机组轴位移振动基础知识【精选】
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振动基础知识精心整理基本概念和基础知识一、常见的工程物理量力、压力、应力、应变、位移、速度、加速度、转速等(一)力:力是物体间的相互作用,是一个广义的概念。
物体承受的力可以有加载力,也可以有动态力,我们常测试的力主要是动态力,即给结构施加力,激发结构的某些特性,便(四)振动速度:质量块在振荡过程中运动快慢的度量。
质量块在运动波形的上部和下部极限位置时,其速度为0,这是因为质量块在这两点处,在它改变运动方向之前,必须停下来。
质量块的振动速度在平衡位置处达到最大值,在此点处质量块已经加速到最大值,在此点以后质量块开始减速运动。
振动速度的单位是用mm/s来表示。
(五)振动加速度:被定义为振动速度的变化率,其单位是用有多少个m/s2或g来表示。
由下图可见加速度最大值处是速度值最小值的地方,在这些点处质量块由减速到停止然后再开始加速。
(六)转速:旋转机械的转动速度(七)简谐振动及振动三要素振动是一种运动形式――往复运动d=Dsin(2πt/T+Φ)DTfω和fωf将式(d振动三要素:振幅D、频率f和相位Φ(八)、表示振动的参数:位移、速度、加速度振动位移:d=Dsin tDπ)振动速度:v=Dωcosωt=Vsin(ωt+2V=Dω振动加速度:a=-Dω2sinωt=Asin(ωt+π)A=-Dω2(九)振动三要素在工程振动中的意义1、振幅○振幅~物体动态运动或振动的幅度。
★振幅是振动强度和能量水平的标志,是评价机器运转状态优劣的主要指标。
即“有没有问题看振幅”。
○峰峰值、单峰值、有效值振幅的量值可以表示为峰峰值(pp)、单峰值(p)、有效值(rms)或平均值(ap)。
峰峰值是整个振动历程的最大值,即正峰与负峰之间的差值;单峰值是正峰或负峰的最大值;有效值即均方根值。
○振动位移、振动速度、振动加速度振幅分别用振动位移、振动速度、振动加速度值加以描述、度量,三者相互之间可以通过微分或积分进行换算。
在振动测量中,除特别注明外,习惯上:○振动位移的量值为峰峰值,单位是微米[μm]或毫米[mm];○振动速度的量值为有效值(均方根值),单位是毫米/秒[mm/s];○振动加速度的量值是单峰值,单位是米/秒平方[m/s2]或重力加速度[g],1[g]=9.81[m/s2]。
第一节轴振动和轴位移1总则1.1主题内容与适用范围1.1.1本规程规定转机的轴振动与轴位移监测仪表的维护检修要求。
1.1.2 本规程适用于本特利公司(Bently-Nevada)7200、3300系列探头直径为5mm、8mm、11 mm、14 mm非接触趋近电涡流式轴振动和轴位移监测仪表和3500监测系统。
其它系列非接触趋近电涡流式仪表可参照执行。
1.2 编写修订依据美国石油学院炼油系1986年6月 API标准670第二版《振动、轴向位置和轴承温度监测系统》。
《3500/40位移监测器模块》《3500/20框架接口模快》本特利公司产品操作和维修手册中国石化总公司《工程建设施工标准规范汇编》 (第六分册)。
2 3300系列2.1 概述2.1.1系统组成本特利3300及7200系列仪表是由趋近式探头、延伸电缆、前置器(振荡—解调器)、信号电缆、监测器所组成的系统,见图6-1-1。
2.1.2 工作原理仪表测量采用趋近电涡流原理。
探头由通有高频信号的线圈构成,被测轴金属表面与探头相对位置变化时,形成的电涡流大小改变,使探头内高频信号能量损失大小变化,这个变化信号通过前置器转换成与位置变化相对应的电压信号送到监测器显示或报警。
2.2 技术标准轴振动通道的灵敏度为7.874V/mm,在2mm的工作范围内,误差不大于±5%。
