振动和动态测量

机器总是试图告诉我们他们的感受,但他们说他们自己的语言。如果我们能够了解机器的语言,我们的生活将更加容易和机器生活将会更长。简单地说,机器振动由于力,振动的特点可以告诉我们关于他们的情况的重要信息。

回顾过去的历史振动测量,你可以看到这两个技术人员在下面的图片中使用两种方法,有很多比你想象的更常见。

技术员左边是用鱼尾巴方法:也称为轴棒——一条鱼尾巴只是一块木头的v型切口适合转轴。木材被浸泡在润滑油,不粘或喋喋不休对轴(少量的烟雾从摩擦加热是正常的)。技术员把棒对转轴(仔细)和法官的水平振动感觉或使用一个简单的机械或电子传感器安装在棍子的顶端。这个方法似乎原油以今天的标准来看,但它确实提供了某种程度的振动数据采集在时间。

我们的其他技术员正确使用螺丝刀的方法:他是用螺丝刀隔离振动在机器的位置。螺丝刀提供了一种导电路径传输声音振动技术员的耳朵。这种方法确实有一定的价值,但主要缺点是,它取决于技术人员的经验和记忆。

这是不容易量化数据当它只存在一个模糊的描述的声音。这两种方法对小的变化不是很敏感,而结果基于观察的人差别很大。他们不提供非常可靠的机器条件恶化的迹象。最后,机器是我们的孩子,我们要确保他们健康的生活!但问题是,我们如何做呢?

与现代技术,可以使用电子传感器检测并记录振动信号而不是听螺丝刀。

机器的振动可以告诉我们重要的信息对其健康和振动的特征可以帮助我们检测和诊断症状之前,他们变得严重。振动是机器上的反应力。机器震动不同,不同的振动传感器是可用的。

本文将重点关注:

• 振动的基本知识
• 传感器类型
• 如何选择最适合你的工具吗

首先,让我们定义振动:

振动是一种摆动运动相对于参考测量面和最重要的是这是一个力量的结果。

机器振动通常是测量和报告位移,速度,和加速度。

• 位移是距离。对于汽车,我们使用等大型单位公里或英里。振动的距离非常小,所以我们通常使用微米(1/1000毫米)或密耳(1/1000寸)。
• 速度是时候位移的变化率。对于交通,我们使用等大型单位公里/小时或英里/小时。振动,以mm / s或IPS。
• 加速度是时候速度的变化率。运输中,我们使用等大型单位m / s2,英尺/ s2,或“G”,这是重力加速度。振动,我们使用m / sec2 / sec2,或最常见的重力加速度“G”。

还记得振动不仅大小,它还包括一个方向——类似于东部或西部方向乘汽车旅行,或纵轴的机械振动传感器所示。

数量,大小和方向称为“向量”和位移,速度和加速度向量。

在车里例子;你开始你的车后,你第一次使用基座加速度加速,那么你获得速度达到你想要的距离。因此,加速导致速度和速度产生位移。

下面的图称为扫描基线情节,振幅轴和时间上轴。时间增加从左至右,我们可以看到积极的峰值加速度发生前的速度,和速度正峰值发生位移。

当我们测量机的移动房屋,我们测量运动引起的力量。这些力量是通过机器的轴承套管传播,使其加速根据力的大小和套管的质量。

加速度(力)的函数结果的速度情况下运动(正比于疲劳)和位移的情况下(压力成正比)。

人们曾经问;“振动是多少?”Really! It's just like asking a person how old is he and assuming that a young 21 years old person must be in a healthy condition.本身的振动程度不是一个机器的健康指标。首先我们需要一些上下文。

在现实中;我们需要知道5参数来描述振动信号和相关工艺参数的正确管理我们的机器。这些都是:

