恒壓供水設(shè)備在運行中,都不同程度地存在振動,這是機械運行的共性。然而,不同的機器,或同一機器的不同部位,以及機器在不同的時刻或不同的狀態(tài)下,其產(chǎn)生的振動形式又往往是有差別的,這又體現(xiàn)了設(shè)備振動的特殊性。從不同的角度來考察振動問題,可按如下方式將振動進行分類。
1、按振動規(guī)律分類
按振動的規(guī)律,一般將機械振動分為如下幾種類型。
這種分類,主要是根據(jù)振動在時間歷程內(nèi)的變化特征來劃分的。大多數(shù)機械設(shè)備的振動類型是周期振動、準周期振動、窄頻帶隨機振動和寬頻帶隨機振動以及幾種不同類型振動的組合。一般在啟動或停機過程中的振動信號是平穩(wěn)的。設(shè)備在實際運行中,其表現(xiàn)的周期信號往往淹沒在隨機振動信號之中。若設(shè)備故障程度加劇,則隨機振動中的周期成分加強,從而整臺設(shè)備振動增大。因此,從某種意義上講,設(shè)備振動診斷的過程,就是從隨機信號中提取周期成分的過程。
2、按產(chǎn)生振動的原因分類
機器產(chǎn)生振動的根本原因,在于存在一個或幾個力的激勵。不同性質(zhì)的力激起不同的振動類型。據(jù)此,可將機械振動分為三種類型。
(1)自由振動:給系統(tǒng)一定的能量后,系統(tǒng)所產(chǎn)生的振動。若系統(tǒng)無阻尼,則系統(tǒng)維持等幅振動;若系統(tǒng)有阻尼,則系統(tǒng)為衰減振動。
(2)受迫振動:元件或系統(tǒng)的振動是由周期變化的外力作用所引起的,如不平衡、不對中所引起的振動。
(3)自激振動:在沒有外力作用下,只是由于系統(tǒng)自身的原因所產(chǎn)生的激勵而引起的振動,如油膜振蕩、喘振等。
因機械故障而產(chǎn)生的振動,多屬于受迫振動和自激振動。
3、按振動頻率分類
機械振動頻率是設(shè)備振動診斷中的一個十分重要的概念。在各處振動診斷中常常要分析頻率與故障的關(guān)系,要分析不同頻段振動的特點。因此了解振動頻段的劃分與振動診斷的關(guān)系很有實用意義。按頻率的高低,通常把振動分為三種類型,如下圖所示。
振動類型
頻率范圍 實例
低頻振動
f〈5倍軸旋轉(zhuǎn)頻率 不平衡、不對中、軸彎曲松動、油膜振蕩
中頻振動 f=10~1000Hz 齒輪振動、流體振動
高頻振動 f〉1000Hz 滾動軸承傷痕引起的振動、摩擦振動
振動是物體運動的一種形式,它是指物體經(jīng)過平衡位置而往復(fù)運動的過程。機械振動是物體(或其一部分)沿直線或曲線并經(jīng)過其平衡位置所作的往復(fù)運動。
如下圖所示,單擺是簡單機械振動的例子。
振動的情況可用位移、速度和加速度三個參量來表征,這三個參量統(tǒng)稱為振動參數(shù)。
1、位移—振動物體離開平衡位置的距離。常用微米(μm)或毫米(mm)作單位。
2、振動速度—就是振動物體位移的快慢,即位移對時間的變化率。以毫米/秒(mm/s)為單位。
3、振動加速度—即物體振動速度的變化率,也就是位移的二階導(dǎo)數(shù),一般用g(重力加速度)表示其大小。
將振動參數(shù)隨時間變化的狀態(tài)畫出來,可以得到相應(yīng)曲線,此線叫做振動波形。簡諧振動的波形如圖所示,它是一條正弦曲線(實線)。
每一個振動參數(shù)都具有三個基本要素,即振幅X、頻率f和相位φ?,F(xiàn)在就以簡諧振動為例,來說明三要素的概念、它們之間的關(guān)系以及在振動診斷中的應(yīng)用。
a.振幅:表示物體動態(tài)運動或振動的幅度,它是機械振動強度的標志,也是機器振動嚴重程度的一個重要指標。機器運轉(zhuǎn)狀態(tài)的好壞絕大多數(shù)情況是根據(jù)振動幅值的大小來判別的。振幅的大小可以表示為峰-峰值(P-P)、單峰值(0-P)、有效值(RMS)或平均值(Average)。
