振动分析诊断报告(PPT 73页).ppt

振动测试基础知识 陶洛文工学博士 高级工程师北京森德格科技有限公司电话 010 82895321 mail振动测试基础知识 振幅A Amplitude 偏离平衡位置的最大值 描述振动的规模 频率f Frequency 描述振动的快慢 单位为次 秒 Hz 或次 分 c min 周期T 1 f为每振动一次所需的时间 单位为秒 圆频率 2 f为每秒钟转过的角度 单位为弧度 秒初相角 Initialphase 描述振动在起始瞬间的状态 简谐振动的三要素 振动位移 速度 加速度之间的关系 振动位移 Displacement 速度 Velocity 加速度 Acceleration 位移 速度 加速度都是同频率的简谐波 三者的幅值相应为A A A 2 相位关系 加速度领先速度90 速度领先位移90 x v a x v a 振动的时域波形 名称波形名称波形 若干幅值参数的定义 瞬时值 Instantvalue 振动的任一瞬时的数值 峰值 Peakvalue 振动离平衡位置的最大偏离 平均绝对值 Averageabsolutevalue 均值 Meanvalue 又称平均值或直流分量 有效值 Rootmeansquarevalue xp x x t 各幅值参数是常数 彼此间有确定关系峰值xp A 峰峰值xp p 2A平均绝对值xav 0 637A有效值xrms 0 707A平均值 简谐振动的幅值参数 复杂振动的幅值参数 各幅值参数随时间变化 彼此间无明确定关系 常用的幅值参数及其单位 位移峰峰值 单位为微米 m 速度有效值 单位为毫米 秒 mm s 加速度峰值 单位为米 秒平方 m s2 练习一 100mil Peak 微米 峰峰值 2G Peak m s 2 RMS 注 1Inch 1000mil 25 4mm 25 400微米G为重力加速度 9 81m s 2 振动信号的频率分析 把振动信号中所包含的各种频率成分分别分解出来的方法 频率分析的数学基础是傅里叶变换和快速傅里叶算法 FFT 频率分析可用频率分析仪来实现 也可在计算机上用软件来完成 频率分析的结果得到各种频谱图 这是故障诊断的有力工具 各种振动的频谱图 名称波形频谱名称波形频谱 时间域频率域 磁电速度传感器 接收形式 惯性式变换形式 磁电效应典型频率范围 10Hz 1000Hz典型线性范围 0 2mm典型灵敏度 20mV mm s 测量非转动部件的绝对振动的速度 不适于测量瞬态振动和很快的变速过程 输出阻抗低 抗干扰力强 传感器质量较大 对小型对象有影响 在传感器固有频率附近有较大的相移 典型的磁电速度传感器及其特性 压电加速度传感器 接收形式 惯性式变换形式 压电效应典型频率范围 0 2Hz 10kHz线性范围和灵敏度随各种不同型号可在很大范围内变化 测量非转动部件的绝对振动的加速度 适应高频振动和瞬态振动的测量 传感器质量小 可测很高振级 现场测量要注意电磁场 声场和接地回路的干扰 压电加速度传感器的典型结构 压电加速度传感器的典型特性 涡流位移传感器 不接触测量 特别适合测量转轴和其他小型对象的相对位移 有零频率响应 可测静态位移和轴承油膜厚度 灵敏度与被测对象的电导率和导磁率有关 相移很小 接收形式 相对式变换形式 电涡流典型频率范围 0 20kHz典型线性范围 0 2mm典型灵敏度 8 0V mm 对象为钢 涡流位移传感器及前置器 轴承振动的测点布置 轴振动的测点布置 轴承振动与轴振动的比较 基频是转速频率 记作1 R 基频分量的幅值与转子的不平衡大小有关 基频分量的相位与不平衡在转子上的方位有直接对应关系 基频大小和相位由基频分析仪或频率分析方法求得 