設(shè)備故障診斷技術(shù).ppt

1、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)基 礎(chǔ) 知 識,鄭州恩普特設(shè)備診斷工程有限公司,設(shè)備故障診斷技術(shù)的含義 在設(shè)備運行中或基本不拆卸全部設(shè)備的情況下，掌握設(shè)備的運行狀態(tài)，判定產(chǎn)生故障的部位和原因，并預(yù)測預(yù)報未來狀態(tài)的技術(shù)。是防止事故的有效措施，也是設(shè)備維修的重要依據(jù)。,應(yīng)用設(shè)備故障診斷技術(shù)的目的： 采用設(shè)備故障診斷技術(shù)，至少可以達到以下目的： 保證設(shè)備安全，防止突發(fā)事故； 保證設(shè)備精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量； 實施狀態(tài)維修，節(jié)約維修費用； 避免設(shè)備事故造成的環(huán)境污染； 提高企業(yè)設(shè)備的現(xiàn)代化管理水平，給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。,振動診斷的基本知識,振動是物體運動的一種形式，通常是指物體經(jīng)過其平衡位

2、置而往復(fù)變化的過程。 振動有時對人類是有害的，但有時人們可以利用振動來為我們服務(wù)。 只要是運轉(zhuǎn)的機器，都或多或少地發(fā)生振動，因此，振動診斷在各種診斷方法中所占的比例最大，一般可達60%-70%。,按振動頻率分類,機械振動,低頻振動：f 10 Hz,中頻振動：f = 10-1000 Hz,高頻振動：f 1000 Hz,振動的一般分類,振動三要素及其在振動診斷中的應(yīng)用,構(gòu)成一個確定性振動有3個基本要素，即振幅d、頻率f 和相位。 當(dāng)然，振幅不僅用位移，還可以用速度和加速度。要特別說明一個與振動有關(guān)的量就是速度有效值 ，也常被稱為速度均方根值。這是一個經(jīng)常用到的振動測量參數(shù)。目前許多振動標(biāo)準(zhǔn)都是采用

3、 作為判別參數(shù)，因為它最能夠反映振動的烈度。,振動三要素及其在振動診斷中的應(yīng)用,幅值反映振動的強度，振幅的平方常與物質(zhì)振動的能量成正比，振動診斷標(biāo)準(zhǔn)都是用振幅來表示的。 同樣的振幅其頻率越高，對機組損壞程度越大，因此不同轉(zhuǎn)速的機組定義的振動標(biāo)準(zhǔn)值不同。 當(dāng)頻率和頻率一定時，相位的大幅偏移就是故障（異常）的征兆。,振動信號處理,所謂振動信號處理，就是對振動波形進行加工處理，抽取與設(shè)備運行狀態(tài)有關(guān)的特征，以便對設(shè)備狀態(tài)實施有效的判別。,信號處理的基本方法有：時域分析，幅域分析，頻域分析和相域分析。 時域分析 - 就是對信號在時間域內(nèi)的分析或變換； 幅域分析 - 就是對信號在幅值上進行各種分析； 頻

4、域分析 - 就是要確定信號的頻率結(jié)構(gòu)，即弄清楚信號中都包含有哪些頻率成分及各頻率成分的幅值大小； 相域分析 - 就是進行相位值測量及對相位隨時間的變化進行分析。,時域分析又包含有：波形圖，自相關(guān)，互相關(guān)，軸心軌跡、軸心位置等。,齒輪故障波形圖具有明顯的沖擊特征,頻域分析又包含有： 幅值譜, 功率譜, 倒頻譜等。,幅值譜分析是故障診斷的基本工具,倒譜上的譜線是幅值譜中的周期性譜線族,相域分析包含有：相位譜等,相位譜,另外，還有三維功率譜，細化譜等等 三維功率譜又叫三維譜陣、轉(zhuǎn)速譜圖、功率譜場、瀑布圖等。是機器在起動或停車過程中，不同轉(zhuǎn)速下功率譜圖的迭加?？v坐標(biāo)為機器的轉(zhuǎn)速，自零升到額定轉(zhuǎn)速（起動

5、）、或從額定轉(zhuǎn)速降到零（停車）；橫坐標(biāo)為頻率；豎坐標(biāo)為振幅。三維功率譜是描述機器瞬態(tài)過程的有利工具。對機器振動做三維功率譜分析，可以了解機器通過臨界轉(zhuǎn)速的振動情況，用來確定監(jiān)測對象的固有頻率判定是否存在不平衡等故障。,三維譜陣圖是分析機組轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)動力學(xué)特性和非穩(wěn)定區(qū)域監(jiān)測的主要工具。,所謂細化譜，就是把一般頻譜圖上的某部分頻段沿頻率軸進行放大后所得到的頻譜。采用細化譜分析的目的是為了提高圖象的分辨率。從功能上看，細化譜的作用類似于機械制圖中的“局部放大圖”。,一般的頻譜圖,其某頻段的細化譜,現(xiàn)場測試診斷的實施步驟,診斷步驟概括為準(zhǔn)備工作、診斷實施和決策驗證等3個環(huán)節(jié)，具體分為6個步驟來介紹

6、。 一. 了解被診斷的對象 了解被診斷的對象是開展現(xiàn)場診斷的第一步。概括起來，對一臺被列為診斷對象的設(shè)備要著重掌握4個方面的內(nèi)容： 設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成 1）搞清楚設(shè)備的基本組成部分及其聯(lián)接關(guān)系。一臺完整的設(shè)備一般由三大部分組成，即：原動機（也叫做輔機，大多數(shù)采用電動機，也有用內(nèi)燃機、汽輪機、水輪機）、工作機（也叫做主機）和傳動系統(tǒng)。要分別查明它們的型號、規(guī)格、性能參數(shù)及聯(lián)接的形式，畫出結(jié)構(gòu)簡圖。,原動機（電動機） 傳動系統(tǒng) 工作機（引風(fēng)機） 、電動機滾動軸承 、引風(fēng)機滾動軸承,2） 必須查明各主要零部件（特別是運動零件）的型號、規(guī)格、結(jié)構(gòu)參數(shù)及數(shù)量等，并在結(jié)構(gòu)圖上表明或另予說明。這些零件包括：軸承

7、型式、滾動軸承型號、齒輪的齒數(shù)，葉輪的葉片數(shù)、帶輪直徑、聯(lián)軸器型式等。,2. 機器的工作原理及運行特性 主要了解以下內(nèi)容： 1）各主要零部件的運動方式：旋轉(zhuǎn)運動還是往復(fù)運動； 2）機器的運動特性：平穩(wěn)運動還是沖擊性運動； 3）轉(zhuǎn)子運行速度：低速(1000 Hz)，勻速還是變速等等。,3. 機器的工作條件 1）載荷性質(zhì)：均載還是沖擊載荷； 2）工作介質(zhì)：有無塵埃、顆粒性雜質(zhì)或腐蝕性氣體（液體）； 3）周圍環(huán)境：有無嚴(yán)重的干擾（或污染）源存在，如振源，粉塵、熱源等。,4.設(shè)備基礎(chǔ)型式及狀況 搞清楚是剛性基礎(chǔ)還是彈性基礎(chǔ)等等。 5.主要資料檔案資料 設(shè)備原始檔案資料、設(shè)備檢修資料、設(shè)備故障記錄檔案等

