旋转机械中带传动的振动分析

第二章 旋转机械振动分析基础振动在设备故障诊断中占了很大的比重，是影响设备安全、稳定运行的重要因素。

振动又是设备的“体温计”，直接反映了设备的健康情况，是设备安全评估的重要指标。

一台机组正常运行时，其振动值和振动变化值都应该比较小。

一旦机组振动值变大，或振动变的不稳定，都说明设备出现了一定程度的故障。

第一节 振动分析的基本概念振动是一个动态量。

图2.1所示是一种最简单的振动形式——简谐振动，即振动量按余弦或正弦函数规律周期性地变化，可以写为()ϕω+=t A y sin （3-1）f πω2=；Tf 1= 试中，y 振动位移；A 振动幅值，反映振动的大小；ϕ振动相位，反映信号在t=0时刻的初始状态；ω为圆频率；f 为振动频率，反映了振动量动态变化的快慢程度；T 为周期。

图2.1简谐振动波形图2.2给出了三组相似的振动波形：图2.2（a ）为两信号幅值不等，图2.2（b ）为两信号相位不等，图2.2（c ）为两信号频率不等。

可见，为了完全描述一个振动信号，必须知道幅值、频率和相位这三个参数，人们称之为振动分析的三要素。

（a）幅值不等；（b）相位不等；（c）频率不等图2.2 三组相似的振动波型简谐振动时最简单的振动形式，实际发生的振动要比简谐振动复杂的多。

但是根据付立叶变换理论知道，不管振动信号多复杂，都可以将其分解为若干具有不同频率的简谐振动。

图2.3 付立叶变换图解旋转机械振动分析离不开转速，为了方便和直观起见，常以1x表示与转动频率相等的频率，又称为工（基）频，分别以0.5x、2x、3x等表示转动频率的0.5倍、2倍、3倍等相等的频率，又称为半频、二倍频、三倍频。

采用信号分析理论中的快速傅立叶变换可以很方便地求出复杂振动信号所含频率分量的幅值和相位。

目前频谱分析已成为振动故障诊断领域最基本的工具。

频谱分析所起的作用可以概括为以下两点：1）特定故障的频率特征具有必然性。

例如，转子不平衡的频率为工频，气流基振和油膜振荡等故障的频率为低频，电磁激振等故障为高频。

机械传动系统中的强迫振动控制一、引言机械传动系统是工业生产中常见的一种设备，广泛应用于各个领域。

然而，在机械传动系统的运行过程中，往往会出现振动问题，这不仅会影响设备的正常运行，还会加速设备的磨损，减短设备的使用寿命。

因此，对于机械传动系统中的强迫振动进行控制是至关重要的。

二、机械传动系统中的强迫振动原因强迫振动是指机械传动系统在受到外界激励作用下而产生的一种不稳定振动现象。

在机械传动过程中，强迫振动主要有以下几个原因：1.不平衡质量：传动系统中的某些部件存在质量不平衡的情况，当这些部件旋转时，就会产生一定的离心力，从而引起系统的振动。

2.齿轮啮合：在齿轮传动中，由于齿轮的精度、配合间隙等问题，会导致齿轮啮合时产生振动和噪声。

3.轴承故障：轴承是机械传动系统中重要的部件之一，当轴承出现故障时，会引起系统的不稳定振动。

三、机械传动系统中强迫振动的危害强迫振动对机械传动系统产生的危害主要表现在以下几个方面：1.降低传动效率：强迫振动会使机械传动系统受到外界激励，振动能量会损耗部分机械能，从而导致传动效率降低。

2.增加噪声：强迫振动会引起机械传动系统的噪声，给周围环境和使用者带来不适。

3.加剧磨损：振动会增加机械传动系统内各部件之间的相对运动，从而加剧部件的磨损和疲劳。

四、强迫振动控制方法为了控制机械传动系统中的强迫振动，可以采取以下几种控制方法：1.通过改变结构来控制振动：对于槽型齿轮传动等结构，可以通过改变传动结构，选择更好的齿轮精度、增加配合间隙等方法来控制振动。

