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渠道培训-振动基础,高清毅 Michael_GQY,振动技术概述 振动基本概念 信号处理技术 传感器和测试仪器 振动数据分析与故障诊断 故障诊断实例,主要内容,振动技术概述,振动分析-机器状态监测的关键,即使在最原始的工业生产中，工程师们就开始根据机器运行的声音和振动来评估机器的状态。通过原始的手摸、耳听来判断，“这台机器有点问题，好象声音不太对！”、“风机出问题了，感觉振动很大！”。把振动和机器状态联系在一起并非什么新概念和新创意！ 总的来说：第一，运行的机器必有振动，即使是新出厂的处于最好运行状态下的机器。第二，振动水平的变化必然来自于机器状态的改变，某种故障发生或发展。最后，不同故障造成的振动的特征不同。因此，我们可能从振动特征发现机器的状态变化，甚至是何种变化！检测出发展中的故障，防患于未然是振动分析技术的目标。,振动分析-收益,延长设备寿命 最小化非计划停机时间 减少不必要的检修 减少备用机组 提高运行效率 增强设备安全 提高产品质量 让客户更满意,维修方式的比较,定期维修,主动维修,出现故障后再进行检修,预先安排等周期的检修,根据设备状态进行检修,控制引发故障的根源的检修,以较小的投资换取最大的经济效益和社会效益,ENTEK的理念：ICM是设备检修体制改革的前提，从而实现,事后维修,状态检修的程序,第一，检测。生产厂应该建立定期检测和机纪录机器振动的制度，从而及时发现机器故障的发生和发展。最简单的应用就是振动总值报警和保护。注意：不同设备的检测周期应该不同。 第二，分析。通过精细的频谱、波形、相位、振动试验等手段分析故障的原因。 第三，维修纠正。安排合适的时间、准备相关的备件快速维修纠正故障，减少对生产的影响。,典型设备振动纪录表格,状态检修程序的实施步骤,第一，全厂设备调查。 第二，选择需要定期检测的设备。 第三，选择最优的检测技术。 第四，建立状态检修人员和仪器系统。 第五，设置机器状态振动评价标准。应该参考设备制造厂标准、行业标准和国家、国际标准。 第六，测试机器基准振动特征。 第七，定期检测状态数据。 第八，对超限的机器实施故障诊断。 第九，根据故障诊断结论安排维修。,典型案例,案例1：某工业气体制造厂在定期振动检测中发现一个大型离心空压机的振动超标，分析表明压缩机和齿轮箱存在不对中。随后振动特征表明齿轮箱大齿轮故障。拆检发现大齿轮上有细微裂纹，由于暂时没有备件，在裂纹两端钻孔以阻止裂纹扩展，等待获得备件之后更换该齿轮。反之如果齿轮突然崩裂可能造成长达6个月的停机。 案例2：某电厂锅炉引风机，运行中在半年时间内振动持续增大。由于没有状态检修程序，当过大的振动引起运行人员注意时，发现滚动周成内圈跑套已经造成轴径磨损约2毫米。寻求外部技术帮助以恢复轴径和轴承的配合耗时超过一个月。在此期间数十万千瓦的汽轮机主机只能70%负荷运行，经济损失以百万计。而滚动轴承的检测技术十分简单有效！,振动技术的其他应用,第一，验收新设备。通过振动测试的手段检验新设备的状态。例如大型电机验收需要提供基准振动测试数据和安装固有频率测试报告。 第二，设备可用性标准。建立确保机器正确安装、平衡和运行良好的可用性标准。 第三，质量控制。对于加工工业特别重要，例如滚动轴承制造中精磨工序，磨床的振动水平会影响到轴承内环、外环的圆度等质量。 第四，工程应用。在设计开发阶段用于测试和发现设计缺陷。 第五，现场服务。设备出厂之后安装现场的动平衡和现场故障诊断。,振动基本概念,机械振动定义,从狭义上说，通常把具有时间周期性的运动称为振动。 从广义上说，任何一个物理量在某一数值附近作周期性的变化，都称为振动。,什么是振动,机械振动,机械振动在特指的机械系统中，我们把所有由质量与弹性的物体组成一个动力系统（不是静态的）产生的震荡运动称为振动。,机械振动分类,机 械 振 动 的 类 型 稳 态 振 动 周 期 振 动 简 谐 振 动 周 期 振 动 非 周 期 振 动 衰 减 振 动 准 周 期 振 动 随 机 振 动,最基本的振动形式简谐运动,在一切振动中，最简单和最基本的振动称为简谐运动。 任何复杂的运动都可以看成是若干简谐运动的合成。,弹簧振子和单摆的简谐运动,弹簧振子的动力学特征,弹簧振子的动力学特征,取平衡位置O点为坐标原点，水平向右为x轴的正方向。,力的方向与位移的方向相反，始终指向平衡位置的，称为回复力。,简谐运动 微分方程,振动的三个基本单位,位移 (Displacement) 速度 (Velocity) 加速度 (Acceleration),简谐振动三要素,振幅反映振动幅度的大小 周期与频率反映振动的快慢 相位反映振动信号在时间上的先后,简谐运动的振幅、周期与频率、相位,对于一个简谐运动，若振幅、周期和初相位已知，就可以写出完整的运动方程，即掌握了该运动的全部信息，因此我们把振幅、周期和初相位叫做描述简谐运动的三个特征量，也称三要素。