轴位移通道的灵敏度为7.874V/mm,在2mm的工作范围内,非线性偏差不大于25.4μm。
在下列的允许工作温度范围内,温度变化影响的最大附加误差不大于仪表使用范围的5%。
工作温度范围:探头和延伸电缆 -34~177℃;前置器 -34~66℃;监测器和电源 -29~66℃。
图6-1-1 3300位移和振动检测系统组成图2.3 检查校验2.3.1 检查项目2.3.1.1探头及组成电缆组件完整无损,接头无氧化锈蚀,端部的保护层不应有碰伤或剥落的痕迹,紧固件齐全好用,接线盒无损坏。
2.3.1.2 延伸电缆完整、无短路、无开路、接头无氧化锈蚀,保护层无破损。
1、什么是轴向位移?轴向位移变化有什么危害?气压机与汽轮机在运转中,转子沿着主轴方向的窜动称为轴向位移。
机组的轴向位移应保持在允许范围内,一般为0.8~1.0mm,超过这个数值就会引起动静部分发生摩擦碰撞,发生严重损坏事故,如轴弯曲,隔板和叶轮碎裂,汽轮机大批叶片折断等。
转子轴向位移(也被成为窜轴)这一指标主要是用以监督推力承轴的工作状况。
汽轮机运行中,汽流在其通道中流动时所产生的轴向推力是由推力承轴来承担的,并由它来保持转子和汽缸的相对轴向位置。
不同负荷下轴向推力的大小是不同的,推力承轴在受压时产生的弹性变形也相应变化,所以运行中应该将位移数值和准值作比较,借以查明机组运行是否正常。
作用在汽轮机转子的轴向推力,是由推力承轴来承受的,推力承轴承受转子的轴向推力并维持汽轮机通流部分正常的动静轴向间隙。
轴向推力的变化将影响推力承轴工况的变化,进而会影响到汽轮机动静轴向间隙。
从汽轮机安全运行的角度看来,动静轴向间隙是不允许由过大的变化的,所以通常均在推力承轴部位装设汽轮机转子轴向位移监测装置,以保证汽轮机组的安全工作。
推力承轴,包括承轴座架、瓦架、油膜,并非绝对刚性,也就是说在轴向推力用下会产生一定程度的弹性位移。
如果汽轮机轴向推力过大,超过了推力承轴允许的负载限度,则会导致推力承轴的损坏,较常见到的就是推力瓦磨损和烧毁,此时推力承轴将不能保持机组动静之间的正常轴向间隙,从而将导致动静碰磨,严重时还会造成更大的设备损坏事故。
轴向位移保护装置是用来检测汽轮机转子和静子之间相对位移,它根据推力轴承承载能力和流通部分间隙规定了报警值和停机值,当轴向位移骤增值超过规定值时,轴向位移保护装置能自动报警和自动停机,防止轴向位移增大时汽轮机受到损伤。
轴向位移为正值时,大轴向发电机方向移,若此时汽缸膨胀远小于轴的膨胀,差胀不一定向正值方向变化;如果机组参数不变,负荷稳定,差胀与轴向位移不发生变化。
机组启停过程中及蒸汽参数变化时,差胀将会发生变化,由于负荷的变化而轴向位移也一定发生变化。
基本概念和基础知识一、常见的工程物理量力、压力、应力、应变、位移、速度、加速度、转速等(一)力:力是物体间的相互作用,是一个广义的概念。
物体承受的力可以有加载力,也可以有动态力,我们常测试的力主要是动态力,即给结构施加力,激发结构的某些特性,便于测试了解其结构特性,如模态试验用的力锤。
(二)应力应变:材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。
在外力作用下,单位长度材料的伸长量或缩短量,称为应变量。
在一定的应力范围(弹性形变)内,材料的应力与应变量成正比,它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。
(三)振动位移:位移就是质量块运动的总的距离,也就是说当质量块振动时,位移就是质量块上、下运动有多远。
位移的单位可以用µm 表示。
进一步可以从振动位移的时间波形推出振动的速度和加速度值。
可以是静态位移,可以是动态位移。
通常我们测试的都是动态位移量。
有角位移、线位移等。
(四)振动速度:质量块在振荡过程中运动快慢的度量。
