阮 躍 ，潘 勇 ，周廣順

（1.北京振測智控科技有限公司，北京 100085；2.山東省電力科學(xué)研究院，山東濟(jì)南 250001）

0 引言

振動測試是旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測的重要組成部分，振幅、頻率和相位是描述振動的三要素。振幅是振動強(qiáng)度和能量水平的標(biāo)志，是評判機(jī)器運轉(zhuǎn)狀態(tài)優(yōu)劣的主要指標(biāo)。根據(jù)不同監(jiān)測對象和不同監(jiān)測方式，需要使用不同類型的振動傳感器，包括振動位移、振動速度和振動加速度傳感器。振幅通常用峰值、峰峰值或有效值表示。

1 大機(jī)組振幅測量

大機(jī)組，如汽輪發(fā)電機(jī)組、燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組和煙氣輪機(jī)等，為了測量振動，普遍在每個主要軸承X，Y方向安裝了電渦流傳感器，V方向安裝了振動速度傳感器，通常，X，Y方向為軸承座垂直方向左、右各45°，V為軸承座垂直方向。

對于大機(jī)組振動監(jiān)測，目前普遍采用鍵相傳感器作為同步整周期采樣基準(zhǔn)。當(dāng)鍵相正常時，振動監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)和振動分析故障診斷系統(tǒng)一般采用整周期采樣計算波形的峰峰值。峰峰值可以是這段波形的極大值減去極小值，或者去除一個或若干個極值再計算，也可以是若干個周期峰峰值的均值。不同的系統(tǒng)采取的算法不同，得到的峰峰值有些差異。

當(dāng)鍵相失效或低速盤車時，系統(tǒng)采用基于時間的采樣，振幅一般是計算一段時間內(nèi)振動波形的峰峰值。采樣時間越長，峰峰值越大。轉(zhuǎn)速較低時，測量的周期數(shù)較少甚至不足一個周期，振幅偏小且不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速較高時，測量的周期數(shù)增大，振幅偏大。

對于離散采樣，由于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)并沒有對采樣時間進(jìn)行明確規(guī)定，振動波形一般不是單一頻率的正弦波，周期之間不能嚴(yán)格重復(fù)，這時，采樣周期越長，得到的峰峰值就越大，特別是當(dāng)波形畸變嚴(yán)重和重復(fù)性不好時，如圖1所示。

圖1 2#軸承垂直方向瓦振波形

2 手持振動表的振幅測試

數(shù)字顯示的手持振動表，采用內(nèi)置式加速度傳感器，可以同時測量振動的加速度、速度和位移，它是采用峰值保持電路和真有效值電路實現(xiàn)模擬采樣，并不直接測量振動的波形。測量精度和反映速度取決于電容充放電時間、頻帶寬度和紋波大小等[3]。

用手持振動表同時測量軸承同一部位的振動速度v和振動位移D，對于簡諧振動，有v=0.002 22fD，其中，v是振動速度有效值，mm/s；D 是振動位移峰峰值，μm；f是機(jī)組轉(zhuǎn)速頻率，Hz。根據(jù)測量的振動位移峰峰值D和轉(zhuǎn)速頻率f計算得到的振動速度有效值v-1，v-1=0.002 22fD。對于大機(jī)組，振動主頻通常是轉(zhuǎn)速頻率，如果v＞1.1v-1，則機(jī)組存在高頻振動，如電磁激振；如果v＜0.9v-1，則機(jī)組存在低頻振動，如軸系失穩(wěn)。

由于電路設(shè)計不同，不同的手持振動表同時測量軸承相同部位的振動，可能存在稍許差別。由于測量原理不同，手持振動表和在線監(jiān)測系統(tǒng)同時測量軸承相同部位的振動，可能存在較大差別。

3 振幅的直接測量與間接測量

振幅一般是通過在特定位置安裝的振動傳感器直接測量得到的，但也存在間接測量方式。

轉(zhuǎn)子絕對振動的測量通常使用復(fù)合式傳感器，它是一個電渦流傳感器和一個速度傳感器的組合，轉(zhuǎn)軸的絕對振動是電渦流傳感器測量的轉(zhuǎn)軸相對振動和速度傳感器測量的軸承座振動的矢量和。

矢量運算并不是簡單的相加，需要考慮2個振動信號之間的相位差以及積分過程中相位漂移等因素的影響，當(dāng)振動頻譜中低頻成分較大時容易發(fā)生偏差，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子絕對振動的測量值不準(zhǔn)確。

設(shè)轉(zhuǎn)子絕對振動的振幅為RA，轉(zhuǎn)子相對振動的振幅為RB，軸承座振動的振幅為BA，理論上，≤RA≤RB+BA，如果軸系出現(xiàn)較大的低頻振動，這時會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子絕對振動遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)子相對振動的情況：RA＜≤≤RB。依靠目前普遍采用的X，Y向電渦流傳感器獲得的轉(zhuǎn)軸振動信號，進(jìn)行矢量合成可以得到圓周任意方向的振動，相當(dāng)于在軸承圓周方向任意角度都安裝了電渦流傳感器。如果轉(zhuǎn)換為V向的轉(zhuǎn)軸振動信號，再與V向速度傳感器的振動信號進(jìn)行矢量合成，就可以獲得轉(zhuǎn)軸在V向的絕對振動，這樣不需要安裝復(fù)合式傳感器，也能夠通過計算間接獲得轉(zhuǎn)子的絕對振動，如表1所示，在最后一項，分別顯示V向的轉(zhuǎn)子相對振動、軸承座振動和轉(zhuǎn)子絕對振動的振幅，振幅單位為μm。

表1 軸承振動數(shù)據(jù)

4 振幅的測量精度

對于離散采樣，影響振幅測量精度的因素，除了振動傳感器本身精度（一般±1%）外，還有測量環(huán)境干擾和A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度等，累積測量誤差不容小視，單純要求A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度為24位，通常是不必要的。影響振幅大小的因素，除了機(jī)組本身的結(jié)構(gòu)和工作方式外，還有傳感器安裝位置和機(jī)組的運行參數(shù)等，振幅大小是在特定條件下測量獲得的。

在國際標(biāo)準(zhǔn)中，用振動位移單位μm表示的振幅警告值和危險值是整數(shù)，如火電機(jī)組一般規(guī)定在額定轉(zhuǎn)速3000 r/min時，電渦流傳感器測量的軸相對振動＞125 μm報警，＞250 μm危險，用振動速度單位mm/s表示的振幅警告值和危險值是1位小數(shù)。因此，雖然A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換精度可以很高，但大機(jī)組實際振幅的表示只需要比國際標(biāo)準(zhǔn)多一位小數(shù)即可，過多的小數(shù)位，容易使人眼花繚亂產(chǎn)生誤讀。

5 結(jié)束語

大機(jī)組振幅的測量，是振動監(jiān)測保護(hù)的主要依據(jù)，也是評價機(jī)組機(jī)械狀態(tài)的主要指標(biāo)。振幅的測量和計算，表面上看很簡單，實際上有很多問題需要認(rèn)真考慮。振動數(shù)據(jù)的采集，可以是模擬采樣，也可以是離散數(shù)字采樣，可以通過振動傳感器的采樣直接獲得，也可以通過計算間接得到。影響振幅測量精度的因素很多，如果不同測量儀表獲得的數(shù)據(jù)不一致，需要具體分析。此外，振動位移、速度和加速度之間的關(guān)系以及振幅的表現(xiàn)形式等，也需要正確認(rèn)識和處理。