旋转设备的振动分析服务

1、28.01.2009PRFTECHNIK Group A Portrait高修维修科技高修维修科技旋转设备的振动分析服务旋转设备的振动分析服务28.01.2009引起机器故障的原因引起机器故障的原因80% 的机器故障是由不对中和不平衡引起的。的机器故障是由不对中和不平衡引起的。故障故障发生率发生率轴承轴承损坏损坏气蚀气蚀密封件密封件损坏损坏连轴器连轴器损坏损坏不良不良轴对中轴对中振动振动过大过大其他其他原因原因28.01.2009采集数据进行分析采集数据进行分析无数据采集无数据采集单次测量信息量有限单次测量信息量有限机器噪声很大时机器噪声很大时, 很可很可能已经被严重损坏能已经被严重损坏高事故

2、率高事故率高维修费用高维修费用成功机会很小成功机会很小不需要过多的投入不需要过多的投入手动记录数据手动记录数据需耗时绘制趋势曲线需耗时绘制趋势曲线高强度文书工作高强度文书工作可以提前发出警告可以提前发出警告成功机会大成功机会大需要大量的投入需要大量的投入使用数据采集器使用数据采集器自动采集数据自动采集数据自动趋势分析自动趋势分析可以提前发出警告可以提前发出警告成功机会大成功机会大降低事故率降低事故率减少维修费用减少维修费用28.01.2009什么是状态监测什么是状态监测?噪声噪声 !还有其它吗还有其它吗?温度温度压力压力输出输出转速转速相位相位振动振动电机电流电机电流油质油质壳体膨胀不均匀膨胀

3、壳体膨胀不均匀膨胀偏心度转子位置偏心度转子位置阀门开度阀门开度监测参数监测参数标准机器标准机器 :涡流机器涡流机器 :28.01.2009例例 2过滤器过滤器例例 1过滤器过滤器+已平均的时间信号已平均的时间信号检波器检波器 原始机器信号原始机器信号求非同步信号的平均值求非同步信号的平均值减弱临近机器的振动影响减弱临近机器的振动影响28.01.2009正确的测量位置正确的测量位置 (总览总览)28.01.2009 180 180 270 270 90 90 0 0 axialradialN1N2轴轴向向径径向向90 90 radialverticalradialhoricontal270 27

4、0 radial0 0 N2180 180 N1径径向向轴轴向向测量位置测量位置 振动测量振动测量28.01.2009进行振动测量时传感器的安装方进行振动测量时传感器的安装方向向占主导地位的信号方向往往显示了振动源的位置1. 水平读数如果水平读数增长很快，那么可以怀疑由于以下原因出现转子不平衡 风机叶片折断 叶片上附带的灰尘脱落 配重物松动2. 垂直读数如果垂直读数增长的最快，那么可以怀疑出现地基问题: 地脚松动 基座设计过薄 轴承间隙过大 油膜旋转滞后3. 轴向读数如果轴向读数增长最快，那么可以怀疑 旋转轴未对中 齿轮损坏 机器安装松动 旋转轴弯曲28.01.2009正确测量位置选择的四条原

5、则正确测量位置选择的四条原则1. 仅允许一种传导介质 2. 信号传递路径应该尽可能的直接（例如：在轴承座外测量）3. 信号传递路径尽可能的短4. 在负载的方向进行测量！总是在信号最强处进行测量28.01.2009测量振动测量振动28.01.2009ISO 10816-328.01.2009离线式检测的测量间隔离线式检测的测量间隔28.01.2009 80 40 0 -40 -80 v mm/s 0 100 200 t (ms) 时域信号时域信号 新安装的机器新安装的机器AB可长期运行可长期运行C可短期运行可短期运行 频率频率 (Hz)mm/s趋势分析趋势分析 (Level 1)mm/s时间时间

6、报警报警警告警告预警预警Level 1 和和 Level 2 理念理念快速傅立叶变换快速傅立叶变换 FFT (Level 2)28.01.2009 频率频率 (Hz)mm/s1 kHz3 kHz5 kHz36 kHz随机频率随机频率范围范围离散频率范围离散频率范围通过频率通过频率机器振动机器振动滚动轴承滚动轴承齿轮啮合齿轮啮合频率频率1x2x3x叶片通过频率叶片通过频率FFT 频谱里的信息频谱里的信息28.01.2009A f in Hz 2倍谐频 3倍谐频 4倍谐频 5倍谐频 1倍谐频 基频基频 .f1 2f11倍频2倍频3倍频 4倍频 5倍频 3f1 4f1 5f1 左侧边带 中心频率-5

