電機振動的測量與考核

來源：南陽防爆

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一、振動的測量

振動值有三種表達形式：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，因為低頻范圍內(nèi)造成破壞的主要因素是應(yīng)力的強度，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，因為部件的疲勞進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，如點蝕、剝落等。

在高頻（f>1000Hz）范圍，一般以測量振動速度為主。因為加速度表征部件所受沖擊力的強度。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，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)標準。

型式試驗時，應(yīng)測振動位移和振動速度值，檢查試驗時，對于600rpm以下的電機只需測座振動位移，600~15000rpm的電機只需測座振動速度。

對于滑動軸承且轉(zhuǎn)速大于1200rpm、額定功率大于1000kW的電機，有必要測量軸振動位移。特別是撓性轉(zhuǎn)子電機，更推薦測量軸徑向振動位移。

二、電機出廠振動考核標準

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的直流電機和三相交流電機，在脫離開任何負載和原動機、在規(guī)定條件下對規(guī)定的位置進行工廠驗收振動測量時的考核值。如下表所示。

一臺電機，自身平衡較好且振動強度等級符合GB/T10068的要求，但在現(xiàn)場安裝中因地基不平、負載機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、電機在用戶現(xiàn)場的振動考核——座振

電機在用戶現(xiàn)場的振動考核可按GB/T6075.3執(zhí)行，該標準規(guī)定了額定功率大于15kW、額定轉(zhuǎn)速120~15000rpm的機器，在非旋轉(zhuǎn)部件上測量評價振動。適用于額定工作轉(zhuǎn)速內(nèi)、穩(wěn)定運行工況，在機器軸承、軸承座或機座上現(xiàn)場進行的寬頻帶振動測量。該標準對機器分為兩組：

1組——額定功率＞300kW且＜50MW的大型機器；軸中心高≥315mm的電機。這類機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的中型機器；軸中心高＞160mm但≤315mm的電機。這類機器通常采用滾動軸承且運行轉(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%，則認為在該方向為剛性支承，否則為柔性支承。

在連續(xù)運行監(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行測量。

機器振動危害程度的評估有兩種方法，一種是根據(jù)機器軸承的允許值，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

對振動值的評價分為4個區(qū)域：

區(qū)域A：新交付的機器的振動通常落在該區(qū)域。

區(qū)城B：機器振動處在該區(qū)域通常認為可無限制長期運行。

區(qū)城C：機器振動處在該區(qū)域一般不適宜作長時間連續(xù)運行，通常機器可在此狀態(tài)下運行有限時間，直到有采取補救措施的合適時機為止。

區(qū)域D：機器振動處在該區(qū)域通常認為其振動烈度足以導(dǎo)致機器損壞。

ABCD各區(qū)域的分界點數(shù)值見下表：

指定的區(qū)域邊界值并不專門作為驗收規(guī)范，驗收規(guī)范應(yīng)由機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際的要求。在某些情況下機器可能有特殊性能，要求采用不同的區(qū)域邊界值(更高或更低)，在這種情況下，通常要求機器制造商必須說明其理由，并且要特別確保機器在較高振動值下運行不會損壞。

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。故即使未達到上表中的C區(qū)，也應(yīng)采取措施。

當振動量值的變化超過區(qū)域B上?的25%（一般值，對于具體的機器可根據(jù)經(jīng)驗采取其它數(shù)值）時，認為是有明顯變化，特別是如果它突然發(fā)生，此時宜開始進行診斷研究查明變化的原因，并確定下一步適當?shù)拇胧?/p>

三、電機在用戶現(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考核軸振。軸振的允許值與軸的轉(zhuǎn)速相關(guān)，標準推薦的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，因此當同時測座振和軸振時，應(yīng)以更嚴格的區(qū)域等級來評估機器的振動狀態(tài)。

四、用戶現(xiàn)場的振動保護值設(shè)置

報警值：警告振動已達到規(guī)定的值或顯著的變化已發(fā)生，可能需要采取補救措施。通常發(fā)生報警情況后，機器可繼續(xù)運行一段時間，同時應(yīng)進行診斷研究以確定振動變化的原因并制定補救措施。

停機值：規(guī)定某一振動量值，超過該值機器繼續(xù)運行可能會引起損壞。如超過停機值應(yīng)立即采取措施以減小振動或停機。

基線值：機器正常穩(wěn)定運行時，在規(guī)定位置和方向測得的振動值。機器運行一段時間之后才能獲得基線值。

報警值通常是相對于基線值來設(shè)定。

建議設(shè)定的報警限值比基線值高出B區(qū)上限的 25%。如基線值較低時，則報警值可能在C區(qū)之下。

對一臺新機器，沒有基線值，則初始報警值設(shè)定宜以其他類似機器的經(jīng)驗為基礎(chǔ)，或以同意的驗收值為基準。經(jīng)過一段時期，建立穩(wěn)態(tài)基線值后再相應(yīng)調(diào)整報警值。建議報警限值通常不超過B區(qū)上限的1.25倍。如果穩(wěn)態(tài)基線值變化(例如機器檢修后)，宜相應(yīng)地修改報警值。

停機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)計的機器停機值會有差異。通常，停機值在C區(qū)或D區(qū)內(nèi)。建議停機值不應(yīng)超過C區(qū)上限的1.25倍。