2.使用减振装置：通过在传动系统中引入减振装置，如减振器、减振器、减震垫等，可以有效地抑制振动传递，减少传动系统的振动。

3.精确平衡：对于不平衡质量引起的振动问题，可以采取平衡校正的方法，通过调整和平衡不平衡质量，降低振动的发生。

4.提高轴承精度：对于由于轴承故障引起的振动问题，可以通过提高轴承的装配精度，选择合适的轴承材料和润滑方式，来降低系统的振动。

旋转机械振动及频谱分析
旋转机械振动是指由于旋转机械内部的不平衡、错位、传动链条松弛
等原因引起的振动现象。

这种振动不仅会影响机械设备的正常运行，还会
对设备的寿命和工作效率产生不利影响。

因此，对旋转机械振动进行频谱
分析是非常重要的。

频谱分析是振动分析中最常用的一种方法，它将振动信号分解为不同
频率的成分，并通过频谱图来表示。

在旋转机械振动的频谱分析中，通常
使用傅里叶变换将时域信号转换为频域信号。

通过频谱分析，可以获得机
械振动信号的频率、振幅和相位等信息。

另外，频谱分析还可以判断机械振动是否超过了允许范围。

在设备正
常工作时，机械振动通常都是存在的，但是如果振动超过了设备的允许范围，则可能会导致机械的故障和损坏。

通过频谱分析，可以将机械的振动
信号与设备的允许范围进行对比，及时发现问题并采取相应的修复措施。

在进行频谱分析时，需要注意一些技术和操作细节。

首先，要选择合
适的传感器和采样频率，以确保采集到准确可靠的振动信号。

其次，还需
要选择合适的频谱分析方法和工具，以确保分析结果的准确性和可靠性。

最后，还需要对分析结果进行合理解读和判断，以及采取相应的修复措施。

带传动的受力分析及运动特性传动是指通过机械装置将动力或运动传递到其他部件的过程。

在工程中，传动系统通常用于将动力从一个地方传递到另一个地方，并且提供所需的力，扭矩或速度。

传动系统有助于构建复杂的机械装置，并将输入和输出的动力和运动特性相互匹配。

带传动是一种常见的传动方式，它通过一根或多根带子将动力传递到其他部件。

带传动具有以下几个特点：1.动力传递：带传动能够将旋转动力从一个轴传递到另一个轴上。

通过张紧或松弛带子，可以调整传递的功率和速度。

2.扭矩传递：带传动还能够传递扭矩，即转动力矩。

带子的张力越大，传递的扭矩越大。

3.速比调整：通过改变带子的直径或使用不同直径的滚轮，可以调整带传动的速比。

这样可以在需要时增加或减小输出轴的速度。

4.隔振性能：带传动能够吸收和隔离一些机械振动，从而减少对整个机械系统的影响。

这对于要求平稳运行的机械设备尤为重要。

5.简化设计：相比其他传动方式，带传动具有简单的设计和安装过程。

带子的材料选择丰富，可以根据不同需求选择适当的带子。

带传动的工作原理是通过将动力从一个驱动轴传递到带子上，然后再将其传递到从轴或其他机械部件上。

传动的力分析是确定带子和滚轮上的受力分布，以保证传动的稳定性和有效性。

在带传动中，带子受到张力的作用，并贴紧在滚轮上。

当带子与滚轮接触时，传动力会使带子跳跃或滑动，这会导致一些能量损失。

传动系统的损失主要包括弯曲损失，弯曲挠度损失和摩擦损失。

弯曲损失是由于带子在弯曲过程中发生的能量损失，而弯曲挠度损失是带子由于挠度而发生的额外能量损失。

摩擦损失是由于带子与滚轮接触而产生的能量损失。

为了最大程度地减少能量损失，需要正确选择带子的材料和尺寸，并保持带子与滚轮的适当接触。

此外，还需定期检查和维护带传动系统，以确保其正常工作。

带传动的运动特性主要取决于带子和滚轮的尺寸和特性。

带子的宽度、长度、材料和抗滑性能会影响传动的精度和效率。

滚轮的直径和形状也会影响传动的速比和扭矩传递能力。

第23卷 第1期2010年3月燃 气 轮 机 技 术GAS TURB I NE TECHNOLOGYV o l 23 N o.1M ar.,2010旋转机械振动监测和分析郑月珍(南京汽轮电机(集团)有限责任公司,南京 210037)摘 要:本文介绍旋转机械振动监测和设备故障诊断的意义、旋转机械的常见振动问题和振动测量的原理及测试方法。

最后介绍我公司研制开发的以计算机为核心的旋转机械振动监测和分析系统的主要功能。

关 键 词:机械振动;轴振动;频谱分析;故障诊断中图分类号:O329 文献标识码:A 文章编号:1009-2889(2010)01-0039-061 振动状态在线监测及预测维修旋转机械的振动监测是设备运转状态监测的重要组成部分。

随着生产技术的发展,一种以状态监测为基础的故障诊断和预测技术得到推广与应用。

这种技术的发展,将使设备的维修方式从传统的 事故维修 和 定期维修 过渡到 预知性维修 ,从而大大提高设备的年利用率,减少停机维修时间,降低维修费用,同时也减少了备件库存量。

