机械振动故障的判断标准
进行轧钢机械振动故障的判断工作需要有一定的判断标准，应该在轧钢机械振维护和管理工作中引入定性和定量的方法实现对轧钢机械振动故障的准确判断。当前轧钢机械振动故障判断标准一般有三个组成部分：一是故障评判标准；二是故障定量评判标准；三是故障性对评判标准，这些标准通过对轧钢机械振动故障的幅度、频率等物理参数的监控，达到对轧钢机械振动故障进行判別的做过。当前轧钢机械振动故障标准还引入了数据采集、频谱分析等手段，既提高了轧钢机械振动故障判断标准的有效性，又提升了轧钢机械振动故障判断标准的可执行性。
3、轧钢机械振动故障诊断的流程
轧钢机械振动故障检测开始→确定被检测轧钢机械的正常参数→选择轧钢机械振动故障检测内容→明确轧钢机械振动故障检测任务→现场轧钢机械振动→回收轧钢机械振动故障的检测数据→轧钢机械振动数据信息特征分析→做出轧钢机械振动故障的判断。
4、轧钢机械振动故障数据的采集
从轧钢机械振动故障诊断的需要来说，采样数据越长越好，但由于快速傅里叶变换需要的时间与采样数据长度呈指数般增加，并且极大地增加数据的存储空间，考虑到轧钢机械工作转速较低，确定每组原始采样数据长度为2048点较为合适[1]，可以覆盖上述特征频率成分。数据采集由键相信号触发。键相方式分为自动键相和手工键相。对于安装有转速/键相的主轴，采用自动键相，数据采集为整周期采样方式，每转采样数据长度为2048点，可以消除数据严重失真的“旁瓣”效应，可以得到准确的轴频及其倍频成分，频率分析范围为1～1024倍轴频。对于不能安装转速/键相的设备，采用人工键相，根据设备的实际转速，通过人工设置每块振动采集板的采样频率，可以在保持数据长度不变的情况下，利用信号分析技术得到所需的故障频率，频率分析的上下限随着人工设置的采样频率改变，如每转采集256点，连续8转，采样数据长度为2048点，频率分析范围为1/8～128倍轴频；再如键相转速设为10Hz，每转采样数据长度为2048点，则分析频率范围为0～10230Hz。系统能够将采集的数据按照一定的格式存储在数据库中，包括小时数据，一天数据，一周数据，一个月数据，一年数据，变转速数据，原始比较数据，事故数据和特征数据等。其中，原始比较数据库存储设备第1次启动或检修后启动的数据，为将来设备出现异常时作为对比分析的参照基准[2]。特征数据库存放经过处理的波形和频谱的特征数据，以便利用本系统进行故障自动诊断。
5、轧钢机械振动故障数据的分析和处理
5.1轧钢机械振动故障特征数据的分析
首先，动态监测轴承的磨损程度，通过采用涡流传感器，不间断地测量探头体与旋转轴之间的相对间隙变化，可以发现轴承因磨损而发生的圆度变化，做到故障的早期诊断[3]。其次，动态检测轧钢机械的转速，安装涡流传感器配备键相同步探头，保证不同通道同时刻进行采样，频率计算准确，通过对采样频率、波形数目和主振幅的频谱分析，可以做出对频谱分析的相关判断。最后，轧钢机械振动故障特征数据的综合分析和处理，将加速度传感器和位移传感器的轧钢机械振动故障特征数据进行分析，增强发现故障现象的能力，在明确轧钢机械振动故障信息来源的基础上，尽早发现轧钢机械振动故障[4]。
5.2轧钢机械振动故障特征数据的处理
通过积累轧钢机械的各种工作数据，并采集的数据进行分析对比，便可以自动判断出轧钢机械的实时工作状态。同时，还可以实现轧钢机械冲击过程中所采集的数据自动地放置于波形的中央位置，如此一来能够有效地避免常常出现的因为冲击过程中数据采集不完整而导致的频谱特征数据失去可比性的现象[5]。
6、结语
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。
振动监测诊断论文 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。
振动监测诊断论文 篇5
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。
振动监测诊断论文 篇6
4#炉B送风机电机是湛江电力有限公司的重要辅助设备, 若发生故障停止运行, 势必引起发电机组减负荷运行, 甚至停运。因此, 其安全运行的意义显得非常重要。该电机自2008年4月份开始发现前端端盖处出现异常振动和噪声, 经过将近一年的跟踪监测, 在振动和噪声出现较大劣化发展时, 及时提出诊断和修理意见, 利用周末低负荷停机检查处理, 避免了故障的发展和扩大。
该电机型号YKK560-6, 额定功率1000kW, 额定电压6kV, 额定转速991r/min;前端双轴承设计, 负荷轴承型号NU 2334, 定位轴承型号6334;后端单轴承设计, 型号NU 234;转子为单鼠笼型铜排转子, 端环整件锻造制作, 笼条为铜排条, 笼条与端环通过银铜焊焊接在一起。