质量块在运动波形的上部和下部极限位置时,其速度为0,这是因为质量块在这两点处,在它改变运动方向之前,必须停下来。
质量块的振动速度在平衡位置处达到最大值,在此点处质量块已经加速到最大值,在此点以后质量块开始减速运动。
振动速度的单位是用mm/s来表示。
(五)振动加速度:被定义为振动速度的变化率,其单位是用有多少个m/s2 或g来表示。
由下图可见加速度最大值处是速度值最小值的地方,在这些点处质量块由减速到停止然后再开始加速。
(六)转速:旋转机械的转动速度(七)简谐振动及振动三要素振动是一种运动形式――往复运动d=Dsin(2πt/T+Φ)D――振动的最大值,称为振幅T――振动周期,完成一次全振动所需要的时间f――单位时间内振动的次数,即周期的倒数为振动频率,f =1/T (Hz)(1)频率f 又可用角频率来表示,即ω=2π/T (rad/s)ω和f的关系为ω=2πf (rad/s)(2)f =ω/2π(Hz)(3)将式(1)、(2)、(3)代入式可得d =D sin(ωt+Φ)=Dsin(2πft+Φ)可以用正玄或余玄函数描述的振动过程称之为简谐振动振动三要素:振幅D、频率f和相位Φ(八)、表示振动的参数:位移、速度、加速度振动位移: d = DsinωtDπ)振动速度:v = Dωcosωt =Vsin(ωt +2V= Dω振动加速度:a = -Dω2sinωt =Asin(ωt +π)A=-Dω2(九)振动三要素在工程振动中的意义1、振幅○振幅~物体动态运动或振动的幅度。
1振动的危害1.1动静部分发生摩擦解释:由于汽轮机单机容量的增加以及对效率的追求,动静部分特别是径向间隙很小(一般为2-5mm),过大的振动极易造成动静部分摩擦从而造成灾难性的后果,如果摩擦发生在转轴的汽封处,将会造成转子的热弯曲引起振动的进一步增加,形成恶性循环引起转子的永久性弯曲。
1.2加速某些部件的磨损和产生偏摩解释:因振动产生不均匀的磨损,主要有轴颈、轴承、活动试联轴器、发电机滑环、励磁整流子以及静止部分的滑销系统。
振动之所以使这些部件产生不均匀的磨损,主要是动静部件或二个部件之间存在差别振动,同时,轴颈的回转中心不在轴瓦的中心,回转轨迹有一定的偏心度(以后会看到,这个偏心是轴承不产生油膜震荡的条件),周期性的作用力常常偏向某一方向,这是造成偏摩的根本原因。
1.3动静部分的疲劳损坏解释:刚体的振动具有一定的能量,振动的强度越大、振动的能量越大,由此使某些部件产生过大的动应力导致疲劳损坏并造成事故的进一步扩大。
在现场,由振动使零件发生疲劳损坏的主要有轴瓦乌金碎裂,这是由于转轴和轴承之间的差别振动太大(对于一般落地试轴承,轴颈的振动强度是轴承的5-10倍)1.4某些紧固件的断裂和松弛解释:过大的振动使轴承座紧固螺栓断裂和某些零件的松脱,丧失原有的功能,甚至浇筑的基础松动,最典型的事例是日本海南电厂的600MW机组,在启动过程中发生强烈振动最后导致51米长的轴系中断17处,国内也有类似事件,主要是国产200MW机组因调速系统故障引起机组的强烈振动导致轴系断裂,轴承座飞出。
1.5机组经济性降低解释:一般的振动最先使转子的轴封处发生摩擦,导致汽封间隙的扩大(几乎在每台汽轮机上发生,燃气轮机也不例外)使机组的漏汽量增加,经济性降低。
1.6直接或间接造成事故解释:过大的振动使汽轮机危急保安器或机组其他保护仪表的正常工作受到直接的影响,国产200MW机组就发生过因振动导致危急保安器误动的事例。
另一方面,振动产生的噪音对运行人员的身心健康造成危害。
(一)机械振动物体(质点)在某一中心位置两侧所做的往复运动就叫做机械振动,物体能够围绕着平衡位置做往复运动,必然受到使它能够回到平衡位置的力即回复力。
回复力是以效果命名的力,它可以是一个力或一个力的分力,也可以是几个力的合力。
产生振动的必要条件是:a、物体离开平衡位置后要受到回复力作用。
