旋转机械的振动原因分析

一、旋转机械振动过大的危害

汽轮机、发电机、燃气轮机、压缩机、风机、泵等都属于旋转机械，是电力、石化和冶金等行业的关键设备。这些设备出现故障后，大多会带来严峻的经济损失。

振动在设备故障中占了很大比重，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"，直接反映了设备健康状况，是设备安全评估的重要指标。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，或振动变得不稳定，都说明设备出现了一定程度的故障。振动对机组安全、稳定运行的危害主要表现在:

1、振动过大将会导致轴承乌金疲劳损坏。

2、过大振动将会造成通流部分磨损，严峻时将会导致大轴弯曲。统计数据表明，汽轮发电机组60%以上的大轴弯曲事故就是由于摩擦引起的。

3、振动过大还将使部件承受大幅交变应力,容易造成转子、联结螺栓、管道、地基等的损坏。

正因为振动对设备安全运行相当重要，人们对振动问题都很重视。目前大型机组上普遍安装了振动监测系统，并将振动信号投了保护。振动超标时，保护动作，机组自动停机，从而保证设备的安全。

二、什么是振动分析

振动是一个动态量。简称振动，即振动量按余弦(或正弦)函数规律周期性地变化，幅值反映了振动大小；频率反映了振动量动态变化的快慢程度；相位反映了信号在t=0时刻的初始状态。可见，为了wan全描述一个振动信号，须同时知道幅值、频率和相位这三个参数，人们称之为振动分析的三要素。

振动是一个动态变化量。为了突出反映交变量的影响，振动监测时常取波形中正、负峰值的差值作为振动幅值，又称为峰峰值。

简称振动是一种简单的振动形式，实际机组上发生的振动比简谐振动要复杂得多。不管振动多么复杂，由信号分析理论可知，都可以将其分解为若干具有不同频率、幅值和相位的简谐重量的合成。

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)频以 0.5x、2x、3x等表示与转动频率的 0.5倍、2倍和3倍等相等的频率，又称为半频、二倍频、三倍频。

采纳信号分析理论中的快速傅立叶变换(FFT)可以快速、方便地求出复杂振动信号中所含频率重量的幅值和相位。该过程称为频谱分析，并已成为振动故障分析领域基本和常用的工具。

频谱分析所起的作用可以概括为以下两点:

1、不同故障所对应的频率不同。例如：转子不平衡故障的频率为工频，汽流激振和油膜振荡等故障的频率为低频，电磁激振等故障的频率为高频等。频率特征是故障推断的必要条件。某种故障必定具备相应的频率特征。因此，根据频谱分析结果可以对故障性质作一个初步、定性推断。

2、多种故障的频率特征具有很强的相似性，频率特征并不是故障推断的充分条件。例如，热变形、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，振动分析须结合过程参数和相关试验数据进行，突出相似故障之间的微小差别。

三、振动位移、速度和加速度

除了振动位移外，振动分析时还经常用到振动速度和加速度。将位移信号对时间求一次和两次导数，可以分别得到振动速度和加速度;反之，对振动加速度信号进行一次和二次积分可以分别得到速度和位移信号。

1、振动位移、速度和加速度信号的频率相同。不管采纳何种表示方式，故障性质不会变化，都可以用于振动监测。三种方式在旋转机械振动分析中都有广泛应用。

2、在相同位移幅值下，频率越高，振动所产生的交变应力越大，对设备的危害也越大。因此，故障频率越高，位移幅值应该操纵得越严格。对于旋转机械而言，转速越高，振动标准越严。

3、振动速度(或加速度)幅值是振动位移和频率(或频率平方)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、值得指出的是，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wan全相同。于高频振动故障，为了在故障的早期能够比较明显地反映出振动变化,采纳振动速度或加速度监测比较有效。对于低频振动故障，监测振动位移更能够突出反映振动变化。

5、振动位移、速度和加速度之间可以相互转换。虽然将位移信号对时间求导可以得到速度信号和加速度信号，但是由于求导过程中误差有可能会放大，实际上很少进行这样的转换。信号积分过程中误差是收敛的，因此，目前采纳得比较多的是由加速度或速度信号积分求出位移信号。一些采纳加速度传感器的振动仪表，可以通过积分同时测量出振动加速度、速度和位移值。

   四、旋转机械运动产生的振动

机械振动中包含着从低频到高频各种频率成分的振动，旋转机械 运转时产生的振动也是同样的。轴系异常（包括转子部件）所产生的 振动频率特征如下：