第二章旋转机械振动分析基础

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  tAysin （3-1） f2；Tf1 试中，y 振动位移；A 振动幅值，反映振动的大小； 振动相位，反映信号在t=0 时刻的初始状态； 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。频率特征是故障判断的必要条件，因此根据频谱分析结果可以对故障性质作一个初步定性判断。 2）频率特征对故障判断不具备充分性，多种故障的频率特征具有很强的相似性。例如，热变性、不平衡、共振、刚度不足、摩擦等故障的特征频率都是工频，仅根据频率特征无法将故障原因进一步定量细化。为了能确诊故障原因，振动分析必须结合过程参数和相关试验数据进行，突出相似...