8、。,二. 確定診斷方案 在此基礎(chǔ)上，接下來就要確定具體的診斷方案。診斷方案應(yīng)包括以下幾方面的內(nèi)容。 1. 選擇測點 測點就是機器上被測量的部位，它是獲取診斷信息的窗口。診斷方案正確與否關(guān)系到能否所需要的真實完整的設(shè)備狀態(tài)信息，只有在對診斷對象充分了解的基礎(chǔ)上才能根據(jù)診斷目的恰當(dāng)?shù)剡x擇測點，具體要求如下：,1）對振動反映敏感 所選測點在可能時要盡量靠近振源，避開或減少信號在傳播通道上的界面、空腔或隔離物(如密封填料等)最好讓信號成直線傳播。這樣可以減少信號在傳播途的能量損失。 2）適合于診斷目的 3）符合安全操作要求 因為測量時，設(shè)備在運行，因此需要注意安全問題。 4）適合于安置傳感器 有足夠的

9、空間，有良好的接觸，測點部位有足夠的剛度等。,通常，軸承是監(jiān)測振動最理想的部位，因為轉(zhuǎn)子上的振動載荷直接作用在軸承上，并通過軸承把機器和基礎(chǔ)聯(lián)接成一個整體，因此軸承部位的振動信號還反映了基礎(chǔ)的狀況。所以，在無特殊要求的情況下，軸承是首選測點。如果條件不允許，也應(yīng)使測點盡量靠近軸承，以減小測點和軸承之間的機械阻抗。此外，設(shè)備的地腳、機殼、缸體、進出口管道、閥門、基礎(chǔ)等，也是測振的常設(shè)測點。,有些設(shè)備的振動特征有明顯的方向性，不同方向的振動信號也往往包含著不同的故障信息。即水平方向（H）、垂直方向（V）和軸線方向（A）。,水平,垂直,軸向,一般來說水平振動幅值大于垂直方向幅值，當(dāng)軸承蓋松動時就會出

10、現(xiàn)垂直方向幅值大的現(xiàn)象，并伴隨著高次頻率成份。,2. 預(yù)估頻率和振幅 振動測量前，對所測振動信號的頻率范圍和幅值要做基本的預(yù)估，防止漏檢某些可能存在的故障信號而造成誤判或漏診。通?？刹扇∫韵聨追N方法： 1）根據(jù)經(jīng)驗，估計各類常見多發(fā)故障的振動特征頻率和振幅。 2）根據(jù)結(jié)構(gòu)特點、性能參數(shù)和工作原理計算出某些可能發(fā)生的故障特征頻率。 3） 廣泛搜集診斷知識，掌握一些常用設(shè)備的故障特征頻率和相應(yīng)的振幅大小。,3. 確定測量參數(shù) 經(jīng)驗表明，根據(jù)診斷對象振動信號的頻率特征來選擇參數(shù)。通常的振動測量參數(shù)有加速度、速度和位移。一般按下列原則選用： 低頻振動（1000Hz） 采用位移。,對大多數(shù)機器來說，最佳

11、診斷參數(shù)是速度，因為它是反映振動強度的理想?yún)?shù)，國際上許多振動標(biāo)準(zhǔn)都采用速度有效值作為判斷參數(shù)，而國內(nèi)一些行業(yè)大多采用位移作為診斷參數(shù)。所以在選擇測量參數(shù)時，還須與所采用的判斷標(biāo)準(zhǔn)使用的參數(shù)相一致，否則判斷狀態(tài)時將無據(jù)可依。,4. 選擇診斷儀器 測振儀器的選擇除了重視質(zhì)量和可靠性外，最主要的還要考慮兩條： 1）儀器的頻率范圍要足夠的寬，要求能記錄下信號內(nèi)所有重要的頻率成分，一般來說要在10-10000Hz或更寬一些。對于預(yù)示故障來說，高頻成分是一個重要信息，機械早期故障首先在高頻中出現(xiàn)，待到低頻段出現(xiàn)異常時，故障已經(jīng)發(fā)生了。所以儀器的頻率范圍要能覆蓋高頻低頻各個頻段。 2）要考慮儀器的動態(tài)范圍

12、。要求測量儀器在一定的頻率范圍內(nèi)能對所有可能出現(xiàn)的振動數(shù)值，從最高到最低均能保證一定的顯示精度。這種能夠保證一定精度的數(shù)值范圍稱為儀器的動態(tài)范圍。對多數(shù)機械來說，其振動水平通常是隨頻率變化的。,5. 選擇與安裝傳感器 用于測量振動的傳感器有三種類型，一般都是根據(jù)所測量的參數(shù)類型來選用：測量位移采用渦流式位移傳感器，測量速度采用電動式速度傳感器，測量加速度采用壓電式加速度傳感器。在現(xiàn)場主要是使用壓電式加速度傳感器測量軸承的絕對振動。,6. 做好其它相關(guān)事項的準(zhǔn)備 測量前的準(zhǔn)備工作一定要仔細。為了防止測量失誤，最好在正式測量前做一次模擬測試，以檢驗儀器是否正常，準(zhǔn)備工作是否充分。比如檢查儀器的電量

13、是否充足，這看似小事，但也決不能疏忽，在現(xiàn)場常常發(fā)生因儀器無電而使診斷工作不得不終止的情況。各種記錄表格也要準(zhǔn)備好，真正做到“萬事俱備”。,三. 進行振動測量與信號分析 1. 測量系統(tǒng) 目前，有兩種基本的簡易振動診斷系統(tǒng)可用于現(xiàn)場，它們分別代表了 簡易診斷發(fā)展的不同的發(fā)展階段。一種是模擬式測振儀所構(gòu)成的測量系統(tǒng)，一種是以數(shù)據(jù)采集器為代表的數(shù)字式測振儀所構(gòu)成的測量系統(tǒng)。 2. 振動測量信號分析 確定了診斷方案以后，根據(jù)診斷目的對設(shè)備進行各項相關(guān)參數(shù)測量。一般來講，如果現(xiàn)場條件允許，每個測點都是測量三個方向的振動值。即水平、垂直和軸向。而且要定點、定時地進行測量，以有利于進行比較。,3. 數(shù)據(jù)記錄

14、整理 測量數(shù)據(jù)一定要作詳細記錄。記錄數(shù)據(jù)要有專用的表格，做到規(guī)范化，完整而不遺漏。最好將數(shù)據(jù)分類整理，每個測點按方向整理，用圖形或表格表示，這樣做有利于抓住特征，也便于發(fā)現(xiàn)一些問題。,四. 實施狀態(tài)判斷 根據(jù)測量數(shù)據(jù)和信號分析所得到的特征信息，對設(shè)備的運行狀態(tài)做出判斷。首先，判斷機器是否處于正常狀態(tài)，然后對存在異常的設(shè)備做進一步的分析，指出故障的原因，部位和程度。,五. 做出診斷決策 通過測量分析、狀態(tài)識別等幾個程序，搞清楚了設(shè)備的實際狀態(tài)，也就為處理決策創(chuàng)造了良好的條件。這時應(yīng)當(dāng)提出處理意見：或是繼續(xù)運行，或是停機修理。對需要修理的設(shè)備，應(yīng)當(dāng)指出修理的具體內(nèi)容，如待處理的故障部位、所需要更換

15、的零部件等。,六.檢查驗證 設(shè)備診斷的全過程并不是做出結(jié)論就算完了，最后還有重要的一步，就是必須檢查驗證診斷結(jié)論及處理決策的結(jié)果。診斷人員應(yīng)當(dāng)向用戶了解設(shè)備拆機檢修的詳細情況及處理后的效果，如果有條件的話最好親臨現(xiàn)場查看，檢查診斷結(jié)論與實際情況是否相符，這是對整個診斷過程最權(quán)威的總結(jié)。如果相符，既為企業(yè)解決了問題，同時又增加了測試診斷人員對以后工作的信心，要及時地總結(jié)經(jīng)驗，繼續(xù)努力，爭取在今后的工作中做得更好。否則，也不要氣餒，要竭力分析和找出其中的主要原因，以免在今后的工作中再犯同樣的錯誤，爭取在下一次把工作做扎實。,常見故障特征分析,設(shè)備診斷實質(zhì)上就是一種比較分類，在判斷故障時，我們是將故

