第5章+振动监测技术.ppt

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2023/10/30,第5章振动监测技术,2023/10/30,设备的设计、材料或使用缺陷例如零件原始制造误差运动副之间的间隙零件间的滚动及相互摩擦回转机件中产生的不平衡或冲击等,5.1机械振动基础,2023/10/30,研究振动的目的检查机器运转时的振动特性，以检验产品质量；测定机械系统的动态响应特性，以便确定机器设备承受振动和冲击的能力，并为产品的改进设计提供依据；分析振动产生的原因，寻找振源，以便有效地采取减振和隔振措施；对运动中的机器进行故障监控，以避免重大事故。

2023/10/30,激励,机械系统,响应,振动研究,振动分析：

已知激励条件和系统的振动特性，欲求系统的响应；系统识别：

已知系统的激励条件和系统的响应，要确定系统的特性系统动态响应特性测试问题；环境预测：

已知系统的振动特性和系统的响应，欲确定系统的激励状态寻求振源的问题。

2023/10/30,振动的分类,2023/10/30,2023/10/30,按振动的规律分,2023/10/30,简易振动诊断技术的特点使用各种较简单、易于携带和便于在现场使用的振动诊断仪器及检测仪表；由设备维护检修人员在生产现场进行；仅对设备有无故障、严重程度及其发展趋势做出定性初判；涉及的技术知识和经验比较简单，易于学习和掌握；需要把采集的故障信号储存建档。

5.2简易振动诊断技术,2023/10/30,简易振动诊断应该达到的目的：

根据劣化趋势管理，早期发现异常。

依据趋势管理数据外推，预测故障发生时间。

依据自动切断等有效方法，保护设备安全。

依据检测分析，选定需作精密诊断的对象。

2023/10/30,简易振动信号的幅值域分析,有效值=0.707峰值=1.11平均值峰值=1.414有效值=1.57平均值平均值=0.637峰值=0.90有效值峰峰值=2峰值,2023/10/30,简易振动监测参数的测量,监测参数的选取低频选位移、中频选速度、高频选加速度作为测量参数,2023/10/30,传感器的典型安装方式,2.监测点的选定,敏感点-振动部位关键点-离监测零件最近的部位易损点-容易产生劣化现象的部位,2023/10/30,注意事项：

（1）避免高温环境。

（2）低频振动两个方向；高频振动一个方向即可。

（3）减少中间环节。

（4）足够的刚度。

（5）监测点要固定不变。

2023/10/30,3.监测周期的确定定期巡检随机点检长期连续监测,2023/10/30,一、测振传感器振动加速度传感器050kHz振动位移传感器010kHz振动速度传感器10Hz2kHz,5.3简易振动诊断的常用仪器设备,2023/10/30,涡流式位移传感器的工作原理图,涡流式位移传感器,2023/10/30,涡流式位移传感器典型的安装方式,2023/10/30,

（1）被测物体性能；

（2）被测物体尺寸；（3）被测物体表面加工状况；（4）被测物体材料；（5）被测物体表面镀层；（6）被测物体表面残磁效应。

被测物体的性能参数影响整个传感器系统的性能：

2023/10/30,磁电式速度传感器,以振动体的振动速度为测量目标的传感器称为速度传感器，适用于测量壳体的振动、轴的绝对振动等。

常用的速度传感器为（具有弹簧-质量系统的）磁电式传感器。

它测量的信号是被振动物体相对于大地或惯性空间的绝对运动，因此又称之为惯性式传感器或地震式传感器。

传感器工作时，工作线圈的输出电压与被测振动体的速度成正比，因此，经过换算便可求得振动物体的速度。

2023/10/30,压电式加速度传感器,利用晶体的压电效应原理制成，它输出的电荷量与它的壳体所承受的加速度值成正比体积小、频响宽、相频特性好是目前使用最普遍的传感器,2023/10/30,每个加速度传感器有两个或多个装在一个相当大的质量块下的压电片，并通过强弹簧压紧在一个相当厚的金属基座上。

