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特高压直流±800kV奉贤站换流变振动特性研究

特高压直流±800kV奉贤站换流变振动特性研究
特高压直流±800kV奉贤站换流变振动特性研究

特高压直流±800kV奉贤站换流变振动特性研究刘闯1,金梅花2,田昊洋1,周行星1,瞿珽华1,赵阳1,陈文中1

(1 国网上海市电力公司电科院,上海 200437

2 国网上海市电力公司嘉定供电公司)

摘要:通过开展特高压直流±800kV奉贤站四极24台换流变压器的振动检测,结合换流变的机械特性,分析了换流变振动信号的主要特征,并根据振动谐波因子评价方法逐一分析,确定谐波因子的容许值作为日常带电检测中振动结果分析的评价标准。

关键词:奉贤站;换流变;振动;谐波因子评价

1引言

上海电网长期供不应求、电力不足,已成为典型的多馈入直流系统电网,尤其是特高压直流±800kV奉贤站提供四分之一的负荷,因而其稳定运行至关重要。特高压直流±800kV奉贤站,包括极I高端、极I低端、极II高端、极II低端四个换流阀厅,共计运行二十四台换流变压器。

换流变压器是换流站中的特殊变压器,承担着功率传送、电压变换以及交直流隔离的作用,是直流输电系统的核心设备,其安全和稳定运行对保证换流站的安全运行具有重要意义。

换流变压器在交直流电场作用下耐受电压水平高,电、磁、力、热等方面问题繁多,绝缘结果复杂、油箱空间及铁芯截面同常规变压器相比更大,且阀厅中流出的电压谐波较高,这都导致换流变压器运行的振动和噪声比常规变压器大很多。由于换流变压器在交接试验和运行中的振动特性并没有统一的考核标准,在日常带电检测中也未列入常规检测项目,通过振动对其进行辅助故障诊断的工作较少[1][2][3]。

综合所述,本文通过对特高压直流±800kV奉贤站中二十四台换流变压器的振动测试分析其振动频谱特性,并根据振动谐波因子评价方法逐一分析,确定谐波因子的容许值作为日常带电检测中振动结果分析的评价标准。

2 换流变压器测试结果及分析

换流变绕组和铁芯在电应力作用下产生振动,振动经过变压器油和固定支撑结构传递到换流变外壳。因此,换流变外壳振动的频谱与电频率以及其内部和外壳结构的固有振动特性有关。

实际测试到的换流变振动频谱,主要振动频率为100Hz的倍数,电应力对应电压和电流的平方,所以电应力的频率为电压、电流频率的两倍,对于基频为50Hz的换流变电压、电流,振动频谱的基频理论上应该是100Hz,而奉贤特高压站的换流变由于其铁芯和外壳的固有频率,300Hz和400Hz处的频谱峰值较大。

换流变振动测点布置如图所示,振动测点布置垂直高度为变压器三分之一高度处。振动加速度和振动位移均为有效值。极I高端、极I低端、极II 高端、极II低端布置都如图1所示。

图1 换流变(高端)振动测点布置图

表1至表3为极II高端Y/D三相振动测试结果,表4、表5为极II高低端Y/Y C相振动测试结果,表6、表7为极I高低端Y/D C相振动测试结果,表8、表9为极I高低端Y/Y C相振动测试结果,测点的加速度有效值基本分布在4-8m/s2之间,位移的有效值基本分布在3-9μm之间,有一些稍异常的数据不能作为判断的标准,因此,还需要借助其

他的评价方法来处理数据。

表1 极Ⅱ高端Y/D A 相振动测试结果

表2 极Ⅱ高端Y/D B 相振动测试结果

表3 极Ⅱ高端

Y/D C 相振动测试结果

表4 极Ⅱ高端Y/Y C 相振动测试结果

表5 极Ⅱ低端Y/Y C

相振动测试结果

表6 极I 高端

Y/D C 相振动测试结果 表7 极Ⅰ低端

Y/D C 相振动测试结果 表8 极Ⅰ低端

Y/Y C 相振动测试结果 表9 极Ⅰ高端

Y/Y C 相振动测试结果

3 振动谐波因子评价

对于振动谐波因子评价方法,和能量分布概念不同,其考虑的是各个谐波总量相对于基频的大小。如图2是Cipriano Bartoletti ,Maurizio Desiderio 等人对试验室环境和安装环境的大量变压器样本进行的测试分析后得到的谐波因子图.

可以看出,在全新的或者正常状态下的变压器,其振动谐波因子<10,在使用过一段时间或者出现异常故障的状态,振动谐波因子通常会明显增大,会达到70~80[3][4][5][6]。

图2 变压器振动谐波因子试验结果

此外参照上海电力科学研究院提供的某大型

换流变压器的正常运行数据做依据,如表10所示,同样计算其振动谐波因子,和本次奉贤特高压直流站换流变数据处理结果进行比较。

动谐波因子的容许值范围定义为10,如下图3所示,是极Ⅱ高端Y/D ABC 三相测得的平均值和极大值表。

图3 极Ⅱ高端Y/D ABC 三相处理结果

从数据结果看,极Ⅱ高端Y/D ABC 三相换流

变的振动谐波因子<2,即使是最大值也小于10,因此换流变的谐波分量很低[7][8][9]。

4 结论

通过对换流变振动原因的分析,并给出了振动信号测量点的布置,对特高压直流±800kV 奉贤站四极24台换流变压器的振动检测,采用振动谐波因子评价的方法对振动检测结果分析,并结合以往大量的测试数据,提出了振动常规带电检测的判断依据,由此,可将振动检测作为判断换流变运行情况的手段。

[参考文献]

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Converter Transformer Vibration Analysis for ±800kV

Fengxian HVDC Substation

Liu Chuang1,Jin Meihua2, Tian Haoyang1, Zhou Xingxing1, Qu Tinghua1, Zhao Yang1, Chen Wenzhong1

(1 Institute of Electric Power Science Research, Shanghai Power Company, Shanghai 200437, China)

(2 Jiading Power Company, Shanghai Power Company, Shanghai 200507, China)

Abstract: This paper first briefly introduces the basic structure of converter transformer, analyses the mechanism of vibration through simulation of the converter transformer oil-tank, designs the test scheme. This paper introduces the application of wavelet analysis method in converter transformer fault identification, then apply these methods to 24 converter transformers to obtain the characteristics parameters, finally utilize the vibro-acoustic techniques to diagnose power transformers. Through the experimental study of converter transformers in ±800kV Fengxian HVDC Substation combining with the existing criteria to evaluate existing converter transformer, and put forward the quantitative evaluation criteria.

