更多精彩關注公衆号“優感設備診斷中心”

監測參數及其選擇

我們知道，通常用來描述振動響應的三個參數是位移、速度和加速度。一般情況下，低頻時的振動強度由位移值度量；中頻時的振動強度由速度值度量；高頻時的振動強度由加速度值度量。對大多數機器來說，最佳參數是速度，這是許多标準(如VDI2056)采用該系數的原因之一。但是另外一些标準(如VDI2059)都采用相對位移參數進行測量，這在發電、石化工業的機組振動監測中用的最多。對于軸承和齒輪部件的高頻振動監測來說，加速度卻是最合适的監測參數。(VDI是德國工程師協會的簡稱)。

表征振動的參量有加速度、速度和位移三個量，它們之間表現為微積分關系，對單一頻率分量：

可見，振動位移随頻率的升高有極大的衰減，而振動加速度随頻率的降低有極大的衰減，這就決定了檢測低頻故障需檢測振動位移的變化，而檢測高頻故障需檢測振動加速度的變化，而振動速度可說是二者的折中，這也是寬帶測量中，國際标準2372以振動速度作為參變量的原因。

表征振動位移、速度、加速度波形參數常用的有峰值（峰-峰值）、有效值、平均值，以之表示振動的量級，見下圖，選定振動變量後，确定振動波形表征參量也是正确判定故障的重要内容。

峰值是指波形上與零線的最大偏移值，它在指示短時連續沖擊的能級上特别有價值，一般用于加速度測量。

峰-峰值是指振動波形的最大偏移量，它反映機器的機構強度，尤其它在低頻段，機構的破壞直接與之有關，故它一般用于位移測量，尤其是在低速大型設備振動測量上。

振動量及其量級

振動量的表示有絕對單位制與相對單位制。絕對單位制能夠客觀地評定振動的大小，一般用MKS制表示，即

位移的單位以m表示；

速度的單泣以m／s表示；

加速度的單位以m／s2表示。

如前所述，工程上位移單位常以微米()表承，速度單位以厘米／秒()表示，加速度單位以重力加速度G(980cm／s2)來表示。

相對單位制用“級”來表示，級又分為算術級和幾何級兩種形式。算術級又稱為倍數織，用一倍、二倍、十倍、百倍等等表示。幾何級又稱為對數級，以分貝(dB)表示。

機械設備的振動監測技術通常多采用分貝，使數量級大大縮小，同時使計算過程簡化，使乘除關系變成加減運算。

按ISORl683标準規定：

機械設備振動标準

可以說所有的結構物和機器在任何時候都在振動着。隻要振動不影響機器的工作精度和機器的工作壽命，不産生過大的噪聲，或未對周圍環境産生過大的不良影響等，則此種振動是允許的。因此。為了衡量機器的運行質量就需要制定一個标準來确定允許的振動烈度，即确定振動烈度的界限。

機器的振動烈度定義為：在機器表面的重要位置上(例如：軸承、安裝點處等)沿垂向、縱向、橫向三個方向上所測得的振動速度的最大有效值。

對于振動速度為的簡諧振動，其振動速度有效值用下式計算

若機器的振動系由幾個不同頻率的簡諧振動複合而成，則振動速度的有效值可由下式求得。

在國際标準ISO2372中規定了轉速為10—200的機器在10—1000Hz的頻率範圍内機械振動強烈度的範圍，它将振動速度有效值從0.11 (人體剛有振動的感覺)到71的範圍内分為15個量級，相鄰兩個烈度量級的比約為1：1.6，即相差4dB。這是由于對于大多數機器的振動來說4dB之差意味着振動響應有了較大的變化。有了振動烈度量級的劃分就可以用它表示機器的運行質量。為了便于實用，将機器運行質量分成四個等級：

A級——機械設備正常運轉時的振級，此時稱機器的運行狀态“良好”。

B級——已超過正常運轉時的振級，但對機器的工作量尚無顯著的影響，此種運行狀态是“容許”的。

C級——機器的振動已達相當劇烈的程度，緻使機器隻能勉強維持工作，此時機器的運行狀态稱為“可容忍”的。

D級——機器的振動級已大到使機器不能運轉、工作，此種機器的振級是“不允許”的。

顯然，不同的機械設備由于工作要求、結構特點、動力特性、功率容量、尺寸大小以及安裝條件等方面的區分，其對應于各等級運行狀态的振動烈度範圍必然是各不相同的。所以對各種機械設備是不能用同一标準來衡量的，但也不可能對每種機械設備專門制定一個标準。