此外,旋转机械的振动测试技术也是转子现场动平衡和转子动力特性试验研究不可缺少的手段。

近十年来,我国振动状态监测技术得到了重视和研究,在关键设备上配备了监测仪表或监测系统。

例如从国外引进的燃气轮机发电机组都安装了振动保护系统。

对国内制造的200MW、300MW和600MW汽轮发电机组的仪表设计工作正在选择相应的振动保护系统与主机配套。

国内原有的电站设备已逐渐安装机械保护系统及准备安装机械保护系统。

2 旋转机械振动测试概要旋转机械振动测试的主要对象是一个转动部件 转子或转轴,在进行振动测量和信号分析时,也总是将振动与转动密切结合起来,以给出整个转子运动的某些特征。

2.1旋转机械的振动问题转子是旋转机械的核心部件。

通常转子是用油膜轴承、滚动轴承或其它类型轴承支承在轴承座或机壳、箱体及基础等非转动部件上,构成了所谓的 转子 支承系统 。

旋转设备在运行中振动大处理的思路与探索发布时间：2022-05-19T08:23:01.937Z 来源：《科学与技术》2021年36期作者：何国栋康亚红[导读] 旋转机械是现代生产企业应用比较广泛的一类设备，我们身边常见的有很多，何国栋康亚红国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司摘要：旋转机械是现代生产企业应用比较广泛的一类设备，我们身边常见的有很多，如汽轮机、发电机、风机等，论文中所阐述的都是比较大型的旋转设备，如果个体太小，则振动造成的影响不明显，也不会酿成大的事故。

如果机械设备个头大转速比较高,振动就成为检测机械设备的一项重要参数，将振动参数控制在一定的范围内对于设备的稳定高效运行至关重要。

关键字：振动、旋转、干扰（一）运行设备振动产生的常见原因及测量方法：这里我们经常谈到的X方向振动Y方向振动。

而x方向振动与Y方向振动的定义也因设备不同而区别对待，并不是所有的X方向都是水平方向，Y方向都是垂直方向，就拿汽轮机转子振动测量来说，x方向与Y方向往往会形成90度的夹角，与水平面或者垂直面形成45度的夹角。