7、x-4x-3x-2x-1x1x2x3x4x5x右侧边带. -2xf2-f2f1+f2+2xf2.f in HzA谐频带和边频带谐频带和边频带28.01.2009信号波形信号波形时域信号时域信号频谱频谱实例实例典型信号形式典型信号形式b) 矩形振动矩形振动 机械松动机械松动 x Time TA f (Hz) f 3xf 5xf etc. a) 正弦波正弦波 不平衡不平衡x TTimeA f (Hz) f c)周期性的冲击脉冲周期性的冲击脉冲 x Time T A f (Hz) f 2xf etc. 转子摩擦转子摩擦 d) 正弦波调制信号正弦波调制信号 Time x T2 T1 A f (Hz)

8、-f2 f1 +f2 齿轮偏心齿轮偏心 (普通问题普通问题) 21x Time T2 T1 A f (Hz) . -2xf2 -f2 f1 +f2 +2xf2 . 断齿断齿 / 齿轮裂缝齿轮裂缝 (局部问题局部问题) 28.01.2009齿轮啮合问题齿轮啮合问题 fz f (Hz) 机器频谱机器频谱: a mm/s fn1 fn2 z1 z2 2xfz 3xfz 4xfz 症状 : 可观察到 fz 的谐频 齿轮啮合频率 fz = fn1. Z1 = fn2. Z2 fn1 : 驱动轴的旋转频率 Z, Z2 : 齿轮的齿数裂缝裂缝 / 断裂的齿断裂的齿 fn1 fn2 z1 z2 fz2xfz

9、3xfz f (Hz)机器频谱机器频谱a mm/s 症状 : 可观察到fn 的边频 边频间的距离 fn 是有问题齿轮（断齿）的基频 齿轮啮合频率 fz 周围的边频上振动幅值较小 机器振动实例机器振动实例 228.01.2009机器振动实例机器振动实例 3地基问题地基问题 fn nff ( Hz)机器频谱机器频谱:v mm/s 2xfn 3xfn 4xfn症状 : 可观察到 fn 的谐频 根本原因: 共振或不稳定基频: fn = RPM Rev/min60紊流紊流s=9 fn x=3 (例如例如: 轴承固定架轴承固定架) f (Hz) 机器频谱机器频谱:fn fBPF x * fBPF v mm

10、/s 症状 : 叶片通过频率 fBPF 叶片通过频率 fBPF = fn . s s: 叶片的数量 x: 干扰源的数量 更高阶次 x*fBPF = fn . s . x28.01.2009机器振动实例机器振动实例 4共振共振a) 机器频谱机器频谱Vmm/sfn f (Hz)c) 停车测试中速度频谱的瀑布图停车测试中速度频谱的瀑布图 共振vmm/sn (Rev/min)固有频率 f (Hz) nf 2xfn 3xfn fn 2xfn 3xfn 4xfn 5xfn 症状 : 可观察到 fn 的谐频奇数倍频上振幅明显 基频: fn = RPM Rev/min60b) 停车测试的停车测试的 Bode

11、图图j() 相位变换 180 nRes. n in Rev/min v mm/s nRes. 共振显著增加n in Rev/min28.01.2009VIR VRE VOR VRCfIR fRE fOR fRC轴承间隙 接触 没有间隙 切断脉冲 滚珠进入承载区 承载区承载区 = 测量区测量区 v(fn) V c V b F离心力, 滚动体 Fdyn., 转子 Fstat, 转子 加速度脉冲 滚珠离开承载区 振动 轴 外壳 实例: 轴承类型 62222 C3 = 0.05 mm gap C3 赫兹 表面压力 滚动轴承工作时内部的力和运动滚动轴承工作时内部的力和运动28.01.2009滚动轨迹的损

12、伤滚动轨迹的损伤:时域信号时域信号:a m/s2t (s)a m/s2t (s)整流整流a m/s2包络线t (s)包络包络包络谱包络谱: a m/s2 fRPOF 2 3 4 f (Hz) 故障频率fRPOFfRPOFfRPOF (Hz) fRPOF= 1TRPOF 包络谱分析包络谱分析 探测滚动轴承的损伤探测滚动轴承的损伤28.01.2009滚动轴承内外圈损伤滚动轴承内外圈损伤外圈损伤外圈损伤:包络谱包络谱:am/s f (Hz)fRPOF2fRPOF 3fRPOF 4fRPOF 5fRPOF 可清晰的观察到滚动体经过外圈频率 fRPOF 和 它的谐频内圈损伤内圈损伤:f 2xfRPIFR

