振动诊断学习教案.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,第一页，共53页。,测振传感器是用来(yn li)测量振动参量的传感器。,根据所测振动参量和频响范围的不同，测振传感器分为三大类：,振动位移传感器,振动速度传感器,振动加速度传感器,1,测振传感器,第1页/共53页,第二页，共53页。,加速度传感器,某些物质如石英晶体，在受到冲击性外力作用后，不仅几何尺寸发,生变化，而且其内部发生极化，相对的表面出现电荷，形成电场。外力,消失后，又恢复原状。这种现象叫做压电效应。,将这种物质置于电场中，其几何尺寸也会发,生变化，叫做电致伸缩效应。,多数人工(rngng)压电陶瓷的压电常数比石英晶体大,数百倍，也就是说灵敏度要高得多。,利用压电效应，制成压电式加速度传感器，,可用于检测机械运转中的加速度振动信号；,利用电致伸缩效应，制成超声波探头，可用,于探测构件内部缺陷。,图,31,加速度计,第2页/共53页,第三页，共53页。,压电式加速度传感器的内部结构,图,32,压电式加速度计,a),中心压缩型,b),环形剪切型,c),三角剪切型,第3页/共53页,第四页，共53页。,压电式加速度传感器的幅频特性,图左边是幅频特性曲线，它反映信号的频率(pnl)在1Hz到3KHz这一,段，加速度计能比较好的复现信号的波形。,幅频特性曲线告诉我们，测量装置对信号中不同的频率(pnl)波形有不同的,放大倍数。为了测得的电信号波形能真实地复现振动波形，就必需使所测,信号中最高的频率(pnl)位于幅频特性曲线上的水平段。,第4页/共53页,第五页，共53页。,压电式加速度传感器的安装(nzhung),安装(nzhung)牢固，保证安装(nzhung)后的加速度计特性具有足够高的共振频率。,第5页/共53页,第六页，共53页。,速度(sd)传感器,速度传感器又称为磁电式变换器，有时也叫作“电动力式变换器”或“感应式变换器”，它利用电磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势输出。它的工作不需要电源，而是直接从被测物体吸取机械能量并转换成电信号输出，是一种典型的发生器型变换器。由于它的输出功率较大，因而大大简化了后续电路，且性能稳定，又具有一定的工作带宽(一般为101000Hz)，所以获得了较普遍的应用(yngyng)。,磁电式速度传感器有绝对式和相对式两种，前者测量被测对象的绝对振动速度，后者测量两个运动部件之间的相对振动速度。,第6页/共53页,第七页，共53页。,1,弹簧片、,2,壳体、,3,阻尼环、,4,永磁铁、,5,线圈、,6,心轴、,7,弹簧,1.磁电式绝对速度传感器工作(gngzu)原理,铜制的阻尼环一方面可增加惯性系统的质量，降低固有频率；另一方面又利用闭合铜环在磁场中运动时所产生的磁阻尼力，使振动(zhndng)系统具有合理的阻尼，从而减小共振对测量精度的影响。,原理：E=Blv,E-线圈输出的感应电动势；B-磁铁在气隙中的磁感应强度；l-线圈在气隙中的导线长度；,v-线圈和永磁铁之间的相对速度。,第7页/共53页,第八页，共53页。,2磁电式相对速度(xin du s d)传感器,图,37,磁电式绝对速度传感器,1,壳体、,2,心轴壳体、,3,弹簧片、,4,永磁铁、,5,线圈、,6,弹簧片、,7,引出线,第8页/共53页,第九页，共53页。,磁电式速度(sd)传感器的选用,在选择速度传感器时首先要注意传感器的最低工作频率，它告诉我,们被测设备的频谱图中低于这个频率的信号是失真的，可信度低。,其次是传感器的灵敏度，例如20mv/mm/s（美国本特利公司）、100,mv/mm/s（德国申克公司），这个参数用于将测得的电压值换算成速度,值，也是估计传感器最大输出电压的重要参数。,由于要克服自重的影响(yngxing)，速度传感器分为水平安装（H型）与垂直安装（V型）两种。垂直安装的速度传感器与水平安装的速度传感器内部机械结构参数是不同的，在使用时必须注意，不能混用。,第9页/共53页,第十页，共53页。