,简谐振动的三要素振幅,定义：以位移为单位的单峰值为例为作简谐运动的物体离开平衡位置的最大位移的绝对值 说明：振幅恒为正值;振幅的大小与振动系统的能量有关，由系统的初始条件确定,简谐振动的三要素周期与频率,周期：物体作一次完全振动所需的时间，用T表示，单位为秒(s) 频率：单位时间内物体所作的完全振动的次数，用表示，单位为赫兹(Hz)。 圆频率：物体在2秒时间内所作的完全振动的次数，用表示，单位为弧度/秒(rad.s-1或s -1)。,简谐振动的三要素相位,1、相位,2、初相位,用旋转矢量的描述,旋转矢量图示法 旋转矢量与简谐运动的关系,A 振幅 w 圆频率 j 初相位 wt+j 相位,阻尼振动、受迫振动、共振,谐振子的阻尼振动,振动系统受粘滞阻力与速度大小成正比，方向相反,弹性力或准弹性力和上述阻力作用下的动力学方程：,1、阻尼振动的概念,振幅随时间的变化而减小的振动称为阻尼振动。,2、阻尼振动的运动方程,谐振子的阻尼振动,固有角频率,阻尼系数,弹性力或准弹性力和上述阻力作用下的动力学方程：,谐振子的阻尼振动-欠阻尼,情况1：欠阻尼,这种情况称为欠阻尼,阻力使周期增大,3、讨论,谐振子的阻尼振动-过阻尼,情况2：过阻尼,谐振子的阻尼振动-临界阻尼,是从有周期性因子 到无周期性的临界点。,称之为临界阻尼情况。 应用在天平调衡中。,谐振子的有阻尼受迫振动,强迫力,阻尼力：,谐振子的有阻尼受迫振动,经过足够长的时间，称为稳态解：,等幅振动的角频率就是强迫力 的频率； 稳定态时的振幅及与强迫力的相位差分别为：,谐振子的有阻尼受迫振动共振,共振的概念,共振角频率和共振振幅,当强迫力的频率为某一值时，稳定受迫振动的位移振幅出现最大值的现象，叫做位移共振，简称共振,求振幅对频率的极值,共振角频率,共振振幅,谐振子的有阻尼受迫振动共振,共振的幅频与相频特性,谐振子的有阻尼受迫振动共振,振动信号处理技术,振 动 信 号 的 波 形 与 处 理,1、 时 域 波 形 及 模 数 转 换 (A/D),Zoom,振 动 信 号 的 波 形 与 处 理,2、 快速富里叶分析(FFT)原 理,振动信号的波形与处理-典型信号波形频谱,简谐波形及其频谱,脉冲波形及其频谱,方波形及其频谱,简谐拍波及其频谱,振动信号的波形与处理-滤波问题,振动信号的波形与处理-泄漏问题与窗函数, 时 域 波 形 的 截 取 与 复 制,振动信号的波形与处理-泄漏问题与窗函数, 时 域 波 形 的 复 制 误 差,振动信号的波形与处理-泄漏问题与窗函数, 频 域 波 形 的 泄 漏 问 题,振动信号的波形与处理-泄漏问题与窗函数,5、FFT 中 的 泄 漏 问 题 及 其 窗 函 数(4), 加 窗 处 理,矩 形 窗 汉 宁 窗 (Hanning) 海 明 窗 (Hamming) 凯 莎 窗 (Kesha) 三 角 窗,振动信号的波形与处理-混叠问题及采样频率,减 少 混 叠 问 题 的 方 法： 提 高 采 样 频 率 对 时 域 波 形 进 行 滤 波,振动信号波形与处理-频域和时域的平均技术,平均10次后的频谱,未进行平均处理的频谱,未进行平均处理,的波形与频谱,已进行平均处理,的波形与频谱,传感器与测试仪器,振动测试技术-测试仪器,振动总值便携表：仅仅测试振动的通频振动总值，例如VisTec。 便携式振动数据采集器：离线采集并存贮振动总值、频谱、波形等数据，通常还和软件系统配合使用。例如恩泰克的DP1500和Enpac1200。 在线自动巡检模块：在线自动定期巡检设备的振动，并且上传到主软件中。例如恩泰克Enwatch。 高速多通道在线：高速多通道并行采集振动数据，满足压缩机、汽轮机等大型设备的测试需求，例如Entrx系统。 监测保护表：实时保护机组。例如恩泰克6600系列和XM系列监测保护表。,振动测试技术-测试参数和计量单位,单峰值(Peak) 峰峰值(Peak-Peak) 有效值(RMS) 真峰值（True Peak） 真峰峰值 （True Peak-Peak）,位移信号：低频测试 速度信号：中频测试 加速度信号：高频测试,振动测试参数的选择,振动测试参数幅值的度量,振动测试技术-振动单位的选择,测 量 单 位 及 检 测 类 型,振动测试技术-gSE尖峰能量测试技术,专门针对滚动轴承和齿轮箱故障的冲击信号测试技术，恩泰克专利，有多年的成功应用经验！,振动测试技术-测试中常用传感器及原理,动电速度传感器,加速度传感器,非接触涡流传感器,振动测试技术-非接触涡流传感器,振动测试技术-非接触涡流传感器,振动测试技术-非接触涡流传感器,1.可以直接测量转轴振动 2. 采用非接触测量方式，避免了接触磨损 3. 能做静态和动态测量。可以测量2Hz以下的低频振动，适用于绝大多数机器环境。 4. 输出信号与振动位移成正比。 5. 结构简单可靠，尺寸小，没有活动部件。 6. 可作为转速测量与振动相位测量的键相信号 7. 