在一定频率范围内，压电片所呈现的电荷量将和加速度传感器所承受的加速度成正比。

2023/10/30,前置放大器,作用：

进行阻抗变换，把高阻抗输出变换为低阻抗输出放大压电式传感器输出的微弱信号电荷放大器：

输出电压与输入电荷量成正比的前置放大器，受电缆电容的影响很小。

电压放大器：

输出电压与输入电压成正比。

对电缆对地电容的变化非常敏感,2023/10/30,影响因素,1）湿度；2）环境温度；3）电缆噪声；4）接地回路噪声；5）传感器横向灵敏度；6）传感器安装方式。

2023/10/30,加速度传感器的安装方法及特点,2023/10/30,注意点,1）长期监测、频谱分析：

双头螺栓连接；2）安装点避开高温、潮湿、带电点；3）传感器电缆固定在机器表面；4）用手固定时探头要垂直于基线，几次测量在同一方向、同一点，用力要适中，防止共振。

2023/10/30,二、记录仪器电子示波器光线示波器磁带记录仪X-Y记录仪电平记录仪,2023/10/30,三、简易诊断仪器振动计一般只测一个物理量，读取一个有效值或峰值。

振动测量仪可测振动位移、速度和加速度三个物理量冲击振动测量仪测量振动高频成分的大小，常用于检测滚动轴承等的状态。

2023/10/30,一、振动监测标准绝对判断标准相对判断标准类比判断标准,5.4简易振动监测标准及机器状态评价,2023/10/30,诊断标准的科学性与相对性明确标准所适用的诊断对象和应用范围标准的综合应用,如何在诊断中正确使用标准，须着重处理好三个问题：

2023/10/30,绝对判断标准,将被测量值与事先设定的“标准状态门槛值”相比较以判定设备运行状态的一类标准。

常用的振动判断绝对标准有ISO2372、ISO3495、VDI2056、BS4675、GB6075-85、ISO10816等。

2023/10/30,机械设备振动速度分级标准,2023/10/30,相对判断标准,将设备正常运转时所测得的值定为初始值，然后对同一部位进行测定并进行比较，实测值与初始值相比的倍数叫相对标准。

振动相对判别标准,2023/10/30,类比判断标准,数台同样规格的设备在相同条件下运行时，通过对各设备相同部件的测试结果进行比较，确定设备的运行状态。

类比时所确定的机器正常运行时振动的允许值即为类比判断标准。

2023/10/30,二、机器状态评价用于机器状态评价的测量参数常用的有：

轴承的绝对振动轴的相对振动滚动轴承状况单位值轴的相对轴向位置,2023/10/30,机器评价包括以下几个方面内容：

测量一个或多个参数，如机械振动、温度等确定相应的测量单位，如振动速度的均方根值、摄氏度等建立和确定机器测量参数的评价标准，将测量值与允许和极限值进行比较对测量值随时间的变化作出评估，考虑其历程或趋势,2023/10/30,锅炉除尘风机测点布置简图,2023/10/30,三、设备状态发展趋势分析主要作用：

对设备故障实行趋势管理，可以预测设备状态未来的发展趋势。

掌握设备状态变化的趋势，有利于分析故障的性质。

通过趋势图，可以看出机器状态劣化的速度。

速度快是突发故障的信号，如油膜振荡、叶片脱落或机件刮断等，劣化速度慢，则是磨损故障的特征。

实现特征频率分量的幅值变化的趋势管理，可监视设备总体状态变化，也能诊断故障的原因。

2023/10/30,设备的状态趋势管理图,2023/10/30,不同变化率的状态趋势管理图,2023/10/30,一、简易振动诊断的开展方法,5.5简易振动诊断的开展方法与实施,定机组,定人员,定仪器,定标准,定路径,定周期,定测点,定参数,八定,2023/10/30,二、现场简易振动诊断的实施,三个环节：

