1、1,振動(dòng)分析和故障診斷,北京科之建公司,我們的目標(biāo),狀態(tài)檢測(cè) 設(shè)備（資產(chǎn)）健康檢測(cè) 設(shè)備（資產(chǎn)）健康管理 提高設(shè)備可用率 減少維修成本 延長(zhǎng)設(shè)備壽命 機(jī)器狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)是振動(dòng)頻譜中包含機(jī)器零部件的機(jī)械狀態(tài)信息,振動(dòng)故障分析和診斷的任務(wù),振動(dòng)故障分析診斷的任務(wù)：從某種意義上講就是讀譜圖，把頻譜上的每個(gè)頻譜分量與監(jiān)測(cè)的機(jī)器的零部件對(duì)照聯(lián)系，給每條頻譜以物理解釋 1.振動(dòng)頻譜中存在那些頻譜分量？ 2.每條頻譜分量的幅值多大？ 3.這些頻譜分量彼此中間存在什么關(guān)系？ 4.如果存在明顯的高幅值的頻譜分量，它的精確的來(lái)源？它與機(jī)器的零部件對(duì)應(yīng)關(guān)系如何？ 5.如果能夠測(cè)量相位，應(yīng)該檢查各測(cè)點(diǎn)信號(hào)之間的相位關(guān)

2、系如何？,振動(dòng)監(jiān)測(cè)和診斷的注意事項(xiàng),振動(dòng)監(jiān)測(cè)和診斷要想取得準(zhǔn)確的結(jié)果必須考慮仔細(xì)整個(gè)系統(tǒng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)：包括參數(shù)的選擇，傳感器及其固定方法，測(cè)點(diǎn)位置的選擇，儀器選擇以及分析參數(shù)的選擇等,振動(dòng)的三要素,振動(dòng)是個(gè)向量 1.幅值 2.頻率 3.相位,6,快速傅里葉變化,快速傅里葉 分析(FFT)原理,7,典 型 波 形 的 頻 譜,簡(jiǎn)諧波形及其頻譜,脈沖波形及其頻譜,方波形及其頻譜,簡(jiǎn)諧拍波及其頻譜,8,濾 波 問(wèn) 題,振動(dòng)參數(shù),1.振動(dòng)位移 2.振動(dòng)速度（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦通常采用的參數(shù)） 3.振動(dòng)加速度,常見(jiàn)的設(shè)備故障,由經(jīng)驗(yàn)歸納總結(jié)的十七類(lèi)46種機(jī)械和電氣故障的特征譜、特征時(shí)域信號(hào)和相位關(guān)系

3、供診斷參考,常 見(jiàn) 的 設(shè) 備 故 障,一.質(zhì)量不平衡 二.轉(zhuǎn)子偏心 三.軸彎曲 四.不對(duì)中 五.共振 六.機(jī)械松動(dòng) 七.轉(zhuǎn)子與定子摩擦 八.滑動(dòng)軸承故障 九.滾動(dòng)軸承故障,1.力不平衡 2.力偶不平衡 3.動(dòng)不平衡 4.懸臂轉(zhuǎn)子不平衡,1.聯(lián)軸器角不對(duì)中 2.聯(lián)軸器平行不對(duì)中 3.滾動(dòng)軸承偏斜地固定在軸上,1.A型松動(dòng) 2.B型松動(dòng) 3.C型松動(dòng),1.磨擦或間隙故障 2.油膜渦動(dòng) 3.油膜振蕩,1.保持架故障 2.滾動(dòng)體故障 3.外環(huán)故障 4.內(nèi)環(huán)故障,常 見(jiàn) 的 設(shè) 備 故 障,十.流體動(dòng)力機(jī)械故障 十一.齒輪故障 十二.交流電機(jī)故障 十三.交流同步電機(jī)定子線圈松動(dòng) 十四.直流電動(dòng)機(jī)及其控

