趙海燕　毛靚華　尚偉光　王小文

（1.沈陽鼓風機集團石化泵有限公司；2.沈陽鼓風機集團核電泵業有限公司）

　　摘　要：振動對機械設備具有重要意義，振動越來越引起人們的重視。振動檢測在原理與結構上具有很大差別，如何根據具體的測量目的、測量對象以及測量環境合理地選用傳感器是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設備也就可以確定了。本文主要介紹了振動的檢測標準及其測量方式，提出了振動傳感器和測量儀表的選擇方案。

　　關鍵詞：振動；檢測；傳感器；選擇；使用

　　隨著科學技術的迅猛發展，機械工業化的程度也飛速提高，現代工業生產的機械設備正逐步走向復雜化、高速化、自動化。為了掌握設備運行狀態、避免事故的發生，對生產中的關鍵機組實行在線監測和故障診斷，越來越引起人們的重視。

　　對于旋轉機械，目前主要的分析信號來自振動信號。對于泵來講，泵發生故障的重要特征是機器伴有異常的振動和噪聲。其振動信號能實時地反映水泵故障信息。因此泵的振動檢測方法和振動傳感器的選擇具有至關重要的意義。

　　一、振動檢測執行標準介紹

　　目前，和國內關于機器振動測量和評定的標準共有兩個系列。ISO7919（GB/T11348）系列“旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定”，測量與評價的是軸的振動位移。ISO/TC10816（GB/T6075）系列“在非旋轉部件上測量與評價機器的機械振動”，測量與評定的是軸承座的振動烈度。這兩個系列標準幾乎涵蓋了各類旋轉和往復機器，作為評價產品動態性能的依據，也為機器設備的振動狀態檢測和診斷奠定了基礎。

　　GB/T11348系列“旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定”提出了采用在旋轉軸上直接測量的方法測量和評定機械振動的總則。確定軸振動的目的與下列問題有關：

　　a）振動特性的變化

　　b）過大的動力負荷

　　c）徑向間隙監測

　　GB/T6075系列“在非旋轉部件上測量與評價機器的機械振動”規定了在整機的非旋轉或非往復式部件上測量和評價機器振動的通用條件及方法。本標準說明了振動幅值和振動變化與運行監測和驗收測試的關系。

　　《泵的振動測量與評價方法》，標準號為JB/T8097-1999，該標準的主要技術內容與標準ISO10816等效，對于含有撓性轉子的一些泵在非旋轉部件上測量時不完全合適的，則按照ISO7919給出軸振動的補充。

　　二、振動檢測方法的選擇

　　根據上述振動檢測執行標準，泵的振動可分為軸振動與軸承振動，按照上述標準，泵的振動測點應選在振動能量向彈性基礎或系統其他部件進行傳遞的地方，泵通常選在軸承座、底座和出口法蘭處。把軸承座處和靠近軸承處的測點稱為主要測點，把底座和出口法蘭處的測點稱為輔助測點。根據現場的實際情況要求，一般大型的石油化工用泵選擇三個互相垂直的方向（水平、垂直、軸向）進行振動測量，大型的石油化工用泵大多采用軸振動。而大多數的鍋爐給水泵一般只選擇水平和垂直兩個方向的軸承振動。

　　三、測量儀器的選擇

　　振動的測量儀器通常包括傳感器、延長電纜，前置器、變送器（儀表）。根據測量方法的不同，振動的傳感器的選擇也不同。根據輸出信號的不同要求，測量所選用的儀器也有明顯的差別。

　　1、傳感器的選擇

　　振動傳感器按工作原理分別有電渦流型、速度型、加速度型、電容型、電感型等五種。后兩種因受周圍介質影響較大，目前已很少采用。電渦流傳感器測量的是位移量（間隙變化），振動速度傳感器測量的是速度，振動加速度傳感器測量的是加速度。速度經過一次積分可以成為位移，加速度經過1、2次積分可以變成速度和位移，但積分通常會引起誤差。

　　（1）振動速度傳感器

　　速度傳感器是利用磁電感應原理把振動信號轉換成電信號。其主要由磁路系統、線圈組件、彈簧阻尼等部分組成。在傳感器殼體中剛性的固定有兩個線圈組件，磁鋼用彈簧懸掛于殼體。當傳感器在工作頻率范圍內工作時，線圈與磁鋼產生相對運動，線圈切割磁力線，產生感應電動勢，該電壓正比于機殼的振動速度。這種傳感器屬于結構型傳感器。由于受到結構特性的影響和機械系統慣性質量的限制，其固有頻率低、工作頻率范圍窄。

　　速度傳感器具有安裝簡單，可適用絕大多數機器的環境條件，以及不需外加電源，振動信號不經任何處理可以傳送到需要的地方的優點，但其活動部件易損壞，低頻響應不好。一般速度傳感器在15Hz以下，將產生較大的振幅和相位誤差。