准备工作、诊断实施、决策与验证六个步骤：

（1）诊断对象的确定

（2）诊断方案的确定（3）进行振动测量与信号分析（4）实施状态判别（5）做出诊断决策（6）检查验证,2023/10/30,诊断对象的确定有重点地选定用作监测对象的设备、应尽量多地覆盖设备种类一般是连续作业和流程作业中的设备停机或存在故障会造成很大损失的设备故障发生后，会造成环境污染的设备维修费用高的设备，如发动机没有备用机组的关键设备价格昂贵的大型精密和成套设备容易造成人身安全事故的设备容易发生故障的设备,2023/10/30,对列为诊断对象的设备要着重掌握:

设备的结构组成及其连接关系机器的工作原理和运行特性机器的工作条件设备基础型式及状况主要技术档案资料,2023/10/30,诊断方案的确定

（1）选择测点

（2）预估频率和振幅（3）确定测量参数（4）选择诊断仪器（5）选择与安装传感器（6）做好其他相关事项的准备,2023/10/30,进行振动测量与信号分析根据诊断目的对设备进行各项相关参数测量对于初次测量的信号，要进行信号重放和直观分析，检查测得的信号是否真实测量数据一定要作详细记录对所测得的参数值最好进行分类整理,2023/10/30,实施状态判别首先判断它是否正常，然后对存在异常的设备作进一步分析，指出故障的原因、部位和程度。

对那些不能用简易诊断解决的疑难故障，须动用精密诊断手段去加以确诊。

2023/10/30,做出诊断决策通过测量分析、状态识别等几个程序，弄清了设备的实际状态，为处理决策创造了条件。

这时应当提出处理意见：

或是继续运行，或是停机修理。

对需要修理的设备，应当指出修理的具体内容，如待处理的故障部位、所需要更换的零部件等。

2023/10/30,检查验证诊断人员应当向用户了解设备拆机检修的详细情况及处理后的效果，或者亲临现场察看，检查诊断结论与实际情况是否符合。

2023/10/30,一、滚动轴承的常见故障,5.6滚动轴承的简易诊断法,磨损疲劳压痕腐蚀,电蚀破裂胶合（粘着）保持架损坏,2023/10/30,二、滚动轴承的振动测量,低频段（小于1kHz）：

检测参数：

速度。

中频段（120kHz）：

检测参数：

加速度的峰值、有效值或峭度系数等。

高频段（2080kHz）：

瑞典发明的冲击脉冲法（SPM）和美国首创的共振解调法（IFD）就是在这个频段上。

2023/10/30,三、滚动轴承故障的简易诊断法,

（1）振幅值监测通过将实测的振幅值与判定标准中给定的值进行比较来诊断。

峰值反映的是某时刻振幅的最大值，因而它适用于像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障诊断；均方根值是对时间平均的，因而它适用于像磨损之类的振幅值随时间缓慢变化的故障诊断。

2023/10/30,

（2）峰值系数监测峰值系数定义为峰值与均方根值之比（XP/Xrms）。

它不受轴承尺寸、转速、载荷及环境温度的影响，也不受传感器、放大器等一、二次仪表灵敏度变化的影响。

通过对XP/Xrms值随时间变化趋势的监测，可以有效地对滚动轴承故障进行早期预报，并能反映故障的发展变化趋势。

2023/10/30,（3）峭度系数监测随着故障的出现和发展，峭度值具有与波峰因数类似的变化趋势。

与轴承的转速、尺寸、载荷及环境温度无关。

2023/10/30,（4）冲击脉冲法（SPM法）原理：

滚动轴承运行中有缺陷（如疲劳剥落、裂纹、磨损和混入杂物）时，就会发生冲击，引起脉冲性振动，冲击脉冲的强弱反映了故障的程度。

常用的仪器有冲击脉冲计CMJ-1型、电脑轴承分析仪HBA-2等。

2023/10/30,（5）共振解调法（IFD法）也称为早期故障探测法，它是利用传感器及电路的谐振，将轴承故障冲击引起的衰减振动放大，从而提高了故障探测的灵敏度；还利用解调技术将轴承故障信息提取出来，通过对解调后的信号作频谱分析，用以诊断轴承故障。

