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弹簧质量块,一个质量,一个与位移反向成正比的力,给一个初始位移放开就以其固有频率做正弦振动。
任何一个振动,每个时刻都有位移、速度和加速度值,三个值都在变化,即“振动“”。每个时刻的振值连线就是波形,波形就代表一个振动是什么样的。
对任何一个波形,描述其大小,可以选择峰峰值,峰值和有效值。
峰值是正或负方向的最大的那个值。
峰峰值是最大到最小值的差,有的资料说应该是一个周期内的最大和最小,或者描述为峰值和其旁边的负峰值间的差,实际上测试仪器经常没有转速信息,而且只考虑一个周期的话等于忽略了低于转频的频率成分的影响,所以仪器默认给的都是整个波形时段内的最大和最小值的差(某些大机组在线系统可以选择用几个周期来计算,因为按键相采集,可以确定到每个周期),这样计算的结果会在某些特殊情况下大于转子的实际幅值,比如波形整个倾斜,有跳变等情况,这些特殊情况可以通过查看其波形很容易就能分辨。
对一个多频率成分的信号,波形不是正弦波,峰峰值、峰值、有效值间没有固定的比例关系,选用哪一个就要看其代表的物理意义。
- 位移峰峰值,代表在多大空间范围内振。
- 速度有效值,代表振动能量的大小,因为能量是0.5mv²(动能 Ek=1/2mv^2)。
- 加速度峰值,代表振动过程中所受的最大的力,因为f=ma,加速度波形就代表每个时刻轴承座受到的力的大小。
通频有效值可以用波形计算,但计算量很大,只能用仪表或计算机计算。也可以在频谱中由各分量的平方和再开方得到,几个简单谱线的有效值的和手动即可算出。
手持的简单测振表,默认的都是位移峰峰值、速度有效值、加速度峰值。其他测振设备如果没有特别说明,也可以这样认为。欧洲标准有测速度峰值和加速度有效值的,如果出现读数差别要考虑到单位选择的不同。
如上所说,单一频率的信号,其数学表达式就是正弦函数,位移幅值微分后得到速度,其幅值就是位移乘以2πf,f是频率,单位是1/s。
虽然知道任何一个参数的波形等详细信息,都可以得到另外两个,但是对状态监测和振动分析来说,使用位移、速度还是加速度监测不同频率的信号会有不同的效果,测到的幅值越大,信噪比就越高,分析就越方便。
虽然位移、速度和加速度信号间是等效的可以互相换算的,但他们对不同频率信号的响应是不一样的,比如位移对低频信号更敏感,而在高频时不可能有很大的位移值。所以现场判断设备状态时,要根据可能出现的振动频率选择合适的振动参数,更方便和灵敏的指示设备状态。
加速度很少用到,因为在风电标准包含加速度幅值之前,基本没有加速度的标准,加速度值主要受高频的影响,这些高频值通常也不代表设备损坏需要维修。
监测滑动轴承设备都会安装电涡流传感器,高速的压缩机转速可以到一两万转。12000r/min的压缩机,监测其十倍频范围的话,频率范围也是2000Hz了,使用电涡流传感器没有问题。还有在齿轮箱内的滑动轴承上使用电涡流传感器的,不过也只监测其转频的十几倍,不测试啮合频率。
对一台具体设备来说,先要知道可能出现的故障在什么频率范围内,然后根据它可能出现的振动频率范围选择合适的参数。
- 十倍转频,没问题,任何设备都应该测量十倍转频。
- 三倍的啮合频率,三倍的扇叶、流道通过频率可能会比较高。
- 10倍的轴承内环故障频率挺高的,比较少见,冲击很尖锐才可能。
- 电机的6倍线频就是300Hz,基本上在10倍转频以内。需要注意的是电机的笼条或定子槽松动频率(个数乘以转频)可能到六七十倍转频,经常需要一个高频加速度测量。