,位移(wiy)传感器,电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化测量传感器。用于高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析，,电涡流传感器以其长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质(jizh)的影响、结构简单等优点，在大型旋转机械状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用。,第10页/共53页,第十一页，共53页。,涡流传感器工作(gngzu)原理,电涡流效应：根据法拉第电磁感应原理，金属导体置于交变(jio bin)磁场中或时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流。,振荡器,检波电路,放大器,涡电流,探头线圈,前置放大器,电缆,涡流传感器工作原理图,第11页/共53页,第十二页，共53页。,第12页/共53页,第十三页，共53页。,图310是目前工业上常见的涡流传感器与前置放大器。由于前置放大器与探头线圈分离，连接两者之间的电缆构成振荡电路的电容元件，电缆长度变化导致电气参数的变化。因此，探头电缆与前置放大器是配套的，没有互换性。一旦电缆损坏，全套报废，而电缆又是最易损坏的部件。,图311是新型的集成一体化涡流传感器，它将前置放大电路集成到探头内部，这样(zhyng)电缆的作用就仅仅是传输信号，损坏后可以重新接起来，继续使用。所以这种新型的涡流传感器是应用的方向。,图,310,涡流传感器与前置放大器,图,311,集成一体化涡流传感器,第13页/共53页,第十四页，共53页。,涡流传感器的输入(shr)（mm）输出（V）特性曲线,图312 是某涡流传感器的输入（mm）输出（V）特性曲线。因为供电电压,是24V，所以输出电压也是负电压。这样做的目的是抗干扰。从图上看，,是特性曲线的直线段，也是使用的测量区间。,这个特性曲线通常(tngchng)是生产厂提供。也可在现场用特制的标定器测出，特别是,长期使用后的灵敏度此曲线的斜率，线性度及测量范围的重新标定。,图,312,某涡流传感器的输入（,mm,）输出（,V,）特性曲线,第14页/共53页,第十五页，共53页。,电涡流传感器探头的正确(zhngqu)安装,电涡流传感器探头的正确安装是保证传感器系统,可靠工作的先决条件，安装时应该注意以下几个环节。,探头的安装间隙（探头端面到被测端面的距离(jl)）,各探头间的最小间距。,探头头部与安装面的安全间距,探头安装支架的选择（牢固性）,电缆转接头的密封与绝缘。,探头所带电缆、延伸电缆的安装,探头抗腐蚀性,探头的高温、高压环境,第15页/共53页,第十六页，共53页。,此外，电涡流传感器还可用于测厚、测表面粗糙度、无损(w sn)探伤、测流体压力、转速等一切可转化为位移的物理参量，以及硬度、温度等。,第16页/共53页,第十七页，共53页。,4 振动(zhndng)传感器的选用原则,在实际(shj)测试中，选用振动传感器应本着可用和优化的原则。,第17页/共53页,第十八页，共53页。,具体要考虑(kol)以下问题,1测量范围,测量范围又称量程，必须保证(bozhng)不超过,传感器的测量量程。,2.频响范围,振动参量的最显著(xinzh)特性就是其频率构,成特性，即一个机械振动信号往往是,由许多频率不同的信号叠加而成。,第18页/共53页,第十九页，共53页。,传感器的频响特性要好，也就是要求(yoqi)其幅频特性的水平范围尽可能宽,频率(pnl)下限尽可能地低，频率(pnl)上限尽可能地高。,3.灵敏度,一般而言，总是希望传感器的灵敏度尽量(jnling)高，,以便检测微小信号。,要求传感器的信噪比,(S/N),要高，有效地抑制,噪声信号,第19页/共53页,第二十页，共53页。,4.精度(jn d),5.,稳定性,时间(shjin)稳定性和环境稳定性,此外，传感器的工作方式、外形尺寸、重量等也是需要考虑(kol)的因素。,第20页/共53页,第二十一页，共53页。