• 直接的振幅——测量总振幅的原始信号。例如,下面的波形图中是一个直接、或过滤,波形,我们可以测量振幅pk-to-pk 2.9密耳Pk-Pk。

• 频率——信号的内容可能给我们线索什么类别的可能的故障机器正在经历。波形是一个复杂的包含多个频率的波形,一些经验丰富的技师可以告诉它是1和5 x,但是,它是更容易和更可靠得到这个信息从另一个情节称为频谱图。(提示:还有一个2 x分量,你注意了吗?)
• nX振幅和相位:当我们把振动信号分成离散的频率成分,我们可以测量他们的振幅和相位。下图中的波形代表了过滤1 x WF前面提到的波形(上图),我们可以告诉振幅为2.0毫升pk-pk。此外,keyphasor®信号由小点波形被认为是时间参考。知道完整的振动周期是360度,这阶段是相量测量的关键事件到下一个积极的高峰,我们可以看出阶段~ 10度。

• 位置位移传感器的直流分量,将讨论本文的接近传感器部分。位置信息是非常重要的在分析某些机器故障(例如,偏差和不稳定)。
• 形状或形式,就像一个人的照片。我们不能只描述一个人被他的体重和身高。我们可以,但你很难确定一个人。眼睛的大小和颜色,发型和长度,鼻子,和更多的吗?知道的微妙变化形状的振动会导致更大程度的诊断准确性来源,根本原因,然后采取适当的行动。同样的,振幅、频率和相位的信息结合在一起,给我们一个形状或形式的振动特征。振动信号的形式有时可以突出显著的变化,个体的信号测量可能无法独自做到这一点。

所以,我们可以测量振动位移、速度和加速度。但我们如何准确地收集和传输这些数据?所使用的传感器是什么?他们如何工作?了解振动信号是如何帮你诊断振动问题和区分仪表问题和实际振动问题。

我们将讨论振动传感器一个接一个,让我们开始位移。

这是一个典型的由Proximitor本特利内华达接近传感器近距离传感器、延长电缆和调查。但它是如何工作的呢?是什么使得它成为一个非接触式探头?

Proximitor†传感器执行两个基本功能:首先,作为一个调谐振荡器产生一个射频(RF)信号。这个信号产生的低能电磁场探测小费。

然后,Proximitor†传感器执行作为一种特殊的解调器电路条件RF信号中提取可用的位移信号的反馈。当一个导电材料在射频领域,存在交变电磁场诱导小涡流流动在轴的表面。涡流的穿透深度取决于材料的电导率和磁导率。

当轴(或导电材料)在线性范围内的探测器,涡流流动在轴的表面材料和RF将振幅较低。首先调查显示调查时的条件非常远离轴,这意味着射频幅度是最大的。这是条件之前安装探测器。

当你的团队安装工具探针,他们试图保持轴之间的差距和探针尖端的线性范围,所以当轴向或远离振动探头,它仍然是在传感器可以看到的范围。这意味着涡流现在轴表面上生成,这就是为什么RF振幅较低的下一个图像。

下面,最后,当轴振动轴接近和远离调查导致射频与相同的振动振幅调制。

解调器电路(Proximitor†)提取调制信号的射频信号。在你的车就像收音机,解调器电路执行相同的功能作为一个无线电接收器。无线电接收机的主要区别是,放大了提取调制信号(音乐或声音),扮演一个扬声器听享受,而Proximitor __传感器将振动信号中提取发送到振动监测和机器保护系统。

如图,可以看到红色波形代表了交直流振动作为两个重要的参数。交流分量代表振动而直流分量代表AC的平均值是多少,从0。所以,直流分量可以告诉我们多远轴的探针针尖在振动。“停止状态”,交流将是零和直流会告诉我们调查和轴之间的差距。

• 时变(AC)值是振动信号
• 平均(DC)值电压的差距

传统的振动测量并不是唯一接近探测器申请书;他们可以用于许多其他应用程序:

• 径向振动,这是轴运动,正如前面所讨论的。
• 轴向推力或运动这将发生在旋转设备和测量。这是一个重要的指标进行分析和保护。右边的压缩机通常会从右到左移动由于高压推动过程加载轴向低压侧。

• 关键相量-每革命参考信号,这是一个曾经用来测量相位和速度。我们可以获得公里参考通过一个切口,或投影将脉冲的探测目标区域在同一轴在旋转的角度。当公里信号与振动信号相结合,我们可以告诉在哪个角度轴振动探头时接近。这就是所谓的绝对相角。
• 杆和杆的位置这些是往复式专用测量机,它显示了多少杆下降如果只测量了垂直或杆的实际位置如果测量两个探测器。
• 不均匀膨胀,这个措施扩大转子和外壳之间的差异。这是一个非常重要的参数等一些机器的燃气轮机和蒸汽轮机。
• 偏心,这个指标代表了轴的弓。有些机器受到转子弓,像蒸汽轮机,我们需要测量转子是我们启动机器前鞠躬。很明显,严重的弓会损坏机器在启动。

