振动信号处理技术在旋转机械振动监测与诊断中的应用和动向

　　机器的振动总是随着机器的运转而存在的.即使是机器在最佳的运行状态,由于很微小的缺陷及外界激励,也将产生某些振动.例如,飞机在飞行时机翼的振动,火车在铁轨上行驶时产生的振动,机床在切削时刀具的振动等.同样,旋转机械包括蒸汽透平,燃气透平,水力透平,压缩机,鼓风机,离心机,发电机,泵及各种齿轮减速(增速)器等在运行时,也必然会产生各种振动和噪声.

　　1 旋转机械的基本构成及特点

　　我们所说的旋转机械的主要构成部件是指转子,支承转子的轴承,定子,机器壳体,联轴节,此外还有齿轮传动件、叶轮叶片及密封等.转速范围一般为几千r/min至几十万r/min,所以这类机组通常称为高速旋转机械.又由于有的机组结构复杂,功率大,如3万kw汽轮发电机组,因此又称为大型高速旋机械.对于旋转机械来说通常有两类性质不同的振源会引起部件和机体的振动:一类是由于机械运动件的质量不平衡,几何轴线不对中,齿轮啮合不好,传动件配合失当,轴颈轴承间隙过大等引起的机械强迫振动,其中包括周期振动,冲击振动,随机振动等,同时也引起噪声.若从振动频谱给予命名,因为大多数振动都具有周期性的特征频率,所以一般称之为特征分量.这一大类的振动多数以轴转速为相应函数,属于不同转速时的强迫振动.别一类振动是由于结构响应,自激振动或环境振动引起的振动响应,例如:流体的喘激振动、轴承的油膜振动、部件本身的响应振动,结构的局部振动等.这类振动的特点是与旋转机械的转速,转速阶数无直关系.由于转子、轴承、壳体、联轴节、密封和基础等部分的结构及加工和安装方面的缺陷,使机器在运行时引起振动,过大的振动又往往是机器破坏的主要原因,所以对旋转机械的振动测量、监视和分析是非常重要的.又由于振动这个参数比起其它状态参数,例如润滑油或内部流体的温度、压力、流量或电机的电流等更能直接地,快速准确地反映机组运行状态,即正常状态还是异常状态,所以振动一般作为对机组状态进行诊断的主要依据.旋转机械振动检测,监视及故障诊断是一门综合性的学科,在理论上它涉及到转子动力学、轴承、流体力学等.

　　2 旋转机械常见的振动

　　按不同的分类方法,旋转机械有下列一些常见的振动情况.

　　2.1 按振动频率分

　　1)与转速频率相同的振动,表示为1Xr/sec.(X为转速频率)

　　2)振动频率为转速频率的整数倍,即振动频率为nXr/sec,最常见的是2Xr/sec,也有3Xr/sec或更高倍转速频率的振动.

　　3)振动频率为转速频率的整分数,例如:1/2Xr/sec,1/4Xr/sec等.

　　4)与转速频率成一定比例关系的振动频率,例如:38~49%Xr/sec.