转子振动测量、计算基础及汽轮机组振动标准

1. 常用的振动测量参数

常用的振动测量参数有振幅、振动速度（振速）、振动加速度。对应单位表示为：mm、mm/s、mm/s²。 

振幅是表象，定义为在波动或振动中距离平衡位置或静止位置的最大位移。振幅在数值上等于最大位移的大小。

振幅是标量，单位用米或厘米表示。它描述了物体振动幅度的大小和振动的强弱。系统振动中最大动态位移，称为振幅。

在下图中，位移y表示波的振幅。振动速度反映的是振动能量的大小，振动加速度则表征的是转子激振力的大小程度。

λ=wavelength，y=amplitude

2. 位移、速度、加速度三者的区别

位移、速度、加速度都是振动测量的度量参数。就概念而言，位移的测量能够直接反映轴承/固定螺栓和其它固定件上的应力状况。例如：通过分析汽轮机上滑动轴承的位移，可以知道其轴承内轴杆的位置和摩擦情况。速度反映轴承及其它相关结构所承受的疲劳应力。而这正是导致旋转设备故障的重要原因。加速度则反映设备内部各种力的综合作用。

表达上三者均为正弦曲线，分别有90度，180度的相位差。现场应用上，对于低速设备(转速小于1000rpm)来说，位移是最好的测量方法。而那些加速度很小，其位移较大的设备，一般采用折衷的方法，即采用速度测量，对于高速度或高频设备，有时尽管位移很小，速度也适中，但其加速度却可能很高的设备采用加速度测量是非常重要的手段。

3. 现场的一般选用原则

振动位移：与频率f无关，特别适合低频振动（<10Hz））选用，一般用于低转速机械的振动评定。

振动速度：速度V=Xω，与频率f成正比，通常推荐选用，一般用于中速转动机械（或中频振动（10~1000Hz））的振动评定。

振动加速度：A=Vω=Xω²，与频率f²成正比，特别适合高频振动选用，一般用于高速转动机械（或高频振动（>1000Hz））的振动评定。

其中：

工程上对于大多数机器来说，最佳诊断参数是速度（速度的有效值），因为它是反映诊断强度的理想参数，表征的是振动的能量；所以国际上许多振动诊断标准都是采用速度有效值作为判别参数。振幅相同的设备，它的振动状态可能不同，所以引入了振速。加速度是用的峰值，表征振动中冲击力的大小。

4. 振动速度与位移换算

其中：Sp-p为振动位移峰峰值，Vf：振动速度，A：振动幅值，f：振动频率，n：转子转速。

当f＝50Hz时，振动速度与振动位移对应值见下表：

表1 振动速度与振动位移对应值

5. 汽轮机组轴承振动标准

图片来源：发电厂全能值班员技术交流与培训

（1）附属机械轴承振动标准

表2 附属机械轴承振动标准

（2）机组轴振动标准

国产200MW及以下机组，一般以测轴承为准，如测轴振动制造厂家无规定时，可参照下表执行。

 表3 大型汽轮发电机组轴振参考标准(双振幅,um)

（3）轴承振动标准

表4 轴承振动标准(双振幅,mm)

（4）ISO-3945振动标准

表5 ISO-3945振动标准

（5）IEC振动标准

表6 国际电工委员会IEC振动标准(双振幅,um)

6. 我国现行的汽轮机振动标准规定

（1）汽轮机转速在1500r/min时，振动双振幅50um以下为良好，70um以下为合格；汽轮机转速在3000r/min时，振动双振幅25um以下为良好，50um以下为合格。 

（2）标准还规定新装机组的轴承振动不宜大于30um。

（3）标准规定的数值，适用于额定转速和任何负荷稳定工况。

（4）标准对轴承的垂直、水平、轴向三个方向的振动测量进行了规定。在进行振动测量时，每次测量的位置都应保持一致，否则将会带来很大的测量误差。 

（5）在三个方向的任何一个方向的振动幅值超过了规定的数值，则认为该机组的振动状况是不合格的，应当采取措施来消除振动。

（6）紧停措施还规定汽轮机运行中振动突然增加50um应立即打闸停机。同时还规定临界转速的振动最大不超过100um。