為了便于實用，ISO2372将常用的機械設備分為六大類，令每一類的機械設備用同一标準來衡量其運行質量。機械設備分類情況如下：

柴油機振動測點布置圖

第一類：在其正常工作條件下與整機連接成一整體的發動機和機器的零件(如15kw以下的發電機)。

第二類：設有專用基礎的中等尺寸的機器(如15—75kw的發電機)及剛性固定在專用基礎上的發動機和機器(300kw以下)。

第三類：安裝在測振方向上相對較硬的、剛性的和重的基礎上的具有旋轉質量的大型原動機和其它大型機器。

第四類：安裝在測振方向上相對較軟的基礎上具有旋轉質量的大型原動機和其它大型機器(如透乎發電機)。

第五類：安裝在測振方向相對較硬的基礎上具有不平衡慣性力的往複式機器和機械驅動系統。

第六類；安裝在測振方向相對較軟的基礎上具有不平衡慣性力的往複式機器和機械驅動系統等。

通過大量的實驗得到了前四類機械設備的運行質量與振動烈度量級的對應關系。

至于第五類、第六類的機械設備，特别是往複式發動機由于結構不同，其振動特性變比很大，往往允許有較強烈的振動(如)而不影響其運行質量。而安裝在彈性基礎上的機器受到隔振作用，由安裝點傳到周圍物體的作用力是很小的，在這種情況下機器的振動将大于安裝在剛體基礎上的振動，如高轉速的電機上測得的振動速度有效值可達50或更大。在上述情況下用振動絕對量級來衡量機器的運行質量顯然是不恰當的：就是對于第一至第四類機器，由于實際情況是千變萬化的，表中所示的機器運行質量與振動烈度的關系也隻能作為參考。實踐表明：比較可靠準确的辦法是用振動烈度的相對變化來表示機器的運行質量。

可以考慮以機器“良好”運行狀态的量級為參考值，在此基礎上若增大2.5倍(8dB)，表明機器的運行狀态已有重要變化，此時機器雖尚能進行工作，實際上已處于不正常狀态，若從參考狀态的基礎上增大10倍(20dB)，就說明該機器已需進行修理；再繼續增大，機器就将處于不允許狀态。上述振動烈度相對變化與機器運行質量間的關系常用于以振動信号進行故障診斷時的判據。

幾種常用機械設備的振動标準

注：振動烈度以分貝表示時，選為參考值，即振動速度有效值為此值時為零分貝。

有關振動與沖擊标準化的國際組織是國際标準公組織(ISO)。振動與沖擊的國際标準的制定工作由其下屬的“機械振動與沖擊技術委員會”(TCl08)領導。TC108成立于1963年，下分四個分委員會(SCl一SC4)，有若幹個工作組(WG)在進行标準制訂和修訂等工作。一個标準的産生一般要經過建立草案(ISO／DP)、标準草案(ISO／DIS)和國際标準三個階段，以後根據生産和技術的發展還要不斷加以修訂和補充。到1988年底TC108已公布了國際标推34個，現以其編号為序将名稱列舉如下：