2023/10/30,（6）轴承的劣化趋势图表示滚动轴承的振动参数随点检日程（时间）变化的趋势图称为滚动轴承的劣化趋势图。

是现场对滚动轴承状态的进行监测的重要内容和依据。

振动参数常用速度、加速度、冲击脉冲值等。

2023/10/30,一、精密诊断技术的特点,5.7精密振动诊断技术,1）使用各种比较复杂的诊断分析仪器或专用诊断设备；2）由具有一定经验的工程技术人员及专家在生产现场或诊断中心进行；3）需对设备故障的存在部位、发生原因及故障类型进行识别和定量评价；4）涉及的技术知识和经验比较复杂，需要较多的学科配合；5）进行深入的信号处理，以及根据需要预测设备寿命；6）对设备进行评价和分析后，应给出对应的维修建议。

2023/10/30,二、机械振动信号的精密诊断分析方法,幅域分析：

在幅值上的各种处理时域分析：

研究信号在时间域内的变化或分布频域分析：

确定信号的频域结构,2023/10/30,1.数字信号处理,模拟信号,数字信号,采样,2023/10/30,波形分析,信号时域分析（波形分析）的一个重要功能是根据信号的分类和各类信号的特点，确定信号的类型。

然后再根据信号类型选用可行的信号分析方法。

2.振动信号的时域分析,2023/10/30,波形分析,不平衡的时域波形,不对中的时域波形,2023/10/30,轴心轨迹测量传感器的安装,轴心轨迹分析,2023/10/30,典型故障的波形及轴心轨迹图,2023/10/30,傅立叶变换与频谱分析图示,3.振动信号的频域分析,2023/10/30,读谱图1）振动频谱中存在哪些频谱分量?

2）每条频谱分量的幅值多大?

3）这些频谱分量彼此之间存在什么关系?

4）如果存在明显高幅值的频谱分量，它准确的来源?

它与机器的零部件对应关系如何?

5）如果能测量相位，应该检查相位是否稳定?

各测点信号之间的相位关系如何?

2023/10/30,1振动信号分析仪2离线监测与巡检系统3在线监测与保护系统4网络化在线巡检系统5高速在线监测与诊断系统6故障诊断专家系统,三、精密振动诊断的常用仪器设备,2023/10/30,（）外圈损伤；（）内圈损伤；（）滚动体损伤,四、滚动轴承故障的精密诊断法,2023/10/30,轴承工作表面缺陷的特征频率,内圈滚道缺陷的特征频率,外圈滚道缺陷的特征频率,2023/10/30,滚动轴承的固有频率,内、外圈的固有频率,滚动体（钢球）的固有频率,2023/10/30,滚动轴承振动的频谱特征,滚动轴承旋转时，由轴承缺陷引发的激振有类：

（1）由于磨损、润滑不良或混入异物等产生的表面粗糙样损伤而引发的激振，轴承工作时，凹凸不平的接触面以宽频带的随机激振连续地激发轴承振动。

（2）由于剥落、裂纹等局部缺陷引发的冲击性激振，滚动体每次经过缺陷处，即产生冲击，激振力为尖峰形的脉冲波。

（3）滚道几何形状偏差所产生的激振，这一类激振基本上是正弦波形状。

轴承外圈上测得的振动信号，应为各种激振所产生响应的叠加。

2023/10/30,与滚道面有关的轴承振动,2023/10/30,滚动轴承的振动是由几种振动合成的，其频谱具有宽频带特征,第一频段（020kHz）：

主要是转子和轴承故障引发的激振频率的振动。

第二频段（2060）kHz：

轴承元件的固有频率大多在此频段。

第三频段（大于60kHz）：

这样高的频段已属于声发射范围。

滚动轴承的振动故障监测通常在第一频段和第二频段，特别是第二频段，因为第一频段即低频段的噪音很大。