二、状态监测
该电机状态监测分三个阶段进行。第一阶段是从电机大修后到轴向振动开始增大及出现异常噪声之前, 历时约为1年5个月。第二阶段是从电机轴向振动开始增大及出现异常噪声后到空载试转检查之前, 历时约为8个月。第三阶段是从电机空载试转检查之后到停机检查处理, 历时为37天。
1. 第一阶段 (2006年12月19日—2008年4月17日)
振动状况良好、稳定, 噪声正常。
(1) 2006年12月, 电机进行第二次大修, 检查发现转子前端笼条与端环焊接处断裂19处, 后端18处, 重新银铜焊焊接处理。12月19日, 大修后进行空载试转, 电流、振动、噪声和温度等状态正常。
(2) 2007年1月, 电机大修后投入运行, 各运行状态良好 (表1) , 2007年期间无异常情况发生。
2. 第二阶段 (2008年4月17日—2009年1月16日)
从2008年4月份开始, 该电机监测到前端轴向振动呈增大发展趋势 (参见表1和图1) , 在1.3mm/s与2.4mm/s之间呈周期性变化, 振幅时大时小, 相差3倍之多。同时在电机前端可听到与振动同周期变化的轻微异常响声, 加油后消失。电机前、后端轴承水平方向振动无发展趋势, 但前端轴承水平方向振动在0.9mm/s与1.1mm/s之间呈周期性变化。
3. 第三阶段 (2009年1月16日—2009年2月22日)
(1) 前端轴承处周期性变化振动越来越明显, 径向周期性变化振动开始大幅度增长, 最大最小相差3倍以上;同时出现较大的时大时小周期性变化噪声, 加油后很难消失, 保持高温运行时噪声变小, 而后端轴承处也出现周期性变化的振动现象。
(2) 2009年1月份小修时, 对该电机进行空载试转检查, 轴向、前端和后端轴承水平方向振动幅值均较小 (表2) , 无周期性异常响声。
(3) 2009年1月21日, 电机负载试转, 无周期性异常响声, 但轴向振动在1.2mm/s与2.1mm/s之间呈周期性变化。
(4) 2月12日, 检查电机发出较大的周期性异常响声, 轴向、前端和后端轴承水平三个方向的振动同时呈周期性变化, 其中前端和后端水平方向振动比以前均有近一倍以上的发展。加油后异常响声变小, 上述三个方向的振动有所下降, 前端和后端轴承水平振动恢复到小修前水平, 但振动仍有周期性变化现象。
(5) 2月16日至20日连续跟踪监测, 发现电机前端轴承加油后保持高温运行, 周期性异常响声基本消失, 而随着温度的下降, 异常响声又逐渐出现、变大, 轴向振动在周期性变化中也渐显增大趋势 (图2) 。
三、分析诊断
(1) 该电机自2006年大修后振动和噪声一直正常。从2008年4月份开始, 轴向振动和异常响声同时呈周期性变化, 变化周期约为3s (图3) , 轴向振动为增大发展趋势, 加油后响声和振动均有明显改善, 但一两天后又依旧。采集振动信号进行频谱分析, 发现频谱图中出现多倍转速频率 (图4) , 表现为典型的C型机械松动故障。根据上述现象, 初步诊断响声和振动异常原因是轴承在轴承座中松动, 轴向未固定好。
(2) 根据以前检修记录, 此类电机在投产后经常在挡油盖处发生漏油, 为杜绝此现象, 检修人员在内、外挡油盖与端盖配合面处加约1mm厚橡胶垫, 这样给定位轴承造成在轴承室之内有约2mm左右的轴向移动空间。定位轴承外径与轴承室为过渡配合, 正常情况下, 由于两者之间为金属接触, 存在一定的摩擦力, 定位轴承一般不会在轴承室内发生松动。但如果定位轴承轴向未固定好, 随着电机的运行时间增加, 补油脂的次数增多, 油脂跑到定位轴承与轴承座之间空隙中, 起到润滑作用, 引起定位轴承走外圈, 此时若磁场中心不正, 势必会引起电机轴向振动。
(3) 该电机在上次大修时, 检查发现转子端环与铜排之间焊接处多次断裂。从振动监测情况来看, 转子笼条从2008年4月份开始出现周期性振动现象, 这可能是转子笼条开始出现断裂。由于笼条在启停中加热和冷却反复进行, 受到膨胀力、离心力的作用, 以及电磁径向力的影响, 使笼条受到循环热应力和变形, 由于笼条各部位移量不同, 受力不均匀, 在受到交变应力作用下, 容易产生疲劳, 因应力分布不均匀而断裂。开始时是个别笼条开裂, 逐步发展到全部断裂, 产生越来越大不平衡力, 这些力生成更多的热量, 又使转子过热的笼条产生更大的热膨胀, 引起更多的笼条发生断裂。转子笼条断裂引起转子电流和磁势不平衡, 造成正弦旋转磁场发生周期性波动, 转子笼条断裂处达到一定数量时, 使电机产生周期性变化的振动, 发出周期性变化的噪声。由于转子轴向未固定好, 存在移动空间, 故振动在轴向表现最为突出。