Key words: Fengxian HVDC Substation; converter transformer; vibration; vibro-acoustic techniques

联系人E-mail:liuchuang20cn@https://www.wendangku.net/doc/de12179554.html,

滚动轴承的振动机理与信号特征

滚动轴承的振动机理与信号特征 滚动轴承的振动可由外部振源引起,也可由轴承本身的结构特点及缺陷引起。此外,润滑剂在轴承运转时产生的流体动力也可以是振动(噪声)源。上述振源施加于轴承零件及附近的结构件上时都会激励起振动。 一、滚动轴承振动的基本参数 1.滚动轴承的典型结构 滚动轴承的典型结构如图1所示,它由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。 图1 滚动轴承的典型结构 图示滚动轴承的几何参数主要有: 轴承节径D:轴承滚动体中心所在的圆的直径 滚动体直径d:滚动体的平均直径 内圈滚道半径r1:内圈滚道的平均半径 外圈滚道半径r2:外圈滚道的平均半径 接触角α:滚动体受力方向与内外滚道垂直线的夹角 滚动体个数Z:滚珠或滚珠的数目 2.滚动轴承的特征频率 为分析轴承各部运动参数,先做如下假设:

(1)滚道与滚动体之间无相对滑动; (2)承受径向、轴向载荷时各部分无变形; (3)内圈滚道回转频率为fi; (4)外圈滚道回转频率为fO; (5)保持架回转频率(即滚动体公转频率为fc)。 参见图1,则滚动轴承工作时各点的转动速度如下: 内滑道上一点的速度为:V i=2πr1f i=πf i(D-dcosa) 外滑道上一点的速度为:V O=2πr2f O=πf O(D+dcosa) 保持架上一点的速度为:V c=1/2(V i+V O)=πf c D 由此可得保持架的旋转频率(即滚动体的公转频率)为: 从固定在保持架上的动坐标系来看,滚动体与内圈作无滑动滚动,它的回转频率之比与d/2r1成反比。由此可得滚动体相对于保持架的回转频率(即滚动体的自转频率,滚动体通过内滚道或外滚道的频率)fbc 根据滚动轴承的实际工作情况,定义滚动轴承内、外圈的相对转动频率为 一般情况下,滚动轴承外圈固定,内圈旋转,即: 同时考虑到滚动轴承有Z个滚动体,则滚动轴承的特征频率如下:滚动体在外圈滚道上的通过频率zfoc为:

旋翼的空气动力特点9页

旋翼的空气动力特点 (1)产生向上的升力用来克服直升机的重力。即使直升机的发动机空中停车时,驾驶员可通过操纵旋翼使其自转,仍可产生一定升力,减缓直升机下降趋势。 (2)产生向前的水平分力克服空气阻力使直升机前进,类似于飞机上推进器的作用(例如螺旋桨或喷气发动机)。 (3)产生其他分力及力矩对直升机;进行控制或机动飞行,类似于飞机上各操纵面的作用。旋翼由数片桨叶及一个桨毂组成。工作时,桨叶与空气作相对运动,产生空气动力;桨毂则是用来连接桨叶和旋翼轴,以转动旋翼。桨叶一般通过铰接方式与桨毂连接。 旋翼的运动与固定翼飞机机翼的不,因为旋翼的桨叶除了随直升机一同作直线或曲线动外,还要绕旋翼轴旋转,因此桨叶空气动力现象要比机翼的复杂得多。 先来考察一下旋翼的轴向直线运动这就是直升机垂直飞行时旋翼工作的情况,它相当于飞机上螺旋桨的情况。由于两者技术要求不同,旋翼的直径大且转速小;螺旋桨的直径小而转速大。在分析、设计上就有所区别设一旋冀,桨叶片数为k,以恒定角速度Ω 绕轴旋转,并以速度Vo沿旋转轴作直线运动。如果在想象中用一中心轴线与旋翼轴重合,而半径为r的圆柱面把桨叶裁开(参阅图2,1—3),并将这圆柱面展开成平面,就得到桨叶剖面。既然这时桨叶包括旋转运动和直线运动,对于叶剖面来说,应有用向速度(等于Ωr)和垂直于旋转平面的速度(等于Vo),而合速度是两者的矢量和。显然可以看出(如图2.1—3),用不同半径的圆柱面所截出来的各个桨叶剖面,他们的合速度是不同的:大小不同,方向也不相同。如果再考虑到由于桨叶运动所激起的附加气流速度(诱导速度) ),那么桨叶各个剖面与空气之间的相对速度就更加不同。与机翼相比较,这就是桨叶工作条件复杂,对它的分析比较麻烦的原因所在。 旋翼拉力产生的滑流理论 现以直升机处于垂直上升状态为例,应用滑流理论说明旋翼拉力产生的原因。此时,将流过旋翼的空气,或正确地说,受到旋翼作用的气流,整个地看做一根光滑流管加以单独处理。假设: 空气是理想流体,没有粘性,也不可压缩; 旋转着的旋冀是一个均匀作用于空气的无限薄的圆盘(即桨盘),流过桨盘的气流速度在桨盘处各点为一常数; 气流流过旋翼没有扭转(即不考虑旋翼的旋转影响),在正常飞行中,滑流没有周期性的变化。 根据以上假设可以作出描述旋翼在:垂直上升状态下滑流的物理图像,如下图所示,图中选取三个滑流截面,So、S1和S2,在So面,气流速度就是直升机垂直上升速度Vo,压强为大气压Po,在S1的上面,气流速度增加到V1= Vo+v1,压强为P1上,在S1 的下面,由于流动是连续的,所以速度仍是V1,但压强有了突跃Pl下>P1上,P1下一P1上即旋翼向上的拉力。在S2面,气流速度继续增加至V2=Vo+v2,压强恢复到大气压强Po。 这里的v1是桨盘处的诱导速度。v2是下游远处的诱导速度,也就是在均匀流场内或静止空气中所引起的速度增量。对于这种现象,可以利用牛顿第三用动定律来解释拉力产生的原因。 旋翼的锥体