4、制故障 十五.皮帶傳動(dòng)故障 十六.拍振 十七.機(jī)器軟腳及與之相關(guān)的共振,1.葉片通過(guò)頻率 2.紊亂 3.氣穴,1.齒輪負(fù)載 2.齒輪偏心和齒輪側(cè)隙反彈 3.齒輪不對(duì)中 4.齒斷或齒裂 5.齒輪組合狀態(tài)問(wèn)題 6.齒輪擺動(dòng)故障 7.齒輪軸承松動(dòng),1.定子偏心，鐵芯片短路或松動(dòng) 2.轉(zhuǎn)子偏心（動(dòng)偏心） 3.轉(zhuǎn)子故障（斷條等） 4.相位故障（接頭松動(dòng)）,1.電樞繞組開(kāi)裂接地故障或系統(tǒng)調(diào)諧故障 2.起動(dòng)卡故障和保險(xiǎn)絲燒斷 3.可控硅整流器故障控制卡斷路接頭松動(dòng)保險(xiǎn)絲斷 4.比較器卡故障 5.斷路電流通過(guò)滾動(dòng)軸承故障,1.皮帶磨損或不匹配 2.皮帶輪偏心 3.皮帶共振,一質(zhì) 量 不 平 衡A,同頻占主導(dǎo)，

5、相位穩(wěn)定。如果只有不平衡，1X幅值大于等于通頻幅值 的80，且按轉(zhuǎn)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 不應(yīng)超過(guò)兩倍。 同一設(shè)備的兩個(gè)軸承處相位接近。 水平方向和垂直方向的相位相差接近90 度。,典型的頻譜,相 位 關(guān) 系,力 不 平 衡,一質(zhì) 量 不 平 衡B,典型的頻譜,相 位 關(guān) 系,力 偶 不 平 衡,總存在一轉(zhuǎn)速頻率，在頻譜上占優(yōu)勢(shì)振幅按轉(zhuǎn)速平方增大。需進(jìn)行雙平面動(dòng)平衡。 偶不平衡在機(jī)器兩端支承處均產(chǎn)生振動(dòng)，有時(shí)一側(cè)比另一側(cè)大 較大的偶不平衡有時(shí)可產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng)。 兩支承徑向同方向振動(dòng)相位相差180。,一質(zhì) 量 不 平 衡C,動(dòng)不平衡是前兩種不平衡的合成結(jié)果

6、。 仍是X轉(zhuǎn)速頻率在振動(dòng)頻譜中占主導(dǎo)。 兩支承處同方向振動(dòng)相位差接近,典型的頻譜,相 位 關(guān) 系,動(dòng) 不 平 衡,一質(zhì) 量 不 平 衡,懸臂轉(zhuǎn)子不平衡在軸向和徑向都會(huì)引起較大1X振動(dòng)。 軸向相位穩(wěn)定，而徑向相位會(huì)有變化。 懸臂式轉(zhuǎn)子可產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng)，軸向振動(dòng)有時(shí)甚至超過(guò)徑向振動(dòng)。 兩支承處軸向振動(dòng)相位接近。 往往是力不平衡和偶不平衡同時(shí)出現(xiàn)。,典型的頻譜,相 位 關(guān) 系,懸 臂 轉(zhuǎn) 子 不 平 衡,二轉(zhuǎn) 子偏 心,當(dāng)旋轉(zhuǎn)的皮帶輪、齒輪、電機(jī)轉(zhuǎn)子等有幾何偏心時(shí)，會(huì)在兩個(gè)轉(zhuǎn)子中心連線方向上產(chǎn)生較大的1X振動(dòng)；偏心泵除產(chǎn)生1X振動(dòng)外，還由于流體不平衡會(huì)造成葉輪通過(guò)頻率及倍頻的振動(dòng)。 垂直與水平方

7、向振動(dòng)相位相差為0或180。 采用平衡的辦法只能消除單方向的振動(dòng)。,典型的頻譜,相 位 關(guān) 系,三軸 彎 曲,彎曲的軸產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng) 如果彎曲接近軸的中部，占優(yōu)勢(shì)的是一倍頻；若彎曲接近力偶，則占優(yōu)勢(shì)的是二倍頻 振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速增加迅速增加，過(guò)了臨界轉(zhuǎn)速也一樣。,典型的頻譜,相 位 關(guān) 系,四不 對(duì) 中,有資料表明現(xiàn)有企業(yè)在役設(shè)備3050存在不同程度的不對(duì)中，嚴(yán)重的不對(duì)中會(huì)造成設(shè)備部件的過(guò)早損 壞，同時(shí)會(huì)造成能源的浪費(fèi) 不對(duì)中既可產(chǎn)生徑向振動(dòng),又會(huì)產(chǎn)生軸向振動(dòng)；既會(huì)造成臨近聯(lián)軸節(jié)處支承的振動(dòng),也會(huì)造成遠(yuǎn)離聯(lián)軸節(jié)的自由端的振動(dòng)。不對(duì)中易產(chǎn)生2X振動(dòng)，嚴(yán)重的不對(duì)中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似松動(dòng)的高次諧波振動(dòng). 不

