電機(jī)振動的測量與考核
2023-09-15
來源：南陽防爆
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一、振動的測量
振動值有三種表達(dá)形式：振動位移、振動速度、振動加速度。
在低頻（f＜10Hz）范圍內(nèi)，一般以測量振動位移為主，因?yàn)榈皖l范圍內(nèi)造成破壞的主要因素是應(yīng)力的強(qiáng)度，位移量是與應(yīng)變、應(yīng)力直接相關(guān)的參數(shù)。
在中頻（f=10~1000Hz）范圍內(nèi)，一般以測量振動速度為主，因?yàn)椴考钠谶M(jìn)程與振動速度成正比，振動能量與振動速度的平方成正比。在這個范圍內(nèi)，零件主要表現(xiàn)為疲勞破壞，如點(diǎn)蝕、剝落等。
在高頻（f>1000Hz）范圍，一般以測量振動速度為主。因?yàn)榧铀俣缺碚鞑考軟_擊力的強(qiáng)度。沖擊力的大小與沖擊的頻率和加速度值正相關(guān)。
根據(jù)測量位置的不同又分為軸振動和座振動。對于電機(jī)，一般測量軸承座振動速度和位移的有效值，以及軸振動位移的峰峰值。具體的測量位置按GB10068或其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
型式試驗(yàn)時，應(yīng)測振動位移和振動速度值，檢查試驗(yàn)時，對于600rpm以下的電機(jī)只需測座振動位移，600~15000rpm的電機(jī)只需測座振動速度。
對于滑動軸承且轉(zhuǎn)速大于1200rpm、額定功率大于1000kW的電機(jī)，有必要測量軸振動位移。特別是撓性轉(zhuǎn)子電機(jī)，更推薦測量軸徑向振動位移。
二、電機(jī)出廠振動考核標(biāo)準(zhǔn)
GB/T10068規(guī)定了對于中心高56mm及以上個、功率50MW及以下、轉(zhuǎn)速為120~15000rpm的直流電機(jī)和三相交流電機(jī)，在脫離開任何負(fù)載和原動機(jī)、在規(guī)定條件下對規(guī)定的位置進(jìn)行工廠驗(yàn)收振動測量時的考核值。如下表所示。
一臺電機(jī)，自身平衡較好且振動強(qiáng)度等級符合GB/T10068的要求，但在現(xiàn)場安裝中因地基不平、負(fù)載機(jī)械的反作用以及電源中的紋波電流的影響等各種因素，也會引起較大的振動。另外，由于所驅(qū)動的各單元的固有頻率與電機(jī)旋轉(zhuǎn)體微小殘余不平衡量的激勵頻率極為接近，也會引起振動。
三、電機(jī)在用戶現(xiàn)場的振動考核——座振
電機(jī)在用戶現(xiàn)場的振動考核可按GB/T6075.3執(zhí)行，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了額定功率大于15kW、額定轉(zhuǎn)速120~15000rpm的機(jī)器，在非旋轉(zhuǎn)部件上測量評價(jià)振動。適用于額定工作轉(zhuǎn)速內(nèi)、穩(wěn)定運(yùn)行工況，在機(jī)器軸承、軸承座或機(jī)座上現(xiàn)場進(jìn)行的寬頻帶振動測量。該標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)器分為兩組：
1組——額定功率＞300kW且＜50MW的大型機(jī)器；軸中心高≥315mm的電機(jī)。這類機(jī)器通常采用滑動軸承，轉(zhuǎn)速范圍較寬，從120rpm到15000rpm。
2組——額定功率＞15kW但≤300kW的中型機(jī)器；軸中心高＞160mm但≤315mm的電機(jī)。這類機(jī)器通常采用滾動軸承且運(yùn)行轉(zhuǎn)速超過600rpm。
對指定方向的支承部件柔度分為剛性支承和柔性支承。在測量方向上機(jī)器與支承系統(tǒng)組合的固有頻率至少大于主激勵頻率25%，則認(rèn)為在該方向?yàn)閯傂灾С校駝t為柔性支承。
在連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測時對主要受徑向載荷的軸承通常不作軸向振動測量。一般只對具有推力軸承的情況下進(jìn)行測量。
機(jī)器振動危害程度的評估有兩種方法，一種是根據(jù)機(jī)器軸承的允許值，以及通過支承結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)傳遞至周圍環(huán)境的允許值的絕對數(shù)值來評定。另一種是根據(jù)振動值的變化來評定。簡單說就是絕對值法和相對值法兩種。