材料不同影响传感器线形范围和灵敏度，须重新标定。 8. 需外加电源和前置器，安装复杂。,使用极为广泛，特别是制造厂出厂时经常在机器上配套安装测试轴振、偏心、相位等。缺点是对于测试滚动轴承和高速齿轮箱等强调高频冲击信号的场合效果差。,振动测试技术-速度传感器,振动测试技术-速度传感器,1. 安装简单，适用于大多数机器环境，对于汽轮发电机组振动，有合适的频响范围。 2. 无须外加电源，振动信号可不经处理传送直需要的地方。 3. 体积、重量较大，活动部件易损坏，低频响应不好，15Hz以下误差较大。高频响应也不好，500Hz以上误差大。对冲击信号（滚动轴承故障最常见）响应很差。 4. 标定较麻烦，只可作动态测量，价格较贵。,以前使用广泛，但是由于频响性能很差，现在逐渐被淘汰。在需要大输出信号和不方便向传感器供电时还有应用。,振动测试技术-加速度传感器特点,1. 体积小，重量轻，适用于受附加质量影响显著的振动系统测量，如汽机叶片的振动测量。 2. 结构紧凑、牢靠，不易损坏。 3. 环境的噪声、传感器的安装方法、导线的铺设方式，对测试结果有较大影响。 4. 标定困难，只能做动态测量。 5. 价格较贵，需设电荷放大器。,使用范围不断扩大，制造厂出厂时经常在机器上配套安装测试瓦振。测试滚动轴承和高速齿轮箱等强调高频冲击信号的场合效果好，缺点是输出信号弱，对屏蔽和接线要求高。,振动测试技术-加速度传感器,从左到右传感器的频响范围由低到高！,振动测试技术-加速度传感器固定方式,关键因素 : 固定的自振频率 可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%,振动传感器固定方式的影响,螺纹固定 磁铁座固定 手持探杆固定 胶粘结固定,振动测试技术-加速度传感器安装的影响,振动加速度传感器固定自振频率和最高可用频率,螺栓固定,振动加速度传感器的固定,最高可用频率(赫兹),固定自振频率(赫兹),胶粘结固定,螺栓固定在稀土磁铁座上,固定在快速连接螺栓固定上,用2英寸长探杆手持固定,没有观察,16250,9000,7500,6000,800,31887,12075,10150,1475,可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%,振动测试技术-仪器频响特性的影响,仪器频率响应特性,注意：仪器频响特性的好坏是界定仪器档次的关键指标！,振动测试技术-测点位置的选取,三个方向 设测点,给测点位 置作记号 设备表面 的处理,尽量靠近轴承,不同机器类型的振动故障敏感方向不同！,振动测试技术-名词术语,通频振动 、选频振动 、基频振动 通频振动：原始的振动波形的峰峰值。 选频振动：所选择的频率的振动正弦波的峰峰值。 基频振动：与机器工作转速一致频率的振动正弦波的峰峰值，通常又叫做工频振动。,振动测试技术-名词术语,同步运动 与转速频率变化保持一定比例关系的振动频率分量。一般是指与旋转频率的整数倍关系或是分倍数关系：1X、2X、3X、1/2X 、1/3X 异步运动 与转速频率无关的频率振动分量。,振动测试技术-名词术语,相对轴振 转轴相对与轴承座的振动，可以用固定在轴承座上的非接触、传感器测量 绝对轴振 转轴相对与地面的振动，可以用与轴承座有相对运动的接触式传感器直接测量，也可以用复合传感器进行测量。 轴瓦振动 轴承座相对于地面的振动，用惯性传感器测量。,振动测试技术-名词术语,相位与键相 -在旋转机械振动测量领域内，相位的含义是：振动信号的某一点（高点或零点），与基准脉冲信号之间在时间上的关系。 -脉冲测相法：在转子上贴一条反光带或开键槽，用光电传感器或涡流传感器产生一个与转速完全同步的脉冲信号，求脉冲信号前沿与振动信号上某一点之间的时间距离，即为振动相位。,振动测试技术-转子振型,振型 一定转速下作用力所引起的转子沿轴向偏离的相对表示。,振动测试技术-转子振型,高阶振型,振动分析和故障诊断,用振动分析方法监测设备状态 分析方法 幅值分析：振动总值（振动水平、列度）、变化趋势、机械动态特性 频谱分析：引起设备振动原因的具体分析 相位分析：设备振动原因的进一步确认、共振（相频特性）、动平衡分析 波形分析：振动总值（峰值、峰峰值）、周期、拍节 峰值能量谱分析：轴承、齿轮,振动分析的过程：问诊 监测 诊断 措施 问诊：了解设备背景，列出可能引起振动的原因 设备结构（传动链参数，如齿轮齿数、轴承型号、皮带轮直径 等）、设备的动态特性等信息; 设备运行工况，过程参数：温度、压力、转速、负荷 设备维修档案 监测: 确定振动监测和分析方案 测试的工况（转速、负荷）；测点位置；测试参数（振动位移、速度、加速度）；绝对振动、相对振动 测试振动的方向（H/V/A） 数据类型（幅值、频谱、波形、相位） 信号检测类型：峰值、峰峰值、有效值,振动分析的过程：问诊 监测 诊断 措施 诊断：引起振动的原因和部位 振动幅值趋势分析 振动波形识别 频谱分析、峰值能量谱分析 频响特性与相干分析 瞬时频率变化与相位分析 措施：给出结论 继续运行；还能运行多久? 