振動的檢測方法與監測方法

振動檢測是針對旋轉設備的各種預測性維修技術中的核心部分，振動檢測具有直接、實時和故障類型覆蓋範圍廣的特點。其它預測性維修技術：如紅外熱像、油液分析、電氣診斷等則是振動檢測技術的有效補充。

振動監測方法

一臺設計合理的機器，其固有振級也很低。但當機器磨損、基礎下沉、部件變形、連接鬆動時，機器的動態性能開始出現各種細微的變化，如軸不對中、部件磨損、轉子不平衡、配合間隙增大等。所有這些因素都會在振動能量的增加上反映出來。因此，振動加劇常常是機器要出故障的一種標誌，而振動是可以從機器的外表面檢測到的。

過去，設備工程師根據經驗靠手摸、耳聽來判斷機器是否正常或其故障是否在發展。但如今機器的轉速較高，許多起警告性的振動出現在高頻段，因此，只有用儀器才能檢測出來。

振動監測方法

1、常規監測

設備正常運轉時，使用筆式測振儀檢測設備旋轉部位的振動值，主要是振動速度，測量軸向、垂直方向和水平方向的振速並記錄作為參考值。

崗位巡檢人員在日常檢測發現測量值發生變化時，通常先檢查連接部件是否鬆動，能停機的設備可檢查軸對中、軸承遊隙或軸承與軸和軸承座的配合間隙等，不能停機的設備則使用振動頻譜儀進行精密檢測，分析振動頻譜，找出是否為動平衡原因或其他原因。

據有關資料統計，利用簡易診斷儀器可以解決設備運行中50%的故障。由此可見，簡易診斷在設備管理與維修中具有重要作用。

2、精密監測

精密監測是通過振動頻譜儀檢測設備振動頻譜圖，分析各頻率對應的振動速度分量，如某一頻率的振動速度分量超限，可對比常見振動故障識別表判斷故障點。

振動頻率的計算：設備運轉部位的工頻振動頻率(Hz)=轉速(r/min)/60，如某風機的轉速為960r/min，則其工頻振動頻率為16Hz。工頻振動頻率通常稱為轉動頻率。

振動監測技術

常用的振動監測方法有波形、頻譜、相位分析及解調分析法。

頻譜圖顯示振動信號中的各種頻率成分及其幅值，不同的頻率成分往往與一定的故障類別相關。波形圖是對振動信號在時域內進行的處理，可從波形圖上觀察振動的形態和變化，波形圖對於不平衡、鬆動、碰摩類故障的診斷非常重要。

雙通道相位分析通過同時採集兩個部位的振動信號，從相位差異中可以對相關故障進行有效的鑑別。解解是提取低幅值、高頻率的衝擊信號，通過包絡分析，給出高頻衝擊信號及其諧頻，此技術在監測滾動軸承故障信號方面較為有效。

1、不平衡

轉子小平衡是由於轉子部件質越偏心或轉子部件出現缺損造成的故障，它是旋轉機械最常見的故障。結構沒計不合理，製造和安裝誤差，材質不均勻造成的質量偏心，以及轉子運行過程中由於腐蝕、結垢、交變應力作用等造成的零部件局部損壞、脫落等，都會使轉子在轉動過程中受到旋轉離心力的作用，發生異常振動。

轉子不平衡的主要振動特徵：

(1)振動方向以徑向為主，懸臂式轉子不平衡可能會表現出軸向振動;

(2)波形為典型的正弦波;

(3)振動頻率為工頻，水平與垂直方向振動的相位差接近90°。

2、不對中

轉子小對小包括軸系不對中和軸承不對中兩種情況。軸系不對中是指轉子聯接後各轉子的軸線不在同一條直線上。軸承不對中是指軸頸在軸承中偏斜，軸頸與軸承孔軸線相互不平行。通常所講不對中多指軸系不對中。

不對中的振動特徵：

(1)最大振動往往存在不對中聯軸器兩側的軸承上，振動值隨負荷的增大而增高;

(2)平行不對中主要引起徑向振動，振動頻率為2倍工頻，同時也存在工頻和多倍頻，但以工頻和2倍工頻為主;

(3)平行不對中在聯軸節兩端徑向振動的相位差接近180°;

(4)角度不對中時，軸向振動較大，振動頻率為工頻，聯軸器兩端軸向振動相位差接近180°。

3、鬆動

機械存在鬆動時，極小的不平衡或不對中都會導致很大的振動。通常有三種類型的機械鬆動：

第一種類型的鬆動是指機器的底座、臺板和基礎存往結構鬆動，或水泥灌漿不實以及結構或基礎的變形，此類鬆動表現出的振動頻譜主要為1X。

第二種類型的鬆動主要是由於機器底座同定螺栓的鬆動或軸承座出現裂紋引起，其振動頻潛除1X外，還存在相當大的2X分量，有時還激發出1/2X和3X振動分量。

第三種類型的鬆動是由下部件間不合適的配合引起的，產生許多振動諧波分量，如1X、2X、……，nX，有時也會產生I/2X、1/3X、……等分數諧波分鞋。這時的鬆動通常是軸承蓋裡軸瓦的鬆動、過大的軸承間隙、或者轉軸上零部件存在鬆動。