第二节 简谐振动的特征量

§ 8.2 简谐振动的特征量 一、振幅(amplitude) 作简谐振动的物体离开平衡位置最大位移的绝对值A ,称为振幅。振幅恒为正。 全振动: 在SI 中,振幅的单位是米,符号为m 。 二、周期 频率 角频率 利用周期、频率、角频率反映振动的快慢 1.周期 物体作一次完全振动所需的时间称为周期,用T 表示。 周期仅与振动系统本身的物理性质有关 在SI 中,周期的单位是秒,符号为s 。 2.频率 单位时间内物体所作完全振动的次数,称为频率,用ν表示。 在SI 中,频率的单位是赫兹,符号为Hz 。 3.角频率 在2π秒内物体作完全振动的次数,称为角频率。 角频率的单位是弧度每秒,符号为rad·s-1。 cos() x A t ω?=+cos()x A t ω?=+cos[()] A t T ω?=++2π 2T ω = =1 2π T ων= =ω=

三、相位和初相 当振幅A 和角频率一定时,振动物体在任一时刻相对于平衡位置的位移x 和速度v 决定于量值(ω t +?)。把量值ω t +?称为相位。 称(ωt +? )为t 时刻的相位(phase),反映了t 时刻的物体的振动状态。 在SI 中,相位的单位是弧度,符号为rad 。 相位与x 、v 、a 的关系 初相位(initial phase):常量? 是t = 0时的相位,称为初相位,简称初相。 t =0称时间零点,是开始计时的时刻,不一定是开始运动的时刻。 初相位反映t = 0时刻的振动状态(x 0,υ0 )。 x 0 = A cos ?, υ0 = -ωA sin ? 例8-1 试比较简谐振动的位移、速度和加速度之间的相位关系。 解: 设简谐振动的运动学方程为 振动物体的速度则为 振动物体的加速度为 四、常量A 和? 的确定 初始条件 2sin()cos() A t a A t ωω?ωω?=-+=-+v cos() x A t ω?=+cos()x A t ω?=+()d sin d x A ω t t υω?= =-+πcos 2 A ω t υω?? =+ ? ? ? ()?ω+-==t ωA t x a cos d d 222() π?ω++=t ωA a cos 200 0t x x ===v v

转动设备常见振动故障频谱特征案例分析

转动设备常见振动故障频谱特征及案例分析 一、不平衡 转子不平衡是由于转子部件质量偏心或转子部件出现缺损造成的故障,它是旋转机械最常见的故障。结构设计不合理,制造和安装误差,材质不均匀造成的质量偏心,以及转子运行过程中由于腐蚀、结垢、交变应力作用等造成的零部件局部损坏、脱落等,都会使转子在转动过程中受到旋转离心力的作用,发生异常振动。 转子不平衡的主要振动特征: 1、振动方向以径向为主,悬臂式转子不平衡可能会表现出轴向振动; 2、波形为典型的正弦波; 3、振动频率为工频,水平与垂直方向振动的相位差接近90度。 案例:某装置泵轴承箱靠联轴器侧振动烈度水平13.2 mm/s,垂直11.8mm /s,轴向12.0 mm/s。各方向振动都为工频成分,水平、垂直波形为正弦波,水平振动频谱如图1所示,水平振动波形如图2所示。再对水平和垂直振动进行双通道相位差测量,显示相位差接近90度。诊断为不平衡故障,并且不平衡很可能出现在联轴器部位。

解体检查未见零部件的明显磨损,但联轴器经检测存在质量偏心,动平衡操作时对联轴器相应部位进行打磨校正后振动降至2.4 mm/s。 二、不对中 转子不对中包括轴系不对中和轴承不对中两种情况。轴系不对中是指转子联接后各转子的轴线不在同一条直线上。轴承不对中是指轴颈在轴承中偏斜,轴颈与轴承孔轴线相互不平行。通常所讲不对中多指轴系不对中。 不对中的振动特征: 1、最大振动往往在不对中联轴器两侧的轴承上,振动值随负荷的增大而增高;

2、平行不对中主要引起径向振动,振动频率为2倍工频,同时也存在工频和多倍频,但以工频和2倍工频为主; 3、平行不对中在联轴节两端径向振动的相位差接近180度; 4、角度不对中时,轴向振动较大,振动频率为工频,联轴器两端轴向振动相位差接近180度。 案例:某卧式高速泵振动达16.0 mm/s,由振动频谱图(图3)可以看出,50 Hz(电机工频)及其2倍频幅值显著,且2倍频振幅明显高于工频,初步判定为不对中故障。再测量泵轴承箱与电机轴承座对应部位的相位差,发现接近180度。 解体检查发现联轴器有2根联接螺栓断裂,高速轴上部径向轴瓦有金属脱落现象,轴瓦间隙偏大;高速轴止推面磨损,推力瓦及惰性轴轴瓦的间隙偏大。检修更换高速轴轴瓦、惰性轴轴瓦及联轴器联接螺栓后,振动降到A区。 三、松动 机械存在松动时,极小的不平衡或不对中都会导致很大的振动。通常有三种类型的机械松动,第一种类型的松动是指机器的底座、台板和基础存在结构松动,或水泥灌浆不实以及结构或基础的变形,此类松动表现出的振动频谱主要为1x。第二种类型的松动主要是由于机器底座固定螺栓的松动或轴承座出现裂纹引起,其振动频谱除1X外,还存在相当大的2X分量,有时还激发出1/2X和3X振动

