设备状态监测基础知识培训

设备可靠性服务与状态监测可靠性工程师2014.6振动监测选点与路径振动的方向选择不同方向振动对应的主要根源H–不平衡、对中不良、轴承松动V–基础松动、轴承座松动、齿轮啮合不良A–轴对中不良、齿轮轴不对正、皮带轮不对正、斜齿捏合不良、泵/风机紊流振动的参数选择参数频率范围适用情况位移0---100Hz加工机床的振动，旋转轴摆动，轴振动等速度10---1000Hz旋转机械的振动加速度>1000Hz滚动轴承和齿轮的缺陷引起的振动冲击Periodic/non-periodictransientsCREST KURT SKEW峰值 翘度 歪度

因子摩擦Periodic/non-periodicrandomnoiseNL1NL2NL3NL4ROTATIONForcedvibrationACCELERATIONACC加速度TotalRMS-valueofaccelerationVELOCITYVEL速度TotalRMS-valueofvelocity振动时域参数振动趋势分析的重要性ISO2372(10Hz--1000Hz)振动标准的选择振动时域分析~99%~1%~0.1%RotationalImpactsFrictionIMPACTS/SHOCKSPeriodic/non-periodictransientsCREST KURT SKEWCrest

Kurtosis SkewnessfactorFRICTIONPeriodic/non-periodicrandomnoiseNL1NL2NL3NL4ROTATIONALVibrationForcesACCELERATIONACCTotalRMS-valueofaccelerationVELOCITYVELTotalRMS-valueofvelocityConditionParameters-TimeDomainCalculations状态参数–

时域信号的统计•Unbalance•Misalignment•Looseness•Wear•Geardamage•Couplingdamage•Othershocks/

impacts•Scrapingparts•JournalbearingUsedtodetectandmonitor时域分析的状态参数振动总量的评判标准ISO108163-1000Hzmm/sRMS

对于现场设备的周期性振动X(t)，不论其振动波形有多复杂，都可以用傅立叶级数表示为许多频率成谐波关系的简谐振动组成：振动频域分析从时域波形到频谱图时域波形

正弦波

FFT=FastFourierTransfer快速傅立叶变换

振动频谱amplitude-frequencyscale不平衡对中不良齿轮啮合不良

转子不平衡正确对中平行不对中角度不对中平行和角度不对中轴系不对中frequency1X3X2X轴系不对中timevelfrequency1X3X2X4X5X6X0.5Xvelocity机械松动正常齿轮磨损齿轮齿轮偏心齿轮不对正齿轮故障滑动轴承或轴承座松动可能出现的频谱滑动轴承滑动轴承——轴心轨迹SHAFTSENSORSENSOR滚动轴承热处理层内部损伤，表面以下0.1

-

0.125mm表面出现<40微米凹坑表面出现明显的裂纹、擦伤、剥落大范围裂纹、剥落、磨损轴承损伤的阶段10-20%5-10%1-5%<1%

轴承损伤的阶段AssetHealthTime剩余寿命健康状况10-20%5-10%1-5%<1%

轴承监测技术InitialDamage初始损伤Shock

PulseTech.冲击脉冲技术VibrationEnveloping振动包络分析Vibration振动分析TotalFailure完全失效Temperature温度测试AssetHealthTime剩余寿命OilAnalysis油液分析健康状况轴承故障的时域波形FTF(FundamentalTrainFrequency/cagefrequency)TimeBS(BallSpinfrequency)TimeBPFI(BallPassFrequencyInnerrace)1RevTimeBPFO(BallPassFrequencyOuterrace)Time轴承特征频率与类型、型号、尺寸、品牌相关BearingdamageUnbalanceUnbalanceBearingdamageHz振动信号与轴承冲击信号Resonance信号的能量分布振动冲击摩擦UnbalancePeaksaroundtheresonansfrequencyBandpassfilter冲击信号的获取什么是冲击脉冲刚性材质之间的碰撞瞬态的压力波（弹性波）能量在分子之间传递，形成波阵面典型上升时间为几微秒至几十微秒什么是冲击脉冲材料的压缩与释放弹性波–冲击脉冲振动“平行”移动冲击脉冲的响应传播速度为声速（钢质中为5000m/s）包含横波与纵波沿材质播遍整个材料，遇到界面产生反射波阵面能量可激发材质共振冲击脉冲的频率成分轴承运转产生的冲击脉冲非常好的轴承也会产生每秒几百次冲击脉冲冲击脉冲(弹性波)频率达到40KHz以上幅值与轴承大小、转速有关SingleimpactTime(us)Velocity(mm/s)FouriertransformofthesingleimpactVelocity(mm/s)F(Hz)加速度包络技术的基本过程共振调制FouriertransformofthesingleimpactVelocity(mm/s)F(Hz)ResultingspectrumVelocity(mm/s)F(Hz)高通/带通滤波器的选择HighpassfilterResonance使用加速度传感器实施共振调制加速度传感器的频率响应曲线Rel.output传感器的三种接法Hz1000012000<1000ProbeMagnetSteelstud使用设备本体共振实施调制0.100.1

