旋轉(zhuǎn)機械的振動原因分析

一、旋轉(zhuǎn)機械振動過大的危害

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

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

1、振動過大將會導(dǎo)致軸承烏金疲勞損壞。

2、過大振動將會造成通流部分磨損，嚴峻時將會導(dǎo)致大軸彎曲。統(tǒng)計數(shù)據(jù)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、振動過大還將使部件承受大幅交變應(yīng)力,容易造成轉(zhuǎn)子、聯(lián)結(jié)螺栓、管道、地基等的損壞。

正因為振動對設(shè)備安全運行相當(dāng)重要，人們對振動問題都很重視。目前大型機組上普遍安裝了振動監(jiān)測系統(tǒng)，并將振動信號投了保護。振動超標時，保護動作，機組自動停機，從而保證設(shè)備的安全。

二、什么是振動分析

振動是一個動態(tài)量。簡稱振動，即振動量按余弦(或正弦)函數(shù)規(guī)律周期性地變化，幅值反映了振動大??；頻率反映了振動量動態(tài)變化的快慢程度；相位反映了信號在t=0時刻的初始狀態(tài)。可見，為了wan全描述一個振動信號，須同時知道幅值、頻率和相位這三個參數(shù)，人們稱之為振動分析的三要素。

振動是一個動態(tài)變化量。為了突出反映交變量的影響，振動監(jiān)測時常取波形中正、負峰值的差值作為振動幅值，又稱為峰峰值。

簡稱振動是一種簡單的振動形式，實際機組上發(fā)生的振動比簡諧振動要復(fù)雜得多。不管振動多么復(fù)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、幅值和相位的簡諧重量的合成。

旋轉(zhuǎn)機械振動分析離不開轉(zhuǎn)速，為了方便和直觀起見，常以 1x表示與轉(zhuǎn)動頻率相等的頻率，又稱為工(基)頻以 0.5x、2x、3x等表示與轉(zhuǎn)動頻率的 0.5倍、2倍和3倍等相等的頻率，又稱為半頻、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(fù)雜振動信號中所含頻率重量的幅值和相位。該過程稱為頻譜分析，并已成為振動故障分析領(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:

1、不同故障所對應(yīng)的頻率不同。例如：轉(zhuǎn)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(yīng)的頻率特征。因此，根據(jù)頻譜分析結(jié)果可以對故障性質(zhì)作一個初步、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(jù)頻率特征無法將故障原因進一步定量細化。為了能確診故障原因，振動分析須結(jié)合過程參數(shù)和相關(guān)試驗數(shù)據(jù)進行，突出相似故障之間的微小差別。

三、振動位移、速度和加速度

除了振動位移外，振動分析時還經(jīng)常用到振動速度和加速度。將位移信號對時間求一次和兩次導(dǎo)數(shù)，可以分別得到振動速度和加速度;反之，對振動加速度信號進行一次和二次積分可以分別得到速度和位移信號。

1、振動位移、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)不會變化，都可以用于振動監(jiān)測。三種方式在旋轉(zhuǎn)機械振動分析中都有廣泛應(yīng)用。

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

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

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

5、振動位移、速度和加速度之間可以相互轉(zhuǎn)換。雖然將位移信號對時間求導(dǎo)可以得到速度信號和加速度信號，但是由于求導(dǎo)過程中誤差有可能會放大，實際上很少進行這樣的轉(zhuǎn)換。信號積分過程中誤差是收斂的，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儀表，可以通過積分同時測量出振動加速度、速度和位移值。

   四、旋轉(zhuǎn)機械運動產(chǎn)生的振動

機械振動中包含著從低頻到高頻各種頻率成分的振動，旋轉(zhuǎn)機械 運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的振動也是同樣的。軸系異常（包括轉(zhuǎn)子部件）所產(chǎn)生的 振動頻率特征如下：