定义的时候是面对机头向机主的方向进行旋转，如果是顺时针旋转，则左面为X，右面为Y，如果是逆时针旋转，刚好相反。

在实际振动测量，常常采用速度传感器或电涡流传感探头来进测量。

我厂汽轮机采用本特利3500配合涡流传感探头再经过伺服放大模块完成电压信号采集和放大，最终传输至DCS画面进行显示。

而其他高压电机是采用振动速度传感器配合现场振动监测保护仪完成对高速旋转设备的振动监测。

既然振动作为高速旋转设备最重要的控制参数，那么数据的准确性就显得尤为重要。

理想状态是没有振动或者控制在一个非常小的可控范围内。

但实际中，经常会处于失准状态。

接下来我们就共同探讨实际旋转过程中振动大的多种原因。

第一，完整大轴出现弯曲造成旋转不平衡形成的剧烈振动。

第二，在两轴之间对接的过程中出现对接过程不平滑。

轴心不在同一条水平线上导致在高速旋转过程中震动偏大。

旋转机械振动分析基础一、引言旋转机械振动是指旋转机械运行过程中产生的机械结构的振动现象。

由于旋转机械的工作原理决定了它们在运行过程中不可避免地产生振动，而过大的振动会导致机械的损坏和性能下降，因此旋转机械振动分析具有重要的工程应用价值。

本文将介绍旋转机械振动分析的基础概念和方法。

二、旋转机械振动的类型1.变速振动：由于旋转机械的传动系统存在齿轮啮合、轴承传动等机械系统，其传动系统的不平衡和不匀速会导致振动速度的变化，从而产生变速振动。

2.转子动平衡振动：旋转机械的转子由于质量轮廓不一致或者轴承刚度不平衡等原因，转子会产生不平衡力矩，从而使整个机械结构产生振动。

3.阻尼振动：阻尼振动是指由于旋转机械的结构材料存在内部摩擦、空气阻力等因素，使机械振动以一定的幅度逐渐减小并最终消失的振动。

4.外界激励振动：由于外界激励导致机械结构振动，比如由于机械运行过程中的悬挂系统、地震机械结构的振动，以及风吹草动、频率和振幅变化的源数据导致的振动。

三、旋转机械振动分析的方法和技术1.振动感知与测量：通过使用传感器，如加速度计、速度计和位移传感器等，来感知和测量旋转机械的振动状况。

这些传感器可以将振动信号转换为电信号，并通过数据采集和处理系统进行记录和分析。

2.振动特征分析：通过对振动信号进行频域分析和时域分析，可以获取机械振动的频率和幅值等特征。

其中频域分析方法常用的有傅里叶变换和功率谱分析，时域分析方法常用的有包络分析和相关分析等。

3.故障诊断与预测：通过对旋转机械振动的特征进行分析和比对，可以判断机械结构是否存在故障，并进行故障诊断。

同时，结合故障样本的统计学分析和机械振动特征的剩余寿命预测模型，可以对机械故障的发生时间进行预测。

4.振动控制与减振：通过采取振动控制的手段来减少旋转机械的振动。

常用的控制方法包括动平衡调整、减振剂和阻尼器的应用等。

四、旋转机械振动分析的应用领域1.机械设备的故障诊断与维修：通过振动分析技术，可以实时监测机械设备的振动状态，及时发现故障并进行维修，从而提高设备的可靠性和使用寿命。

FRI ND OF MI L INDUS TRY工艺与设备化工之友2007.N O .11脱除丙烷中的腐蚀介质。

反应式如下:H 2S+2Na O H ＝N a 2S +2H 2O工艺流程如图2所示，从汽提塔出来在水洗塔中分离出污水后的汽相丙烷从碱洗塔的下部进入，在塔板上和碱液接触、洗涤后从塔顶出来进入丙烷接收罐，经分液后，丙烷气体进入压缩机一段入口。

液碱来自酸碱罐区，与新鲜水分别进入液碱罐，配制成一定浓度的液碱，经泵抽出送入碱洗塔上部，在塔内与丙烷逆向流动脱硫，液碱由塔底流出返回液碱罐循环使用。

液碱饱和后碱渣由泵送入碱渣处理装置处理，送完碱渣后，重新收碱，循环流程。

应注意选择好新鲜液碱的浓度。

在用浓度25%的液碱开工时，系统运转30天后液碱中出现了大量N a 2S 无色晶体，同时，液碱变得粘稠，循环液碱的流动阻力增大。

造成这一间题的原因在于选用了浓度过高的新鲜液碱。

不同浓度的液碱脱硫效果见表5，从中可知液碱浓度应选择10%~15%为宜，浓度低于2%时可更换。

3.3.4产生的效果设备防腐效果：投用后装置杜绝了非计划停工，检修周期延长到二年一修。

工艺防腐效果：液相丙烷醇胺法脱硫效果见表6，从表中可见吸收塔的脱除率为100%,脱后系统丙烷硫含量降到了“微量”以下，效果是显著的。

“微量”是指以下的浓度。

汽相丙烷碱洗脱硫效果见表7，碱洗塔的脱除率为100%，碱洗塔入口H 2S 含量可由16000m g/kg 降至100m g/kg 以下，最低可达34.0mg/kg ，达到了脱硫目的。

3.4DA O 扩产后对重催原料的影响(如表8)表8指出了DAO 增加后，重催原料的密度，残炭，硫含量和分子量增加，原料中饱和烃含量下降，胶质和沥青质含量增加，需要增加催化剂的重油裂化能力来限制生焦率，保持液体产品收率。

4结语(1)丙烷装置优化运行后可提高处理量和D A O 的产量，使重油催化原料得到满足。

(2)丙烷装置优化运行中溶剂配比的改变及设备和工艺防腐等措施实施后得到理想的效果。

转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析一、不平衡转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。

结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀造成的质量偏心，以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等，都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用，发生异常振动。

转子不平衡的主要振动特征：1、振动方向以径向为主，悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动；2、波形为典型的正弦波；3、振动频率为工频，水平与垂直方向振动的相位差接近90 度。

案例：某装置泵轴承箱靠联轴器侧振动烈度水平13.2 mm/ s,垂直11.8mm/ s,轴向12.0 mm/s。

各方向振动都为工频成分，水平、垂直波形为正弦波，水平振动频谱如图 1 所示,水平振动波形如图 2 所示。

再对水平和垂直振动进行双通道相位差测量，显示相位差接近90度。

诊断为不平衡故障，并且不平衡很可能出现在联轴器部位。

14H IQO 2tX) 400 5(XJ GOO 700 KOO 4U0 10<X>图1酮苯装逬泵屮3/2水平成功败请图2酮苯装■泵-113/2水平振勉波抠解体检查未见零部件的明显磨损，但联轴器经检测存在质量偏心，动平衡操作时对联轴器相应部位进行打磨校正后振动降至 2.4 mm/s。