综上所述, 电机出现异常振动和噪声的主要原因是: (1) 转子笼条多处发生断裂。 (2) 前端定位轴承轴向未固定好。 (3) 磁场中心未找正, 使前端轴承受到轴向冲击力。
四、检查处理
2009年2月12日, 监测该电机前端和后端轴承径向水平方向振动都出现周期性变化, 加油后振动有所下降, 16日监测时发现振动又变大, 加油后下降, 第二天又发现振动继续劣化发展下去。此时说明加油无法消除振动和响声异常的基本根源, 振动异常发展开始变得迅速, 若不及时检修, 有可能发生电机损坏事故。
(1) 为检查和处理振动和噪声异常的基本根源, 2月20日晚上, 利用周末低负荷时机, 停电机解体检查, 发现转子笼条前端21处断裂, 后端18处断裂, 个别笼条甚至两端均断裂, 未发现扫膛现象, 前端定位轴承与轴承室之间充满油脂, 与负荷轴承外圈及内挡油盖止口之间有相对运行留下的磨痕。为尽快恢复运行, 将调峰临停的3#炉B送风机电机更换过来, 空、负载试转验收合格后, 恢复正常运行。
(2) 为确认定位轴承轴向未固定好和磁场中心未找正对轴向振动是否有影响, 2月23日, 在采用重新银铜焊焊接断裂处的方法处理好转子笼条断裂故障之后, 换下4#炉B送风机电机安装到3#炉B送风机电机位置进行空载试转检查, 试转时发现轴向振速高达5.5mm/s, 无周期性变化现象, 前后端轴承径向振动正常。这证明前端定位轴承轴向未固定好和磁场中心未找正会影响到电机的轴向振动。
(3) 2月24日, 核对定子与转子间铁芯对应情况, 重新找好磁场中心, 且在内、外挡油盖止口处各加一个约1mm的铝压圈, 将定位轴承轴向压紧, 再次进行空载试转验收, 振动、温度、噪声和电流等均正常。
五、总结
(1) 对于前端双轴承设计的高压电机, 出厂前应找好磁场中心, 将定位轴承安装位置定位好, 同时还应考虑轴承的密封问题。
(2) 若厂家未考虑轴承的密封问题, 投产后需加密封垫解决漏油问题, 应同时考虑重新核对磁场中心和将前端定位轴承定位好。
(3) 对于出现周期性振动和噪声的电机, 平时注意跟踪振动和噪声发展情况, 若振动增大到平时的3倍及以上, 同时噪声有较大增长, 应及时停下来检查处理。
(4) 空载试转时若出现轴向振动偏大现象, 应重点考虑电机组装方面问题, 如检查磁场中心是否已找正, 前端定位轴承是否已定位好, 定转子间隙是否合格等。
(5) 振动发展有一个过程, 振动监测时应注意监测振动的劣化发展趋势, 根据发展趋势适当缩短监测周期, 并根据运行状态作出诊断结论, 及时提出检修要求。
振动监测诊断论文 篇7
关键词：皮带机,在线监测,故障诊断
皮带机在煤矿、港口、码头中广泛采用, 皮带机运行状态直接影响生产。设备在线监测系统实现设备点检及重点设备全过程管理, 从而克服传统点检存在的不足, 在提高工作效率和管理水平的同时, 为点检员和设备管理人员提供更多支持。利用在线监测系统获取的数据能够迅速查明设备隐患、故障部位和程度, 为设备管理方实现有针对性的维修决策提供参考依据, 做到维修计划有的放矢, 减少检修时间, 减少设备备品备件的数量, 减少资金的占用, 提高设备的维修水平。
1. 在线监测系统构成
根据皮带机设备的特点以及皮带机的功能, 设计在线监测系统层级结构如图1所示。
(1) 在线监测采集仪。采用“小神探”在线监测采集仪用于采集振动传感器拾取到的模拟信号, 并作数字化处理 (隔直、放大、滤波、模数转换、积分等) , 得到有效的振动量和波形, 进行一系列的计算判断是否报警。在采集仪中会存储最近一段时间连续采集的数据, 然后依据既定数据筛选规则, 将筛选数据上传到服务器中。
(2) PLC系统数据获取。对于原始和变送后信号以及设备过程量信号 (工况转变启停信号居多) , 一般通过PLC系统的不同输出单元给出, 必须经过隔离保护传递给在线监测数据采集仪, 实现有条件采集数据, 从而获得有利于设备状态评估的有效数据。
(3) DCS数据获取。对于某些设备的物理量监测信号 (如温度、电流、压力等) 和过程量信号, 一般通过DCS的软件接口给出, 必须经过防火墙等隔离保护后, 传递给设备综合信息管理平台系统。完善数据种类, 从而有利于设备状态评估。
(4) 接口1。将设备综合信息管理平台系统中对于设备状态得出的报警信息 (特别是预警信息) 传递给PI系统 (生产信息系统) , 可被生产运行方或者调度方利用, 及时调整运行参数, 降低设备超负荷或疲劳使用的风险。
(5) 接口2。建立设备综合信息管理平台系统与EAM系统的数据交换接口, 主要解决设备异常和故障的处理流程。通过触发EAM产生相应的工单, 通知检修方完成, 并将结果反馈到设备综合信息管理平台系统中, 关闭报警, 形成闭环管理。
