旋转设备振动测量仪表的波形误差及对策.pdf

汽轮发电机组振动故障诊断技术交流会论文专集 （2011.09 成都） ——旋转设备振动测量仪表的波形误差及对策 旋转设备振动测量仪表的波形误差及对策 胡荣晋 成都市昕亚科技产业有限责任公司 摘 要：本文对机电行业目前普遍使用的平均值和有效值检波特性的测振仪进行了实际比对测试和误差分析，发 现这类仪表以假定的正弦关系式为基础定度的位移峰-峰值去测量非正弦关系的机械振动位移峰-峰值时，将会引入 很大的波形误差，这个误差有时会远大于仪表系统误差和频率响应误差的总和 （标准规定不大于10 %）。故提出一 种既无波形误差又能反映实际振动峰-峰值的跟踪保持检测电路 （该电路已成功的用在我公司产品中），供有关部门 在设计制造，选型采购和制定标准时作参考。 关键词：简谐振动，周期振动，波形因数，波峰因数，平均值，均方根值，峰值，波形误差，采集，跟踪/保持。 前 言 随着电力工业的发展，单机容量的增大，为确保机组安全运行，各大电站相继建立了振动监督 机制，现场测量振动 （点检）已成了每日必行的作业，这无疑是电力行业技术的一大进步，也是仪 表设计制造行业发展的良好机遇。然而，一方面由于仪表制造厂商对机器振动信号的波形特征不了 解，长期以来仍以假定的正弦关系式为基础设计制造仪表，认为仪表在标准振动台上 （简谐振动台） 标定合格了，在现场测量结果也是准确的；另一方面由于使用者对仪表的检波特性不了解，为确保 数值可靠而多家采购，造成测量结果分散而不可信，如何正确执行国家标准对旋转设备规定的振动 限值进行评价，是满意还是不满意，是合格还是不合格，无所适从。 1986 年笔者曾用6 个仪表厂家生产的 13 块经过计量部门检定合格的(误差均10%)测振仪表， 在一台汽轮发电机组的励磁机轴承垂直向同一测点上进行比对测试，并将测得结果取平均，发现其 中最大值比平均值偏大40% ，最小值比平均值偏小 10% 。后将测点移至发电机励侧轴承垂直向比 对测试，取平均后发现其中最大值比平均值偏大 15% ，最小值比平均值偏小 5% 。用示波器观察 励磁机轴承上的振动波形要比发电机轴承上的振动波形复杂得多，如图 1 所示。 (a)励磁机轴承上的振动波形 (b)发电机轴承上的振动波形 图1 汽轮发电机组轴承上的振动波形 图(a)波形中含有丰富的高次谐波，偏离正弦波较远，因此，各仪表测量结果分散度大，而图(b) 波形中只含有少量的高次谐波，接近正弦波， 因此，各仪表测量结果分散度小。通过上述比对测 试，说明数值的分散是由于这些仪表具有不同的检波特性而引入不同的波形误差所致。 1. 周期振动的概述 大型旋转设备的振动，不论是轴振动还是轴承振动，大多为周期振动，但是从来没有发现过纯 净的正弦振动，即简谐振动。周期振动是畸变的正弦振动，它是由多个不同频率、不同振幅、不同 初始相位的正弦振动在时域上叠加的结果。为简单起见，只列举两种不同频率、不同振幅和不同初 第 1 页 共 14 页 TEL:028 FAX:028 HTTP:// E-mail:xy@ 汽轮发电机组振动故障诊断技术交流会论文专集 （2011.09 成都） ——旋转设备振动测量仪表的波形误差及对策 始相位的时域信号合成，如下式所示： u 2 ( t ) sin w t 0 .5 sin( 2w t f 2 ) ; u 3 ( t ) sin w t 0 .5 sin( 3 w t f 3 ) 将上式经计算机计算，谐波初始相位以30°步进，计算结果如表1 所示，表中合成波行特征参数 是根据其数学定义式，将u2(t) 和u3(t) 代入计算所得。 表1 基波