16、障待檢模式與故障樣板模式相比較，把一個具體的故障（待檢模式）歸入到某種故障類型（樣板模式）中去，如下圖所示。任何一種機械故障，都具有自己的特征，故障特征是構(gòu)成故障樣板模式的基本要素。所以，對每種故障的表現(xiàn)形式要全面的了解和掌握，對一個故障與其它故障在表現(xiàn)形式上的相同點和區(qū)別要有清晰的認識，因為掌握各種常見故障的基本特征是判斷設(shè)備故障的基礎(chǔ)（先決條件）。,輸以其它方法,故 障 樣板模式,對 象 待檢模式,比較,判別,故障,標(biāo)準(zhǔn),設(shè)備 （或零部件）,類型,部位,程度,故障診斷的基本方法,一. 旋轉(zhuǎn)機械故障診斷的特點 旋轉(zhuǎn)機械 指那些功能是由旋轉(zhuǎn)運動完成的機械。尤其指那些旋轉(zhuǎn)速度較高的機械，如電動機

17、、離心式壓縮機、汽輪發(fā)電機、以及離心式鼓風(fēng)機、離心式水泵、真空泵等，都屬于旋轉(zhuǎn)機械的范圍。在對它們進行診斷時，必須注意它的以下幾個特點。,1. 轉(zhuǎn)子特性 轉(zhuǎn)子組件是旋轉(zhuǎn)機械的核心部分，它是由轉(zhuǎn)軸及固裝在其上的各類圓形盤狀零部件所組成。旋轉(zhuǎn)機械的故障診斷主要是監(jiān)測診斷轉(zhuǎn)子的運行狀態(tài)。從轉(zhuǎn)子動力學(xué)的角度說，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分為剛性轉(zhuǎn)子和柔性轉(zhuǎn)子。 剛性轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速低于其本身第一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子。 柔性轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于其本身第一階臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子。,2. 旋轉(zhuǎn)機械振動的頻率特征 旋轉(zhuǎn)機械的振動信號大多數(shù)是一些周期信號、準(zhǔn)周期信號或平穩(wěn)隨機信號，旋轉(zhuǎn)機械振動故障的特征有一個共同點，就是其故障特征頻率都與

18、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)，等于轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)頻率（簡稱轉(zhuǎn)頻，又稱工 頻）及其倍頻或分頻。 分析振動信號的頻率與轉(zhuǎn)頻的關(guān)系是診斷旋轉(zhuǎn)機械故障的金鑰匙。,故障特征頻率與轉(zhuǎn)頻的三種關(guān)系 1） 同步振動 同步振動轉(zhuǎn)子振動頻率等于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速或倍頻。強迫振動 多表現(xiàn)為同步振動。轉(zhuǎn)子不平衡屬典型的同步振動，聯(lián)軸器不對 中一般也表現(xiàn)為同步振動。 2）亞同步振動 亞異步振動其主要振動成分的頻率低于轉(zhuǎn)頻，為轉(zhuǎn)頻的 分?jǐn)?shù)倍諧波。這多屬自激振動，如滑動軸承的油膜振蕩，渦輪機 械的喘振等等。 3）超異步振動 超異步振動其主要振動成分的頻率高于轉(zhuǎn)頻。如齒輪損 壞時的嚙合頻率，葉輪葉片振動的通過頻率即屬此類。 注意：實際機組的振動往往是同

19、時存在以上三種振動。,獲取旋轉(zhuǎn)機械故障信號的主要途徑： 1） 振動頻率分析 旋轉(zhuǎn)機械的每一種故障都各自的特征頻率，在現(xiàn)場對其振 動信號做頻率分析是診斷旋轉(zhuǎn)機械故障最有效的方法。 2）分析振幅的方向特征 在有些情況下，旋轉(zhuǎn)機械不同的故障類型在振動表現(xiàn)上有 比較明顯的方向特征。所以只要條件允許，對其測點進行振動測 量時，都應(yīng)該測量3個方向，因為不同的方向表現(xiàn)出不同的故障 特征。 3） 分析振幅隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系 旋轉(zhuǎn)機械有相當(dāng)一部分故障的振動幅值與轉(zhuǎn)速變化有密切 的關(guān)系，所以現(xiàn)場測量時，在必要的時候，要盡量創(chuàng)造條件，在 改變轉(zhuǎn)速的過程中測量機器的振幅值。,表1 旋轉(zhuǎn)機械故障的來源及主要原因,旋轉(zhuǎn)機械

20、常見故障產(chǎn)生的原因及其頻譜特征,表2 轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的振動特征,表3 轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的敏感參數(shù),表4 轉(zhuǎn)子部件缺損的振動特征,表5 轉(zhuǎn)子部件缺損的敏感參數(shù),表6 轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的故障原因,表7 轉(zhuǎn)子部件缺損的故障原因,表8 轉(zhuǎn)子弓形彎曲的振動特征,表9 轉(zhuǎn)子弓形彎曲的敏感參數(shù),表10 轉(zhuǎn)子臨時性彎曲的振動特征,表11 轉(zhuǎn)子臨時性彎曲的敏感參數(shù),表12 轉(zhuǎn)子弓形彎曲的故障原因,表13 轉(zhuǎn)子臨時性彎曲的故障原因,表14 轉(zhuǎn)子不對中的振動特征,表15 轉(zhuǎn)子不對中的敏感參數(shù),表16 轉(zhuǎn)子不對中的故障原因,表17 油膜軸承故障的主要原因,表18 油膜渦動的振動特征,表19 油膜渦動的敏感參數(shù),表20 油膜渦動

21、的故障原因,表21 油膜振蕩的振動特征,表22 油膜振蕩的敏感參數(shù),表23 油膜振蕩的故障原因,表24 旋轉(zhuǎn)失速的振動特征,表25 旋轉(zhuǎn)失速的敏感參數(shù),表26 旋轉(zhuǎn)失速的故障原因,表27 區(qū)別旋轉(zhuǎn)失速與油膜振蕩的主要方法,表28 喘振的振動特征,表29 喘振的敏感參數(shù),表30 喘振的故障原因,表31 轉(zhuǎn)子與靜止件徑向摩擦的振動特征,表32 轉(zhuǎn)子與靜止件徑向摩擦的敏感參數(shù),表33 轉(zhuǎn)子與靜止件徑向摩擦的故障原因,表34 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)出現(xiàn)各次諧波的可能性,表35 轉(zhuǎn)子過盈配合件過盈不足的振動特征,表36 轉(zhuǎn)子過盈配合件過盈不足的敏感參數(shù),表37 轉(zhuǎn)子過盈配合件過盈不足的故障原因,表38 轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)聯(lián)

22、接松動的振動特征,表39 轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)聯(lián)接松動的敏感參數(shù),表40 轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)聯(lián)接松動的故障原因,表41 密封和間隙動力失穩(wěn)的振動特征,表42 密封和間隙動力失穩(wěn)的故障原因,表43 密封和間隙動力失穩(wěn)的故障原因,表44 轉(zhuǎn)軸具有橫向裂紋的振動特征,表45 轉(zhuǎn)軸具有橫向裂紋的敏感參數(shù),表46 轉(zhuǎn)軸具有橫向裂紋的故障原因,轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的原因及頻率特征,旋轉(zhuǎn)機械常見故障的振動診斷及實例 轉(zhuǎn)子不平衡,不平衡類 型,不平衡頻 譜,實例1： 某公司有一臺電動機，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，運行中發(fā)現(xiàn)振動異常，測取軸承部位的振動信號作頻譜分析，其譜圖如右下圖所示。以電動機轉(zhuǎn)頻（50Hz）最為突出，判斷電動