2. 应用实例
对皮带机滚筒传动装置中电机、齿轮箱进行振动测试, 各测点布置如图2所示, 所测振动值见表1。测量数值类型为频谱总振动量, 速度频谱采样频率2 000 Hz, 加速度采样频率5000 Hz。从测量数据中可以看出, 电机两侧轴承座振动速度总量较大, 有较大的振动异常存在。齿轮箱测点存在振动速度值超标。
现场振动数据采集电机负荷侧水平速度频谱如图3所示, 可见明显的电机轴转频及其多阶倍频分量, 电机轴转频的2、3、4倍频振动分量均较大, 且波形形态存在波峰翻倍、规律性重复, 伴有低频调制现象, 表明电机与齿轮箱之间联轴器不对中较严重及存在其他异常。
电机负荷侧垂直方向振动速度频谱如图4所示, 可看到除了有不对中的典型频谱外, 525 Hz附近的振动分量较大。对加速度频谱做进一步分析判断, 在加速度频谱上, 524.186 Hz及其谐波分量突出, 并可看到以524.186 Hz为中心频率, 25 Hz (电机轴转频) 为间隔的边频带出现。认为是相互啮合的两个齿轮中可能已经有齿面缺陷早期征兆, 即电机轴每旋转1圈均会在每个齿啮合处出现该缺陷引起的振动。
3. 结论
由于电机的两侧轴承座速度振动总量较大, 频谱中以电机的转频及其倍频为主, 判断为对中情况不良;齿轮箱的测点普遍存在速度振动值超标情况, 且电机侧的水平和垂直方向测点的加速度值以及其他轴的轴向测点加速度值也较大, 并有明显的高频振动分量存在。判断为齿面、齿轮啮合存在间隙。通过对中调整和齿轮箱开盖检查并紧固旋转接触面, 振动值明显下降, 设备恢复正常。
参考文献
[1] 张建宇, 高立新, 崔玲丽等.基于小波变换的轧机振动信号降噪技术研究.振动与冲击, 2007, 26 (5) :71-73
振动监测诊断论文 篇8
关键词：闪底泵,振动监测,轴承
闪底泵是中海炼化惠州炼油分公司常减压装置101单元的大型关键设备之一, 它的安全平稳运行对常减压装置101单元的安全平稳生产具有至关重要的意义。闪底泵101-P101A在运行过程中, 由于振动大导致机械密封损坏。2009年9月, 对设备的振动进行状态监测, 通过监测诊断分析找出设备振动过大的原因, 针对原因采取相应的整改维修措施, 取得了明显经济效益。
1.设备主要技术参数与监测点
设备结构简图及监测点如图1所示。图中1H、1V分别为电机前端轴承座水平、垂直测点, 2H、2V、2A分别为电机后端轴承座水平、垂直、轴向测点, 3H、3V分别为泵前端轴承座水平、垂直测点, 4H、4V、4A分别为泵后端轴承座水平、垂直、轴向测点, 5V、8V分别为泵前端基础地脚螺栓处垂直测点, 6V、7V分别为泵后端基础地脚螺栓处垂直测点, 10V、11V分别为电机前端基础地脚螺栓处垂直测点, 9V、12V分别为泵后端基础地脚螺栓处垂直测点。设备参数技术参数如表1所示。
2.监测方案与结果
设备监测系统配置如图2所示, 采用法国OneproD XPR-300监测系统。根据标准ISO10816-3及GB10889, 设定原油泵的一级报警值为4.5mm/s (有效值) , 二级报警值为7.1mm/s (有效值) 。表2是2009年9月21日101P101A闪底泵振动测试数据汇总。
3.监测结果分析及处理
从以上监测数据结果看, 电机振动值均很小, 属良好范围, 泵基础的振动值也很小, 排除基础地脚螺栓松动故障存在。在泵的3V、4V测点振动值分别为15.3 mm/s、15.4mm/s, 均超过二级报警值11.2mm/s, 振动加速度3V、4V测点均超过6g (g为重力加速度) , 且对应的轴承故障因子DEF值超过报警值6。
根据相应的频谱和时域波形图分析, 频谱图中主要是125Hz、481.25 Hz处频率幅值最大, 其他频率幅值很小, 其中125Hz与XPR-300预测维修系统软件显示的滚动体特征频率相近, 同时通过对应点的时域波形分析看出, 该点出现明显的振幅调制现象, 再次说明泵轴承发生明显故障, 设备需停机处理。停机检查发现该泵的轴承损坏, 滚动体有明显故障, 这与监测诊断结论吻合。及时更换轴承, 使设备正常运行。
4.结语
该泵经上述维修处理后, 2009年10月14日试泵监测结果显示设备运行状况有了根本性好转。设备振动幅值也有了明显降低。泵的前端垂直方向振动速度值降至3.53mm/s, 泵后端的振动速度值降至2.75 mm/s, 其余各监测点振动值都相应大幅下降, 保障了设备的安全平稳运行。
参考文献
[1]盛兆顺等.设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].化学工业出版社, 2002.