8、對(duì)中分為角向不對(duì)中，平行不對(duì)中，軸承不對(duì)中,四不對(duì)中A,角不對(duì)中產(chǎn)生較大的軸向振動(dòng)，頻譜成分為1X和2X； 常見(jiàn)1X、2X或3X都占優(yōu)勢(shì)的情況。 如果2X或3X超過(guò)1X的30到50，則可認(rèn)為是存在角不對(duì)中。 嚴(yán)重的角向不對(duì)中激起1轉(zhuǎn)速頻率的許多諧波頻率 聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)軸向振動(dòng)相位相差180.,典型的頻譜,相 位 關(guān) 系,角 不 對(duì) 中,四不對(duì)中 B,典型的頻譜,相 位 關(guān) 系,平 行不 對(duì) 中,平行不對(duì)中的振動(dòng)特性類(lèi)似角不對(duì)中，但徑向振動(dòng)較大。 頻譜中2X較大，常常超過(guò)1X，這與聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)類(lèi)型有關(guān)。. 角不對(duì)中和平行不對(duì)中嚴(yán)重時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多諧波的高諧次（4X8X）振動(dòng)。甚至出現(xiàn)類(lèi)似機(jī)械松動(dòng)時(shí)出現(xiàn)完

9、整系列的高頻諧波 聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)相位相差也是180。,四不對(duì)中 C,軸承不對(duì)中或卡死將產(chǎn)生1X,2X軸向振動(dòng)，如果測(cè)試一側(cè)軸承座的四等分點(diǎn)的振動(dòng)相位，對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)的相位相差180。 通過(guò)找對(duì)中無(wú)法消除振動(dòng)，只有卸下軸承重新安裝。,典型的頻譜,相 位 關(guān) 系,軸 承 不 對(duì) 中,五共振,傳動(dòng)強(qiáng)迫振動(dòng)頻率與系統(tǒng)的自然頻率一致時(shí)出現(xiàn)共振，使振動(dòng)急劇放大，導(dǎo)致過(guò)早損壞或?yàn)?zāi)難性的破壞這可能是轉(zhuǎn)子的自然頻率，也常常起源于支承框架，基礎(chǔ)齒輪箱或皮帶 如果轉(zhuǎn)子處在或接近共振，由于很大的相位飄移，幾乎不可能平衡掉，往往需要提高或降低自然頻率來(lái)改變自然頻率自然頻率通常不隨轉(zhuǎn)速的變化而變化,六機(jī) 械 松 動(dòng),松動(dòng)本身不是純

10、粹 的故障,不會(huì)直接 產(chǎn)生振動(dòng)，但它可 放大故障的作用。,A 結(jié) 構(gòu) 框 架 或 底 座 松 動(dòng),B 軸 承 座 松 動(dòng),C 軸 承 等部 件 配 合松 動(dòng),A. 結(jié) 構(gòu) 框 架/ 底 座 松 動(dòng),振 動(dòng) 特 征: 類(lèi)似不平衡或不對(duì)中,頻譜主要以1X為主。 振動(dòng)具有局部性,只表現(xiàn)在松動(dòng)的轉(zhuǎn)子上。 相位分析可以揭示在螺栓或機(jī)器底角與基礎(chǔ)底板或基礎(chǔ)本身的垂直方向測(cè)量之間的相位差約90到100度。,包括如下幾方面的故障 支腳、底板、水泥底座松動(dòng)/強(qiáng)度不夠； 框架或底板變形；緊固螺絲松動(dòng)。,B. 由于結(jié)構(gòu)/ 軸承座晃動(dòng)或開(kāi)裂引起的松動(dòng),振動(dòng)特征: 主要以2X為特征(主要是徑向2X超過(guò)1X的50%) 幅