23、機轉(zhuǎn)子存在不平衡。在作動平衡測試時，轉(zhuǎn)子不平衡量達5000g.cm，遠遠超過標(biāo)準(zhǔn)允許值。經(jīng)動平衡處理后，振動狀態(tài)達到正常。 這個實例，故障典型，過程完整。它的價值在于印證了不平衡故障的一個最重要特征，激振頻率等于轉(zhuǎn)頻，又通過動平衡測試處理進一步驗證了診斷結(jié)論的正確性。,轉(zhuǎn)子不平衡,不平衡故障的典型頻譜特征是工頻分量占主導(dǎo)地位,實例2： 某卷煙廠的鍋爐引風(fēng)機，型號Y2805-4型，轉(zhuǎn)速1480r/min，功率75kW，結(jié)構(gòu)簡圖見圖。,、引風(fēng)機軸承測點 電機測點,鍋爐引風(fēng)機振動速度有效值（mm/s rms）,H、V、A分別代表水平、垂直和軸向,測點水平方向頻譜,從頻率結(jié)構(gòu)看，測點水平方向的頻率結(jié)構(gòu)

24、非常簡單，幾乎只存在風(fēng)機的轉(zhuǎn)速頻率（26Hz近似于轉(zhuǎn)頻）。對比表4-1中測點、振值，可見測點的振值比測點要小得多。測點最靠近風(fēng)機葉輪，其振動值最能反映風(fēng)機葉輪的振動狀態(tài)。據(jù)此判斷風(fēng)機葉輪存在不平衡故障。,轉(zhuǎn)子不對中,聯(lián)軸器不對中,軸承不對中,帶輪不對中,平行不對中,角度不對中,實例： 某廠一臺離心壓縮機，結(jié)構(gòu)如圖所示。電動機轉(zhuǎn)速1500r/min（轉(zhuǎn)頻為25Hz）。該機自更換減速機后振動增大，A點水平方向振動烈度值為6.36mm/s，位移D=150m，超出正常水平。,測點A水平方向振動信號的頻譜結(jié)構(gòu)圖,明顯的2X特征,重新對中后2X基本消失,地腳松動引起振動的方向特征及頻率結(jié)構(gòu),機械松動,實例

25、 某發(fā)電廠1發(fā)電機組，結(jié)構(gòu)如圖。,1-汽輪機 2-減速機 3-發(fā)電機 4-勵磁機 后軸承 前軸承,汽輪機前后軸承振動值,振動信號所包含的主要頻率成分都是奇數(shù)倍轉(zhuǎn)頻，尤以3倍頻最突出。另外，觀察其振動波形振幅變化很不規(guī)則，含有高次諧波成分。根據(jù)所獲得的信息，判斷汽輪機后軸承存在松動。,停機檢查時發(fā)現(xiàn)汽輪機后軸承的一側(cè)有兩顆地腳螺栓沒有上緊，原因在于預(yù)留熱膨脹間隙過大。后來按要求旋緊螺母，振幅則從85m下降至27m，其余各點的振動值也有所下降，實現(xiàn)了平穩(wěn)運行。 這個實例的振動過程完整，它給我們的啟示在于，判斷松動故障，頻率特征仍是最重要的信息。此例中因為軸承一側(cè)的螺栓沒有上緊，卻表現(xiàn)出水平振動大的

26、現(xiàn)象，這再一次證明，振動的方向特征是有條件的，只能作為判斷時的參考，應(yīng)用時必須小心。,摩擦,高次諧波及其分?jǐn)?shù)倍諧波是摩擦的主要頻譜特征,實例1： 某科研單位在雙盤轉(zhuǎn)子試驗臺上作振動試驗。當(dāng)轉(zhuǎn)速升到12000r/min時，轉(zhuǎn)子開始發(fā)生油膜振蕩，振動值突然升高。其時在6872Hz頻率處出現(xiàn)高幅值，并可以看到轉(zhuǎn)軸與保護架內(nèi)孔因發(fā)生強烈摩擦而發(fā)出強烈火花。這時振動信號的主要頻率成分及其位移幅值時域波形和頻譜如圖所示，各頻率所對應(yīng)的幅值見表。 從波形圖上可以看到，近似正弦波形在波峰處被“截斷”，呈典型的“截頭狀”。在復(fù)雜的頻率結(jié)構(gòu)中，由于轉(zhuǎn)子強烈摩擦而激起的轉(zhuǎn)子多階自振頻率和轉(zhuǎn)速倍頻占據(jù)著主導(dǎo)作用。這是

27、一個感官觀察（目視摩擦火花）與信號分析統(tǒng)一的典型的摩擦實例，對我們理解摩擦的本質(zhì)特征很有參考價值。,各特征頻率幅值及其倍頻關(guān)系,實例2： 某廠一臺3W1B1型高壓水泵的電動機，轉(zhuǎn)速1485r/min，泵軸轉(zhuǎn)速225r/min，水泵的軸承為滑動軸承，設(shè)備運行中發(fā)現(xiàn)水泵軸承的垂直方向（V）振動強烈。其振動信號的時域波形、頻譜如圖所示。 水泵軸承垂直方向的振動波形成單邊“截頭”狀，頻譜結(jié)構(gòu)主要是轉(zhuǎn)頻及其高次諧波，都呈典型的摩擦特征。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該軸承由于潤滑油路堵塞而形成干摩擦。如此可見，頻率分析結(jié)合波形觀察，是診斷摩擦故障的有效方法。,波形出現(xiàn)“削頂”,豐富的高次諧波,實例 某化肥廠的二氧化碳壓

28、縮機組，從1987年開始振動漸增，至9月4日高壓缸振動突然升到報警值而被迫停車。 機組運行過程中，在故障發(fā)生的前后，均對高壓缸轉(zhuǎn)子的徑向振動作了頻譜分析，譜圖如圖所示。故障發(fā)生前，振動信號中只有轉(zhuǎn)頻（fr）成分，故障發(fā)生時，譜圖中除轉(zhuǎn)頻外，還有明顯的半倍頻成分。,油膜振蕩,故障發(fā)生前,故障發(fā)生后 注意0.5X的出現(xiàn),實例 某冶煉廠一臺用于余熱發(fā)電的小型汽輪發(fā)電機組，汽輪機轉(zhuǎn)速5550r/min（轉(zhuǎn)頻92.5Hz），發(fā)電機轉(zhuǎn)速1500r/min（轉(zhuǎn)頻25Hz）。減速器小齒輪（主動齒輪）齒數(shù)z1=27，大齒輪（被動齒輪）齒數(shù)z2=100，齒輪嚙合頻率fm2497.5Hz，機組結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。,綜

29、合故障,機組于1998年1月初檢修后，在試運行過程中振動一直不正常，到1月23日汽輪機測點軸承溫度持續(xù)上升，操作工告急。為查明原因，對其進行了振動測量分析。 汽輪機測點、軸承部位的振動值見表47。其中測點垂直方向（V）的振動最大，且呈上升趨勢。采用振通904數(shù)據(jù)采集器對該點作振動信號分析，水平（H）垂直（V）和軸向（A）三個方向的頻譜圖如圖所示，其幅值參數(shù)為速度峰值。在三個方向的頻譜圖上都存在90Hz（近似于轉(zhuǎn)頻92.5Hz）振動和50Hz分頻振動以及大量高次諧波，其中垂直方向振動最為強烈。頻譜結(jié)構(gòu)顯示測點軸承振動信號存在嚴(yán)重的非線性問題。根據(jù)這些情況判斷測點軸承軸瓦存在松動，并由松動而引起摩