振动监测诊断论文 篇9
【关键词】电机运行；故障诊断；震动频谱；技术分析
在电机的日常故障诊断过程中，电机故障诊断人员通常会采用较为常规的故障处理技术对电机设备的故障进行有效地诊断与处理。但是在某些较为特殊的电机运行故障中比较常规的故障处理方法无法取得较为良好的诊断与处理效果，因此振动频谱与相关技术的应用对于电机故障的识别诊断就显得极为重要同时对于促进电机故障诊断、处理水平的提升也有重要影响。
一、振动频谱在电机运行故障诊断中的应用
诊断频谱技术在一些特殊的电机故障诊断与处理过程中有着良好的运用，这主要体现在电机的电气故障与机械故障诊断过程中。以下从几个方面出发，对振动频谱在电机运行故障诊断中的应用进行了分析。
1.振动频谱在电气故障的中应用
振动频谱在电气故障的中的应用主要包括在电机设备的常规巡检和故障诊断中对电机设备的振动数据进行合理采集與分析并按常规采集定义设置频谱的频宽，从而能够对电机的转速故障、滚动轴承故障的特征和发生频率通过观察振动谱图进行合理的分析。除此之外，对于电机设备而言在大部分的电气故障诊断过程中振动频谱技术的应用可以有效提升故障诊断的精密性，从而为电机故障的解决与分析奠定良好的基础。
2.振动频谱在机械故障中的应用
振动频谱在机械故障中的应用主要包括常规谱图频率分辨等内容，在振动频谱分辨率较低的情况下电机故障诊断人员需要利用频谱细化措施来对电机设备出现的故障进行分析并对振动频谱的基频等数据进行合理的细化与分析。电机故障诊断人员在对电气故障问题进行频谱细化分析时应当注重对数幅值的采用，从而有效减少丢失环绕现象的出现并在提升电机机械稳定性前提下促进振动频谱在机械故障中的有效应用。
二、电机运行中故障诊断技术分析
随着电机故障诊断整体水平的不断提升，电机运行过程中故障诊断技术的合理分析与应用对于提升电机的可靠性、稳定性和运行水平都有着重要影响。以下从几个方面出发，对电机运行中故障诊断技术进行了分析。
1.电机运行故障诊断技术分析
电机运行故障诊断技术分析的应用范围较广，例如电机维修人员在在对一台机泵进行检测时当发现该泵的电机运行声音较响并且电机端的振动值也较大时则该机泵的电机出现问题的可能性较大。在这种前提下电机故障诊断人员应当首先对机泵的电机参数如电机转速、电机轴承等进行合理分析。如果诊断出的故障属于电气方面的，则电机故障诊断人员需要从电机的转子偏心、定子偏心等电气故障出发进行合理分析。在这个过程中电机维修人员需要清晰电机的转速频率，因为在不同的电机频率前提下看似相同的电机运行故障诊断可以得出完全不同的诊断，这也意味着当电机维修人员在没有清楚电机频率的前提下是很难做出正确的电机故障诊断结论。因此电机维修人员为了更好地找出电机的故障，应当合理对电机的振动频谱进行细化分析。通过对振动频谱进行有效分析电机故障诊断人员可以有效分析电机故障主要在电气方面还是机械方面，从而为进一步的电机作精密诊断提供了基础和依据。
2.电机运行故障诊断技术应用
电机运行故障诊断技术具有很强的实践性，即只有通过实际检修与诊断电机故障诊断人员才能更好的提升自身的故障诊断水平，例如当电机出现异响时，电机故障诊断人员应当首先考虑电机与机泵之间的联轴器是否出现故障。通过对联轴器进行故障处理后若电机中的响声依旧没有消失则电机故障处理人员需要通过振动频谱技术对电机进行检测，通过对监测结果进行分析电机故障诊断人员可以发现机泵的两个轴承的振动幅度相对幅较小但是电机轴承的振动幅值较大，从而可以发现电机出现的故障主要在电气方面并为更深一步的电机故障处理与检修奠定了良好基础并为电机精密诊断提供了依据。另外，当电机的振动频谱图中有出现突出部分时则意味着电机的转子中存在断条并且振动频谱的突出部分愈明显则说明电机中的断条数量越多，在这一过程中电机的特征频率为48.8HZ，而正常的电机特征频率为50HZ，既断条故障的电机特征频率误差为2.4%。除此之外，当电机出现断条故障时电机故障处理人员通过振动频谱分析可以对电流频谱中会出现特征分量进行合理推测。通常来说当电机出现气隙偏心故障时，电机振动频谱的中特征分量如转子频率会出现较大异常。而当电机出现定子匝间短路故障时，通过对电机的定子电流进行变换，可以对电机的基波分量进行有效判断，当电机处于稳定运行状态时定子的转速相对稳定并且电机的故障特征频率也相对稳定，从而可以对更好地对电机进行精确的故障诊断。
三、结语
随着我国电机诊断、维修水平的不断提升，振动频谱技术在电机运行的故障诊断、处理过程中得到了广泛应用。电机故障诊断人员在进行电机故障诊断过程中应当注重对诊断频谱技术进行合理利用，并在此基础上通过其他故障诊断技术的合理应用促进电机的故障诊断、维修技术水平的合理提升。
参考文献
[1]吕庆斌.电机振动频谱分析与处理[J].设备管理与维修，2013，2（4）：51-53
振动监测诊断论文 篇10
GB/T 11348系列标准对不同类别机器的旋转轴宽带振动位移测量提供了具体方法和仪器。
使用两个非接触式传感器可最好地测量相对振动, 布置这些传感器测量在同一横向平面上旋转轴或旋转部件与固定部件之间的径向相对运动。图6给出了这样一种非接触式传感器系统的典型设置。