b、阻力足够小。
(二)简谐振动1. 定义:物体在跟位移成正比,并且总是指向平衡位置的回复力作用下的振动叫简谐振动。
简谐振动是最简单,最基本的振动。
研究简谐振动物体的位置,常常建立以中心位置(平衡位置)为原点的坐标系,把物体的位移定义为物体偏离开坐标原点的位移。
因此简谐振动也可说是物体在跟位移大小成正比,方向跟位移相反的回复力作用下的振动,即F=-k x,其中“-”号表示力方向跟位移方向相反。
2. 简谐振动的条件:物体必须受到大小跟离开平衡位置的位移成正比,方向跟位移方向相反的回复力作用。
3. 简谐振动是一种机械运动,有关机械运动的概念和规律都适用,简谐振动的特点在于它是一种周期性运动,它的位移、回复力、速度、加速度以及动能和势能(重力势能和弹性势能)都随时间做周期性变化。
(三)描述振动的物理量,简谐振动是一种周期性运动,描述系统的整体的振动情况常引入下面几个物理量。
1. 振幅:振幅是振动物体离开平衡位置的最大距离,常用字母“A”表示,它是标量,为正值,振幅是表示振动强弱的物理量,振幅的大小表示了振动系统总机械能的大小,简谐振动在振动过程中,动能和势能相互转化而总机械能守恒。
2. 周期和频率,周期是振子完成一次全振动的时间,频率是一秒钟内振子完成全振动的次数。
振动的周期T跟频率f之间是倒数关系,即T=1/f。
振动的周期和频率都是描述振动快慢的物理量,简谐振动的周期和频率是由振动物体本身性质决定的,与振幅无关,所以又叫固有周期和固有频率。
(四)单摆:摆角小于5°的单摆是典型的简谐振动。
细线的一端固定在悬点,另一端拴一个小球,忽略线的伸缩和质量,球的直径远小于悬线长度的装置叫单摆。
VM-63A便携式测振仪:日本理音(RION)公司生产,该测振仪重250克,主要用于机械设备的振动位移、振动速度(振动烈度)和振动加速度三参数的测量,利用该仪器在轴承座上测得的数据,对照国际标准ISO2372,或者利用企业、机器的标准,就可确定设备(风机、泵、压缩机、电机等)当前所处的状态(良好、注意或危险等)。
日本理音VM-63A便携式测振仪技术指标:测量范围:加速度:0.1~199.9m/s2 peak(RMS×1.414)速度:0.1~199.9 mm/s RMS位移:0.001~1.999 mm p_p(RMS×2.828)频率范围:加速度:10Hz~1kHz(LO),1kHz~15kHz(HI)速度:10Hz~1kHz位移:10Hz~1kHzHz,即赫兹,是频率的单位。
因德国物理学家赫兹而得名。
1Hz代表1秒钟震动一次。
K,M,G放在单位前面用来简单表示过大的数字(KH Z、MHZ、GHZ),1KHZ=1000HZ 1M=1000X1000,1G=1000X1000X1000Riovibro Vm63测振仪是日本RION公司生产的便携式测振仪,可通过选择开关,测量震动幅度、振动速度、振动加速度。
我们通常使用振动幅度和振动速度两个指标,二者有联系,也有区别,可通过公式转换。
振动速度(mm/s)也叫振动烈度。
振动烈度用于机组轴承上测得的震动;振动幅度仅用于邻近轴承的测量平面内的相对振动。
机组的振动烈度反映了机组本身产生的振动力。
因此在测量时应排除其他振源。
如果机组停机状态测得的振动烈度值超过运行时测得的振动值的1/3的话,此数据便不能作为该设备振动值得参考。
还有,设备在升速和降速时产生的共振的数据,也不能作为该设备振动值得参考。
关于测振点的采样,振动烈度应该在轴承或邻近主轴承的轴承罩壳上,在旋转轴径向和轴向,其中径向又分水平径向和垂直径向,如图示。
振动幅度(mm)的测量应在邻近轴承的径向平面内进行。
振动的基本概念及刚性转子找平衡振动水平是衡量设备安全可靠运行的重要指标。
剧烈的振动容易导致零部件的疲劳损坏,一些重大的设备损害直接或间接地与振动有关。