30、擦，處于松動與摩擦并存狀態(tài)。,41.90,7.49,水平方向,軸向頻譜,垂直方向,1998年1月26日拆機檢查，發(fā)現(xiàn)測點軸承下軸瓦表面巴氏合金局部龜裂脫落，有摩擦燒傷痕跡所示。分析產(chǎn)生這種情況的原因在于軸瓦沒有正確定位，運行中與瓦座之間發(fā)生相對摩擦，引起軸承發(fā)熱，致使巴氏合金在高溫高壓下碎裂，由此又進一步加大了摩擦，使振動日益增大。 在處理故障時，更換了軸瓦，重新調(diào)整了軸承間隙，緊固了各聯(lián)結(jié)部位，刮研了軸瓦接觸表面使之保持良好的接觸。機組于2月18日投入運行，3月4日進行了復(fù)測，測點軸承的振動值垂直方向的速度有效值較處理前降低了3倍，位移峰峰值降低了近4倍。其頻譜結(jié)構(gòu)如圖所示。 這時，轉(zhuǎn)頻分量

31、（90Hz）大為減弱，低頻分量（50Hz）已經(jīng)消失，高次諧波成分減少，且幅值顯著降低。,水平方向,垂直方向,軸向,這是一個比較典型的實例，類似這樣的情況在現(xiàn)場診斷中經(jīng)常會碰到。機器上有些配合件的松動故障往往與摩擦故障聯(lián)系在一起，它們之間存在著因果關(guān)系。由于配合件松動，機器在運行中常引起零件的相對移動而產(chǎn)生摩擦，所以在頻譜上常出現(xiàn)類似兩種故障頻率的復(fù)雜情況。在這里松動是原發(fā)故障，摩擦屬引發(fā)故障。掌握了其中的規(guī)律，對我們作現(xiàn)場故障分析很有助益。,1. 滾動軸承信號的頻率結(jié)構(gòu) 滾動軸承主要振動頻率有： （1）通過頻率 當(dāng)滾動軸承元件出現(xiàn)局部損傷時（如圖中軸承的內(nèi)外圈或滾動體出現(xiàn)疲勞剝落坑），機器在運

32、行中就會產(chǎn)生相應(yīng)的振動頻率，稱為故障特征頻率，又叫軸承通過頻率。 各元件的通過頻率分別計算如下：,滾動軸承故障的振動診斷及實例,1）內(nèi)圈通過頻率( )，即內(nèi)圈上的某一損傷點與滾動體接觸過程中產(chǎn)生的頻率： （44） 2）外圈通過頻率( )，即外圈上的某一損傷點與滾動體接觸過程中產(chǎn)生的頻率： （45） 3）滾動體通過頻率( )，即滾動體上某一損傷點與內(nèi)圈或外圈接觸過程中產(chǎn)生的頻率： （46）,滾動軸承故障的振動診斷及實例,4）保持架通過頻率（ ）： 式中 滾動軸承內(nèi)圈的回轉(zhuǎn)頻率（Hz）， n/60, n為內(nèi)圈的轉(zhuǎn)速； 滾動體直徑（mm）； 軸承節(jié)徑（mm）； 滾動體個數(shù)； 壓力角（又稱接觸角，有時

33、用 表示）。 以上這些參數(shù)值，可以在有關(guān)設(shè)計手冊或軸承手冊中查到。,滾動軸承故障的振動診斷及實例,滾動軸承各結(jié)構(gòu)參數(shù)所表示的意義參看圖。 上述公式中的計算符號適用于軸承外圈固定內(nèi)圈轉(zhuǎn)動的情況。如果軸承內(nèi)圈固定，外圈轉(zhuǎn)動，那么計算公式中的加減符號要改變，即“”變“”，“”變“”。不過這種內(nèi)圈固定的情況很少見。,滾動軸承故障的振動診斷及實例,（2）幾種滾動軸承通過頻率的簡化近似計算 在現(xiàn)場，有時因為軸承參數(shù)掌握不全，不便作頻率計算?；蛘邽榱斯?jié)省時間，希望盡快得出分析結(jié)果，為此，我們這里推薦幾個簡化近似計算公式： 1) 內(nèi)圈通過頻率（Hz）簡化計算式： 2) 外圈通過頻率（Hz）簡化計算式： 3)

34、保持架通過頻率（Hz）簡化計算式： 采用簡化計算所帶來的誤差很小，約3，作一般分析還是能滿足要求的。,滾動軸承故障的振動診斷,實例1 一臺單級并流式鼓風(fēng)機，由30KW電動機減速后拖動，電動機轉(zhuǎn)速1480r/min,風(fēng)機轉(zhuǎn)速900r/min。兩個葉輪葉片均為60片，同樣大小的兩個葉輪分別裝在兩根軸上，中間用聯(lián)軸器鏈接，每軸由兩個滾動軸承支承，風(fēng)機結(jié)構(gòu)如圖所示。,該機組自1986年1月30日以后，測點的振動加速度從0.07g逐漸上升，至6月19日達到0.68g，幾乎達到正常值的10倍。為查明原因，對測點的振動信號進行頻譜分析。,軸承的幾何尺寸如下： 軸承型號：210； 滾動體直徑：d12.7mm；

35、 軸承節(jié)徑：D70mm； 滾動體個數(shù)：z10； 壓力角：00。,軸承的特征頻率計算： 鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速頻率： n/60=900/60=15(Hz)； 軸承內(nèi)圈通過頻率： 軸承外圈通過頻率： 滾動體通過頻率：,測點的時域波形和高低兩個頻段的頻譜。,高頻,低頻,波形,在圖a所顯示的高頻段加速度的頻譜圖上，出現(xiàn)1kHz以上的頻率成分1350Hz和2450Hz，行成小段高頻峰群，這是軸承元件的固有頻率。圖b是低頻段的頻譜，圖中清晰地顯示出轉(zhuǎn)速頻率（15Hz），外圈通過頻率（61Hz），內(nèi)圈通過頻率（88Hz）及外圈通過頻率的2次、3次諧波（122Hz和183Hz），圖c是加速度時域波形，圖上顯示出間隔為5.