在每个轴承处, 传感器通常相互垂直地安装在轴承内或尽可能靠近轴承座。有些场合, 例如在有挠性轴的机器上, 把传感器装在轴承以外的位置上也是适当的。
在任何情况下, 传感器应该安装在对机器的动态力有足够的灵敏度的位置。虽然传感器可以设置在任何角度位置上, 但普遍采用垂直和水平安装, 或者采用与垂直和水平成±45°安装, 这取决于是否易于接近旋转轴。如果已知机器足够的信息, 也可使用单个传感器。然而, 这时某些分析技术就不能使用, 例如轴心轨迹分析和Smax等。
5.2.6.3轴的绝对运动
有些类型的机器, 例如具有软的转子支承结构和/或挠性转子, 或在邻近转子固有频率的转速下运行的机器, 要求测量轴的绝对运动。图7和图8提供了测量轴的绝对运动的例子。优先选用的方法是使用非接触式传感器和惯性传感器的复合, 如图7所示。虽然图8所示的轴振触头可在某些情况下使用, 但应注意方法具有有限的频率范围并且该方法不能提供轴的径向位置。
5.2.7扭转振动
旋转机器扭转振动的例行监测目前还不普遍。也许将来会较频率地使用, 特别是对于监测变频交流驱动的机器。典型应用于少数发电厂, 对大型汽轮发电机组扭转动力学和输电网络中电气振荡相互作用的剧烈程度进行深入的研究。这包括监测由于电网瞬态扰动 (例如故障、短路) 引起的汽轮发电机组轴扭转响应和来自电网连续作用的稳态激励 (例如输电线路不平衡) 。这种监测装置是很专业和很昂贵的, 而且要求连接至计算机, 将汽轮发电机组轴上若干部位处得到的机械信息进行数据处理, 以确定机器内最危险部位的疲劳寿命损耗 (参见C.3) 。
在需要测量扭转振动时, 通常是在选定的传感器位置测量机器转速的变化。普遍使用的传感器系统如下:
——轴自由端装扭振仪器测量扭振角速度, 扭振角速度信号可由电路积分得到扭振位移幅值;
——轴自由端或轴中部的齿轮和装在固定结构上的电磁传感器的组合, 此传感器提供被测齿轮瞬时扭振速度的信号, 此信号通常适配以得到扭振位移信号;
——轴中部或自由端装有径向光栅的圆盘和光学传感器的组合, 它测量靶线瞬时速度和相位的变化, 此信号经电子适配得到扭振位移信号;
——轴上装设应变片, 直接测量扭转应变的交变分量;
——激光系统。
无论用哪种测量类型, 都要求用数学模拟将在某个选定位置得到的测量信息转换为所关心的其他位置的响应估计。一般来说, 机械测量转换为应力响应和疲劳寿命损耗是很复杂的, 需要用更先进的分析方法。
注:使用的软硬件系统和扭转振动分析在许多技术文献中说明, 本部分不再规定。
5.2.8信号适配系统
由振动传感器获得的信号, 一般要求某种程度的适配以得到有用的测量结果。信号适配功能包括将传感器的输出信号转换成可测量的量, 例如电流或电压, 以及将信号处理成要求测量的适当形式。
适配处理的一般例子是放大/衰减、滤波、定标、直流偏置和积分。
依据测量系统的复杂性, 必要的信号适配电路可以是:
——传感器的组成部分;
——测量仪器的组成部分;
——在传感器和测量仪器之间的信号通道中分开的独立仪器;
——上述形式的组合。
在简单系统中, 信号适配装于传感器或测量仪器 (或二者) 之中, 使用者对信号适配器的设置和功能不能选择或仅有很少选择。然而, 在较复杂的仪器装置中, 对信号适配具有较宽的可调范围和较多的功能选择, 应注意精确记录所有的设置, 使得后续的测量等同于原先设置下的测量。比较信号适配器在不同设置下的测量结果, 将导致状态评定非常严重的误差, 因为随后测量量的变化可能被错误地认为是机器状态变化所造成的。
当在传感器和测量仪器之间使用外接的信号适配器时, 必须知道信号电平和仪器的动态范围, 以避免测量失真。
另外, 信号适配器的频率响应特性与所用的仪器完全匹配以获得正确的结果。
注:信号处理和分析的信息在GB/T 19873的第2部分给出。
5.3测量量
5.3.1概述
振动可以以直线或角度的位移、速度或加速度的形式量化。除在本部分其他章节中讨论的特殊情况外, 监测机器固定部件的振动状态, 推荐的测量量是振动速度。监测旋转部件的相对位置和运动, 推荐的测量量是位移。滚动轴承和齿轮的状态监测, 因为它们可能在高频呈现故障, 故推荐的测量量是加速度。在任何情况下, 测量量的选择主要取决于预期的激励频率。
当机器由静止投入运行时, 具有油膜轴承支承的轴, 其轴心位置可能有直流的或静态的偏移, 虽然此位移不直接是振动分量, 但它是振动位移传感器提供的一个值, 应予记录。由于在初定位后没有运动, 因此它提供了基准位置, 由此位置可测量机器轴的动态振动特性。
5.3.2幅值范围
测量的幅值范围应以被监测的具体机器以前的经验或评定准则作为基础来选择, 应覆盖从最低到最高的预期幅值。如果以前没有经验, 参照可使用的标准 (例如GB/T 6075或GB/T11348系列标准) 用于速度测量推荐的幅值范围。
测试设备的本底噪声应比最小振动测量值低10dB, 或小于其三分之一, 同时保证能调节比最大预期信号至少高10dB的信号。
5.3.3频率范围
可靠的状态监测要求测量装置应覆盖宽的频率范围, 使之不仅能包括轴的旋转频率及其谐波, 而且还能包括由其他部件, 例如轴承、齿轮、密封、叶片、导叶等产生的频率。如有可能, 测量的频率范围应适合被监测具体机器的要求, 但通常不应大于传感器的最大线性范围。
