依照物理學,旋轉中物體的振動是呈現較為規律正弦波形,在轉動機械上測量到的振動波形,是許多零件的綜合振動,綜合振動的復雜波形,可以利用數學予以分解成不同零件各自的正弦波形振動。材料不可能完美均質、制造上的精度限制、設備安裝不平衡、螺絲齒輪咬合松動、軸承磨損、壓縮機缺油磨損、電機活動軸承磨損、水泵氣泵渦輪不平衡等,這些因素均會使運轉的物體產生異常振動。
如果設備未能正確安裝、運行磨損未能及時保養、故障未能及時排除等,強行運行設備,這個過程會持續產生異常振動,如超越了設備承受界限,很可能造成更大的損失,所以檢測設備振動是現場安裝、設備保養、故障排除重要因素之一。
一、工業測振儀參考標準
JJG 676-2000工作測振儀檢定規程;
JB/T 6822-93壓電加速度傳感器機械行業標準;
EN61326-1 2013安規標準;
二、UT315A測振儀優點
UT315A測振儀是基于微處理器設計,用于測量電機、軸承等機器振動狀態,協助設備現場安裝、設備運行監測維護、現場故障分析儀器。
測振儀特點介紹:
1、采用高靈敏度探頭,精確測量(±(5%+2dgts))。產品經國家認證、國際認證計量機關計量校準認證。
圖1.摘自UT315A校準證書
2、整體振動狀況測量,寬至10Hz到10kHz頻率自動切換,精確以加速度、速度、位移為單位測量,靈活適應各種復雜現場測量,可以根據實際情況自主選擇。
圖2.復雜現場測量建議
3、UT315A測振儀提供高達1999組數據存儲,用戶可以根據自己需求手動存儲或者設置0.5~255秒間隔時間自動存儲,結合UT315A電腦軟件可以直接導出Excel表格、進行曲線分析。也可以實時與電腦軟件通信,靈活形象分析數據。
圖3.電腦軟件實時數據分析
三、位移、速度、加速度選擇依據
位移、速度、加速度該如何選擇?位移是振動的幅度大小,體現物體振動離開平衡位置最大位移;速度在數值上等于物體運動的位移跟發生這段位移所用的時間的比值;加速度是速度變化量與發生這一變化所用時間的比值。振幅可能出現相同,但是振動頻率不一樣,所以加速度、速度同樣是振動測量的重要參數。對簡諧振動,三者均為正弦曲線,分別具有90°、180°的相位關系,速度、位移根據加速度探頭計算出。
在物理振動模型中,位移值體現的是設備在空間上偏移平衡位置距離大小,峰峰值是偏離平衡位置最大值;速度的有效值則與振動能量成一定的比例,速度大小基本能代表振動能量大小的;加速度的峰值大小表征了振動過程中最大的沖擊力大小。UT315A測振儀測量出位移、速度、加速度就是根據以上模型。
在低頻振動中,加速度很小,即使稍微有點變化,位移就有很大的變化,所以一般低頻區域用位移測量;同一樣道理,中頻區域一般使用速度測量;高頻區域使用加速度測量,但使用范圍有時候需要重疊測量。UT315A說明書位移頻段是10Hz~500Hz,速度是10Hz~1kHz,并非是說超過此頻段就不能精確測量,而是高頻區域下位移、速度值比較小了,使其應用意義大大減少,如用戶有需要,亦可切換查看。
位移、速度、加速度單位選擇可參考如下原則:
a.低頻振動(<100Hz):采用位移測量(mm);一般用于低轉速機械的振動評定;
b.中頻振動(10~1000Hz):采用速度測量(mm/s);一般用于中速轉動機械的振動評定;
c.高頻振動(>1000Hz):采用加速度測量(m/s2);一般用于高速轉動機械的振動評定;
d.國際上一般采用振動速度(mm/s)測量。
對大多數機器來說,最佳診斷參數是振動速度mm/s, 因為它是反映振動強度的理想參數, 所以國際上許多振動診斷標準(如ISO2372及ISO3945)都是采用速度的有效值作為判斷參數。在選擇測量參數時必須與采用的判別標準所使用的參數相一致,否則判斷狀態時將無據可依(附錄:a.機器振動分級表(ISO2372))。
四、部分應用領域介紹
測振儀最大的用戶群是電力行業:主要用于火力發電廠,如大型發電機組(汽輪機、發電機、鼓風機、引風機等)這些設備的運行狀態會直接影響到電廠的生產。而一些重要的、不能隨便停機的設備,不僅需要實時的在線監測系統,還需要便攜式測振儀隨時提供簡易測量和初步診斷。
測振儀的第二大用戶群是鋼鐵企業集團:其中有流水線作業的附屬分廠,它們配有各種旋轉設備。如:連續運轉的卷揚機、離心式鼓風機、引風機、出渣機、帶動加熱爐爐排轉動的減速機等。
與此同時,冷卻循環水泵對于鍋爐的正常工作,甚至是整個配套機組的安全,穩定運行都起著至關重要的作用。(例如:鼓、引風的不匹配,會導致鍋爐正壓運行,易引起爆炸現象。冷卻循環水泵因振動過大,停機,不能正常供水,也會引起鍋爐非正常作業。這其中的每一個環節都是環環相扣,一個地方出問題,都會導致巨大的安全隱患及重大的設備事故。)
另外,制藥行業的連續運轉設備也很多,所以說也是一個大的行業用戶。其中的空壓機、電器等好多設備都需要測量振動。
煙草行業:煙草行業設備先進,自動化程度比較高,對設備維護這方面也尤為重視。主要測量的設備有除塵風機,空壓機,制絲設備等。
除以上外還有其他振動設備等,以下附部分現場測量應用圖。
圖4 .應用現場振動測量
附錄:
a.機器振動分級表(ISO2372)
注:(1)Ⅰ類為小型電機(小于15KW的電動機等);Ⅱ類為中型電機(15KW~75KW的電動機等);Ⅲ類為大型原電機(硬基礎);Ⅳ類為大型原動機(彈性基礎)。
(2)A、B、C、D為振動級別。A級好,B級滿意,C級不滿意,D級不允許。測量速度RMS值應在軸承殼的三個正交方向上。
b.大于1馬力電機最大允許振動(NEMA MG1-12.05)
注:對于交流電機,使用最高同步轉速;對于直流電機,使用最大功率轉速;對于串聯和多用途電機,使用工作轉速。
c.大型感應電機最大允許振動(NEMA MG1-20.52)
以上兩標準由美國電器制造商協會(NEMA)制訂
d.成型繞組鼠籠式感應電機
本標準由美國石油學會(API)制訂
e.ISO/IS2373以振動速度幅值為根據的電機質量標準
表中所推薦的“N”級的界限值適用于一般電機。