36、46ms的波峰，其頻率亦為183Hz（10005.46183Hz），即為外圈通過頻率的三次諧波，與頻譜圖顯示的頻率相印證（見圖438b），據(jù)兩個頻段分析所得到的頻率信息，判斷軸承外圈存在有故障，如滾道剝落、裂紋或其它傷痕。同時估計內(nèi)圈也有一些問題。,后來停機檢查發(fā)現(xiàn)，軸承內(nèi)、外圈都存在很長的軸向裂紋，與診斷結(jié)論一致。經(jīng)查明，引起該軸承振動并導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋的原因是軸承座剛性不足以及皮帶的拉力不合適造成的。 本例的特色在于從高、低兩個頻段分析故障軸承的頻率特征，同時又從時域波形得到進一步印證，這種多方位的分析方法，葉可以在其它故障診斷中加以應(yīng)用。,實例2 某單位有一臺變頻機組，主軸轉(zhuǎn)速2996r/m

37、in(軸頻50Hz)，設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖所示，通過計算，機器上端軸承各特征頻率分別為：內(nèi)圈 390Hz，外圈 260Hz，滾動體 117Hz，保持架 20Hz。,1主軸 2軸承 3軸承座 4冷卻管 5密封,在一個月的時間內(nèi)，變頻機運行不正常。對A出的速度信號作頻率分析。頻譜圖中20Hz的頻率峰值最突出，呈保持架的特征頻率。此處還有轉(zhuǎn)速頻率及分?jǐn)?shù)倍低次諧波，說明有非線性問題存在，頻譜結(jié)構(gòu)如圖所示。,從時域波形圖上可見，其振動波形上下不對稱，下邊呈“截頭”狀，上邊尖銳突出，呈摩擦特征，見圖441。拆機檢查時見，軸承座孔有滑動摩擦痕跡，孔徑呈不均勻磨損，保持架破裂。經(jīng)查明，引起故障的原因，主要是在于安裝不

38、良，對中性不好所致。,實例1 某廠一臺軋機減速器，1994年4月大修，投入運行后振動很大，對其進行簡易振動診斷。減速器結(jié)構(gòu)如圖。電動機為可調(diào)速電動機，工作轉(zhuǎn)速500r/min，功率970kw，小齒輪齒數(shù)50，大輪齒數(shù)148。,齒輪機構(gòu)故障的振動診斷,當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速調(diào)至150r/min時，減速器振動值Vrms見表411。 從測值看，測點（2）、（4）（低速軸軸承）的振動值均大于高速軸。,電動機轉(zhuǎn)速為150r/min時減速器振動值（單位：mm/s）,注：V為垂向；A為軸向,電動機轉(zhuǎn)速為150r/min時，對測點（2）垂直方向（V）作頻率分析，其時低速軸轉(zhuǎn)速為51r/min，轉(zhuǎn)頻為0.85Hz，譜圖如

39、圖456所示。 頻譜圖上沒有出現(xiàn)嚙合頻率fm （fm0.85148125.8Hz），卻出現(xiàn)了213Hz這個突出的峰值。然后對213Hz附近的頻段作細化譜分析，譜圖如圖所示。這時發(fā)現(xiàn)，213Hz的兩旁的邊頻間隔為0.85Hz，恰好是低速軸轉(zhuǎn)頻。,測點垂直方向頻譜,測點垂直方向細化頻譜,與此同時，在該轉(zhuǎn)速下，對測點（1）（2）垂直方向的振動信號作時域波形分析，其波形圖分別如圖a、b所示。,從時域波形圖上可以看出，高速軸（測點（1）振動波形屬常規(guī)振動（見圖458a），低速軸（測點（2）的時域波形有明顯的沖擊信號（見圖458b），其脈沖間隔為1176ms，相當(dāng)頻率值0.85Hz（100011760.8

40、5Hz）, 即為低速軸轉(zhuǎn)頻。 為了進一步查明原因，把電動機轉(zhuǎn)速調(diào)至500r/min，對測點（2）垂直方向作頻譜分析，其頻譜圖如圖。其實，213Hz頻率依然存在，它不隨轉(zhuǎn)速而變化。此時，該頻率的邊頻譜線的間隔為2.5Hz，等于低速軸轉(zhuǎn)頻。,可以推測，213Hz這個不隨轉(zhuǎn)速而改變的頻率是齒輪的固有頻率。機器運行中，由于齒輪嚙合的強烈沖擊（見圖458b）激發(fā)了齒輪以固有頻率振動。 根據(jù)所獲得的信息，可以推斷齒輪存在嚴(yán)重故障（如輪齒變形等），而且主要振源在大齒輪上。 在檢修處理時拆開減速器檢查，發(fā)現(xiàn)兩個齒輪的輪齒表面的鏨銼痕跡很顯眼，凹凸不平，這樣粗糙的齒面在輪齒嚙合時必然產(chǎn)生嚴(yán)重沖擊。另外，大齒輪有

41、5個輪齒的齒頂邊緣因長期擠撞而呈臺階突起，高達56mm，齒輪在運轉(zhuǎn)時必然出現(xiàn)大齒輪的輪齒頂撞小齒輪的輪齒根部，齒輪在這種惡劣的狀態(tài)下運行，激起齒輪固有頻率是理所當(dāng)然的。強勁的固有頻率分量湮沒了齒輪嚙合頻率的分量，所以在譜圖中沒有出現(xiàn)嚙合頻率分量的譜線。,后來經(jīng)過了解，該機在大修時，由于沒有新齒輪備件更換，只得用一對使用過的舊齒輪稍加修理后代用，所以造成這種被動的局面。 本例從振動幅值的變化，分析了故障頻率特征，并對時域波形進行觀察，然后通過改變轉(zhuǎn)速測量，查明了故障原因，最后揭蓋檢查得到了驗證，診斷過程完整，思路清晰，是一個很典型的現(xiàn)場實例。,實例2 某廠一臺小型汽輪發(fā)電機組，在汽輪機與發(fā)電機之

42、間用減速箱減速。汽輪機轉(zhuǎn)速5550r/min，發(fā)電機轉(zhuǎn)速1500r/min，小齒輪齒數(shù)27，大齒輪齒數(shù)100。齒輪嚙合頻率為2497.5Hz。 在一次年終檢修前，采用便攜式儀器對其進行了振動測量，其中變速器小齒輪軸承測點水平方向的振動值見表，加速度峰值顯得特別突出。,汽輪發(fā)電機組減速器小齒輪軸承水平方向振值,為查明情況，在現(xiàn)場利用便攜式儀器對其振動信號作頻譜分析，其頻譜如圖所示。 譜圖上出現(xiàn)了三個特征頻率2500Hz，5000Hz和7500Hz，分別為齒輪的嚙合頻率及其2次，3次諧波，其中以2次諧波的速度峰值較為突出，其他兩個分量都很弱小。這表明減速器齒輪存在早期故障跡象。后來在揭蓋檢查時，未

43、發(fā)現(xiàn)明顯的齒輪缺陷，因為齒輪狀態(tài)這種細微的變化用肉眼是很難察覺的。,實例3 某有色金屬加工廠的一臺3W1B1型高壓水泵，通過減速器把電動機與水泵的曲軸連接起來。電動機轉(zhuǎn)速1485r/min，減速器小齒輪齒數(shù)z1為24齒，大齒輪齒數(shù)z2為155齒，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖。,該機在檢修前進行了振動測量分析，發(fā)現(xiàn)減速器小齒輪軸承測點、振動值較大，見表。,機組檢修前加速度有效值m/s*s,對測點、水平方向的振動信號作頻譜分析，頻譜結(jié)構(gòu)分別如圖a和圖b。,檢修前,檢修后,兩測點振動信號的頻率結(jié)構(gòu)基本一致，主要頻率有齒輪嚙合頻率fm（fz）及其2倍頻（2fm=5942=1188Hz）和3

44、倍頻（3fm=5943=1782Hz），且2、2次諧波分量幅值較大，同時嚙合頻率及其倍頻兩旁還有較多的邊頻成分以及低次諧波。邊頻間距為24.4Hz，與小齒輪的轉(zhuǎn)頻24.75Hz基本一致，邊頻成分分布比較幾種，呈分布故障特征。據(jù)此，判斷小齒輪存在較為嚴(yán)重的磨損故障。在揭蓋檢查時，得到了驗證，實際情況與分析結(jié)論基本一致。修理時更換了小齒輪，振動值下降到正常水平。 檢修后的頻譜圖分別如圖b。其時嚙合頻率的諧波分量大為減弱或消失，邊頻已不復(fù)存在，說明齒輪的運行狀況有所改善。,本例的特點在于，齒輪故障的頻率特征很明顯，隨著故障的排除，故障特征頻率發(fā)生了很大的變化，有的消失，有的減弱。這再一次證明利用頻率