,一、诊断参数的选择振动诊断参数主要包括振动的位移(wiy)、速度或加速度,第21页/共53页,第二十二页，共53页。,第22页/共53页,第二十三页，共53页。,例如需要关注的是设备(shbi)零部件的位置精度或变形引起的破坏时，则应选择振动位移的峰值（或峰一峰值），因峰值反映的是位置变化的极限值；,如关注的是惯性力造成的影响时，则应选择加速度，因为加速度与惯性力成正比；,如关注的是零件的疲劳破坏，则应选择振动速度的均方根值，因为疲劳寿命主要取决于零件的变形能量与载荷的循环速度，振动速度的均方根值正好是它们的反映。,1.监测目的。传感器拾取(shq)的信息最好就是所要的诊断信息，若通过微分器或积分器得到所要的诊断信息，精度就要差些，特别是微分器最好避免使用。,第23页/共53页,第二十四页，共53页。,2、振动频率 一般说应该用传感器监测振动量值大的参数，减小测量噪声的干扰。,由于加速度、速度和位移值与振动频率有关，低频振动（例如,以下(yxi)）的位移值比速度值大，比加速度值更大，所以应该选用位移计监测振动位移；高频振动（例如 以上）的加速度值大于速度值，更大于位移值，所以应该选用加速度计监测振动加速度；频率在 之间的振动，中频宜选用速度计监测振动速度，也可用位移计或加速度计检测设备的振动。,但是，在考虑设备的振动频率时，不可忽视传感器的灵敏度，应该使选用的传感器有较大的输出。,第24页/共53页,第二十五页，共53页。,二、测点选择(xunz),(1)测点的振动应能准确、显著地反映振源的振动状况。,(2)安装维护传感器力求(lqi)方便。,(3)测点环境条件适当。,测点选择(xunz)在振源，可以直接获取所需的振动信息，准确性最好。例如，监测轴的振动时，选轴颈为测点，用涡电流位移传感器测轴对壳体的相对振动就是符合准确性要求的选择(xunz)。,测点选择在安装、维护传感器方便的地方也不可忽视。例如监测轴的振动，测点选择轴颈虽满足了准确性要求，但把传感器装在机器内部，一般来说，困难较多，不易实现，也不易维护，不如把测点选择在外部机壳上方便。,测点选择还应避开高温、高湿度和温度变化剧烈以及有磁场干扰的部位，使测量精度不受恶劣环境的影响。在不可避免的条件下则应选择抗腐蚀、耐高温、抗干扰的传感器。,第25页/共53页,第二十六页，共53页。,最终权衡利弊，认真选择,一般来说，对普通机械设备，如水泵、鼓风机、电机等装在滚动轴承上的转轴，转速不高、轴承刚性好，转子与机座相比，机座轻、刚性差，转轴振动在壳体上反映比较明显，测点可以选择在壳体上，当然要尽量靠近轴承的承载区，以减少信息能量的传递损失；,对于高速压缩机等设备，壳体的重量比转轴大，转轴的振动在壳体上的反映十分微弱(wiru)，测点就应选在轴颈处。,第26页/共53页,第二十七页，共53页。,测点的数量,与机械设备的尺寸，结构和在监测范围内可能发生故障的部位有关，凡是与故障有关的关键部位都应配置(pizh)测点，不应遗漏。,例：不同的故障造成的振动在不同方向(fngxing)有不同的反映，旋转质量不平衡引起的振动主要在水平方向(fngxing)；联轴器不同轴线误差引起的振动主要在轴向；设备与基础联结松动引起的振动主要在垂直方向(fngxing)，由于这些振动的频率都较低所以监测低频振动时必须在互相垂直的 个方向(fngxing)上都安置传感器，如果忽略了某个方向(fngxing)的振动监测，很可能遗漏掉部分故障信息而得不到正确的诊断结论。,轴向,垂直(chuzh),水平,第27页/共53页,第二十八页，共53页。,三、传感器（拾振器）选择,选不好传感器，对振动信息(xnx)进行准确、全面的捕获与转换就不可能得到符合实际的诊断结论。,1、传感器的分类,目前普遍使用的传感器有以下几种：,A、压电式加速度计它主要用于轴承座和壳体振动的绝对 测量,有优良的频率特性：0.3_50KHz,很宽的频率范围：10000g_+10000g,灵敏度高，重量轻，体积小，寿命长，安装方便，可远距离传输，（与放大器间可以有几百米低噪声电缆）、不需微分电路，故应用广，优先(yuxin)使用。