二、不对中转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。

轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。

轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。

通常所讲不对中多指轴系不对中。

不对中的振动特征：1、最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随负荷的增大而增高;2、 平行不对中主要引起径向振动，振动频率为 2倍工频，同时也存在工频 和多倍频，但以工频和2倍工频为主；3、 平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近 180度；4、 角度不对中时，轴向振动较大，振动频率为工频，联轴器两端轴向振动 相位差接近180度。

如何对旋转机械设备进⾏振动分析检测？亚泰光电来源：亚泰光电机器设备的旋转部件会不时产⽣频率介于50Hz～10kHz之间的振动，我们可以测量设备的振动幅度，以便从中了解滚轴及其它转动部分的物理状态，这个监控过程⼀般称为振动分析。

这些设备如果出现机械问题及电⽓问题，均会引起振动幅度的变异，振动⼤⼩与设备问题的严重性息息相关。

如果能掌握振动的⼤⼩及变异来源，就能在设备尚未严重恶化之前，事先完成检修⼯作，以避免造成设备更⼤的损坏，⽽影响⽣产或增加维修费⽤。

⼀、振动显⽰信号 设备振动显⽰出来的信号⽐较复杂，但从确定性⾓度，分为确定性信号和⾮确定性信号。

在旋转部件中，有不少是确定性信号： 机组的联接及转⼦存在不对中、不平衡。

齿轮箱中轮齿的点蚀、剥落、断齿 滚动轴承中零部件损坏 滑动轴承中存在油膜涡动等等这些常见的故障。

这些确定性信号都有可以⽤函数关系来描述，即通过理论计算和频谱分析技术均可确定它们的特征频率，从⽽确定故障的类型和部位。

振动分析仪利⽤电压加速度传感器将振动信号转换为电信号。

⽽对电信号进⾏处理和分析，就能反推出设备各种振动量的准确值。

从振动量的值来了解设备及其部件的状况，进⽽判断这些设备运转状态是否良好。

这样就可以把检测到的振动情况可作为是否停机之依据，降低意外当机的机率。

还可以分析出故障的部位和故障原因，并推断出检修的⽅法。

⼆、振动的⼀些基本概念 为了更好地研究振动分析设备故障诊断技术，⾸先要对振动有⼀定的了解。

1、表⽰振动的要素包括：振幅、频率、相位、能量等。

振幅：表明振动幅度的⼤⼩，振幅能说明设备或部件损坏的严重程度。

频率：表明振动的来源，能说明设备或机械组件损坏的原因。

相位：代表测点间振动的相互关系，能说明设备或机械组件的运转模态。

能量：代表振动的破坏⼒，设备或机械组件损坏的冲击状况。

2、其中振幅有三种数据类型：位移值(毫⽶)、速度值(毫⽶/秒)、加速度值。

位移值，⽤于低转速成设备诊断上。

转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析一、不平衡转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障，它是旋转机械最常见的故障。

结构设计不合理，制造和安装误差，材质不均匀造成的质量偏心，以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等，都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用，发生异常振动。

转子不平衡的主要振动特征：1、振动方向以径向为主，悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动；2、波形为典型的正弦波；3、振动频率为工频，水平与垂直方向振动的相位差接近90度。

案例：某装置泵轴承箱靠联轴器侧振动烈度水平13.2 mm／s，垂直11.8mm ／s，轴向12.0 mm／s。

各方向振动都为工频成分，水平、垂直波形为正弦波，水平振动频谱如图1所示，水平振动波形如图2所示。

再对水平和垂直振动进行双通道相位差测量，显示相位差接近90度。

诊断为不平衡故障，并且不平衡很可能出现在联轴器部位。

解体检查未见零部件的明显磨损，但联轴器经检测存在质量偏心，动平衡操作时对联轴器相应部位进行打磨校正后振动降至2.4 mm／s。

二、不对中转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。

轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。

轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜，轴颈与轴承孔轴线相互不平行。

通常所讲不对中多指轴系不对中。

不对中的振动特征：1、最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上，振动值随负荷的增大而增高；2、平行不对中主要引起径向振动，振动频率为2倍工频，同时也存在工频和多倍频，但以工频和2倍工频为主；3、平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近180度；4、角度不对中时，轴向振动较大，振动频率为工频，联轴器两端轴向振动相位差接近180度。

案例：某卧式高速泵振动达16.0 mm／s，由振动频谱图(图3)可以看出，50 Hz（电机工频）及其2倍频幅值显著，且2倍频振幅明显高于工频，初步判定为不对中故障。