基频分量的幅值和相位 键相与相位参考脉冲 在转子上刻印键相标记K 在轴承座上布置键相传感器K 光电式或涡流式 其输出为相位参考脉冲 参考脉冲是测量相位的基准 参考脉冲也可用于测量转子的转速 1转 t 参考脉冲 振动相位与转子转角的关系 从参考脉冲到第一个正峰值的转角 定义振动相位 振动相位与转子的转动角度一一对应 这在平衡和故障诊断中有重要作用 振动信号 参考脉冲 波形图 Wave 时间域内的振动波形频谱图 Spectrum 组成振动的各谐波成分轴心轨迹 Orbit 转轴中心的振动轨迹 由水平和铅垂两方向波形合成 旋转机械的振动图示 定转速 波形图 频谱图及轴心轨迹 波德图和极坐标图 波德图 BodePlot 和极坐标图 PolarPlot 两者所含信息相同 都表示基频振动的幅值和相位随机器转速的变化规律 第三个坐标也可以是时间 日期 工艺参数等 三维频谱图 谱阵图 轴心位置的测定 轴心位置图可以用x y记录仪或计算机来绘制 状态监测和故障诊断的仪器和方法 在设备运行中或在基本不拆卸的情况下 通过各种手段 掌握设备运行状态 判定产生故障的部位和原因 并预测 预报设备未来的状态 什么是状态监测和故障诊断 是防止事故和计划外停机的有效手段 是预知维修的基础 是设备维修的发展方向 监测和诊断的各种手段 振动 适用于旋转机械 往复机械 轴承 齿轮等 温度 红外 适用于工业炉窑 热力机械 电机 电器等 声发射 适用于压力容器 往复机械 轴承 齿轮等 油液 铁谱 适用于齿轮箱 设备润滑系统 电力变压器等 无损检测 采用物理化学方法 用于关键零部件的故障检测 压力 适用于液压系统 流体机械 内燃机和液力耦合器等 强度 适用于工程结构 起重机械 锻压机械等 表面 适用于设备关键零部件表面检查和管道内孔检查等 工况参数 适用于流程工业和生产线上的主要设备等 电气 适用于电机 电器 输变电设备 电工仪表等 仪器分类 离线测量仪表便携式测振表数据采集器在线测量系统表盘式的计算机化的 监测和诊断仪器的分类和选用 仪器选用原则 被监测对象在生产中的地位生产的规模和产量预计的投资设备管理人员的水平和素质 监测和诊断仪器的分类和功能 监测和诊断仪器选用 在线监测数据自动采集 离线监测数据周期采集 不监测用坏为止 透平机压缩机汽轮发电机组燃气轮机 大电机大 中型泵风机齿轮箱 小电机小型泵通风机 频谱分析法 频谱分析法是最基本和最常用的故障诊断方法 每种故障有其对应的特征频率 根据特征频率及其变化确定机器的故障性质和严重程度 转动机械常见故障的频率特征 强迫振动类故障 自激振动类故障 R 转动频率 转子不平衡故障的频谱 波形为简谐波 少毛刺 轴心轨迹为圆或椭圆 1X频率为主 轴向振动不大 振幅随转速升高而增大 过临界转速有共振峰 转子不平衡的类型 转子不对中的类型 正确对中e 0 0 平行不对中e 0 0 角度不对中e 0 0 综合不对中e 0 0 转子不对中故障的频谱 出现2X频率成分 轴心轨迹成香蕉形或8字形 轴向振动一般较大 本例中 出现叶片通过频率 转子系统松动故障的频谱 波形出现许多毛刺 谱图中噪声水平高 出现精确的倍频2X 3X 等成分 松动结合面两边 振幅有明显差别 松动故障引起的间入谐量 未松动时的频谱松动时的频谱出现0 5X 1 5X 2 5X 3 5X 等频率成分 松动结合面两边振动差别大 齿轮故障的频谱 齿轮啮合频率GMF等于齿数乘以齿轮转速频率 齿轮啮合频率两边有边频 间距为1X 随着齿轮故障发展 边频越来越丰富 幅值增加 可用倒频谱作进一步分析 齿轮箱 上辊 下辊 输入轴 带滑动轴承的机械的频谱特点 从油膜涡动发展到油膜振荡 涡动频率c min 转子转速 r min 