旋转机械振动的基本特性

旋转机械振动的基本特性 概述 绝大多数机械都有旋转件,所谓旋转机械是指主要功能由旋转运动来完成的机械,尤其是指主要部件作旋转运动的、转速较高的机械。 旋转机械种类繁多,有汽轮机、燃气轮机、离心式压缩机、发电机、水泵、水轮机、通风机以及电动机等。这类设备的主要部件有转子、轴承系统、定子和机组壳体、联轴器等组成,转速从每分钟几十到几万、几十万转。 故障是指机器的功能失效,即其动态性能劣化,不符合技术要求。例如,机器运行失稳,产生异常振动和噪声,工作转速、输出功率发生变化,以及介质的温度、压力、流量异常等。机器发生故障的原因不同,所反映出的信息也不一样,根据这些特有的信息,可以对故障进行诊断。但是,机器发生故障的原因往往不是单一的因素,一般都是多种因素共同作用的结果,所以对设备进行故障诊断时,必须进行全面的综合分析研究。 由于旋转机械的结构及零部件设计加工、安装调试、维护检修等方面的原因和运行操作方面的失误,使得机器在运行过程中会引起振动,其振动类型可分为径向振动、轴向振动和扭转振动三类,其中过大的径向振动往往是造成机器损坏的主要原因,也是状态监测的主要参数和进行故障诊断的主要依据。 从仿生学的角度来看,诊断设备的故障类似于确定人的病因:医生需要向患者询问病情、病史、切脉(听诊)以及量体温、验血相、测心电图等,根据获得的多种数据,进行综合分析才能得出诊断结果,提出治疗方案。同样,对旋转机械的故障诊断,也应在获取机器的稳态数据、瞬态数据以及过程参数和运行状态等信息的基础上,通过信号分析和数据处理提取机器特有的故障症兆及故障敏感参数等,经过综合分析判断,才能确定故障原因,做出符合实际的诊断结论,提出治理措施。 根据故障原因和造成故障原因的不同阶段,可以将旋转机械的故障原因分为几个方面,见表1。 表1 旋转机械故障原因分类

发动机振动特性分析与试验

发动机振动特性分析与试验 作者:长安汽车工程研究院来源:AI汽车制造业 完善的项目前期工作预示着更少的项目后期风险,这也是CAE工作的重要意义之一。在整机开发的前期(概念设计和布置设计阶段),由于没有成熟样机进行NVH试验,很难通过试验的方法预测产品的NVH水平。因此,通过仿真的方法对整机NVH性能进行分析甚至优化显得十分重要。 众所周知,发动机NVH是个复杂的概念,包括发动机的振动、噪声以及个体对振动和噪声的主观评价等。客观地说,噪声与振动也相互联系,因为发动机一部分噪声由结构表面振动直接辐射,另一部分由发动机燃烧和进排气通过空气传播。除此之外,发动机附件(如风扇)也存在噪声贡献。本文仅考虑发动机结构振动问题,即在主轴承载荷、燃烧爆发压力和运动件惯性力的作用下,对发动机结构振动进行分析以及与试验的对比。发动机结构噪声的激励源主要包括燃烧爆发压力、气门冲击、活塞敲击、主轴承冲击、前端齿轮/链驱动和变速器激励等,这些结构振动又通过缸盖罩、缸盖、缸体和油底壳等传出噪声。 发动机结构振动分析方法简介 图1 发动机结构振动分析方法 如图1所示,发动机结构噪声分析方法包括以下几个步骤: 1. 动力总成FE建模及模态校核 建立完整的短发动机和变速器装配的有限元模型;对该有限元模型进行模态分析,通过分析结果判断各零件间连接是否完好;通过分析结果判断动力总成整体模态所在频率范围是否合理,零部件的局部模态频率是否合理,若存在整体或局部模态不合理的情况,需要对结构进行初步更改或优化。

2. 动力总成模态压缩 缩减有限元模型,得到动力总成的刚度、质量、几何以及自由度信息,用于多体动力学分析。 3. 运动件简化模型建立 发动机中的部分动件不用进行有限元建模,可作简化处理,形成梁-质量点模型,用于多体动力学分析。其中包括:活塞组、连杆组和曲轴及其前后端。 4. 动力总成多体动力学分析 在定义了动力总成各零部件间连接并且已知各种载荷的情况下,对动力总成进行时域下的多体动力学分析,并对得到的发动机时域和频域下的动态特性进行评判,同时,其输出用于结构振动分析。 5. 动力总成结构振动分析 基于多体动力学分析结果,对整个动力总成有限元模型进行强迫振动分析,得到发动机本体、变速器以及各种外围件的表面振动特性,进行评判和结构优化。 实例分析 1. 分析对象 以一款成熟的直列四缸1.5L发动机为平台,针对其结构振动问题,对其进行结构振动CAE 分析,并与其台架试验结果相比较。发动机的部分参数如下:缸径75mm,冲程85mm,缸间距84mm,最大缸压6MPa。 2. 坐标定义 为了便于以后叙述,对动力总成进行了坐标定义(见图2)。

船舶原理 螺旋桨 螺距

第一章绪论 第二章螺旋桨的几何特征 一、主要内容 1、本课题的主要研究内容; 2、有效马力、机器马力、收到马力和传送效率、推进效率和推进系数的 概念; 3、螺旋桨的外形和名称及几何特征的有关专业术语。 二、重点内容 1、有效马力、机器马力、收到马力和传送效率、推进效率和推进系数的 概念; 2、桨叶数、桨的直径、螺距比和盘面比等概念。 三、教学方法 多媒体授课、结合螺旋桨模型组织教学 四、思考题 1、什么是有效马力、机器马力、收到马力和传送效率、推进效率和推进 系数? 2、表征螺旋桨几何特征的主要参数有哪些? 三、下讲主要内容 理想推进器理论。

第一章绪论 一、本课题的研究对象和内容 1、船舶快速性 船舶在给定主机马力(功率)情况下,在一定装载时于水中航行的快慢问题。 2、推进器 将能源(发动机)发出的功率转换为推船前进的功率的专门装置或机构。常见的推进器为螺旋桨。 3、主要内容 1)推进器在水中运动时产生推力的基本原理及其性能好坏; 2)螺旋桨的图谱设计方法。

二、马力及效率 1、有效马力P E 1)公制有效马力(本教材常用)2)英制有效马力式中,Te 为有效推力(kgf ),R 为阻力(kgf ),v 为船速(m/s )E ()7575P v Rv UShp =e =或hp T E ()7676P v Rv UKhp =e =T 思考:在船舶专业中常用的速度单位还有哪些?