传感器的最大线性范围是指在规定的测量精度内, 传感器的校准灵敏度是一常数的频率和幅值范围。对测量精度进一步的说明, 参见5.4。
系统的线性频率范围一般应覆盖从0.2倍最低旋转频率到所关注的最高激励频率的3.5倍 (一般不超过10kHz) 。典型的最高激励频率是旋转频率乘以叶片、轮齿或导叶等的数目, 或者可能是滚动轴承频率之一。对于泵, 气蚀激励的振动也可能产生并超出此频率范围。
对机械适用性来说, 10kHz是适当的。然而, 对诊断很高频率的信号, 例如齿轮、滚动轴承等, 10kHz可能不够, 有时甚至会超过传感器线性工作范围, 如图9所示。这些情况下, 虽然个别高频信号的幅值可能不完全准确, 但此信号也可提供有价值的信息。
5.3.4相位
在评定信号时, 两振动源之间的相位角是一个重要的参考量。相位是一个正弦信号至另一个同频正弦振动信号或者一个振动信号至固定参考物的角度差或时间差的一种量度。对于状态监测, 普遍使用的是相位滞后。当轴上某参考点通过时能产生一个信号的某一固定传感器用作相应参考物。相位滞后相应于轴上参考点和振动信号最大或过零之间的延迟时间。相位参考物也可用于同步时间平均。
相位参考点的物理位置常称为触发位置, 它是任选的。如可使用轴上键槽, 推荐将其作为相位参考点。没有键槽时, 只要存在每转一次且能产生明显信号的轴上任何突变点, 都可以用作永久性的相位参考点。
相位测量最普遍的使用是确定和校正不平衡。另外, 相位测量可用于故障检测, 通过机器部件之间相对运动测量、热的矢量分析、不对中检验、转子裂纹、交叉耦合作用的确定和机器共振的识别等来实现。
当测量两位置之间的相位时, 应使用同样的传感器和相配的信号适配装置, 以避免仪器的相位误差。否则应对差异做出补偿。
5.4测量精度和重复性
在本方法下可接受的测量分为两个类型, 如图9所示。
类型1:在所要求的测量幅值和频率范围内, 有校准灵敏度±5%的测量允差。
类型2:在所要求的测量幅值和频率范围内, 有校准灵敏度±10%的测量允差。
在所要求的幅值和频率范围内, 校准灵敏度变化大于10%的测量不符合本方法, 除非采取专门的预防措施使它们在要求的公差内。根据本方法进行的测量应说明使用了相应于类型1或类型2的规定。
同样重要或在某些情况下更为重要的是数据的重复性。因此, 应该用同样的仪器、安装方法、灵敏度和校准来获取数据, 否则, 机器状态信号的比较和趋势可能被误导, 除非能进行精确补偿。
也应注意, 图9的响应曲线是一般形状的曲线, 以下描述的每种类型传感器有不同的特性, 对于所选用的每种传感器应得到实际的响应曲线。
6传感器
6.1传感器类型
对于振动状态监测, 有以下两种基本类型的传感器:
a) 惯性式传感器, 一般装在机器结构上, 其输出为结构绝对振动的度量;
b) 相对位移传感器, 测量机器旋转件和非旋转件之间的振动位移和平均位置。
有些机器可能需要其他类型的传感器, 例如应变计。但在状态监测中它们用的不普遍。
6.2传感器的选择
6.2.1概述
依据具体应用, 选择合适的传感器。一般来说, 用于状态监测的传感器有:
——加速度计, 其输出能处理得到3个参数 (加速度、速度和位移) 中的任意一个;
——速度传感器, 其输出能积分得到位移;
——非接触式传感器, 其输出直接正比于机器旋转件和非旋转件之间的相对位移。
图10包含了这3种类型传感器的选择指南及其动态范围与频率的关系。图上表示的范围包括了状态监测的大多数应用。在特殊情况下, 个别传感器的范围可以扩大, 主要用于诊断。
注:下图给出的值是典型的例子, 特殊的传感器可有不同的、特别宽的范围。
6.2.2加速度计
6.2.2.1概述
加速度计是一种惯性式传感器, 产生正比于被测物体机械振动加速度的输出信号, 一般来说, 加速度计安装在机器的固定 (非旋转) 结构上。加速度计可能有不同的安装共振频率, 典型的是1kHz以上。一般来说, 推荐安装后的加速度计线性范围应覆盖所关注的频率。通常是将加速度计的输出积分得到速度信号。然而, 在两次积分得到位移时应小心、谨慎, 特别在低频时更应注意。
6.2.2.2典型使用范围
以下是加速度计典型的频率、质量、幅值和温度范围:
——频率范围0.1Hz至30kHz;
———典型的用于状态监测的传感器的质量范围从10g至200g;
——特殊用途的加速度计测量的幅值可比图10所示的幅值小100倍;
——具有内置电荷放大器的温度范围高达125℃;
——使用外部电荷放大器的温度范围高达250℃。
6.2.2.3使用特点
加速度计有各种不同的尺寸, 有宽的动态范围 (1至106) 及宽的频率范围。它们优先用在安装面积小的小物体、高温或强磁场中。外置电荷放大器的缺点是对绝缘不良、温度波动大和连接电缆运动敏感。
6.2.3速度传感器
6.2.3.1概述
速度传感器产生的电压信号正比于被测物体的机械振动速度。一般来说, 速度传感器装在机器的固定 (非旋转) 结构上。当希望测量位移时, 通常将速度传感器的输出积分得到位移输出。