峰-峰值等于正峰和負峰之間的最大偏差值,峰值等于峰-峰值的 1/2。只有在純正弦波的情況下,均方根值才等于峰值的 0.707 倍,平均值等于峰值的 0.637 倍。而平均值在振動測量中一般則很少使用。
表述振動幅值的大小通常采用振動的位移、速度或加速度值為度量單位。一般在振動測量中,除特別注明外,振動位移(D)以峰-峰值表示,單位一般是微米(μm);振動速度(V)常用有效值表示,單位用毫米/秒(mm/s)。振動速度的有效值又稱為“振動烈度”。有的行業(yè)的設(shè)備振動標準就是以“振動烈度”來作為基礎(chǔ)的。振動加速度(A)積分一次即為振動速度;而振動速度再積分一次就成了振動位移。
以上僅僅是對簡諧振動而言是正確的,因其頻率 f 值為一常數(shù);而對于一個復(fù)雜振動或波形來說,由于其振動頻率 f 值的多重性而會帶來誤差。
b.周期:物體完成一個完整的振動所需要的時間,以 T 0 表示。單位一般是用“秒”來表示。例如一個單擺,它的周期就是重錘從左運動到右,再從右運動回左邊起點所需要的時間。
c.頻率:是指振動物體在單位時間(1 秒)內(nèi)所產(chǎn)生振動的次數(shù),即 Hz,以 f 0 表示。很顯然,f 0 =1/T 0 。對于旋轉(zhuǎn)機械的振動來說,存在下述令人感興趣的頻率:a)轉(zhuǎn)動軸的旋轉(zhuǎn)頻率;b)各種振動分量的頻率;c)機器自身和基礎(chǔ)或其它附著物的固有頻率。
由于某些機器故障僅僅在某些特定的頻率下才產(chǎn)生振動,這種現(xiàn)象就有助于區(qū)別各種不同種類的機器故障。例如:不平衡故障的結(jié)果一定會導(dǎo)致工頻能量的異常升高。但是,反過來我們必須注意到,振動頻率和機器故障的關(guān)系并不是一一相對應(yīng)的。也就是說,某一特定頻率的振動,可能和多種機器的故障有關(guān)聯(lián)。
因此,我們不要企圖將某一固定的振動頻率與某一特定的機器故障建立直接的聯(lián)系。在對旋轉(zhuǎn)機械進行振動分析與故障診斷時,振動的頻率是非常重要的參量,是分析振動原因的重要依據(jù),它有助于我們對機器的故障進行判別,根據(jù)振動頻率可以初步查明振動的性質(zhì)和來源。但是,它僅僅只是一種參量而已。為了得到正確的診斷結(jié)論,我們還必須對機器所有的參量進行估計和分析。振動頻率可采用赫茲(HZ)、周/ 分鐘(CPM)、 轉(zhuǎn)/分鐘(RPM)等度量單位,或以相對于轉(zhuǎn)速頻率的倍數(shù)為度量單位, 如一倍頻(1X)、二倍頻(2X)、半頻(0.5X)…...,等等。
d.相位:是指旋轉(zhuǎn)機械測量中某一瞬間機器的選頻振動信號(如基頻)與軸上某一固定標志(如鍵相器)之間的相位差。相位可用來描述某一特定時刻機器轉(zhuǎn)子的位置,一個好的相位測量系統(tǒng)能夠確定每一個傳感器所在的機器轉(zhuǎn)子上“高點”相對機器軸系上某一固定的標志點的位置。而平衡狀態(tài)的變化將會引起“高點”位置的變化,這種變化也會通過相位角的變化而表示出來。相位的度量單位為度(°),通常振動相位在 0°~360°范圍之間變化。振動的相位在振動分折中十分重要,它不僅反映了不平衡分量的相對位置,在動平衡中必不可少,而且在故障診斷中也能發(fā)揮重要作用。
下面專門說一下振動位移、速度、加速度三者之間的相位關(guān)系。以單擺的簡諧振動為例:
把一個單擺橫向來看,當重錘向上擺,通過起始點 0 時,其位移為零,而速度為正方向最大,加速度為零;當重錘運動到上死點時,位移為正方向最大,此時速度為零,加速度為負方向最大;重錘向下回零時,位移為零,速度為負方向最大,加速度為零;當重錘運動到下死點時,位移為負方向最大,而此時速度為零,加速度為正方向最大。