2、主机马力和传送效率 推进船舶所需要的功率由主机供给,主机发出的马力 称为主机马力,以P S 表示。 主机马力经减速装置、推力轴承及主轴等传送至推进器,在主轴尾端与推进器联接处所量得的马力称为推进器 的收到马力,以P D 表示。 传送效率η s =P D / P S ,它反映了推力轴承、轴承地、 尾轴填料函及减速装置等的摩擦损耗。

机械设备振动标准.(精选)

机械设备振动标准 它是指导我们的状态监测行为的规范 最终目标:我们要建立起自己的每台设备的标准(除了新安装的设备)。 ?监测点选择、图形标注、现场标注。 ?振动监测参数的选择:做一些调整:长度、频率范围 ?状态判断标准和报警的设置 1 设备振动测点的选择与标注 1.1监测点选择 测点最好选在振动能量向弹性基础或系统其他部分进行传递的地方。对包括回转质量的设备来说,建议把测点选在轴承处或机器的安装点处。也可以选择其他的测点,但要能够反映设备的运行状态。在轴承处测量时,一般建议测量三个方向的振动。铅垂方向标注为V,水平方向标注为H,轴线方向标注为A,见图6-1。 图6-1 监测点选择

图 6-2在机器壳体上测量振动时,振动传感器定位的示意图 1.2 振动监测点的标注 (1)卧式机器 这个数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座赋予数字001开始,朝着被驱动设备,按数字次序排列,直到第一根轴线的最后一个轴承。在多根轴线的(齿轮传动)机器上,轴承座的次序从驱动器开始,按数字次序继续沿着第二根轴线到被驱动器往下排列,接着再沿着第三根轴线往下排列,直到机组的末端为止。常见的几种标注方法见图6-3~6-5。 图6-3 振动监测点的标注 图6-4 振动监测点的标注

图6-5 振动监测点的标注 (2)立式机器 遵循与卧式机器同样的约定。 1.3 现场机器测点标注方法 机壳振动测点的标注可以用油漆标注,也可以在机壳上粘贴钢盘来标注振动测点,最好采用后一种方法标注。采用钢盘时,机壳要得到很好的处理。钢盘规格为厚度5mm,直径30mm,用强度较好的粘接剂粘接,以保证良好的振动传递特性。 2 设备振动监测周期的确定 振动监测周期设置过长,容易捕捉不到设备开始劣化信息,周期设置过短,又增加了监测的工作量和成本。因此应根据设备的结构特点、传动方式、转速、功率以及故障模式等因素,合理选定振动监测周期。当设备处于稳定运行期时,监测周期可以长一些;当设备出现缺陷和故障时,应缩短监测周期。在确定设备监测周期时,应遵守以下原则; 1)安装设备或大规模维修后的设备运行初期,周期要短(如每天监测一次),待设备进入稳定运行期后,监测周期可以适当延长。 2)检测周期应尽量固定。 3)对点检站专职设备监测,多数设备监测周期一般可定为7至14天;对接近或高于3000转/分的高速旋转设备,应至少每周监测1次。 4)对车间级设备监测,监测周期一般可定为每天1次或每班1次。 5)实测的振动值接近或超过该设备报警标准值时,要缩短监测周期。如果实测振动值接近或超过该设备停机值,应及时停机安排检修。如果因生产原因不能停机时,要加强监测,监测周期可缩短为1天或更短。 3 设备振动监测信息采集 3.1 振动监测参数的选择 对于超低频振动,建议测量振动位移和速度;对于低频振动,建议测量振动

滚动轴承的振动信号特征分析报告

南昌航空大学实验报告 课程名称:数字信号处理 实验名称:滚动轴承的振动信号特征分析实验时间: 2013年5月14日 班级: 100421 学号: 10042134 姓名:吴涌涛 成绩:

滚动轴承的振动信号特征分析 一、实验目的 利用《数字信号处理》课程中学习的序列运算、周期信号知识、DFT 知识,对给定的正常轴承数据、内圈故障轴承数据、外圈故障轴承数据、滚珠故障轴承数据进行时域特征或频域特征提取和分析,找出能区分四种状态(滚动轴承的外圈故障、内圈故障、滚珠故障和正常状态)的特征。 二、实验原理 振动机理分析:机械在运动时,由于旋转件的不平衡、负载的不均匀、结构刚度的各向异性、间隙、润滑不良、支撑松动等因素,总是伴随着各种振动。 振动的幅值、频率和相位是振动的三个基本参数,称为振动三要素。 幅值:幅值是振动强度的标志,它可以用峰值、有效值、平均值等方法来表示。 频率:不同的频率成分反映系统内不同的振源。通过频谱分析可以确定主要频率成分及其幅值大小,从而寻找振源,采取相应的措施。 相位:振动信号的相位信息十分重要,如利用相位关系确定共振点、测量振型、旋转件动平衡、有源振动控制、降噪等。对于复杂振动的波形分析,各谐波的相位关系是不可缺少的。 在振动测量时,应合理选择测量参数,如振动位移是研究强度和变形的重要依据;振动加速度与作用力或载荷成正比,是研究动力强度和疲劳的重要依据;振动速度决定了噪声的高低,人对机械振动的敏感程度在很大频率范围内是由速度决定的。速度又与能量和功率有关,并决定动量的大小。 提取振动信号的幅域、时域、频域、时频域特征,根据特征进行故

障有无、故障类型和故障程度三个层次的判断。 三、 实验内容 Step1、使用importdata ()函数导入振动数据。 Step2、把大量数据分割成周期为单元的数据,分割方法为: 设振动信号为{x k }(k =1,2,3,…,n )采样频率为f s ,传动轴的转动速率为V r 。 采样间隔为: 1 s t f ?= (1) 旋转频率为: 60 r r V f = (2) 传动轴的转动周期为: 1 r T f = (3) 由式(1)和(3)可推出振动信号一个周期内采样点数N : 1 1s r r s f f T N t f f = ==? (4) 由式(2)可得到传动轴的转动基频f r =29.95Hz ,再由式(3)可得到一个周期内采样点数N=400.67,取N =400。 Step3、提取振动信号的特征,分析方法包括: 1、时域统计分析指标(波形指标(Shape Factor)、峰值指标(Crest Factor)、脉冲指标(Impulse Factor)、裕度指标(Clearance Factor)、峭度指标(KurtosisValue) )等,相关计算公式如下: (1)波形指标: P f X WK X = (5) 其中,P X 为峰值,X 为均值。p X 计算公式如下:

第三章 螺旋桨基础理论及水动力特性

第三章螺旋桨基础理论及水动力特性 关于使用螺旋桨作为船舶推进器的思想很早就已确立,各国发明家先后提出过很多螺旋推进器的设计。在长期的实践过程中,螺旋桨的形状不断改善。自十九世纪后期,各国科学家与工程师提出多种关于推进器的理论,早期的推进器理论大致可分为两派。其中一派认为:螺旋桨之推力乃因其工作时使水产生动量变化所致,所以可通过水之动量变更率来计算推力,此类理论可称为动量理论。另一派则注重螺旋桨每一叶元体所受之力,据以计算整个螺旋桨的推力和转矩,此类理论可称为叶元体理论。它们彼此不相关联,又各能自圆其说,对于解释螺旋桨性能各有其便利处,然亦各有其缺点。 其后,流体力学中的机翼理论应用于螺旋桨,解释叶元体的受力与水之速度变更关系,将上述两派理论联系起来而发展成螺旋桨环流理论。从环流理论模型的建立至今已有六十多年的历史,在不断发展的基础上已日趋完善。尤其近二十年来,由于电子计算机的发展和应用,使繁复的理论计算得以实现,并促使其不断完善。 虽然动量理论中忽略的因素过多,所得到的结果与实际情况有一定距离,但这个理论能简略地说明推进器产生推力的原因,某些结论有一定的实际意义,故在本章中先对此种理论作必要介绍,再用螺旋桨环流理论的观点分析作用在桨叶上的力和力矩,并阐明螺旋桨工作的水动力特性。至于对环流理论的进一步探讨,将在第十二章中再行介绍。 §3-1 理想推进器理论 一、理想推进器的概念和力学模型 推进器一般都是依靠拨水向后来产生推力的,而水流受到推进器的作用获得与推力方向相反的附加速度(通常称为诱导速度)。显然推进器的作用力与其所形成的水流情况密切有关。因而我们可以应用流体力学中的动量定理,研究推进器所形成的流动图案来求得它的水动力性能。为了使问题简单起见,假定: (1)推进器为一轴向尺度趋于零,水可自由通过的盘,此盘可以拨水向后称为鼓动盘(具有吸收外来功率并推水向后的功能)。 (2)水流速度和压力在盘面上均匀分布。 (3)水为不可压缩的理想流体。 根据这些假定而得到的推进器理论,称为理想推进器理论。它可用于螺旋桨、明轮、喷水推进器等,差别仅在于推进器区域内的水流断面的取法不同。例如,对于螺旋桨而言,其水流断面为盘面,对于明轮而言,其水流断面为桨板的浸水板面。 设推进器在无限的静止流体中以速度V A前进,为了获得稳定的流动图案,我们应用运动转换原理,即认为推进器是固定的,而水流自无穷远前方以速度V (鼓动盘)。图 A流向推进器 260

浅析机械设备的振动故障检测

Equipment Manufactring Technology No.3,2010 机械设备的故障检测,主要包括状态检测和故障诊断两个方面,即对机械设备的运行情况进行检测,并在发现故障后进行诊断和处理。机械故障检测是现代化的产物,是随着设备的改进和维修发展起来的。经过30年的发展,机械检测技术已经广泛应用在了飞机和船舶发动机、大型电网系统、石油化工、飞机自动驾驶和矿山设备等领域。 1机械故障检测技术的研究意义 在现代化的生产中,机械设备故障检测技术有着重要的意义。机械设备出现异常如果没有及时发现和处理,不仅会导致机械设备的损坏,更会造成人员伤亡的惨剧。所以关于机械故障检测技术的研究,就十分必要了。机械故障检测技术,还可以预防事故的发生和提高企业的经济效益。 1.1预防事故发生保障人身和设备安全 在许多行业(如航天、航海、航空等)中,机械设备发生故障,不仅会导致经济的严重损失,也会带来严重的社会影响。仅仅依靠提高设备的安全性来避免事故的发生,是远远不够的,必须辅助以有效的机械设备检测技术,才可以防患于未然。1.2提高经济效益 选用机械故障诊断技术,在现代化的工业生产中,可以有效增加企业的经济效益。效益是多方面的,主要是降低机械设备的突发故障和减少设备的维修费用。突发的机械设备故障,会严重影响企业的生产,造成严重经济损失。虽然我国选用机械故障诊断技术的时间不是太长,但是也取得了优良的成绩。例如辽阳的石油化工集团,从国外引进了大型的机组,试机期间出现了多起机械故障,损坏了4个离心压缩机的转子,严重影响了生产。经过故障诊断和振动分析,把故障彻底的解决了。以前,铁路系统也曾出现了大规模的燃轴事件,严重影响了铁路运输的发展,后来选用红外技术,极大地减少了此类故障的发生。 机械设备的维修费用,主要是过剩维修。选用机械设备的状态检测技术,可以有效的避免过剩维修,减少企业对于维修费用的支出。以辽阳石油化工集团为例,该企业每年要停产维修一次,企业利润减少了4000万元,维修费用4000万元,合计8000万元白白丢失了。国外的相关企业的维修期限大多是3~4年一次。由此可见,我国的过剩维修带来的损失是极为严重的。 2机械故障检测的方法振动分析法 2.1振动分析简介 机械设备在作业时,会不断的出现不同强度的振动。经验丰富的维修人员,通过触摸和倾听振动强度及声音,就可以判断出机械设备明显的故障。但关于设备早期或特征不突出的故障,维修人员还是无能为力。对机械设备进行振动检测的研究,不但可以有效地检测设备的运行情况,还可以正确的判断出故障的发生和进行处理,减少了对设备拆卸的次数。 在工业领域里,机械振动分析是衡量机械设备情况的重要指标之一。机械内部出现异常情况,随后就会出现振动的加大。零部件和设备表面就可以感受到振动,其实就是某一个振动源在设备内的传播,对应着设备和零部件的损坏或出现异常故障。例如零部件的原始制造误差、零部件间的滚动和摩擦、运动副间的空隙和回转机件的冲击等,都是机械设备的可能振动源。机械振动随着零部件间的摩擦、零部件表面的脱落、开裂等的变化而变化。机械设备也可能因为某一部件的微小振动,引发其他部件和设备的共振响应,造成设备的严重损坏。研究机械振动的目的,就是了解各种机械设备的振动现象的机理,获得机械振动包含的大量设备信息,对设备的运行情况进行检测,并分析可能存在的故障问题。依据对机械振动的研究和分析,就可以在不拆卸的前提下,对设备进行前期诊断和故障分析,并根据问题进行相应的处理。 由于振动诊断技术的理论和实践都较为完善,其诊断结果也较为准确,而备受关注,在机械故障诊断体系中有着主导地位,被广泛应用于各种设备的运行检测和故障诊断中。 2.2振动分析方法 (1)振动信号的幅值分析方法。主要应用参数有最大值、最小值、均值、均方根值和绝对平均值。这些参数的计算简单,对于机械故障的诊断也有一定的作用。其缺点是对故障有不敏感性和区分故障难的特点,因为它们会随着工作条件(转 浅析机械设备的振动故障检测 蔡宇 (江汉大学文理学院,湖北武汉430056) 摘要:介绍了机械设备的振动故障分析法,并总结出振动分析的方法,还对数种机械故障的诊断技术做了具体的分析。 关键词:机械设备;振动分析;诊断技术 中图分类号:TH113文献标识码:B文章编号:1672-545X(2010)03-0062-02 收稿日期:2009-12-14 作者简介:蔡宇(1987—),男,海南澄迈人,江汉大学文理学院2006级本科生,研究方向:机械设计制造及其自动化。 62