维修、检查；部位?,常 见 的 设 备 故 障,不 平 衡 偏 心 转 子 轴 弯 曲 不 对 中 松 动 转子与定子摩擦 滑 动 轴 承 滚 动 轴 承 齿 轮 故 障,力不平衡 力偶不平衡 动不平衡 悬臂转子不平衡,角不对中 平行不对中 轴承不对中 联轴节故障,结构框架/底座松动 轴承座松动 轴承等部件松动,齿轮磨损 齿轮偏心 齿轮不对中,质 量 不 平 衡 A,同频占主导，相位稳定。如果只有不平衡，1X幅值大于等于通频幅值的80，且按转速平方增大。 通常水平方向的幅值大于垂直方向的幅值，但通常不应超过两倍。 同一设备的两个轴承处相位接近。 水平方向和垂直方向的相位相差接近90度。,典型的频谱,相位关系,力 不 平 衡,质 量 不 平 衡 B,典型的频谱,相位关系,力 偶 不 平 衡,同频占主导，相位稳定。振幅按转速平方增大。需进行双平面动平衡。 偶不平衡在机器两端支承处均产生振动，有时一侧比另一侧大 较大的偶不平衡有时可产生较大的轴向振动。 两支承径向同方向振动相位相差180。,质 量 不 平 衡 C,动不平衡是前两种不平衡的合成结果。 仍是同频占主导，相位稳定。 两支承处同方向振动相位差接近,典型的频谱,相位关系,动 不 平 衡,质 量 不 平 衡 ,悬臂转子不平衡在轴向和径向都会引起较大1X振动。 轴向相位稳定，而径向相位会有变化。 悬臂式转子可产生较大的轴向振动，轴向振动有时甚至超过径向振动。 两支承处轴向振动相位接近。 往往是力不平衡和力偶不平衡同时出现,典型的频谱,相 位 关 系,悬 臂 转 子 不 平 衡,偏 心 转 子,当旋转的皮带轮、齿轮、电机转子等有几何偏心时，会在两个转子中心连线方向上产生较大的1X振动；偏心泵除产生1X振动外，还由于流体不平衡会造成叶轮通过频率及倍频的振动。 垂直与水平方向振动相位相差为0或180。 采用平衡的办法只能消除单方向的振动。,典型的频谱,相 位 关 系,轴 弯 曲,振动特征类似动不平衡，振动以1X为主，如果弯曲靠近联轴节，也可产生2X振动。类似不对中、通常振幅稳定，如果2X与供电频率或其谐频接近，则可能产生波动。 轴向振动可能较大，两支承处相位相差180度。 振动随转速增加迅速增加，过了临界转速也一样。,典型的频谱,相位关系,不 对 中,有资料表明现有企业在役设备3050存在不同程度的不对中，严重的不对中会造成设备部件的过早损坏，同时会造成能源的浪费。 不对中既可产生径向振动，又会产生轴向振动；既会造成临近联轴节处支承的振动，也会造成远离联轴节的自由端的振动。不对中易产生2X振动，严重的不对中有时会产生类似松动的高次谐波振动。 相位是判断不对中的最好判据。,不 对 中 A,角不对中产生较大的轴向振动，频谱成分为1X和2X；还常见1X、2X或3X都占优势的情况。 如果2X或3X超过1X的30到50，则可认为是存在角不对中。 联轴节两侧轴向振动相位相差180度。,典型的频谱,相位关系,角 不 对 中,不 对 中 B,典型的频谱,相 位 关 系,平 行不 对 中,平行不对中的振动特性类似角不对中，但径向振动较大。 频谱中2X较大，常常超过1X，这与联轴节结构类型有关。 角不对中和平行不对中严重时，会产生较多谐波的高谐次（4X8X）振动。 联轴节两侧相位相差也是180度。,不 对 中 C,轴承不对中或卡死将产生1X, 2X轴向振动，如果测试一侧轴承座的四等分点的振动相位，对应两点的相位相差180度。 通过找对中无法消除振动，只有卸下轴承重新安装。,典型的频谱,相位关系,轴 承 不 对 中,不 对 中 D,如果联轴节的短节过长或过短，通常会产生明显的3X振动。 齿型联轴节卡死会引起轴向和径向振动，通常轴向大于径向，频谱以1X为主，兼有其它谐频，也有出现4X为主的实例。 振动随负荷而变，1X明显。 松动的联轴节将引起啮合频率及叶片通过频率的振动，其周围分布1X旁瓣。,联 轴 节 故 障,对 中 不 良 设 备 的 轴 心 轨 迹,机 械 松 动,松动本身不是纯粹 的故障，不会直接 产生振动，但它可 放大故障的作用。,A 结 构 框 架 或 底 座 松 动,B 轴 承 座 松 动,C 轴 承 等部 件 配 合松 动,A. 结 构 框 架/ 底 座 松 动,振动特征: 类似不平衡或不对中，频谱主要以1X为主。 振动具有局部性，只表现在松动的转子上。 同轴承径向振动垂直，水平方向相位差0或180度。 底板连接处相邻结合面的振动相位相差180度。 如果轴承紧固是在轴向，也会引起类似不对中的轴向振动。,包括如下几方面的故障 支脚、底板、水泥底座松动/强度不够； 框架或底板变形；紧固螺丝松动。,B. 由于结构/ 轴承座晃动或开裂引起的松动,振动特征: 主要以2X为特征(主要是径向2X超过1X的50%) 幅值有时不稳定 振动只有伴随其它故障如不平衡或不对中时才有表现，此时要消除平衡或对中将很困难。 