旋轉機械的振動(dòng)原因分析

一、旋轉機械振動(dòng)過(guò)大的危害

汽輪機、發(fā)電機、燃氣輪機、壓縮機、風(fēng)機、泵等都屬于旋轉機械，是電力、石化和冶金等行業(yè)的關(guān)鍵設備。這些設備出現故障后，大多會(huì )帶來(lái)嚴峻的經(jīng)濟損失。

振動(dòng)在設備故障中占了很大比重，是影響設備安全、穩定運行的重要因素。振動(dòng)又是設備的“體溫計"，直接反映了設備健康狀況，是設備安全評估的重要指標。機組正常運行時(shí)，其振動(dòng)值和振動(dòng)變化值都應該比較小。一旦機組振動(dòng)值變大，或振動(dòng)變得不穩定，都說(shuō)明設備出現了一定程度的故障。振動(dòng)對機組安全、穩定運行的危害主要表現在:

1、振動(dòng)過(guò)大將會(huì )導致軸承烏金疲勞損壞。

2、過(guò)大振動(dòng)將會(huì )造成通流部分磨損，嚴峻時(shí)將會(huì )導致大軸彎曲。統計數據表明，汽輪發(fā)電機組60%以上的大軸彎曲事故就是由于摩擦引起的。

3、振動(dòng)過(guò)大還將使部件承受大幅交變應力,容易造成轉子、聯(lián)結螺栓、管道、地基等的損壞。

正因為振動(dòng)對設備安全運行相當重要，人們對振動(dòng)問(wèn)題都很重視。目前大型機組上普遍安裝了振動(dòng)監測系統，并將振動(dòng)信號投了保護。振動(dòng)超標時(shí)，保護動(dòng)作，機組自動(dòng)停機，從而保證設備的安全。

二、什么是振動(dòng)分析

振動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)量。簡(jiǎn)稱(chēng)振動(dòng)，即振動(dòng)量按余弦(或正弦)函數規律周期性地變化，幅值反映了振動(dòng)大??；頻率反映了振動(dòng)量動(dòng)態(tài)變化的快慢程度；相位反映了信號在t=0時(shí)刻的初始狀態(tài)。可見(jiàn)，為了wan全描述一個(gè)振動(dòng)信號，須同時(shí)知道幅值、頻率和相位這三個(gè)參數，人們稱(chēng)之為振動(dòng)分析的三要素。

振動(dòng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化量。為了突出反映交變量的影響，振動(dòng)監測時(shí)常取波形中正、負峰值的差值作為振動(dòng)幅值，又稱(chēng)為峰峰值。

簡(jiǎn)稱(chēng)振動(dòng)是一種簡(jiǎn)單的振動(dòng)形式，實(shí)際機組上發(fā)生的振動(dòng)比簡(jiǎn)諧振動(dòng)要復雜得多。不管振動(dòng)多么復雜，由信號分析理論可知，都可以將其分解為若干具有不同頻率、幅值和相位的簡(jiǎn)諧重量的合成。

旋轉機械振動(dòng)分析離不開(kāi)轉速，為了方便和直觀(guān)起見(jiàn)，常以 1x表示與轉動(dòng)頻率相等的頻率，又稱(chēng)為工(基)頻以 0.5x、2x、3x等表示與轉動(dòng)頻率的 0.5倍、2倍和3倍等相等的頻率，又稱(chēng)為半頻、二倍頻、三倍頻。

采納信號分析理論中的快速傅立葉變換(FFT)可以快速、方便地求出復雜振動(dòng)信號中所含頻率重量的幅值和相位。該過(guò)程稱(chēng)為頻譜分析，并已成為振動(dòng)故障分析領(lǐng)域基本和常用的工具。

頻譜分析所起的作用可以概括為以下兩點(diǎn):

1、不同故障所對應的頻率不同。例如：轉子不平衡故障的頻率為工頻，汽流激振和油膜振蕩等故障的頻率為低頻，電磁激振等故障的頻率為高頻等。頻率特征是故障推斷的必要條件。某種故障必定具備相應的頻率特征。因此，根據頻譜分析結果可以對故障性質(zhì)作一個(gè)初步、定性推斷。

2、多種故障的頻率特征具有很強的相似性，頻率特征并不是故障推斷的充分條件。例如，熱變形、不平衡、共振、剛度不足、摩擦等故障的特征頻率都是工頻，僅根據頻率特征無(wú)法將故障原因進(jìn)一步定量細化。為了能確診故障原因，振動(dòng)分析須結合過(guò)程參數和相關(guān)試驗數據進(jìn)行，突出相似故障之間的微小差別。

三、振動(dòng)位移、速度和加速度

除了振動(dòng)位移外，振動(dòng)分析時(shí)還經(jīng)常用到振動(dòng)速度和加速度。將位移信號對時(shí)間求一次和兩次導數，可以分別得到振動(dòng)速度和加速度;反之，對振動(dòng)加速度信號進(jìn)行一次和二次積分可以分別得到速度和位移信號。

1、振動(dòng)位移、速度和加速度信號的頻率相同。不管采納何種表示方式，故障性質(zhì)不會(huì )變化，都可以用于振動(dòng)監測。三種方式在旋轉機械振動(dòng)分析中都有廣泛應用。

2、在相同位移幅值下，頻率越高，振動(dòng)所產(chǎn)生的交變應力越大，對設備的危害也越大。因此，故障頻率越高，位移幅值應該操縱得越嚴格。對于旋轉機械而言，轉速越高，振動(dòng)標準越嚴。

3、振動(dòng)速度(或加速度)幅值是振動(dòng)位移和頻率(或頻率平方)的乘積，幅值中同時(shí)反映了振動(dòng)頻率和位移幅值的影響，較單純的振動(dòng)位移幅值更全面。

4、值得指出的是，同一種故障在振動(dòng)位移、速度和加速度頻譜中表現出來(lái)的故障特征不wan全相同。于高頻振動(dòng)故障，為了在故障的早期能夠比較明顯地反映出振動(dòng)變化,采納振動(dòng)速度或加速度監測比較有效。對于低頻振動(dòng)故障，監測振動(dòng)位移更能夠突出反映振動(dòng)變化。

5、振動(dòng)位移、速度和加速度之間可以相互轉換。雖然將位移信號對時(shí)間求導可以得到速度信號和加速度信號，但是由于求導過(guò)程中誤差有可能會(huì )放大，實(shí)際上很少進(jìn)行這樣的轉換。信號積分過(guò)程中誤差是收斂的，因此，目前采納得比較多的是由加速度或速度信號積分求出位移信號。一些采納加速度傳感器的振動(dòng)儀表，可以通過(guò)積分同時(shí)測量出振動(dòng)加速度、速度和位移值。

   四、旋轉機械運動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)

機械振動(dòng)中包含著(zhù)從低頻到高頻各種頻率成分的振動(dòng)，旋轉機械 運轉時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)也是同樣的。軸系異常（包括轉子部件）所產(chǎn)生的 振動(dòng)頻率特征如下：