机械设备振动特性分析

机械设备振动特性分析 佟德纯 教授 一 振动波形变换 设备的振动监测与诊断,振动波形的分析,提取表征状态信息的特征量是最常用的有效方法之一,振动波形的分析主要有两种:一是时域分析,即将振动作为时间τ(秒)的函数x(τ)来观测。二是频域分析,即按傅立叶变换方法将x(τ)变换成频率f (赫芝)的函数X(f)。这个变换关系和过程可用空间简图来表示,见图5.1。 图5.1 振动波形分析 1. 振动的时域波形特征量 (1) 均值x :描述振动过程的静态成分,又称为直流分量,即 ?=T dt t x T x 0)(1 (5.1) 式中T —平均时间(样本长度),以秒或毫秒计。 (2) 绝对值平均x ,即 dt t x T x T ?=0)(1 (5.2) (3) 均方值2x :表示振动的平均能量或平均功率的指标,即 ?=T dt t x T x 022)(1 (5.3) (4) 均方根值(有效值)rms X :描述振动的有效正振幅,即 ?=T rms dt t x T X 0 2)(1 (5.4) (5) 方差2x σ :描述振动偏离均值散布情况,其标准差σx 表示振动的动态分量 ,即 []?-=T x dt x t x T 02 2 )(1σ (5.5) 为了进一步理解上述振动特征量的物理意义,特用模拟电路表示特征量的运算过程,具

体如图5.2所示。 图5.2 振动特征量的运算电路 3. 复杂周期振动的分解 复杂的周期振动)()(nT t x t x T +=都可用傅立叶级数的形式展开,即分解成若干个 谐波(简谐)振动之各,即 ∑∑∞=∞=++=++=1 010)cos()sin cos (2n n n n n n T t n A A t n b t n a a x θωωω (5.6) 式中 ω为角频率,T f ππω220== 0A 为直流分量,200a A = n A 为n 阶谐波的振幅,)2,1(,?????=+=n b a A n n n n θ为n 阶谐波的相角,)2,1(),(???=-n a b arctg n n n θ 由(5.6)式可知,复杂的周期振动)(t x τ是由直流分量0A 和各次谐波振动 )3,2,1(,???=n A n 所组成。这就是振动信号的频率分析,又称谐波分析,是振动监测与诊断的基本方法之一。 示例:柴油机扭振分析 柴油机是六缸四冲程星形连接,点火次序如图5.3所示。转速n=195rpm ,即基频f 0

2.螺旋桨及其副作用要点

编号 南京航空航天大学 毕业论文题目 2.螺旋桨及其副作用 学生姓名顾军 学号070750526 学院民航(飞行)学院 专业飞行技术 班级0707505 指导教师蔡中长实验师 二〇一二年九月

南京航空航天大学 本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的毕业设计(论文)(题目:2.螺旋桨及其副作用)是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知,除了毕业设计(论文)中特别加以标注引用的内容外,本毕业设计(论文)不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 作者签名:年月日 (学号):070750526

螺旋桨及其副作用 摘要 从第一架飞机诞生直到第二次世界大战结束,几乎所有的飞机都是螺旋桨飞机。飞行学员的飞行生涯也都是从螺旋桨飞机开始的,螺旋桨是为飞机提供动力的主要组成部分,但其在提供动力的同时也给飞行带来一些副作用。在飞行过程中,飞行员应该根据各种飞行需要,克服螺旋桨所带来的副作用,保证飞机的正常飞行。本文先简单的介绍了螺旋桨的结构和工作原理,然后是螺旋桨的主要四种副作用:反作用力矩、滑流效应、进动效应和不对称载荷,从根本上讲述了各个副作用的形成原因以及作用结果,最后谈论了改正措施和个人DA42双发螺旋桨飞机的训练经验。希望本篇文章会为以后飞行学员训练提供很大的帮助。 关键词:螺旋桨,工作原理,副作用

Propeller and the Side Effect Abstract From the birth of the first aircraft until the end of World War II, almost all of the aircraft are propeller aircraft. All the pilot students start by propeller aircraft. Propeller is the main component to provide power to the flight, but at the same time it brings some side effects. In flight, the pilot should overcome the side effects caused by the propeller basing on a variety of operational needs, in order to ensure the aircraft has normal flight. In this paper, firstly there is a brief introducing the propeller structure and principle of work. Then I talk about four kinds of side effects of the propeller mainly. They are reaction torque, slipstream effect, the precession effect and asymmetric loads. This article explains the causes and the results of the side effects fundamentally. Finally some corrective measures and training experience of DA42 propeller aircraft are shared. I hope this will be helpful for the pilot students. Key Words: Propeller; Principles of work; Side effect

螺旋桨分析

漓江旅游客船动力装置轴系及螺旋桨分析 □南宁船检处阮晓宁 摘要:分析漓江旅游客船轴系及螺旋桨的工作环境并推导了相关计算公式,对认识和执行规范有一定的参考意义。 关键词:船舶轴系螺旋桨分析 船舶传动装置轴系的功能是将主机的扭矩传递给推进器(漓江船舶均采用螺旋桨),同时又将螺旋桨产生的推力传递给船体以推动船舶前进。 轴系受力十分复杂,除主要承受扭矩和推力外,还承受有弯曲应力,交变应力和振动应力。由于轴系的损坏将引起严重事故,故对轴系尺寸的计算和材料的选用,在《钢质内河船舶入级与建造规范》(2002)(以下简称规范)中都有明确的规定。为从实际出发,使计算简单,应用方便和保证安全,国内外的海、河船舶规范对轴系所采用的计算式,多以主要承受扭矩作用,对自身重量所引起的弯矩可忽略不计的中间轴径计算为基础。尾轴、推力轴轴径则根据其受力分析的前提下,以中间轴径乘以一个大于1的系数(考虑弯曲应力、交变应力、振动应力)所得之值。 漓江旅游客船受航道条件限制,船舶主尺度较小,且多为尾机型,其轴均为整根式轴系,其计算系按船舶规范规定。 1 轴直径 设轴主要承受扭矩,并将其分解为平均扭矩Mp和变动扭矩Mb(含螺旋桨引起的弯矩及其应力,振动时的振动应力、应变应力),则轴系所受到的合成扭矩M为:

M=Mp+Mb 令(ε为变动扭矩系数) 则 根据理论力学,轴系在力偶矩M作用下,单位时间内所作的功Ne为: (其中ω为角速度) N·mm 根据材料力学 [η]为许用切应力 W为抗扭剖面模数 根据材料力学,材料许用应力的大小与材料、构造、尺寸、制造和载荷性质有关。由于轴系受力复杂的不确定性,轴系持久地承受扭转交变应力作用。据有关资料表明,对低碳钢δb≤490 N/mm2时,其持续扭转极限η≤137 N/mm2,并计入安全系数k=1.3后,取

机械设备振动标准

机械设备振动标准 1 设备振动测点的选择与标注 1.1 监测点选择 测点最好选在振动能量向弹性基础或系统其他部分2进行传递的地方。对包括回转质量的设备来说,建议把测点选在轴承处或机器的安装点处。也可以选择其他的测点,但要能够反映设备的运行状态。在轴承处测量时,一般建议测量三个方向的振动。水平方向标注为H,铅垂方向标注为V ,轴线方向标注为A,见图6-1。 图6-1 监测点选择 图6-2 在机器壳体上测量振动时,振动传感器定位的示意图

1.2 振动监测点的标注(1)卧式机器 这个数字序列从驱动器非驱动侧的轴承座赋予数字001 开始,朝着被驱动设备,按数字次序排列,直到第一根轴线的最后一个轴承。在多根轴线的(齿轮传动)机器上,轴承座的次序从驱动器开始,按数字次序继续沿着第二根轴线到被驱动器往下排列,接着再沿着第三根轴线往下排列,直到机组的末端为止。常见的几种标注方法见图6-3 ~6-5 。 图6-3 振动监测点的标注 图6-4 振动监测点的标注 (2)立式机器遵循与卧式机器同样的约定 1.3 现场机器测点标注方法机壳振动测点的标注可以用油漆标注(最简单的一种方 法),标注大小与传感 器磁座大小相似;也可以在机壳上粘贴钢盘来标注振动测点,最好采用后一种方法标

注。采用钢盘时,机壳要得到很好的处理。钢盘规格为厚度5mm,直径 30mm, 用强度较好的粘接剂粘接,以保证良好的振动传递特性。 2 设备振动监测周期的确定振动监测周期设置过长,容易捕捉不到设备开始劣化信息,周期设置过短,又增加了监测的工作量和成本。因此应根据设备的结构特点、传动方式、转速、功率以及故障模式等因素,合理选定振动监测周期。当设备处于稳定运行期时,监测周期可以长一些;当设备出现缺陷和故障时,应缩短监测周期。在确定设备监测周期时,应遵守以下原则; 1)安装设备或大规模维修后的设备运行初期,周期要短(如每天监测一次),待设备进入稳定运行期后,监测周期可以适当延长。 2)检测周期应尽量固定。 3)对点检站专职设备监测,多数设备监测周期一般可定为7 至14 天;对接 近或高于3000转/ 分的高速旋转设备,应至少每周监测 1 次。 4)对车间级设备监测(指运行人员),监测周期一般可定为每天1 次或每班1 次。 5)实测的振动值接近或超过该设备报警标准值时,要缩短监测周期配件;如果实测振动值接近或超过该设备停机值,应及时停机安排检修;如果因生产原因不能停机时,要加强监测,监测周期可缩短为 1 天或更短。 3 设备振动监测信息采集 3.1 振动监测参数的选择对于超低频振动,建议测量振动位移和速度;对于低频振动, 建议测量振动 速度和加速度;对于中高频振动和高频振动,建议测量振动加速度。说明如下:(1)设备振动按频率分类。根据振动的频率,设备振动可以分为以下几种:1)超低频振动,振动频率在10Hz 以下。 2)低频振动,振动频率在10Hz 至1000Hz。 3)中高频振动,振动频率在1000Hz至10000Hz。 4)高频振动,振动频率在10000Hz以上。 (2)位移为峰峰值;速度为有效值;加速度为有效值;有时根据需要,速度和加速度还要测量峰值。 3.2 振动监测中的几个“同” 为保证测量结果的可比性,在振动监测中要注意做到以下 几个“同” : 1 )测量仪器同; 2 )测量仪器设置同; 3 )测点位置、方向同; 4 )设备工况同; 5 )背景振动同。并尽量由同一个人测量。 3.3 振动数据采集应严格按监测路径和监测周期对设备进行定期监测。采集设备振动数据时,通常还需要记录设备的其他过程参数,如温度、压力和流量等,以便于比较和趋

振动测试和分析技术综述

振动测试和分析技术综述 黄盼 (西华大学,成都四川 610039) 摘要:振动测试和分析对结构和系统动态特性分析及其故障诊断是一种有效的手段。综述了当前振动测试和分析技术,包括振动测试与信号分析的国内外发展概况、振动信号数据采集技术、振动测试技术、以及振动测试与信号分析的工程应用,最后对振动测试与分析技术的未来发展方向进行了展望。 关键词:振动测试; 信号分析; 动态特性; 综述 Summary of Vibration Testing and Analysis HuangPan ( Xihua University,Chengdu 610039,China) Abstract: Vibration testing and analysis is an effective tool in analyzing structure and system dynamic characteristic and detecting the failures of structures,systems and facilities. The present paper reviews the current vibration testing and analysis techniques,including the development of vibration measurement and analysis of domestic and foreign,vibration signal data acquisition,vibration testing technology ,vibration measurement and analysis in engineering application. Finally,the future development in the field of vibration testing and analysis is predicted. Key words: vibration testing; signal analysis; dynamic characteristic;overview

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