在间隙达到出现碰撞前，振动主要是1X和2X；出现碰撞后，振动将出现大量谐频。,包括如下几方面的故障 结构或轴承座开裂 支承件长度不同引起的晃动 部件间隙出现少量偏差时(尚无碰撞) 紧固螺丝松动。,C. 轴承在轴承座内松动或部件配合松动,振动特征: 常常出现大量的高次谐频，有时10X，甚至20X，松动严重时还会出现半频及谐频 (0.5X, 1.5X) 成分。 半频及谐频往往随不平衡或不对中等故障出现。 振动具有方向性和局部性。 振动幅值变化较大，相位有时也不稳定。,包括如下几方面的故障 轴承在轴承座内松动 轴承内圈间隙大 轴承保持架在轴承盖内松动 轴承松动或与轴有相对转动,转 子 摩 擦,转子在转动过程中与定子的摩擦会造成严重的设备故障 在摩擦过程中, 转子刚度发生改变从而改变转子系统的固有频率, 可能造成系统共振。 往往会激起亚谐波振动(1/2X, 1/3X.), 严重时出现大量的谐频(1/2X, 1.5X, 2.5X.)，并伴随有噪音。,轴径和滑动轴承钨金干摩 电动机转子与定子接触 叶轮与扩压器口接触 汽轮机叶片与静叶,严 重 摩 擦,轻 微 摩 擦,轴与汽封摩擦 联轴器罩摩轴 皮带摩擦皮带罩 叶片摩擦外罩,典型的摩擦波形,润 滑 油 不 足 引 起 的 频 谱,滚 动 轴 承,有资料显示仅有1020的轴承达到或接近设计寿命. 其余部分因为如下各种原因达不到设计寿命: 润滑不当, 使用错误的润滑剂；润滑剂或轴承内混入赃物或杂质；运输或存放不当；选型不当、安装错误等. 振动监测的最终目的是通过跟踪轴承状态了解何时需要更换轴承.,位移：不易用于轴承的监测。 加速度：可早期发现轴承的故障征兆，应与速度联用。 使用包络技术或gSE,监 测 参 数 的 选 择,第一阶段： 轴承故障出现在超声段20 60KHz, 它们可用gSE、高频(HFD)g来测量、评定。例如：某轴承在第一阶段的尖峰能量值为0.25gSE(实测数值与测试位置和机械转速有关)。 第二阶段： 轻微的轴承故障开始“敲击”出轴承元件的固有频率段，一般在5002KHz范围内；本阶段后期表现为，在固有频率附近出现边频（例：0.25gSE 0.5gSE ）,滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征 (1),第三阶段： 轴承出现磨损故障频率和谐波出现； 磨损发展时出现更多故障频率谐波，并且边带数目增多，振动尖峰能量值继续增大。 第四阶段： 这一阶段甚至影响1X分量，并引起其它倍频分量2X、3X等的增大。轴承故障频率和固有频率开始“消失” 被随机振动或噪音代替，高频量和尖峰能量值很大。,滚 动 轴 承 故 障 谱 特 征 (2),滚 动 轴 承 故 障 频 谱,滚 动 轴 承 故 障 前 后gSE 谱,滑 动 轴 承,滑动轴承摩擦后期通常出现一系列倍频成分（多达10X20X）。 老的滑动轴承往往产生垂直方向比水平方向振幅更大的振动。 间隙过大的滑动轴承可能会导致不平衡、不对中等引起的振动更大。,摩擦/间隙过大的频谱,油膜振荡,松动，1/2X, 1/3X等成分，随负荷变化较大 乌金脱落，1/2X及谐频，幅值小于松动谱 瓦块损坏，1/3X涡动，调油温有效,滑 动 轴 承 损 坏 及 松 动 频 谱,齿 轮 故 障 (1),正常的频谱出现所有转轴的1X和啮合频率(GMF)。 齿轮啮合频率的两侧有转速边带，其峰值较小。,齿磨损：齿轮固有频率出现，且有磨损齿轮所在轴的转速边带 磨损明显时，啮合频率附近也会出现较高峰值的边带。,正常齿轮的频谱,齿轮磨损时的频谱,齿 轮 故 障 (2),齿轮偏心：啮合频率附近有较高幅值的边带往往说明齿轮偏心、游隙或轴不平行。 啮合频率峰值随负载的增大而增大。,齿轮不对中：几乎总是激起啮合频率二次或更高谐次的振动，且2X或3X啮合频率处峰值较大；它们都有转速的边带频率。,齿轮偏心的频谱,齿轮不对中时的频谱,故障诊断实例,故障诊断实例分析之一,机器状态检修的基础： 振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息 -某压缩机组振动频谱分析,9999999,振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息,电机转速N0=1480转/分=24.6667赫兹 压缩机转速N1=6854.7转/分=114.245赫兹 小齿轮齿数Z0=38 大齿轮齿数Z1=176 齿轮啮合频率Fm=N0Z0 =N1 Z =4341.3赫兹 齿轮边带频率Fb=Fmi N0或 Fm i N1,振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息,某压缩机组振动频谱实例,压缩机,电动机,齿轮箱,振动速度,频率,电动机转子动平衡,电动机与大齿轮轴联轴器对中,压缩机转子动平衡,压缩机与小齿轮轴联轴器对中,齿轮啮合，齿缺陷,电机转速N0=1480转/分=24 . 