ISO 1925一198l 平衡名詞術語。

ISO 1940/1一1986 機械振動——剛體轉子平衡品質要求．第一部分：許可殘餘不平衡的确定。

ISO 2017一1982 振動與沖擊隔離器——确定特性要求的導則。

ISO 2041一1975 振動與沖擊名詞術語。

ISO 2371一1974 現場平衡設備——說明與評定。

ISO 2372一1974 轉速為10到200r／s機器的機械振動——規定評價标準的基礎。

ISO 2373一1987 軸心高為80到400mm旋轉電機的機械振動——振動烈度的測量與評定。

ISO 2954一1975 旋轉與往複式機器的機械振動——振動烈度測量儀的要求。

ISO 3945一1985 轉速為10到200r／s大型旋轉機器的機械振動——現場振動烈度的測量與評定。

ISO 5343一1983 評定撓性轉子平衡的準則。

ISO 5344一1980 産生振動的電動力試驗設備——描述設備特性的方法。

ISO 5347/0一1987 振動與沖擊傳感器的校準方法。第0部分；基本概念。

ISO 5348一1987 機械振動與沖擊——加速度計的機械安裝。

ISO 5406一1980 撓性轉于的機械平衡。

我國從1987年起成為ISO成員國。對于國際标準，我國的技術政策是認真研究、區别對待、積極采用。在國家标準總局的歸口下已建立了全國機械振動與沖擊标準化技術委員會(辦公機構在河南鄭州機械研究所)，委員會在下列諸方面正進行工作，如制訂和完善我國的振動與沖擊國家标準，開展與ISO／TCl08的對口技術工作，有關标準的宣傳、技術咨詢與服務工作等。

目前，我國巳正式通過的振動與沖擊國家标準有下列10個，還有一批标準正在制訂或審批中。

GB 2298—1980 機械振動。沖擊名詞術語。

GB 2807—1981 電機振動測定方法。

GB 4201—1984 通用卧式平衡機校驗法。

GB 6075一1985 制訂機器振動标準的基礎。

GB 6444一1986平衡詞彙。

GB 6557—1986 撓性轉子的機械平衡。

GB 6558一1986 撓性轉子平衡的評定準則。

GB 722l—1987 現場平衡設備的說明和評價。

GB 8540一1987 振動與沖擊隔離器，确定特性要求導則。

GB 10084一1988 振動、沖擊數據分析和表示方法。

為什麼以振動速度參數作為診斷标準

開始時，專家們已經知道振動能量的大小是危害機器的主要因素，而表示這個能量大小的應是寬頻帶内的振動速度有效值，但是在20年前，當時的測量技術不能滿足振動理論提出的要求，六十年代的診斷标準大多為振幅标準，典型代表是1968年國際電工委員會（IEC）對轉速不同的汽輪機、電機等所作的診斷标準。見下表：

（良好标準）

标準中軸承座的振幅應取轉子的各軸承座三個測點中最大的振幅值。同時，可以通過這個标準說明，振幅标準值是随轉速變化而變化的，轉速越高，标準值越低，因此現在通常不采用測量位移來判斷設備的好壞，而振動的速度有效值是與設備的轉速無關的，它确能反映設備的最大破壞能量。

可以看出，雖然轉速越高，允許振幅越小，但是，振動速度的有效值Vrms是不變的，換句話說，無論轉速高低，準則是一個，或者說，隻允許某種振動能量，這種振動能量大小，是用振動速度的平方表征的。

振動的振幅标準

在以往的旋轉機械振動測量中，多采用機械式百分表來測量位移峰-峰值，用以判斷機器振動大小，進而确定好壞。我們說，這種測試方式是極不合理的。原因有三：第一，這種機械式百分表動态響應很差，不能測量動态量；第二，測量軸承座的振幅是一種相對測量；第三，機器的振動是周期和非周期振動同時存在的寬帶振動，即使用百分表能讀出數值，這個數值不一定是機器轉速下對應的規定振幅。

對設備監護者，随時測知設備的運行狀态是十分重要的，而要判定設備狀态就要有相應的振動烈度判據。目前，最常采用的是ISO-2372标準，它以振動速度有效值在10～1000Hz頻帶内的變化為狀态判定參量。以設備功率作為分類依據，标準如下表。

表4旋轉機械振動診斷的國際标準（ISO2372）

注：

(1)I類為小型電機(小于15kw的電動機等；Ⅱ類為中型機器(15—75kw的電動機等)；Ⅲ類為

大型原動機(硬基礎)；Ⅳ類為大型原動機(彈性基礎)。

(2)A、B、C、D為振動級别。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。

需要指出的是，振動測量是在機器部件表面進行，因此，測量值還取決于測量處的機械導納。因此，選取正确的測點位置是十分重要的，不正确的位置往往導緻錯誤的判斷結果。另外，此标準在實際應用中不必生硬搬套，可根據設備實際情況和經驗參考此标準建立自己的企業标準。

為了克服測點機械導納的影響，可靠的辦法是通過集中相對變化取得狀态信息，即用确定的參考“基線”或級值和允許系統的一定的變化來獲得。應特别指出的是，相對标準的建立應采用同一廠家儀器系列，在其基礎上建立其企業标準，否則标準無意義。