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1、机械设备典型故障的,振动特性,振,动,故,障,分,析,和,诊,断,的,任,务,振动故障分析诊断的任务,：从某种意义上讲，就是读谱,图，把频谱上的每个频谱分量与监测的机器的零部件对,照联系，给每条频谱以物理解释。,1.,振动频谱中存在哪些频谱分量？,2.,每条频谱分量的幅值多大？,3.,这些频谱分量彼此之间存在什么关系？,4.,如果存在明显的高幅值的频谱分量，它的精确的,来源？它与机器的零部件对应关系如何？,5.,如果能测量相位，应该检查相位是否稳定？各测,点信号之间的相位关系如何？,3,设,备,故,障,引,起,的,机,械,振,动,齿轮啮合,轴承故障,不平衡,幅值,时间,幅值,不平衡,轴承故障,
2、齿轮啮合,频率,某石化厂压缩机组振动频谱分析,常,见,的,设,备,故,障,转子不平衡,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
3、相差接近,90,度。,典型的频谱,相位关系,力,不,平,衡,径向,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,。,径向,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,径向,质,量,不,平,衡,?,悬臂转子不平衡在轴向和径向都
4、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。,?,往往是力不平衡和偶不平衡同时出现。,典型的频谱,相,位,关,系,悬,臂,转,子,不,平,衡,轴向和径向,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,
5、关,系,风机,电机,径向,风机,电机,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,。,?,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,轴向,不,对,中,?,有资料表明现有企业在役设备,30,50,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,
6、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.,典型的频谱,相位关系,角,不,对,中,轴向,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
7、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,。,径向,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,。,?,通过找对中无法消除振动，只有卸下轴承中心安装。,典型的频谱,相位关系,轴,承,不,对,中,轴向,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
8、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,径向,A,型,基础底板,机器底脚,混凝土基础,径向,B,型,C,型,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
9、平方向相位差,0,或,180,。,?,底板连接处相邻结合面的振动相位相差,180,。,?,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。,径向,A,型,基础底板,机器底脚,混凝土基础,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
10、,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。,径向,B,型,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
11、在轴承盖内松动,?,轴承松动或与轴有相对转动,C,型,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,径向,共振,滚,动,轴,承,?,有资料显示仅有
12、,10,20,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,监测参数的选择,?,第一阶段,：轴承故障出现在超,声段,20K,60,KHz,它们可用,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
13、,),。,?,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,500,2KHz,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),A,区域,B,区域,C,区域,D,区域,轴承故障频率区域,轴承零部件,共振频率区域,第一阶段,第二阶段,轴,承,共,振,频,率,振,动,尖,峰,能,量,?,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,2
14、X,、,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),A,区域,B,区域,C,区域,D,区域,轴承故障频率,区域,轴承零部件,共振频率区域,振,动,尖,峰,能,量,边带频率,第三阶段,轴,承,共,振,频,率,第四阶段,随机高频振动,gSE,首先减小然后明显,增大,滚,动,轴,承,故,障,频,谱,滚动轴承故障前后包络谱,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,10X,20X,）。,?,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
15、能会导致,不平衡、不对中引起的振动更大,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,径向,径向,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,齿轮啮合频率,(GMF),齿轮自振频率,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,齿轮啮合频率,(GMF),齿轮啮合频率,(GMF),