4、流體擾動

高速離心泵中的流體，從葉輪的流道中流出，進入擴壓器或蝸殼時，如果流體的流動方向與葉片角度不一致，流道中就產生很大的邊界層分離、混流和逆向流動，流體對擴壓器葉片和蝸殼隔舌的衝擊，將使流體在管道中引起很大的壓力脈動和不穩定流動。

這種壓力波又可能反射到葉輪上，激發轉子振動，振動頻率為葉輪葉片數乘以轉速(稱葉片過流頻率)或其倍數。在工藝流量與泵額定流量偏差較大或葉輪出口和蝸殼對正不良時，過流頻率振動明顯，稱流體擾動。一般把葉輪外緣和開始捲曲處的距離拉大，能夠緩和壓力脈動並減小振幅。

5、動靜碰摩

在旋轉機械中，由於軸彎曲、轉了不對中等引起軸心嚴最變形，或非旋轉件彎曲變形，都可能引起轉子與固定件的碰摩而引起異常振動。動靜碰摩的振動特徵：頻潛圖上以工頻分量為主，存在少量低頻或倍頻，碰摩嚴重時，低頻和倍頻分量都有較明顯的反映。波形圖上可出現單邊削頂現象或存接近最大振幅處出現齒形。

6、滾動軸承故障

VB系列振動分析儀具有高頻振動解調分析功能，該項分析功能在診斷滾動軸承故障中發揮了重要作用。按有關振動分析理論，出現滾動軸承損傷或磨損時，高頻解調值一般會增大，並且往往可見軸承外圈、內圈等部件的故障特徵頻率。當軸承磨損到後期時，軸承故障特徵頻率可能消失，但振動值通常會加大，振動頻譜圖變成一系列譜線。

風電機組振動監測

一、振動監測的作用

隨著風力發電機組單機容量的增加和在線監測技術的日益完善，在線監測技術對提高風機設備的可利用率、有計劃地進行設備維護、提高風能利用率等起到重要的作用。使用在線監測系統以後，能增加風電場的正常運行時間、優化設備運行工況、降低風力發電設備的維修費用、提高風力發電機組的運行安全性。具體表現如下：

(1)減少非計劃性軸承和齒輪的維修工作，可進行基於狀態監測的維修;

(2)為制定維修計劃提供依據，可在無風或枯風期安排維修;

(3)減少現場日常巡視次數;

(4)降低生產成本，減少生產損失;

(5)減少故障部件的二次損傷;

(6)延長機組使用壽命;

(7)減少備件數，降低損耗率。

二、振動監測分析

1、主軸承

主軸承加速度包絡頻譜顯示運行時主軸承衝擊能量平緩，未發現有故障頻率，軸承情況良好，但在包絡時域波形中有很弱的雜亂的衝擊信號，應為潤滑油中的雜質所產生，暫不影響設備的運行，應注意潤滑維護。

2、齒輪箱

分析振動速度頻譜，發現有輕微不對中徵兆，徑向與軸向均存在較低1倍與2倍峰值，但通過對發電機振動的分析，認為高速軸不對中徵兆是由發電機振動引起，需要進行後續跟蹤確認。不對中對軸承狀態影響較大，建議跟蹤查看軸承的振動值趨勢。

3、發電機

(1)驅動端振動

從驅動端的振動頻譜來看，1～6倍發電機轉頻處均存在峰值，且峰值相對較高，符合機械鬆動的徵兆，表明發電機驅動端軸承處存在一定的磨損，為軸磨損或者軸承座磨損。整體振動值處於黃色預警期，可繼續運行，但要經常跟蹤振動變化趨勢，需要定期潤滑維護。

(2)非驅動端振動

從非驅動端的振動頻譜來看，存在與驅動端相同的徵兆，1～6倍發電機轉頻處均存在峰值，符合機械鬆動的徵兆，表明發電機驅動端軸承處存在一定的磨損，為軸磨損或者軸承座磨損。

在對風力發電機進行故障沴斷方法的分析中，只是使用了常見的時域分析、頻域分析以及共振解調分析。這些方法需要在實際的情況下相互結合使用，而不是單純的使用一種，因為通常情況下故障的發生往往伴隨著多個故障的混合，需要綜合各種信息才能對風力發電機的工作狀態做出準確的判斷。