13、PIF包络谱包络谱:am/sf (Hz)可观察到滚动体经过内圈频率 fRPIF和 很多以 f为间隔的边频 28.01.2009PRFTECHNIK Group A Portrait滚动轴承损伤滚动轴承损伤 转动体和保持架转动体和保持架 转动体损伤转动体损伤: 0.5 fRPF1.5 fRPF RPF2fRPFfRPF3f 包络谱包络谱:am/sf (Hz) 可观察到滚动体经过频率 f RPF、谐频和以f CRF为间隔的边频 由于过小的轴承间隙或润滑不足，也能观察 f RPF 当滚动体以 f CRF周期性的经过负载区时 可观察到调制于转动频率的频谱 由于外圈脉冲比内圈脉冲等级高 总能观察到 f

14、RPF 的次谐频 可观察到基频调制频谱 f CRF和其谐频 保持架损伤保持架损伤: 包络谱包络谱:am/sf (Hz)CRFf 2fCRF CRF3f 4fCRF可观察到保持架频率 f CRF和谐频 fCRF 保持架旋转频率是保持架的故障频率 离开负载区时: 滚动体加速滑过保持架损伤 进入负载区时: 滚动体减速滑过保持架损伤 28.01.2009PRFTECHNIK Group A PortraitProductive Maintenance Technology动平衡动平衡28.01.2009静态和动态平衡静态和动态平衡1. 静态平衡静态平衡 = 单面动平衡单面动平衡 转速触发标记 配重 m

15、u A A ( B ) 待平衡平面 测量平面 狭窄的叶轮, 短轴 v t vA vB A Bj jA jB v v jA jB A jA 0 90 180 270 ( B ) jB 0 90 180 270 2. 动态平衡动态平衡 = 两面动平衡两面动平衡 宽叶轮, 长轴 B A A B j jA jB vA vB v t vA vB jA jB 力矩不平衡和静态不平衡 B 0 90 180 270 A jB 0 90 180 270 jA 28.01.2009单面还是双面平衡单面还是双面平衡? d1 d2 0.5 A B 宽转动叶轮宽转动叶轮 通常为内侧或外侧悬臂型转子 通常为轴承间距离较长

16、的长转轴 中型和大型机器 用于高流量且低压升的转动叶轮 B A d1 d2= 0.66 . 0.85 通常能分割待平衡平面通常能分割待平衡平面 窄转动叶轮窄转动叶轮: 通常为直接驱动或悬臂型外侧轴承 通常为轴承间距离较短的短转轴 用于低流量但高压升的转动叶轮 小型和中型机器 d1 d2 = 0,2 . 0,3 BA 通常较难分割待平衡平面通常较难分割待平衡平面 轴向叶轮: 轮毂比 内外径比径向叶轮 : 轴向叶轮轴向叶轮 d1 d2 径向叶轮径向叶轮 d1d2 d1 入口直径 d2 出口直径 d1 轮毂直径 d2 叶轮直径 V出口 = 径向 V出口 = 轴向 V V 28.01.2009单平面平

17、衡过程单平面平衡过程计算影响系数过程计算影响系数过程2a) 较差的试配重 run 0+1 ( n+1 ) : n n+1a 1) 初始不平衡 (run 0) : 3a) 评估较差的试配重 run 0+1 ( n+1 ) : n n+1a 目标 D m 2b) 较好的试配重 run 0+1 ( n+1 ) : n n+1b 3b) 评估较好的试配重run 0+1 ( n+1 ) : n n+1b 目标 D m n+1 Rule : 离开起始区域 优化平衡结果 n 旋转110度后计算结果4b) 试配重结果 保留试配重块: 4a) 试配重结果: 移走试配重块: 旋转110度后计算结果 n 动平衡结果

18、 28.01.2009双面动平衡过程双面动平衡过程 转子盘自由转动转子盘自由转动 如果需要固定平衡块 初始不平衡初始不平衡 20 mm/s A B 1st 试配重试配重 粗略, 静态 A, B 20 mm/s A B 试配重试配重 A, B 20 mm/s A B 2nd 试配重试配重 粗略, 动态 A, B 20 mm/s A B 3rd 试配重试配重 精确, 动态 A, B 20 mm/s A B D C B A1. 平衡前的准备工作平衡前的准备工作 通振动频值测量依据 ISO 标准和最大值 根据 ISO 10816 评估 定义等级、夹角 输入数值 确定原因 确定不平衡方向2. 检查振动是否真的由不平衡引起检查振动是否真的由不平衡引起 f Hz v mm/s t s v mm/s fn 3. 检查平衡后结果检查平衡后结果 根据ISO 10816标准l -评估振动值大小 检查是否到达平衡等级ISO 1940 记录结果 G 2.5 D C BA 28.01.2009安装和分配配重的方法安装和分配配重的方法70 55g 90 0 180 270 j 70 mu仅能使用特定的配重块 使用固定重量校正使用固定重量校正90 0 70 N 1 110 30 g N 2 25 30 g 2 质量块 2 1 270 固定的安装角度 ( 叶片数量 ) 9 叶片 使用固定位置校正