　　（2）振動加速度傳感器

　　多數加速度傳感器是根據壓電效應的原理來工作的。所謂的壓電效應就是“對于不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發生形變以外，還將改變晶體的極化狀態，在晶體內部建立電場，這種由于機械力作用使介質發生極化的現象稱為正壓電效應”。一般加速度傳感器就是利用了其內部的由于加速度造成的晶體變形的這個特性。由于這個變形會產生電壓，只要計算出產生電壓和所施加的加速度之間的關系，就可以將加速度轉化成電壓輸出。壓電式振動傳感器是利用晶體的壓電效應來完成振動測量的，當被測物體的振動對壓電式振動傳感器形成壓力后，晶體元件就會產生相應的電荷，電荷數即可換算為振動參數。這種傳感器屬于物性型傳感器，它具有響應時間短，工作頻率寬的特性。因為它采用晶體形式嵌入積分電路，沒有移動部件，所以不會產生磨損和退化，使用壽命長，并且可垂直、水平或以任何角度安裝。加速度傳感器體積小，重量輕。可以適用于某些受附加在質量影響較大的振動測試系統中，但其安裝方法和導線敷設方式，對測量結果有較大的影響。壓電式傳感器用于測量軸承箱體、殼體或結構的振動。

　　（3）電渦流傳感器

　　電渦流式傳感器屬于電感式傳感器的一種，是利用被測量的變化引起線圈自感或互感系數的變化，從而導致線圈電感量改變這一物理現象來實現測量的，電渦流傳感器要求被測體必須是導體。傳感器探頭有小型線圈，由控制器控制產生震蕩電磁場，當接近被測體時，被測體表面會產生感應電流，而產生反向的電磁場。這時電渦流傳感器根據反向電磁場的強度來判斷與被測體之間的距離。

　　電渦流傳感器優點：

　　1）可以直接測量轉軸振動，而且能做靜態和動態測量，適用于絕大多數機器的環境條件；

　　2）輸出信號與振動位移成正比，對于采用振幅描述振動狀態的大多數機器來說，它可以獲得較高的輸出信號；

　　3）結構簡單、尺寸小，對于泵、汽輪發電機組振動來說，具有合適的頻響范圍，標定（校驗）較容易；

　　4）除測量振動和部件靜態位置外，還可測量軸中心的位置，起動過程中軸中心的移動軌跡，軸承中心的變化等。此外，還可以作為轉速測量和振動相位測量的鍵相信號。

　　缺點：

　　1）當測量振動物體材料不同時，影響傳感器線性范圍和靈敏度，需要重新標定；

　　2）需外加電源，安裝比較麻煩，要求十分嚴格。

　　振動傳感器選擇一般先考慮振動的測量目的（軸振還是軸承振），選擇上述三種探頭的一種。然后根據使用環境考慮傳感器是否需要防爆等，根據振動的極限值選擇傳感器的量程，傳感器的靈敏度，傳感器的精度，傳感器的響應特性。

　　2、測量儀表的選擇

　　目前測量儀表有很多種——智能的與非智能的，單通道的或雙通道的，盤式的還是掛壁式的。

　　一般智能式的儀表參數設置可以實現全面板操作，帶LED表頭，具有報警指示和危險開關輸出，具有4-20mA輸出等。對于具有雙通道的儀表，由于一臺泵通常有4個振動測點，所以采用4個探頭，2塊儀表就實現了振動的檢測。

　　對于無需數字顯示的儀表，一般選擇振動變送器，這種變送器結構簡單，可輸出4-20mA信號。

　　電渦流傳感器一般需要接前置器，但是前置器只能輸出電壓信號。如果沒有電流信號輸出的要求，那么軸振動選擇電渦流傳感器、延長電纜和前置器就可以了。但是如果輸出4-20mA，就必須得再接儀表，方可實現功能。對于本特利的3300XL探頭，如果輸出4-20mA信號，需要在前置器輸出后，接入1900/65，但是1900/65是四通道儀表，一臺儀表可以實現四點振動的測量。這種測量方式測量范圍寬，可以用軟件任意組態，有利于振動分析。本特利比較經濟且能輸出4-20mA的振動，檢測方案可以用3300NSV探頭，直接接振動變送器，也可實現電流輸出，但是測量范圍窄。

　　通常根據傳感器的選擇、輸出信號的要求及其安裝條件來考慮測量儀表的種類。國內大多數廠商生產的傳感器和其所帶的變送器出廠檢驗時是整體的，不具有相互替代性。所以Z初選擇了哪種測振裝置，一旦有其中一部分需要更換，則整套裝置都需要替換。目前國內有些廠家已經生產出了可以互相替代的產品，這也是一種發展趨勢。而進口的本特利產品一直具有可替代性。

　　結論：在振動測試中合理地選擇測量方法和測量儀器，不但可以獲得滿意的測試結果，也可節省勞力和時間，而且對于盡快查明振動故障原因，提高轉子平衡精度和減少機器起停次數，都有著重要作用。

　　參考資料：

　　【1】《泵的振動測量與評價方法》JB/T8097-1999

　　【2】《檢測與轉換技術》第三版機械工業出版社常健生主編

　　以上資料均來自中國通用機械工業協會泵業分會主辦的《泵》2013年第三期