2),B、涡电流位移传感器实现非接触相对(xingdu)测量,宽的频率范围（直流,_10KHz),测量范围大（,),灵敏度高（,80mV/um),结构简单，不怕油污、耐高温、抗干扰、定标容易、输出阻抗低、安装方便。特别适合旋转零部件相对轴承的振动测量,第28页/共53页,第二十九页，共53页。,相对式和绝对式拾振器简介,绝对式拾振器如压电式加速度计，安装在被测对象上，捕获的信息是被测对象相对静参考系的振动量，适合(shh)测量船舶、火箭和设备壳体上某处的绝对振动。,相对式拾振器捕获的信息是被测对象相对动参考系的振动量。传感器安装在动参考系上，适合(shh)测量旋转零部件相对机壳的振动。相对式拾振器有接触式如应变式位移传感器和非接触式如涡电流位移传感器2种。,非接触式拾振器对被测对象的振动没有任何影响，特别适合(shh)小型轻量和低刚度对象。,涡电流(dinli)传感器原理利用金属体在交变磁场中的涡电流(dinli)效应,第29页/共53页,第三十页，共53页。,复合式传感器市场(shchng)有售。,用相对式拾振器（非接触式）测量轴对轴承座的相对振动；用绝对式拾振器测量轴承座的绝对振动。所测信号经电路合成就可直接(zhji)得到转轴绝对振动的位移峰一峰值。,第30页/共53页,第三十一页，共53页。,C、磁电式速度计_测量轴承座和壳体的振动速度,优点：本身不需要电源、输出信号大、输出阻抗低、不易受干扰、测量电路简单、适用于直接监测转子不平衡不对中引起的轴承座和壳体的振动速度。,缺点(qudin)：但传感器结构较大,不便使用。频率范围较窄（10_20KHz),第31页/共53页,第三十二页，共53页。,四、测振仪器选择,信息工程领域软硬件的飞速发展，使得(sh de)监测仪器和诊断系统不断更新换代。,可分两大类：试验室仪器和系统、工业环境仪器和系统,1、试验室仪器和系统用于大专院校、研究所以及大型企业的研究中心和诊断中心，分为：,A、磁带FFT分析仪系统,磁带(cdi)FFT分析仪系统组成,第32页/共53页,第三十三页，共53页。,磁带(cdi)记录仪的基本组成部分,第33页/共53页,第三十四页，共53页。,结构和原理,磁带记录仪由磁头、磁带和传动机构组成。,磁头由带有气隙的环形软磁铁心和绕于其上的线圈组成。,磁带表面涂有一层均匀的磁粉。,当磁带记录信号时，传动机构使磁带按一定的线速度在记录磁头上平移。当记录磁头线圈中有电流通过时，铁心中产生与电流成比例的磁通，而在铁心空隙端通过的磁带上的磁粉被磁化。磁带离开(l ki)磁头后，磁带上即留有与信号成比例的剩余磁化强度，从而使记录的信号能长久保存在磁带上。重放时，磁带上的磁信号通过重放磁头还原成电信号。磁带上的信号可用高频去磁法抹去，使磁带能多次使用。,第34页/共53页,第三十五页，共53页。,B、虚拟仪器系统(xtng),在特定软件平台上编制特点(tdin)软件和显示界面，可驱动硬件采集；同样的硬件由于软件不同可承担不同任务。开发平台主要有NI的LabView和艾捷伦的VEE系统。,第35页/共53页,第三十六页，共53页。,2、工业环境(hunjng)仪器和系统,按采集形式分：离线仪器（简易振动测试仪器、数据采集仪）和在线监测仪器,A、简易振动测试仪,最常用的手持式振动笔,高级(goj)的可外接传感器，并有插口可外接设备（示波器、FFT分析仪、磁带记录仪等）,第36页/共53页,第三十七页，共53页。,B、便携式数据(shj)采集器-离线式监测与诊断系统,可完成进行(jnxng)数据采集、存储、FFT频谱分析，有接口与计算机相连，用软件完成功能全面的精密诊断。,第37页/共53页,第三十八页，共53页。,C、在线连续监测系统,针对(zhndu)大型机组和关键设备,优点：随时获得目前设备状况，信息全面。,缺点：投资和规模较大。,第38页/共53页,第三十九页，共53页。,包括：,前端信号(xnho)采集（传感器、导线、集线箱等）,数据采集工作站（对数据进行适当分析处理，决定是否上传，可直接驱动继电器）,系统服务器（控制整个系统工作的中枢，对数据存储、分析，对数据根源分析，给出诊断结论）,客户端（及时观测在线诊断设备的运行情况，安装在企业网络计算机上）,第39页/共53页,第四十页，共53页。