调制–

高通/带通滤波SignalafterHighpassfilter解调–包络低通滤波导致幅值降低

-——采样频率低，无法截获高峰值FFTforpatternrecognition00.1BearingdamageFFT调制-

滤波器的选择,1000Hz高通冲击脉冲技术Shock

Pulse

Technology冲击脉冲的获取

32KHz共振调制冲击脉冲传感器32kHz冲击脉冲传感器冲击脉冲信号的处理“冲击脉冲传感器是机械与电子双重调制”压电晶体理想信号LowfrequencyvibrationSignalwithoutelectricaltuning带通滤波OutputsignalTMU共振抑制–冲击脉冲传感器的重要特性！理想信号32kHz

“共振频带”足够窄

“衰减时间”足够短

“放大倍数”足够准001.Afterenveloping冲击脉冲信号的处理0.100.1Signalafterhighpassfilter

0.1Afterrectifying001.AfterlowpassfilteringRemovehighfrequencycontent,thecarrierwave冲击脉冲信号的处理共振放大解调离散化dBm/dBcLR/HR40次/s1000次/s200次/s冲击脉冲的指标TimeTimeTime冲击脉冲的发展冲击脉冲的发展冲击脉冲反映润滑状态rpmLubricationfilmthicknessElastohydrodynamiclubrication冲击脉冲反映润滑状态线性倍数分贝传感器40000传感器44000100,000100dB10,00080dB10V10V1,00060dB1V1V10040dB100mV100mV1020dB10mV10mV10dB1mV1mV0.1-20dB0.1mV0.1mV0.01-40dB0.01mVdB=20logN冲击脉冲指标的归一化冲击脉冲指标的归一化200HzoccurrencefrequencySinglepeaks

dBn=dBsv-dBi

RPMXDia0.62150dBi

=20XLog()超低转速轴承诊断技术Timken

HD

TechnologyHDm/HDc

–

HD技术冲击脉冲的检测能力达到-40dBNumberofimpactsHDsv302010HDsvTime302010HDm的干扰滤除轴承每10个周期会出现至少1个强冲击HDmNumberofimpacts302010HDsvTime302010HDmHDmHDsvHDm

的干扰滤除干扰滤除算法：50个周期内会滤除大约5个强冲击HDc的获取

5ms时间窗内获取最大值所有最大值之中的最小值–地毯值(满足>200个/秒)HD时域波形1rev每转在承载区产生3-4个冲击脉冲HD频谱HD频谱HD频谱HD频谱DSP–DigitalSignalProcessing(数字信号处理)Highsampling(高速采样)DigitalBandpassfilter(数字带通滤波器)24bitA/DConverter(24位AD转换)Histogram(直方图)DigitalEnveloping(数字包络)HD技术Signalafterbandpassfilter0Afterrectifying0Afterenveloping0TimeHD技术–征兆增强增强重复性信息Time40sec.Time8sec.征兆增强因子SEFSEFSNR1–23dB2–54dB5–103dBSEF=5是折中设定SEF不影响HDm/HDc测试时间，除非强制其测试时间与HD波形/频谱相同不同于TSA或平均功能！OffOn使用征兆增强后，波形不是真实测得的，而是经处理的征兆增强因子SEF波形幅值频谱幅值使用征兆增强HD2esvHDesv不使用征兆增强HDsvHDsv转速波动的影响360码盘齿数X频谱线数转速精度=阶比测试技术–

Order

TrackingOrders1XRPMTimeOrders1XRPMTime阶比测试技术–

Order

TrackingFrequency(Hz)Vel(mm/s)100Hz600RPM(=10Hz)1X2X3XFrequency(Hz)100Hz400RPM(=6.7Hz)Vel(mm/s)1X2X3XFrequency(Hz)100Hz1200