• 近距离探测的线性范围取决于探针针尖直径。探针针尖直径越大,时间越长它可以测量线性范围。例如,一个50毫米探针可以测量时间范围如果5毫米探针。proximitors也调整为一个特定的目标材料和系统的长度,这就是为什么探针长度+扩展电缆长度必须匹配proximitor校准的长度和我们必须使用proximitor校准目标材料。

• 设计:动圈式传感器或一个加速度计与主板集成电路
• 操作:动圈设计自供电的,但是压电设计需要一个电源

速度传感器传统上被用于机械状态监测和早期设计使用一个线圈的线移动相对于一个永久磁铁,你可以看到在左边。动圈速度传感器提供一个非常强大的、低噪声信号使其适合于低频应用程序。

新型压电传感器仅仅是速度加速度计,把信号集成电路内部传感器的情况。这些设备提供一个输出信号已经被集成到单位的速度。

这一事实acceleration-to-velocity集成步骤是由车载电子产品内部传感器消除噪音的机会引入传感器之间的现场接线和监测系统。

上面你可以看到两个传感器的细节。

动圈传感器只有准确定向角设计。例如如果一个传感器为垂直安装操作水平,设计的弹簧可以使线圈磁铁身体拖,引入大响应错误。

动圈式传感器是“自发”设备,这意味着他们产生信号而不需要外部电源。

另一方面,在新的压电式设计,振动引起的周期性形变内部piezoelectrical水晶元素产生一个电荷相反的元素之间的区别。这个小的电荷差别与加速度放大(使用一个内部电路和集成速度)和电流或电压信号可以有效地通过现场电缆传输到振动监测系统。

压电式速度传感器需要外部力量的电子放大器和集成电路工作。然而,他们是“固态”设备,没有移动部件使其非常健壮的和可靠的。

边注,还可以检测振动的加速度计传感器,然后集成振动监测仪器的信号速度单位,或通过振动分析软件。但执行这种集成的优势在传感器加速度信号的本身就是旅行只需要一个很小的距离达到集成电路,所以少了很多机会要引入外部噪声信号。

加速度计也利用压电晶体元件,所以振动引起内部水晶元素的周期性变形进而产生一个电荷相反的元素之间的区别。这个小的电荷差别与加速度放大到一个更大的电流或电压信号,可以有效地通过现场电缆传输到振动监测系统。

以上的这些插图显示之间的差异年长的压缩类型设计在左边和新的滑移设计的压电加速度计在右边。压缩传感元件的设计是参考质量之间的挤压和传感器外壳的底部。滑移加速度计包含一个环形元件安装一根圆柱。它周围是一个环形参考质量和预紧夹紧乐队。滑移传感器不太容易受到热应力和低失真的传感器。

加速度计、piezovelocity传感器和动圈式传感器都称为地震传感器。通用传感器响应曲线在图中右边比较三个通用的地震传感器的特点在一个广泛的振动频率。

加速度计通常有一个扩展高频能力比piezovelocity传感器,而动圈式传感器线性范围非常有限。

• 加速度计:最高的频率响应。用于齿轮啮合,冲动,和其他高频应用程序。
• Piezovelocity传感器:较低的高频响应,但低噪音比使用一个外部集成放大器加速度计。
• 动圈式传感器:限频响应,但没有要求一个外部电源。

注意:在振动分析的历史,动圈速度传感器之前被发明和使用压电传感器被完善。所以,多年的速度数据的分析和研究导致了振动监测指南(比如一些振动标准),包括推荐的严重性级别根据速度而非加速度的单位。

无论我们使用哪种类型的地震传感器,当机器上安装地震传感器,通常3个传感器安装在每个轴承记录三个关键指标:水平、垂直和轴向。

传感器应该位于尽可能接近轴承吗点的,最直接的传播力量从转子外壳。重要的是避免安装在机器的部件(如访问覆盖),可能与局部共振振动并不代表轴承外壳的振动。例子*低于推荐的位置。