6667赫兹 压缩机转速N1=6854 .7转/分=114 . 245赫兹 小齿轮齿数Z0=38 大齿轮齿数Z1=176 齿轮啮合频率Fm=N0Z0=N1 Z1 =4341 . 3赫兹 齿轮边带频率Fb=Fmi N0或 Fm i N1,N0,2N0,3N0,N1,2N1,3N1,Fm,N1,N1,N1,N1,N0,N0,N0,N1,N1,N1,高速齿轮左边带族,高速齿轮右边带族,低速齿轮左边带族,低速齿轮右边带族,1,2,3,4,6,5,这个实例的振动频谱中包含了 (1) 电动机转子动平衡 (2) 电动机转子与定子等小间隙摩擦 (3) 电动机与低速齿轮轴之间联轴器对中 (4) 压缩机转子动平衡 (5) 压缩机转子与壳体间摩擦 (6) 压缩机与高速齿轮轴之间联轴器对中 (7) 齿轮啮合和齿轮缺陷 (8) 各轴承运行状况 等等机器主要零部件的机械状态信息,故障诊断实例分析之三,汽轮机叶片断裂故障 (转子不平衡故障),汽轮机叶片断裂故障,5#汽轮机轴承座振动速度突增至5. 25毫米/ 秒，有效值，而6#机仅为0. 466毫米/秒，有效值；振动速度频谱均为一倍转速频率50赫兹。诊断为转子不平衡，据经验，汽轮机叶片又断了! 停机检查证实的确断了五片转子叶片!,转子不平衡 !,故障诊断实例分析之五,某立式泵严重共振 引起叶轮轴疲劳断裂故障的诊断,某立式泵严重共振引起叶轮轴疲劳断裂故障的诊断,1C,1A,1B,2B,2A,2C,3H,4H,3V,4V,电动机,立式泵,1#立式泵多次发生泵轴断裂，断裂处紧靠叶轮压紧螺母处。故障现象是：开始振动大(3V和4V处最大)，叶轮压紧螺母松动。随后用环氧胶粘住叶轮压紧螺母，能有效防止螺母松动。然而，之后许多泵出现叶轮轴断裂的灾难性破坏。于是，决定进行监测分析： 1.测定振动 2.评定振动严重程度 3.诊断潜在的故障 4.提出有效的排故措施,电动机驱动长度为1879.6毫米，轴径为88.9毫米，壁厚为2.4毫米的轴。叶轮的叶片数为2片。,4.6mm/s 1770rpm=1*RPM,16.51mm/s 3570rpm=2*RPM,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),1#泵 3V测点,振动总量18.14mm/s 峰值,振动实测表明：3V和4V测点振动最大。3V测点频谱中，2*RPM频率3570rpm分量的幅值达16.51mm/s峰值，而1*RPM频率分量的幅值仅为4.60mm/s峰值。注意：该叶轮的叶片数为2片，叶片通过频率BPF=2*RPM。,这 是 什 么 原 因 引 起 的 ？,某立式泵严重共振引起叶轮轴疲劳断裂故障的诊断,振动速度毫米/秒峰值,0 . 43mm/s 2009rpm(轴防护罩自振频率),0 . 42mm/s 3780rpm (泵系统自振频率),频率(转/分),用锤击法测试电动机，轴和泵的自振频率。 4V测点的自振频率测试频谱表明：占优势的自振频率3780rpm，它与运行中测到的频谱的最大振动频率分量3570rpm=2*RPM=BPF泵叶轮的叶片通过频率(BPF)仅差210rpm或5.9%。此外，还有2009rpm轴防护罩自振频率。由于自振频率3780rpm太靠近泵叶轮的叶片通过频率或泵转速的二倍频率3570rpm，极易激起泵系统共振。 因此，试验用加固泵系统支承刚度，改变系统自振频率(“调频”)，以避免发生共振。,1#泵 4V测点,BPF=2*RPM=3570rpm,仅差5 . 9%或210rpm,锤击试验结果表明：存在泵系统自振频率,某立式泵严重共振引起叶轮轴疲劳断裂故障的诊断,2根50.8X101.6mm粱加固,1#泵,1根101.6X101.6mm粱加固,2#泵,北墙面,东墙面,对1#泵加辅助支撑，改变其自振频率,某立式泵严重共振引起叶轮轴疲劳断裂故障的诊断,4 . 6mm/s 1770rpm=1*RPM,16 . 51mm/s 3570rpm=2*RPM=BPF,振动速度毫米/秒峰值,频率(转/分),1#泵 3V测点加固前,振动总量18.14mm/s 峰值,对泵系统加固前后振动实测比较表明：加固后自振频率提高到3960rpm,提高了180rpm或4. 8%,使之与BPF=2*RPM激励频率有效地错开，避免共振。3V测点振动总量从18 . 14mm/s峰值减小到5 . 99mm/s峰值，减幅达67%。2*RPM频率3570rpm分量的幅值从16. 51mm/s峰值减小到4. 98mm/s峰值，减幅达70%。,1 . 57mm/s 1770rpm =1*RPM,4 . 98mm/s 3570rpm =2*RPM=BPF,2.23mm/s 3960rpm (加固后自振频率),加固后,振动总量 5 . 