了解旋转机械中的径向振动
定义：什么是径向振动？
径向振动 径向振动是指旋转轴垂直于其旋转轴线的运动，从中心向外延伸，如同圆的半径。术语“径向”指的是从轴中心线辐射出的任何方向，包括水平（左右）和垂直（上下）运动。径向振动与以下哪项同义？ 横向振动 或横向振动，是测量和监测最广泛的振动形式。 振动 在旋转机械中。.
在实际应用中，通常在每个轴承位置测量两个相互垂直方向（水平和垂直）的径向振动，以提供轴垂直于其轴线的运动的完整图像。.
测量说明
水平径向振动
水平振动是在左右方向上测量的：
- 垂直于轴轴线且平行于地面/楼板
- 通常最容易到达的测量位置
- 通常表现重力、地基刚度不对称和水平力函数的影响
- 大多数振动监测程序的标准测量方向
垂直径向振动
垂直振动是沿上下方向测量的：
- 垂直于轴轴线且垂直于地面/楼板
- 受重力和转子重量的影响
- 由于转子重量造成不对称刚度，振幅通常比水平振幅更大。
- 对于检测立式机器（立式泵、电机）的问题至关重要
整体径向振动
总径向振动可以计算为水平分量和垂直分量的矢量和：
- 径向总和 = √(水平² + 垂直²)
- 表示实际运动幅度，与方向无关。
- 适用于单项数值严重程度评估
径向振动的主要原因
径向振动是由垂直于轴线的力产生的：
1. 失衡（主要原因）
不平衡 是旋转机械中最常见的径向振动来源：
2. 错位
轴错位 耦合机器之间会产生径向和径向的相互作用。 轴向振动:
- 主要为 2X（每转两次）径向振动
- 同时还会产生 1 倍、3 倍及更高次谐波。
- 径向振动通常伴随高轴向振动。
- 轴承相位关系诊断错位类型
3. 机械缺陷
各种机械问题都会产生特征性的径向振动模式：
- 轴承缺陷: 轴承故障频率下的高频冲击
- 弯曲或弓形轴： 1X 振动类似于不平衡，但即使在慢速滚动时也存在
- 松弛： 具有非线性特性的多重谐波（1X、2X、3X）
- 裂缝： 启动/关闭过程中振动频率变化为 1 倍和 2 倍
- 摩擦： 次同步和同步部件
4. 空气动力学和水动力学
泵、风机和压缩机中的工艺力会产生径向力：
- 叶片通过频率（叶片数×转速）
- 不对称流引起的水力不平衡
- 涡旋脱落和流动湍流
- 循环和非设计运行
5. 共振条件
在附近作业时 临界速度, 径向振动会显著放大：
- 固有频率与激励频率一致
- 幅度仅受系统限制 减震
- 可能出现灾难性振动水平
- 设计中需要留出足够的间隔余量。
测量标准和参数
计量单位
径向振动可以用三个相关参数来表示：
- 位移： 实际移动距离（微米 µm，密耳）。用于低速机械和接近式探头测量。
- 速度： 位移变化率（毫米/秒，英寸/秒）。最常用于通用工业机械，是 ISO 标准的基础。
- 加速度： 速度变化率（m/s²，g）。用于高频测量和轴承缺陷检测。
国际标准
ISO 20816系列标准规定了径向振动严重程度限值：
- ISO 20816-1： 机械振动评估通用指南
- ISO 20816-3： 功率大于 15 千瓦的工业机械的具体标准
- 严重程度区域： A（良好），B（合格），C（不合格），D（不合格）
- 测量位置： 通常沿径向安装在轴承座上
行业特定标准
- API 610： 离心泵径向振动限制
- API 617： 离心式压缩机振动准则
- API 684： 用于径向振动预测的转子动力学分析程序
- NEMA MG-1： 电机振动限制
监测和诊断技术
常规监测
标准振动监测程序测量径向振动：
- 基于路径的收集： 按固定间隔（每月、每季度）进行定期测量
- 整体水平趋势： 跟踪总振动幅度随时间的变化
- 报警限值： 根据 ISO 标准或设备特定标准进行设置
- 比较： 当前值与基线值，水平方向与垂直方向
高级分析
详细的径向振动分析可提供诊断信息：
- 快速傅里叶变换分析: 频率频谱显示振动分量
- 时间波形: 振动信号随时间的变化揭示了瞬态和调制现象。
- 相分析: 测量点之间的时间关系
- 轨道分析： 轴中心线运动模式
- 包络分析: 用于轴承缺陷检测的高频解调
持续监控
关键设备通常配备永久性径向振动监测装置：
- 用于直接测量轴运动的接近式探头
- 永久安装在轴承座上的加速度计
- 实时趋势和警报
- 自动保护系统集成
水平差异与垂直差异
典型振幅关系
在许多机器中，垂直径向振动大于水平振动：
- 重力效应： 转子重量会产生静态挠度，从而影响垂直刚度。
- 非对称刚度： 基础和支撑结构通常在水平方向上更刚硬
- 典型比例： 垂直振动是水平振动的 1.5-2 倍是常见现象。
- 平衡重量效应： 安装在转子底部（易于操作）的校正配重可优先降低垂直振动。
诊断差异
- 不平衡： 根据不平衡位置的不同，可能在某一方向上表现得更为明显。
- 松弛： 通常表现出非线性，在垂直方向上更为明显
- 基础问题： 垂直振动对地基劣化更为敏感
- 错位： 根据错位类型，水平方向和垂直方向的显示效果可能有所不同。
与转子动力学的关系
径向振动是核心 转子动力学 分析：
临界速度
模态形状
- 每种径向振动模式都有其特征性的挠曲形状。
- 第一种模式：简单弧形弯曲
- 第二种模式：带节点的S形曲线
- 更高阶模式：日益复杂的模式
权衡考虑
- 平衡目标是降低 1 倍频率下的径向振动
- 影响系数 将修正权重与径向振动变化联系起来
- 基于径向模态形状的最佳校正平面位置
校正和控制方法
失衡
机械问题
- 精密对准以纠正偏差
- 轴承缺陷的轴承更换
- 拧紧松动部件
- 地基结构问题维修
- 轴矫直或更换（针对弯曲轴）
关于共振问题
- 改变速度以避免达到临界速度范围
- 刚度调整（轴径、轴承位置变化）
- 阻尼增强（挤压膜阻尼器、轴承选择）
- 质量变化导致固有频率改变
预测性维护的重要性
径向振动监测是预测性维护计划的基石：
- 早期故障检测： 径向振动的变化会在故障发生前数周或数月出现。
- 趋势： 逐渐增加表明问题正在发展。
- 故障诊断： 频率成分可识别特定故障类型
- 严重程度评估： 振幅表明问题的严重性和紧迫性
- 维护计划： 基于状态而非基于时间的维护
- 节约成本： 防止灾难性故障并优化维护周期
作为旋转机械的主要振动测量方法，径向振动提供了有关设备状况的重要信息，对于确保工业旋转设备的可靠、安全和高效运行至关重要。.
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