油膜振荡的防治措施 临时措施 增加油温 更换粘度较低的油 减小轴承的宽度 以增加比压 抬高失稳轴承的标高 增加轴承的负载 减小轴承的间隙 根本措施 改变轴瓦的结构 增加预负荷 开油槽 改变供油方式等 改用稳定性较好的轴承 圆瓦 椭圆瓦 多油叶瓦 多油楔瓦 可倾瓦 改变转子结构 将其临界转速提高到工作转速的一半以上 轴承的故障诊断与状态监测是机械设备故障诊断技术的重要内容 旋转机械的故障中轴承的损坏故障约占30 轴承的运行质量除轴承元件本身的加工质量外 轴承的安装及装配质量影响很大 滚动轴承的振动 滚动轴承的失效形式 疲劳点蚀 因受滚动压应力磨损 因受压力又有与内外座圈的相对滑动腐蚀 润滑油中的水分几其它化学物质产生锈蚀裂纹 由于磨削或淬火时作用而产生磨粒磨损 由于磨屑作用而磨损 D 节圆直径d 滚珠直径 接触角z 滚珠数R 轴的转速频率 滚动轴承故障的特征频率 外环故障频率内环故障频率滚珠故障频率保持架碰外环保持架碰内环 滚动轴承故障的频谱 轴承每一种零件有其特殊的故障频率 随着故障发展 它的幅值增加 并有谐波 谐波两边产生边频 还可用非频率域的诊断方法 如共振解调 电机 离心泵 带滚动轴承的机械的频谱特点 倒频谱分析诊断法 倒频谱分析用于识别频谱图中的周期结构倒频谱的定义和有关的术语倒频谱分析主要应用于滚动轴承和齿轮的故障诊断 倒频谱是对数功率谱的频谱 通俗地说 倒频谱是频谱图的频谱 它突出了频谱图中的周期成分 倒频谱图的横坐标为倒频率 时间 倒频谱的定义 log Fxx f c FFT 倒频谱分析的特点 能显示频谱图中不明显 被淹没 的复杂的周期频谱结构 并精确地确定其倒频率 振动周期 倒频谱的主要峰值是大量周期分量的平均值 数值较稳定 它可作为评定机械状态的一个指标 对从振源到测点之间信号传递路径的变化不大敏感 倒频谱分析的应用齿轮信号中确定周期成分 一 电机轴50Hz 63个齿水泵轴121Hz 26个齿频谱图中看到啮合频率3 15kHz看不清周期结构 倒频谱图中清晰可见若干尖峰 显示频谱图的周期结构8 2ms 121Hz 及谐波为出轴齿轮转频20ms 50Hz 为入轴齿轮的转频 倒频谱分析的应用齿轮信号中确定周期成分 二 频谱图仅看出啮合频率 4 3kHz 及其谐波即使经高倍细化 也难以确定频谱图中的周期成分 倒频谱分析的应用齿轮信号中确定周期成分 三 倒频谱图中清晰显示两组周期频谱族结构Ai为11 9ms 84 3Hz 及谐波 Bi为20ms 50Hz 及谐波这是输入轴A和输出轴B的转速频率 倒频谱分析的应用齿轮信号中确定周期成分 四 11 9ms 84 3Hz 20ms 50Hz 倒频谱分析的应用对传递路径不敏感 齿轮箱上两个不同的测点得到的频谱图差别很大但两个倒频谱图差别很少 高倒频率区基本一样 正常状态 频谱无周期结构 倒频谱无明显峰 故障状态 倒频谱出现10 4Hz 35 6Hz及其倒谐波 10 4Hz最大为一惰轮的转频 表明它有故障 并可与输出轴频5 4Hz的两倍区别开来 故障状态正常状态 频谱图 倒频谱图 倒频谱分析的应用卡车齿轮箱的诊断 相关产品 振通932高级分析仪 中文Window菜单显示 操作更方便大尺寸 彩色液晶屏幕 清晰美观12800线分辨率频谱 频率范围25kHz基于DSP的全功能高速动态分析双通道采集 14位AD采样USB接口可配MCM2 3 SDES等软件高速记录起停车振值 幅值 相位 频谱标准数采器功能存储200测点 32K波形用硬件包络解调检测诊断轴承齿轮故障转速测量 噪声测量 相位测量 相位诊断 共振解调法 原理 故障所引起的低频 通常是数百HZ以内 冲击脉冲激起了高频 数十倍于冲击频率 共振波形 对它进行包络 检波 低