速度传感器的质量—弹簧系统有一个内在的共振频率, 称作固有频率, 大约是4Hz至20Hz。当被测振动频率大大低于传感器固有频率时, 传感器输出正比于加速度, 它是加速度的一阶导数, 而不是速度;当被测振动频率范围靠近传感器固有频率时, 传感器的输出取决于内阻尼。在大多数情况下, 只是在大大高于该固有频率时, 真实速度和相位才有确切的比例关系。
如果必须在低于其固有频率下使用速度传感器, 应适当地校准。现代电磁式速度传感器, 其固有频率在10Hz以上, 内装的适配电路可在低于固有频率的频率 (低至1Hz) 范围内校准灵敏度。
6.2.3.2典型的使用范围
速度传感器典型的频率、温度和质量范围如下:
——频率范围1Hz至2000Hz;
——温度范围从-50℃到200℃;
——典型的质量从50g至200g。
6.2.3.3使用特点
速度传感器特别适用于低频振动测量。用于监测的大多数速度传感器固有频率在10Hz以上。
速度传感器的优点是在信号源阻抗低时有相对高的输出电压。因此, 传感器对绝缘不良和电场相对不敏感。然而, 由于内部有运动部件, 如果超过其额定工作范围, 对机械损伤和磨损敏感。它们对在垂直于测量轴线的平面内的大振动也很敏感, 并且由于运动部件的约束可能给出错误的读数。
具有单个线圈的电磁式传感器对环境磁场很灵敏, 需要良好的防磁屏蔽。即使有屏蔽, 在开口式电机上进行测量时仍能观察到严重的干扰。现在大多数电动式传感器有两个线圈, 大大降低了对环境磁场的灵敏度, 允许减少防磁屏蔽而且质量较小。
6.2.4轴位移传感器
6.2.4.1概述
在旋转机器中, 特别是大型关键性的涡轮机械及支承结构的质量比转子质量大的机器, 可能需要测量转子和定子结构之间的相对位移。趋近式传感器是非接触式装置, 它能直接测量旋转轴相对固定轴承或机器壳体的振动位移和位置。趋近式传感器给出对应于振动运动的交流分量和对应于位置的直流分量。
当趋近式传感器和装在壳体上的惯性传感器组合在一起使用时, 惯性式传感器的信号积分得到壳体位移, 将这两个位移信号矢量相加能得到旋转轴的绝对位移测量。如果惯性式和趋近式传感器的位移不同, 应该用与传感器配用信号适配装置补偿。
6.2.4.2电涡流原理
最普遍使用的是采用电涡流原理的趋近式传感器:当线圈中通入高频交流电流产生高频磁场, 将导电材料 (例如机器的轴) 放入此磁场中, 由高频磁场能量损耗在该材料中产生涡流。使与线圈耦合的振荡器电路产生的电压正比于传感器与轴之间的距离。振荡器可以内置于传感器中, 也可以是外部元件。
6.2.4.3典型的使用范围
位移传感器典型的频率、测量和温度范围如下:
——频率范围:直流至10kHz;
——测量范围:1mm至10mm;
——典型温度范围:-50℃至200℃;
——具有内装振荡器的典型温度范围:-50℃至125℃。
6.2.4.4使用特点
一般来说, 所有参数都受环境温度变化的影响。例如使用电路补偿热膨胀, 通常可使这种影响保持在能接受的限值之内。
另外, 当使用趋近式传感器时, 应采取下述预防措施:
a) 传感器头部附近周围应该没有导电材料;
b) 被测区域应该没有导电材料的附着物, 没有突变;
c) 当测量不同材料的轴时, 传感器应重新校准;
d) 轴材质不均匀、轴镀层、剩磁产生的信号叠加在振动信号上 (电气偏摆) 。应注意:轴表面不规则 (不圆度、沟槽等) 会影响测量结果 (机械偏摆) ;
e) 利用轴表面均衡技术, 例如喷丸硬化、喷砂处理、滚压、感应淬火或研磨技术时, 可使电气偏摆最小。
6.3传感器的安装
6.3.1概述
机器振动的正确测量主要取决于将运动精确地传递至传感器。固定安装传感器的保真范围最宽。在一些情况下, 手持传感器就足够了。
对于加速度传感器安装方法的完整描述及它们对性能的影响参见GB/T 14412。一般指南如下:
安装固定传感器较好的方法是刚性的机械紧固, 通常在传感器和机器上钻孔攻丝, 用螺栓把二者连接起来。螺栓安装能传递高频信号, 信号损失小或没有损失。安装传感器的机器表面应光滑、平整和清洁, 推荐在所有的配合面上涂一层薄薄的硅油脂或等效物, 以改善响应信号, 特别是高频信号的传递能力和准确度。
在螺栓安装不实用或不便实施的地方, 可用粘结剂将传感器固接到机器表面。应使用固化时刚度大的粘结剂, 而不用弹性粘结剂, 因为后者会降低信号传递的保真度。
另一种普遍使用的非强行插入的传感器固定方法是用永磁座, 安装表面的平直度是使用本方法的关键。用粘结剂或磁座两种方法仅能承受有限的频率、温度和幅值。因此, 在状态监测时应小心选用。
6.3.2传感器安装的影响
在有些情况下, 可能需要把传感器装在支架上, 然后把支架装在机器上。这种情况下, 特别要注意的是所有的机械安装要牢固。另外, 被安装的传感器和支架的线性范围应覆盖所关注的频率。
在不适合永久性安装传感器的地方, 可使用手持传感器。手持传感器的频率受限制, 一般不推荐用于1kHz以上。使用手持传感器可能会对精度或重复性有影响, 此外, 一些较高频率的机构运动用手持传感器测量无效, 甚至用手持传感器不能检测。
为了说明上述的各种安装方法对传感器性能的影响, 以具有内在共振频率30kHz的加速度计为例, 安装后共振频率的降如表1所示。