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振动强度检测

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发布时间：2025-07-03 20:21:30 更新时间：2025-07-02 20:21:31

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

振动强度检测：基本原理、方法与实践

振动强度检测是机械设备状态监测与故障诊断的核心环节之一，主要用于评估机械系统在运行过程中产生的振动能量水平。它直接关系到设备的可靠性、运行安全性、使用寿命以及产生的噪音水平。通过科学准确的振动强度检测，可以及时发现设备潜在的失衡、不对中、轴承损坏、齿轮啮合异常、松动、共振等问题，为预测性维护和精准维修提供关键依据。振动强度通常以速度的均方根值（RMS）来表征，单位为mm/s，因其在较宽频率范围内具有较好的线性度和对常见故障的敏感性而被广泛采用。

核心检测项目

在进行振动强度检测时，通常会关注以下关键项目：

振动总量（Overall Vibration Level）：在规定的频带宽度内（如10 Hz - 1 kHz, 或更宽）测量的振动速度RMS值，是评估设备整体振动状态最直接的指标。
振动位移峰峰值（Displacement Peak-to-Peak）：常用于评估低频振动（如轴弯曲、不对中）或间隙问题，尤其在关注部件最大移动距离时。
振动加速度峰值（Acceleration Peak）：对高频冲击信号（如轴承早期损伤、齿轮断齿）非常敏感，常用于冲击性故障的诊断。
频谱分析（Frequency Spectrum Analysis）：将振动信号分解到不同频率分量，是识别具体振动源（如不平衡频率、轴承特征频率、齿轮啮合频率等）的核心手段。振动强度的频率分布对故障定位至关重要。
方向性检测：通常需要在径向（水平、垂直）和轴向三个方向分别测量振动强度，不同方向上的强度差异能提供重要的故障线索（如轴向振动大常提示不对中或推力轴承问题）。
趋势监测：定期测量关键测点的振动强度，观察其随时间的变化趋势，是判断设备劣化进程的有效方法。

关键检测仪器

实施振动强度检测主要依赖于以下仪器：

便携式振动分析仪/数据采集器：集成了传感器、信号调理、数据采集、分析和存储功能，是现场检测最常用的设备。高性能仪器具备宽频带、高动态范围、多通道同步采集和强大的频谱分析能力。
加速度传感器（Accelerometer）：最核心的振动传感器，将被测对象的加速度转换为电信号。根据应用场景，有压电式（最常用）、压阻式、MEMS式等。选择时需考虑灵敏度、频率响应范围、量程、安装方式（磁座、胶粘、螺柱固定）和环境适应性。
速度传感器（Velometer）：直接输出与速度成正比的信号，适用于中低频测量，但体积和重量通常大于加速度传感器，高频响应有限，在便携式应用中逐渐被加速度传感器取代（通过积分电路获得速度信号）。
位移传感器（涡流式探头）：主要用于非接触测量旋转轴的相对振动（轴振），尤其适用于大型旋转机械如汽轮机、发电机等。
信号调理器与数据采集卡：在固定式在线监测系统中，用于将传感器信号放大、滤波（抗混叠）、隔离并转换为数字信号供计算机处理。
分析软件：用于控制仪器、设置参数、显示时域波形/频谱图/趋势图、进行高级分析（如包络解调、阶次分析、时频分析）以及管理数据库。

主要检测方法

振动强度检测的实施方法根据目的和设备状态分为：

简易点检/巡检：
- 使用带振动烈度（速度RMS）测量功能的简易测振笔或点检仪。
- 在设备预定测点（通常标记在设备上），按标准方向（水平、垂直、轴向）放置传感器。
- 读取并记录振动速度RMS值，与预设的报警阈值（如ISO 10816标准）或历史基线进行比较判断。
精密诊断/状态分析：
- 使用多通道振动分析仪进行高分辨率数据采集。
- 在关键测点进行多方向（H, V, A）同步测量。
- 采集足够时间长度的时域信号，进行详细的频谱分析（FFT），识别主要频率分量及其幅值。
- 结合包络分析（Enveloping / Demodulation）技术检测轴承、齿轮的早期冲击故障。
- 进行阶次分析（Order Analysis）以消除转速波动对频谱的影响，精确识别与转速相关的振动源。
- 对比历史数据，分析振动强度及频谱特征的变化趋势。
在线连续监测：
- 在关键设备上永久安装传感器和监测系统。
- 系统连续或定时采集振动数据，实时计算振动强度（总值及关键频带值）。
- 自动进行阈值报警和趋势预警。
- 为诊断专家提供连续的、大量的数据支持。

核心检测标准

振动强度检测的评估和判据主要依据国际、国家和行业标准：

ISO 10816 系列 - 机械振动在非旋转部件上测量评价机器的振动：
- 这是应用最广泛的通用标准，按设备类型和功率/尺寸将设备分为不同组别（Group 1: 中小型电机；Group 2: 大型电机；中型机械； Group 3: 带重型基础的大型原动机； Group 4: 带专用基础的大型原动机）。
- 规定了在轴承座或机壳等非旋转部件上测量振动速度RMS值的测点位置、方向和评价区域（Zone A/B/C/D）。
- 提供了不同组别设备在不同支承刚度和功率下的振动烈度（速度RMS）评价阈值（报警值、停机值）。
ISO 7919 系列 - 机械振动旋转轴测量评价机器的振动：
- 适用于评价汽轮机、发电机、压缩机等大型旋转机械的轴相对振动（通过涡流探头测量）。
- 规定了径向和轴向轴振动的测量方法和评价准则。
GB/T 6075 / GB/T 11348 系列 (中国国家标准)：分别等效于ISO 10816和ISO 7919。
VDI 2056 / 3834 (德国工程师协会标准)：在德国及欧洲一些国家应用广泛，尤其VDI 3834针对风电机组振动评价。
API 670 / 617 / 618 (美国石油学会标准)：针对石油化工行业的关键旋转设备（压缩机、汽轮机、泵等），规定了更严格的振动监测和保护要求。
行业/制造商特定标准：特定行业（如电力、船舶、航空）或设备制造商可能制定更具体的振动验收标准和维护指南。