1、絕對值法
對振動值的評價(jià)分為4個區(qū)域：
區(qū)域A：新交付的機(jī)器的振動通常落在該區(qū)域。
區(qū)城B：機(jī)器振動處在該區(qū)域通常認(rèn)為可無限制長期運(yùn)行。
區(qū)城C：機(jī)器振動處在該區(qū)域一般不適宜作長時間連續(xù)運(yùn)行，通常機(jī)器可在此狀態(tài)下運(yùn)行有限時間，直到有采取補(bǔ)救措施的合適時機(jī)為止。
區(qū)域D：機(jī)器振動處在該區(qū)域通常認(rèn)為其振動烈度足以導(dǎo)致機(jī)器損壞。
ABCD各區(qū)域的分界點(diǎn)數(shù)值見下表：
指定的區(qū)域邊界值并不專門作為驗(yàn)收規(guī)范，驗(yàn)收規(guī)范應(yīng)由機(jī)器制造商與用戶之間的協(xié)議決定。然而，這些數(shù)據(jù)作為指南可避免過大的缺陷或不切實(shí)際的要求。在某些情況下機(jī)器可能有特殊性能，要求采用不同的區(qū)域邊界值(更高或更低)，在這種情況下，通常要求機(jī)器制造商必須說明其理由，并且要特別確保機(jī)器在較高振動值下運(yùn)行不會損壞。
2、相對值法
振動值可能出現(xiàn)明顯的變化，這些變化能夠瞬間產(chǎn)生或隨時間而逐漸發(fā)展，并可能預(yù)示早期的損壞或一些其它問題。故即使未達(dá)到上表中的C區(qū)，也應(yīng)采取措施。
當(dāng)振動量值的變化超過區(qū)域B上?的25%（一般值，對于具體的機(jī)器可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采取其它數(shù)值）時，認(rèn)為是有明顯變化，特別是如果它突然發(fā)生，此時宜開始進(jìn)行診斷研究查明變化的原因，并確定下一步適當(dāng)?shù)拇胧?/p>
三、電機(jī)在用戶現(xiàn)場的振動考核——軸振
通常只有1000rpm及以上具有滑動軸承的電機(jī)考核軸振。軸振的允許值與軸的轉(zhuǎn)速相關(guān)，標(biāo)準(zhǔn)推薦的ABCD區(qū)域邊界如下：
A/B區(qū)域邊界：4800/K
B/C區(qū)域邊界：9000/K
C/D區(qū)域邊界：13200/K
K為轉(zhuǎn)速(rpm)開根號數(shù)值，即K=n^0.5。
由此可得，對于常見的轉(zhuǎn)速，對應(yīng)的邊界見下表：
由于軸振和座振之間的關(guān)系沒有簡單的方法來確定，因此當(dāng)同時測座振和軸振時，應(yīng)以更嚴(yán)格的區(qū)域等級來評估機(jī)器的振動狀態(tài)。
四、用戶現(xiàn)場的振動保護(hù)值設(shè)置
報(bào)警值：警告振動已達(dá)到規(guī)定的值或顯著的變化已發(fā)生，可能需要采取補(bǔ)救措施。通常發(fā)生報(bào)警情況后，機(jī)器可繼續(xù)運(yùn)行一段時間，同時應(yīng)進(jìn)行診斷研究以確定振動變化的原因并制定補(bǔ)救措施。
停機(jī)值：規(guī)定某一振動量值，超過該值機(jī)器繼續(xù)運(yùn)行可能會引起損壞。如超過停機(jī)值應(yīng)立即采取措施以減小振動或停機(jī)。
基線值：機(jī)器正常穩(wěn)定運(yùn)行時，在規(guī)定位置和方向測得的振動值。機(jī)器運(yùn)行一段時間之后才能獲得基線值。
報(bào)警值通常是相對于基線值來設(shè)定。
建議設(shè)定的報(bào)警限值比基線值高出B區(qū)上限的 25%。如基線值較低時，則報(bào)警值可能在C區(qū)之下。
對一臺新機(jī)器，沒有基線值，則初始報(bào)警值設(shè)定宜以其他類似機(jī)器的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，或以同意的驗(yàn)收值為基準(zhǔn)。經(jīng)過一段時期，建立穩(wěn)態(tài)基線值后再相應(yīng)調(diào)整報(bào)警值。建議報(bào)警限值通常不超過B區(qū)上限的1.25倍。如果穩(wěn)態(tài)基線值變化(例如機(jī)器檢修后)，宜相應(yīng)地修改報(bào)警值。
停機(jī)值一般都相同并且通常與基線值無關(guān)。但是，對于不同設(shè)計(jì)的機(jī)器停機(jī)值會有差異。通常，停機(jī)值在C區(qū)或D區(qū)內(nèi)。建議停機(jī)值不應(yīng)超過C區(qū)上限的1.25倍。