99mm/s 峰值,频率(转/分),自振频率提高 390rpm,某立式泵严重共振引起叶轮轴疲劳断裂故障的诊断,故障诊断实例分析之六,某除尘风机机组轴承座刚性差 及流体动力激振振动故障的诊断,双吸口风机,液力偶合器,电 动 机,除尘风机结构示意图,钢筋混凝土基础,槽钢，钢板焊接基础底板(非常单薄，刚性极差),M1HM1VM1A,M2HM2VM2A,CP3HCP3VCP3A,CP4HCP4VCP4A,F5HF5VF5A,F6HF6VF6A,N0=999转 /分,1250千 瓦,N1=200960转/分，风机叶轮叶片数Z=6,SKF22322CC/W33,某除尘风机机组轴承座刚性差及流体动力激振振动故障的诊断,51A,52A,53A,54A,55A,56A,57A,58A,59A,51H,52H,53H,54H,55H,56H,57H,58H,51V,52V,53V,54V,55V,56V,57V,58V,液力偶合器与风机之间的轴承座(5#)振动测点位置示意,钢 板 焊 接 结 构 支 座,铸 钢 支 座,59V,H-轴向方向V-水平方向 A-轴向方向,风 机 侧,液力偶合器侧,钢筋混凝土基础,某除尘风机机组轴承座刚性差及流体动力激振振动故障的诊断,61A,62A,63A,64A,65A,66A,61H,62H,63H,64H,65H,61V,62V,63V,64V,65V,风机自由端的轴承座(6#)振动测点位置示意,铸 钢 支 座,H-轴向方向V-水平方向 A-轴向方向,风 机 侧,钢筋混凝土基础,某除尘风机机组轴承座刚性差及流体动力激振振动故障的诊断,51A OA=5. 08522mm/s RMS,52A OA=4. 51826mm/s RMS,53A OA=3. 94369mm/s RMS,54A OA=2. 77616mm/s RMS,55A OA=2. 58472mm/s RMS,56A OA=1. 49945mm/s RMS,57A OA=1. 33297mm/s RMS,58A OA=0. 334003mm/s RMS,59A OA=0. 137554mm/s RMS,51H OA=7. 88009mm/s RMS,52H OA=6. 80293mm/s RMS,53H OA=4. 55451mm/s RMS,54H OA=4. 14939mm/s RMS,55H OA=2. 84782mm/s RMS,56H OA=2. 72776mm/s RMS,57H OA=0. 623098mm/s RMS,58H OA=0. 464797mm/s RMS,51V OA=1. 8654mm/s RMS,52V OA=3. 1076mm/s RMS,53V OA=2. 63707mm/s RMS,54V OA=2. 15923mm/s RMS,55V OA=2. 17249mm/s RMS,56V OA=2. 22956mm/s RMS,57V OA=2. 45644mm/s RMS,58V OA=0. 525065mm/s RMS,钢板焊接结构支座,铸 钢 支 座,59V OA=0. 49022mm/s RMS,相 差 4 倍,相 差 4 倍,焊接钢板结构支座水平和轴向方向刚性太差导致振动剧烈,振 动 总 量 沿 轴 承 座 高 度 分 布,钢筋混凝土基础,5#位置各测点振动总量沿轴承座高度分布,51A SP=3. 77186mm/s PEAK,52A SP=3. 13719mm/s PEAK,53A SP=2. 74359mm/s PEAK,54A SP=1. 74301mm/s PEAK,55A SP=1. 56543mm/s PEAK,56A SP=0. 722635mm/s PEAK,57A SP=0. 635095mm/s PEAK,58A SP=0. 0576462mm/s PEAK,59A SP=0. 116555mm/s PEAK,51H SP=9. 01535mm/s PEAK,52H SP=7. 77505mm/s PEAK,53H SP=5. 18371mm/s PEAK,54H SP=4. 72426mm/s PEAK,55H SP=3. 13888mm/s PEAK,56H SP=3. 00124mm/s PEAK,57H SP=0. 68841mm/s PEAK,58H SP=0. 552183mm/s PEAK,51V SP=1. 59455mm/s PEAK,52V SP=3. 08988mm/s PEAK,53V SP=2. 76789mm/s PEAK,54V SP=2. 19405mm/s PEAK,55V SP=2. 3476mm/s PEAK,56V SP=2. 24036mm/s PEAK,57V SP=2. 36556mm/s PEAK,58V SP=0. 597432mm/s PEAK,5#位置各测点转速基频分量振动沿轴承座高度分布,钢板焊接结构支座,铸 钢 支 座,59V SP=0. 560703mm/s PEAK,相 差 6 倍,相 差 4 倍,焊接钢板结构支座水平和轴向方向刚性太差导致振动剧烈,钢筋混凝土基础,61A OA=2. 