*参考这些例子是ISO标准10816 - 3

旋转机械来在许多不同的设计和用于不同的应用程序,像小电机,泵,压缩机,大型汽轮机,发电机,和许多更多。机器结构可以分为类别的基础上使用的轴承类型。

然而,有许多类型的轴承我们将讨论这两个主要行业中使用的轴承类型:流体膜轴承和滚动体轴承(犹太人的尊称)。

流体膜轴承(左边)通常传输相对少量的振动从转子外壳。这是因为转子是由流体楔,没有金属接触轴承和转子时,机器正常运行。在这个场景中;相对大量的振动能量传递给液体消散,而不是传递给机器套管。

滚动体轴承通常提供一个高度的转子的振动传输的套管由于直接与金属接触轴承元素,随着转子刚性连接到轴承内座圈滚动支持的元素。滚动的元素转移负载转子的外环。外环是由轴承箱和轴承箱通常是一个外环压配合。

我们还需要考虑casing-to-rotor质量比和轴承支撑刚度。

沉重的壳/光转子:这是casing-to-rotor的条件比大于10:1。在这种情况下,很可能在转子振动原始将传播到套管。

同样的,当支持”硬”,套管将经历最少的运动;因此,XY接近传感器是合适的选择。

光套管/重型转子:这是casing-to-rotor比率小于5:1的条件。在这种情况下,转子产生足够的力量有可能导致套管振动。

同样的,当支持“软”(又名——投诉支持)重要套管运动可能会发生。推荐使用双XY绝对轴振动探针和测量。双重XY调查涉及测量套管振动和轴相对振动,以确定绝对轴振动。

下面的流程图总结他的选择标准机结构:

流体膜轴承要配备接近探针只有或轴绝对基于casing-to-rotor刚度比和支持;而滚动体轴承要配备case-mounted传感器。

*有条件对于滚动轴承安装时不是很常见的有高比率或僵硬的支持。然而,在这个非常特殊和罕见的病症,接近探头需要安装在套管稍微远离轴承轴承的振动不会任何明显的振动振幅。

在选择传感器之前,我们还需要知道哪些故障检测。有两类:

1. 转子故障有关:振动的来源是转子本身,或一些行动主要包括转子的运动。例如,失调,不平衡,流体诱发不稳定,摩擦,干裂的转子,转子弓转子故障的常见例子。
2. 住房或支持相关的故障:振动引起的住房,或者支持相关的故障往往是直接观察到的机器外壳。这些振动可能是由于外部或内部来源机情况:滚动体轴承、管道,结构共振,支持或基础恶化,转子/轴承条件(松或紧),摩擦和热翘曲

从振动测量,确保质量信息一个重要的因素是使用一个传感器系统,能够覆盖预期的振动频率可以由机器生成/故障。要做到这一点,我们需要检查以下几方面:

• 根据机械设计预期的故障频率
• 振动传感器的频率响应
• 传感器安装在其线性范围的影响

数学上,位移之间的关系,通过集成和分化速度和加速度的定义。然而,从实用的角度,总结了重要的部分的关系如下表:

最后,所选择的传感器必须能够承受一定的环境需要考虑操作和物理约束,必须有足够的空间安装在适当的位置传感器。

保护和路由电缆密封连接,支架的设计也必须加以考虑。

如果一台机器是设计和建造来接受某种类型在特定的地点,它总是容易使用这些位置和传感器。然而,它可能不是最好的精度,使用任何的预先存在的安装点。根据机器结构的选择标准,预期故障和频率响应应该被考虑。记住,只有合适的传感器,安装在正确的地点,正确将提供良好的结果。

这是一个典型的机器火车司机,驱动和齿轮箱之间,所有的轴承都是流体膜品种。在这种情况下,我们通常会使用以下:

• 2 keyphasors(一个用于高速钢和一个用于LSS)
• 在每个轴承X&Y邻近探测
• 2 - 3在每个推力轴承推力探针
• 2加速器将安装在齿轮箱(一个在高速钢,另一个在LSS检测齿轮的问题通常发生在高频率)

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