45、分析診斷齒輪故障是很有成效的。本例的另一個特點是將故障處理前后的振動值及其頻率特征作對比分析，這是故障診斷中應(yīng)當(dāng)堅持的基本原則，值得借鑒。,實例1 某鋼鐵廠化鐵爐除塵風(fēng)機，型號D28，電動機功率800Kw，轉(zhuǎn)速750 rpm ，結(jié)構(gòu)簡圖如下。,簡易振動故障類型識別方法主頻率識別法,機組1992年8月中修后運行了一段時間振動逐漸增大，到1993年1月，測點水平方向同振動值達到15.15mm/s。當(dāng)時在現(xiàn)場作了頻譜分析，譜圖如圖所示。 測點最大峰值頻率為12.65Hz，與轉(zhuǎn)頻基本一致。此外還有弱小的2倍頻分量及少量微弱的高次諧波。,由于測點靠近風(fēng)機葉輪，1倍頻分量又占絕對優(yōu)勢且又是水平方向振動最大

46、，根據(jù)這些情況，判斷風(fēng)機葉輪存在較嚴(yán)重的不平衡。在拆機檢查過程中發(fā)現(xiàn)，葉輪周邊存在嚴(yán)重的不均勻磨蝕，破壞了轉(zhuǎn)子平衡。根據(jù)設(shè)備管理部門反映，由于通風(fēng)系統(tǒng)的除塵裝置停用3個多月，氣流中鐵砂含量劇增，加快了葉輪的磨損，而且葉片上不均勻地粘附著大量的粉塵雜質(zhì)，蝸殼下步積滿了爐灰，更加劇了葉輪的不平衡損壞。在檢修時更換了葉輪，清除了蝸殼內(nèi)積存的粉塵，恢復(fù)使用了除塵裝置，此后，風(fēng)機運行正常。,實例2 某發(fā)電廠4號機組2循環(huán)泵，1994年11月對軸承的振動信號作頻譜分析，譜圖上出現(xiàn)了滾動軸承的故障特征頻率206Hz和239Hz，但信號比較弱小，處于早期故障。到1995年2月振動變得嚴(yán)重起來，其時對軸承從高低

47、兩個頻段作了振動頻率分析，譜圖如圖。在低頻段的譜圖中，軸承的故障特征頻率顯得十分突出（見圖a），而在高頻段在25KHz的范圍內(nèi)出現(xiàn)了峰值逐漸增大的頻譜峰群，顯示了故障軸承的固有頻率特征。因此可以肯定軸承已存在較為嚴(yán)重的故障。,低頻段頻譜,高頻段頻譜,2泵在檢修時更換了軸承，其時振動頻譜發(fā)生了顯著的變化。譜圖上，低頻段譜峰消失，高頻段的強勁峰群也減縮成低矮的“丘陵”狀了。對滾動軸承來說，這種高頻峰群與低頻特征一樣都是滾動軸承存在故障的標(biāo)志，這是它區(qū)別于其他故障的地方。所以從頻率領(lǐng)域識別故障類型時必須具體對象具體分析。,低頻段,高頻段,實例 某單位從國外引進一臺離心壓縮機，汽輪機額定工作轉(zhuǎn)速109

48、20rpm，功率4850kW，結(jié)構(gòu)簡圖如圖。,簡易振動故障類型識別方法共變法,汽輪機,壓縮機低壓缸,壓縮機高壓缸,這臺機組運行半年之后振動逐步增大，在70的負荷下，位移振幅達到75m，其中測點的垂直振動最大。為了查明故障原因，在保持機組負荷不變的條件下，改變汽輪機的轉(zhuǎn)速，分別對3種轉(zhuǎn)速下的振動信號作頻譜分析，頻率結(jié)構(gòu)如圖所示。,汽機轉(zhuǎn)速7500r/min,汽機轉(zhuǎn)速9975r/min,汽機轉(zhuǎn)速10800r/min,壓縮機在圖 a、b、c3種轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)頻分別為125Hz、166.25Hz和180Hz，這3個頻率在譜圖上表現(xiàn)最為醒目，這是造成機組振動的主要原因，分析測點水平方向的振動頻譜，主要有兩個

49、顯著特點：1）機器的轉(zhuǎn)速改變，主要激振頻率也改變，且始終保持與轉(zhuǎn)速頻率一致；2）轉(zhuǎn)頻幅值隨轉(zhuǎn)速升高而增加。根據(jù)激振頻率隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系判斷該機振動過大的主要原因是轉(zhuǎn)子不平衡引起的。通過檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子葉輪上不均勻結(jié)垢很嚴(yán)重，這是造成不平衡振動的主要原因。通過檢修處理后，該點振動值降低到1214m。,實例 某礦一臺球磨機減速器，主動軸轉(zhuǎn)速900rpm，（轉(zhuǎn)頻15Hz），從動軸220rpm（轉(zhuǎn)頻3.67Hz）。在運行中常發(fā)生斷齒事故。從減速器的頻譜圖5-14上看到有一個突出的頻率峰值，但具體反映什么問題還不清楚。從數(shù)據(jù)采集器采集的時域波形上，看到明顯的周期性沖擊信號。其沖擊周期為0.272s正好等于

50、減速器上從動齒輪的轉(zhuǎn)速頻率（1/0.2723.67Hz）。這表明問題就車子從動齒輪上。在檢修時，看到從動齒輪的嚙合齒面磨損很嚴(yán)重，并存在嚴(yán)重的局部點蝕。,簡易振動故障類型識別方法時域波形識別法,實例 某水電站的一臺JCF-500型齒輪箱，通過頻率分析對故障齒輪作出了定位判斷。圖5-17a為水輪發(fā)電機組的結(jié)構(gòu)示意圖，水輪機與發(fā)電機之間由JCF-500型齒輪增速箱傳動。,簡易振動故障部位識別方法特征頻率識別法,齒輪機構(gòu)參數(shù)如下： 輸入軸轉(zhuǎn)數(shù) ，轉(zhuǎn)頻3 Hz； 輸出軸轉(zhuǎn)數(shù) ，轉(zhuǎn)頻12.5Hz； 大齒輪齒數(shù) ； 小齒輪齒數(shù) ； 齒輪嚙合頻率 。,實例1 國外某石油化工公司，一臺用于關(guān)鍵設(shè)備的齒輪減速箱

51、采用一對錐齒輪和一對圓柱齒輪兩級傳動，結(jié)構(gòu)布置如圖所示，減速箱輸入軸轉(zhuǎn)速為1200rpm，輸出軸轉(zhuǎn)速為52.7rpm。,設(shè)備綜合診斷,該減速箱運行了一年半以后，在輸入高速軸一端出現(xiàn)高幅值異常振動，其振動信號的幅值頻譜、波形、細化譜如圖所示。 齒輪故障發(fā)生前，振動頻譜圖上主要顯示嚙合頻率338Hz（實際值是340Hz，存在測量誤差）及其弱小的倍頻成分（圖a）。故障發(fā)生后，頻譜圖上在嚙合頻率的兩邊出現(xiàn)了大量的邊頻(圖c)。由于譜線密集難以辨認，故取100200Hz頻段進行細化處理，得到圖d所示的細化譜，譜圖上清楚地顯示出20Hz的邊頻間隔，與輸入軸轉(zhuǎn)速頻率一致（12006020Hz）。這表明，嚙合