98467mm/s RMS,62A OA=2. 38022mm/s RMS,63A OA=1. 64162mm/s RMS,64A OA=0. 643415mm/s RMS,65A OA=0. 519673mm/s RMS,66A OA=0. 232773mm/s RMS,61H OA=2. 99829mm/s RMS,62H OA=2. 46681mm/s RMS,63H OA=1. 08887mm/s RMS,64H OA=0. 888379mm/s RMS,65H OA=0. 440782mm/s RMS,61V OA=1. 08048mm/s RMS,62V,63V OA=0. 922678mm/s RMS,64V OA=0. 77804mm/s RMS,65V OA=0. 541864mm/s RMS,铸 钢 支 座,钢筋混凝土基础,6#位置各测点振动总量沿轴承座高度分布,61A SP=2. 32447mm/s PEAK,62A SP=1. 01173mm/s PEAK,63A SP=0. 617944mm/s PEAK,64A SP=0. 0971902mm/s PEAK,65A SP=0. 118709mm/s PEAK,66A SP=0. 132522mm/s PEAK,61H SP=2. 93381mm/s PEAK,62H SP=2. 52201mm/s PEAK,63H SP=1. 10818mm/s PEAK,64H SP=0. 910155mm/s PEAK,65H SP=0. 481222mm/s PEAK,61V SP=0. 520397mm/s PEAK,62V SP=0. 426745mm/s PEAK,63V SP=0. 968973mm/s PEAK,64V SP=0. 811407mm/s PEAK,65V SP=0. 606307mm/s PEAK,铸 钢 支 座,钢筋混凝土基础,6#位置各测点转速基频分量振动沿轴承座高度分布,风 机 自 由 端 (6#)轴 承 座 与 靠 液 力 偶 合 器 侧 轴 承 座 (5#)相 比 由 于 铸 钢 轴 承 座 直 接 固 定 在 钢 筋 混 凝 土 基 础 上 ， 所 以 沿 高 度 方 向 振 动 没 有 突 变， 振 动 绝 对 值 比 5#轴 承 座 小 得 多。 均 小 于 4. 5毫 米 /秒 ， 有 效 值 ， 达 到 ISO10816-3标 准 的 A或 B区 域(即 可 长 期 安 全 运 行 )。,某除尘风机机组轴承座刚性差及流体动力激振振动故障的诊断,利用Odyssey软件计算SKF22332C轴承故障频率与实测振动频谱比较，便可诊断该轴承状态。以下频谱表明，SKF22332C运行状态良好。,某除尘风机机组轴承座刚性差及流体动力激振振动故障的诊断,风 机 转 速 N1=957. 591转 /分 SKF22332C保 持 架 故 障 频 率 FTF SKF22332C滚 动 体 故 障 频 率 BSF SKF22332C外 环 故 障 频 率 BPFO SKF22332C内 环 故 障 频 率 BPFI,焊接钢板结构支座水平和轴向方向刚性太差导致振动剧烈,风 机 轴 承 SKF22332C状 态 良 好,某除尘风机机组轴承座刚性差及流体动力激振振动故障的诊断,风 机 转 速 N1=957. 96转 /分 SKF22332C保 持 架 故 障 频 率 FTF SKF22332C滚 动 体 故 障 频 率 BSF SKF22332C外 环 故 障 频 率 BPFO SKF22332C内 环 故 障 频 率 BPFI,风 机 轴 承 SKF22332C状 态 良 好,风 机 转 速 N1=960. 461转 /分 SKF22332C保 持 架 故 障 频 率 FTF SKF22332C滚 动 体 故 障 频 率 BSF SKF22332C外 环 故 障 频 率 BPFO SKF22332C内 环 故 障 频 率 BPFI,焊接钢板结构支座水平和轴向方向刚性太差导致振动剧烈,风 机 轴 承 SKF22332C状 态 良 好,某除尘风机机组轴承座刚性差及流体动力激振振动故障的诊断,风 机 转 速 N1=956. 921转 /分 SKF22332C保 持 架 故 障 频 率 FTF SKF22332C滚 动 体 故 障 频 率 BSF SKF22332C外 环 故 障 频 率 BPFO SKF22332C内 环 故 障 频 率 BPFI,风 机 轴 承 SKF22332C状 态 良 好,某除尘风机机组轴承座刚性差及流体动力激振振动故障的诊断,风 机 转 速 N1=957. 058转 /分 SKF22332C保 持 架 故 障 频 率 FTF SKF22332C滚 动 体 故 障 频 率 BSF SKF22332C外 环 故 障 频 率 BPFO SKF2