,仪器选择原则：,数据采集仪占主导地位，应用最为广泛。（基本功能，价格低，实施方便）,10%-20%要害设备考虑采用在线(zi xin)连续监测系统；,50-60的设备采用离线或半在线(zi xin)的监测诊断；,余下的20-30%次要设备，考虑事后维修方式。,第40页/共53页,第四十一页，共53页。,五、振动标准与诊断标准的建立,可分为两大类,即运行管理标准和生产厂商出厂标准。,前者用于评定设备运行状态(健康情况),对设备的故障进行诊断,确定设备的维修计划等;,后者是用来控制产品的质量、性能(xngnng)和可靠性,因此后者比前者要严格。,第41页/共53页,第四十二页，共53页。,组织：,前2个最权威,我国的CSBTS/TC53也相应地在分技术委员会中增加了制定设备状态监测与故障诊断标准(biozhn)工作,并已列入,国家标准(biozhn)体系。,China State Bureau of Technical Supervision 中国(zhn u)国家技术监督局,TC-Technical Committee,标准化组织：人们制订标准达成(dchng)一致意见提供一种机制的组织,第42页/共53页,第四十三页，共53页。,1、振动绝对标准,下图是国际标准组织颁发的两种判别振动强度的标准。,ISO39451985是现场评价标准，适用于转速为6001200r/min的大型旋转机械，划分强度的根据是轴承(zhuchng)壳体的振动烈度，即频率在101000HZ范围内振动速度的均方根值。,ISO23721974是车间试验和验收的通用标准，适用的转速为6001200r/min。,我国的国家标准GB607585等效采用国际标准ISO2372。,第43页/共53页,第四十四页，共53页。,I,SO2372-1974;ISO3945-1985,第44页/共53页,第四十五页，共53页。,它将机器(j q)分成四类：,类为固定的小机器(j q)或固定在整机上的小电机，功率小于15KW。,类为没有专用基础的中型机器(j q)，功率为1575KW。刚性安装在专用基础上功率小于300KW的机器(j q)。,类为刚性或重型基础上的大型旋转机械。(底座固有频率高于转频）,类为轻型结构基础上的大型旋转机械。(底座固有频率低于转频）,A级：优良，振动在良好限值以下，认为振动状态良好。,B级：合格，振动在良好限值和报警值之间，认为机组振动状态是可接受的（合格），可长期运行。,C级：尚合格，振动在报警限值和停机限值之间，机组可短期运行，但必须加强监测并采取措施。,D级：不合格，振动超过停机限值，应立即停机。,第45页/共53页,第四十六页，共53页。,第46页/共53页,第四十七页，共53页。,绝对标准有适用条件。,且机器表面测得的机械振动，并不是在任何情况下都能代表关键零部件的实际振动应力、运动状态或机器传递给周围结构的振动力。,在有条件时，应进行其他(qt)判断。,2、振动相对标准,即对设备同一部位的振动进行定期检测,以设备正常状态下的振动值为标准(参考值),根据实测值与标准值之比是否超标来判定设备的运行状态。,若与设备自身历史状态数据相比较,简称“自身纵向比较法”;,若无历史状态资料可查时,可另选同类型正常的机器作相应的比较,简称“同类横向比较法”。,通常标准值(或正常值)的确定,是依据实测值的统计和经验逐步修正完善的。,第47页/共53页,第四十八页，共53页。,例：对旋转机械转速低于600r/min进行故障诊断，不宜以绝对振动标准为主要(zhyo)判断依据，而较适应相对和类比判断标准。,第48页/共53页,第四十九页，共53页。,六.振动(zhndng)信号分析方法,第49页/共53页,第五十页，共53页。,(a)与开停机过程无关（大设备中局部(jb)检测）,(b)峰值为机座、基础(jch)的共振引起,(b)转子(zhun z)不平衡造成；Fmw2r,(d),振幅突然增大，常由轴承间隙过小或过大引起，速度达一定值时，引起碰撞或松动,第50页/共53页,第五十一页，共53页。,第51页/共53页,第五十二页，共53页。,第52页/共53页,第五十三页，共53页。,