所以,在设备运行时需对设备进行振动监测,其目的在于:(1):监测振动的大小,了解其是否在规定的范围内;(2):当机组异常时,进行测量和处理故障(不仅需测量振动的大小,还需测量频率、相位)。
一:振动的表示:振动的三要素:振幅、频率、以及相位。
振幅表示机组振动严重程度或剧烈程度的重要指标。
1:振幅:其表示方法有:(1):位移表示方法:振幅表示机组振动严重程度或剧烈程度的重要指标。
Ap单峰值就是振动的最大点到平衡位置之间的距离。
App峰峰值实际上就是振动的波峰与波谷的距离。
振动测量仪器输出的位移振动振幅通常都是峰峰值。
(2):加速度、速度表示方法:用速度均方根表示,又称为“烈度”,单位:mm/s用加速度表示时,单位为mm2 /s当速度为单一频率时,与速度之间的关系为注:•振动位移、速度和加速度•y =A sin(ωt+ ϕ)•v=d y/dt=ωA sin(ωt+ ϕ+π/2)•a= d 2y/dt2=ω2A sin(ωt+ ϕ+π)•(1)振动位移、速度和加速度信号的频率相同。
•(2)在相同位移幅值下,频率越高,交变应力越大,对设备危害也越大。
•(3)振动速度/加速度是振动位移和频率/频率平方的乘积,幅值中同时反映了振动频率和位移幅值的影响,较单纯的振动位移幅值更全面•(4)采用不同表示方式,必须考虑相互之间的相位差。
•(5)同一种故障在振动位移、速度和加速度频谱中表现出来的故障特征不完全相同。
•(6)振动位移、速度和加速度之间可以相互转换。
2:相位:(1)作用:相位就是转动部件参考一个固定位置得到的瞬时位置信息,相位告诉我们振动的方向。
相位在振动测量中主要应用于确定不平衡量的角度,由基频振动的相位和转子的机械滞后角可以知道不平衡的角度。
(2)概念:从广义上讲:相位可以理解为两个事件之间的时间。
机组振动一、基本概念1.振动:物体偏离平衡位臵,出现动能和位能的连续相互转换的往复运动形式称振动。
受一次冲击力产生的振动——自由振动:受周期性的变化力产生的振动——受迫振动。
2.振动的描述:振幅;频率;相位;方向。
3.振幅:单向振幅——振动极限位臵与平衡位臵之间的距离;双向振幅——振动两极限位臵之间的距离,也称峰—峰值;4.频率:每一秒钟振动的次数;通频——最大振幅的振动频率;基频——振幅最大的正弦振动频率;分频——某一振动中各种正弦振动的频率5.相位:振动信号最大值与转子谋一点的相对位臵;6.方向:横向;轴向;扭转。
二、机组产生振动的原因机组转子受周期性的不平衡力产生受迫振动,产生不平衡力的原因很多,按力的性质可分为:1.不平衡离心力——转子的质量中心与回转中心不重合产生的不平衡离心力或不平衡力矩,周期性变化;2.发电机不平衡的电磁力——转子磁场与静子磁场间不平衡作用力;3.轴承油膜不平衡的作用力4.蒸汽对转子作用的不平衡周向力受迫振动的特点是:振幅大小与激振力成正比;振动频率等于激振力的频率;振动相位于激振力的相位有关;作用在转子上的不平衡力或力矩,不可能完全消除,只能设法减小。
因此,机组的振动不可避免,只要振幅不超过允许值,不影响安全运行。
但轴承支撑刚度不足,可能使振幅放大,原来合格的振动变为不合格。
一般厂家保证:额定转速稳定运行时,轴承座的双振幅值不大于0.025mm,轴颈相对振动的双振幅值不大于0.076mm;在通过临界转速时,各轴承座双振幅值不大于0.08mm,各轴颈相对振动双振幅值不大于0.24mm。
若出现异常振动,表明存在机械故障,影响安全运行。
三、机组振动的危害1.动静部分摩擦、转子弯曲;2.轴承磨损,轴承脱胎;轴承座紧固螺钉松动;3.凝汽器管束和主油泵零件损坏。
4.发电机振动过大,滑环和电刷磨损加剧,静子槽楔松动、绝缘磨损。
四、机组振动的测量——无法测量直接转子的最大振幅过去测量轴承座的振动振幅。