52、頻率為輸入軸轉(zhuǎn)速頻率所調(diào)制。根據(jù)邊帶特征，初步分析高速軸小齒輪發(fā)生了故障。然后又對時域波形進行分析，波形如圖b所示，圖上清晰地顯示每轉(zhuǎn)一周有一個脈沖信號，脈沖間隔為0.05s，頻率值為20Hz（1/0.05=20Hz）,這進一步證明小齒輪存在嚴(yán)重故障。當(dāng)打開箱蓋檢查時，發(fā)現(xiàn)小齒輪有一齒斷裂。,斷齒前,斷齒后,斷齒后,斷齒后,實例2 某廠一臺DH-80型離心式空氣壓縮機，1996年8月15日作振動測試，低速軸、號軸承測點的振動位移值分別為40m和15m，運行狀態(tài)良好。到了1997年1月9日發(fā)現(xiàn)振動非常嚴(yán)重，測點的振動值分別猛增刀201m和65m，超過了報警值（60m），測點的振值超過了自動停車值

53、（80/m），機組自動停車。在振動測量分析時，重點對測點的振動信號作了頻譜分析，并結(jié)合進行波形觀察，其頻譜、波形圖見下頁附圖。,測點的波形與頻譜圖,空壓機故障狀態(tài)下低速軸測點的波形與頻譜圖,頻譜圖上的129.39Hz是低速轉(zhuǎn)頻；64.7Hz為半倍頻。測點的振動波形都存在不對稱，且有不同程度的單邊削波現(xiàn)象。這是典型的摩擦故障振動特征。在頻譜圖上，兩測點都存在突出的轉(zhuǎn)頻和半倍頻，半倍頻成分幾乎與轉(zhuǎn)頻一樣強勁，且有微弱的高倍頻成分，呈現(xiàn)出非線性故障的典型特征。波形和頻譜結(jié)合起來分析，使得問題更加明朗了，判定機組存在不平衡和轉(zhuǎn)子摩擦。1997年1月10日拆開檢查時發(fā)現(xiàn)低速軸一級葉片積灰厚達9.5mm，

54、轉(zhuǎn)子周圍有嚴(yán)重的摩擦痕跡。事后查明，由于空氣濾清器損壞，不起過濾作用，致使大量粉塵雜質(zhì)進入葉輪所導(dǎo)致的惡果。經(jīng)清灰處理，更換了損壞的濾清器后，機組運行正常。其時測點的振動值分別為35m和18m，振動波形和頻譜圖如圖。,空壓機故障排除后低速軸測點振動波形與頻譜圖,空壓機故障排除后低速軸測點振動波形與頻譜圖,故障排除后，測點的振動波形呈典型的周期信號，頻譜圖上只有幅值不大的轉(zhuǎn)頻成分，半倍頻分量消失了。測點的振動信號中除微弱的轉(zhuǎn)頻分量外，還有大量十分微弱的低次和高次諧波成分，呈隨機性振動。這都是機組正常運行的特征。,實例 1998年3月，某廠在檢修75L-40/8空壓機之前，根據(jù)平時掌握的情況對重點

55、部位進行了一次測量診斷。為了使診斷工作更有成效地進行，診斷人員分析了設(shè)備可能發(fā)生故障的部位，并計算出各故障的特征頻率。這臺空壓機由同步電動機拖動，電動機功率250kW，轉(zhuǎn)速428rpm，主要測量3個部位，測點布置如圖。,空壓機特征頻率計算： （1）空壓機受迫振動引起的頻率 1）電動機轉(zhuǎn)子不平衡特征頻率： 2）空壓機工作一個循環(huán)（從吸氣到排氣）中的變載沖擊是一個規(guī)則的周期信號，其頻率與電動機轉(zhuǎn)頻一致，即曲軸回轉(zhuǎn)一周沖擊一次，其基頻為： 這種沖擊信號會激起一系列的高次諧波，下表給出了 的部分高次諧波成分。,3）曲柄連桿機構(gòu)往復(fù)運動通過上下死點時，會產(chǎn)生強烈的變向周期沖擊力，曲軸每轉(zhuǎn)一周沖擊2次，故

56、其基頻為轉(zhuǎn)頻的2倍，即： 。 這也是一種周期性沖擊信號，同樣會激起一系列高次頻波，且與變載沖擊的諧波相吻合，互相推波助瀾，使振動更加強烈，下表給出了 的部分高次諧波成分。,4）滾動軸承的通過激振力激起各元件的通過頻率（即故障特征頻率）。 7空壓機1號軸承型號為3630雙面向心球面滾子軸承，其主要尺寸參數(shù)為： 外徑：320mm，內(nèi)徑：150mm； 節(jié)徑：D=235mm； 滾動體直徑：d42mm； 滾動體數(shù)量：z15； 壓力角1216。 通過計算，軸承的故障特征頻率為： 內(nèi)圈通過頻率 ； 外圈通過頻率 ； 滾動體通過頻率 ；,（2）電磁振動頻率 因為電動機工作溫度正常，只有可能存在以下兩種電磁振動

57、： 1） 電動機磁隙不均勻產(chǎn)生的電磁振動，其特征頻率與電動機轉(zhuǎn)頻一致，即： 。 2） 電動機電磁基波產(chǎn)生的倍頻振動，其特征頻率為電動機轉(zhuǎn)頻的2倍，即： 。,在對空壓機待測部位可能出現(xiàn)的各種故障作出了基本預(yù)測之后，下一步則進行振動測量分析。空壓機軸承、機座及電機機座的振動加速度信號的頻譜分別如圖所示。,在上圖中，可以看到有幾個突出的譜峰，將其與計算的通過頻率對比發(fā)現(xiàn)，其中58.71Hz是軸承內(nèi)圈通過頻率，82.83Hz是外圈通過頻率（41.27Hz）的2次諧波，38.55Hz是滾動體通過頻率，156.25Hz是它的4次諧波。從頻率特征分析，軸承外圈和滾動體均存在一定的故障。如果能與歷史情況作一個

58、對比分析，則可進一步說明故障達到何種程度。,空壓機軸承部位測點振動頻譜,分析圖6-18的頻譜結(jié)構(gòu)，空壓機變載沖擊和變向沖擊的頻率特征十分明顯，其中最突出的是變向沖擊頻率14.25Hz（或視為變向沖擊與變載沖擊的2次諧波的重合），其余譜峰均是其高次諧波。將頻譜圖與歷次測量結(jié)果比較，可以從頻率結(jié)構(gòu)的變化中判斷曲柄連桿機構(gòu)或活塞與缸體配合的狀態(tài)變化。,空壓機機座測點振動頻譜,在電機機座測得的振動頻譜圖上（上圖），主要譜峰是轉(zhuǎn)速頻率（7.03Hz）及其高次諧波，說明轉(zhuǎn)子平衡性不佳，也可能是電磁振動，通過斷電測試很容易將二者區(qū)別開來。,空壓機電機機座測點振動頻譜,實例 某廠一臺拖動離心泵的電動機，轉(zhuǎn)速2950r/min，功率160kW，結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示。,1電動機 2離心泵 測點,電動機在帶負荷運行時振動十分嚴(yán)重，下表列出了部分振動參數(shù)值。,為了查明振動異常與水泵是否有聯(lián)系，拆離了聯(lián)軸器，讓電動機單獨空車運轉(zhuǎn)，測量通頻振動值和1倍頻幅值，列于下表。,電動機振動有三個特征有三個特征：垂直方向振動大，1倍頻振動大，帶負荷運行比空車運行振動大，這都表現(xiàn)出松動的特征。但是1倍頻振動大也是不平衡故障的典型特征。為確定電動機轉(zhuǎn)子是否存