11、值有時(shí)不穩(wěn)定 振動(dòng)只有伴隨其它故障如不平衡或不對(duì)中時(shí)才有表現(xiàn),此時(shí)要消除平衡或?qū)χ袑⒑芾щy. 在間隙達(dá)到出現(xiàn)碰撞前,振動(dòng)主要是1X和2X；出現(xiàn)碰撞后,振動(dòng)將出現(xiàn)大量諧頻。,包括如下幾方面的故障 結(jié)構(gòu)或軸承座開(kāi)裂 支承件長(zhǎng)度不同引起的晃動(dòng) 部件間隙出現(xiàn)少量偏差時(shí)(尚無(wú)碰撞) 緊固螺絲松動(dòng)。,C. 軸承在軸承座內(nèi)松動(dòng)或部件配合松動(dòng),振動(dòng)特征: 由于松動(dòng)的零部件對(duì)轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)力產(chǎn)生非線性的響應(yīng)，常常出現(xiàn)大量的高次諧頻,有時(shí)10X，甚至20X，松動(dòng)嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)半頻及諧頻(0.5X,1.5X.)成分。 半頻及諧頻往往隨不平衡或不對(duì)中等故障出現(xiàn)。 振動(dòng)具有方向性和局部性。 振動(dòng)幅值變化較大，相位有時(shí)也不穩(wěn)

12、定。,包括如下幾方面的故障 軸承在軸承座內(nèi)松動(dòng) 軸承內(nèi)圈間隙大 軸承保持架在軸承蓋內(nèi)松動(dòng) 軸承松動(dòng)或與軸有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),七轉(zhuǎn) 子 摩 擦,轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中與定子的摩擦?xí)斐蓢?yán)重的設(shè)備故障 在摩擦過(guò)程中,轉(zhuǎn)子剛度發(fā)生改變從而改變轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的固有頻率,可能激起一個(gè)或多個(gè)共振。 往往會(huì)激起亞諧波振動(dòng)(1/2X,1/3X.),嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)大量的諧頻(1/2X,1.5X,2.5X.)，并伴隨有噪音。（類(lèi)似粉筆在黑板上拖動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的寬帶噪聲）,軸徑和滑動(dòng)軸承鎢金干摩 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與定子接觸 葉輪與擴(kuò)壓器口接觸 汽輪機(jī)葉片與靜葉,嚴(yán) 重 摩 擦,輕 微 摩 擦,軸與汽封摩擦 聯(lián)軸器罩摩軸 皮帶摩擦皮帶罩 葉片摩擦外罩,

13、典型的摩擦波形,八滑 動(dòng) 軸 承,滑動(dòng)軸承摩擦后期通常出現(xiàn)一系列完整的轉(zhuǎn)速頻率諧波（多達(dá)10X20X）。 破碎的滑動(dòng)軸承往往產(chǎn)生垂直方向比水平方向振幅更大的振動(dòng)。 間隙過(guò)大的滑動(dòng)軸承可能會(huì)導(dǎo)致不平衡、不對(duì)中引起的振動(dòng)更大。,噪聲地平說(shuō)明間隙過(guò)大松動(dòng),松動(dòng)，1/2X,1/3X等成分，隨負(fù)荷變化較大 烏金脫落，1/2X及諧頻，幅值小于松動(dòng)譜 瓦塊損壞，1/3X渦動(dòng)，調(diào)油溫有效,油膜窩動(dòng)振蕩不穩(wěn)定,油膜窩動(dòng)頻譜,油膜窩動(dòng)不穩(wěn)定出現(xiàn)在（0.4-0.8）轉(zhuǎn)速頻率范圍內(nèi)，常常比較嚴(yán)重；油膜窩動(dòng)由油膜激起的振動(dòng)正常的工作狀態(tài)的偏移使油楔推軸在軸承內(nèi)作環(huán)繞運(yùn)動(dòng)油膜窩動(dòng)是不穩(wěn)定的，因?yàn)樗龃箅x心力，離心力增大窩

14、動(dòng)力，可使油膜不能再支承軸 如果機(jī)器處在或高于2轉(zhuǎn)子自然頻率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能出現(xiàn)油膜振蕩，轉(zhuǎn)子進(jìn)入兩倍鄰界轉(zhuǎn)速時(shí)，油膜窩動(dòng)頻率將非常接近鄰界轉(zhuǎn)速頻率，引起過(guò)大的振動(dòng)，油膜可能不再具有支承能力窩動(dòng)速度實(shí)際將鎖定在轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速，雖然機(jī)器轉(zhuǎn)速升高，但是這個(gè)尖峰不能通過(guò)它，產(chǎn)生以轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速頻率的橫向正進(jìn)動(dòng)亞諧波振動(dòng),九滾 動(dòng) 軸 承,有資料顯示僅有1020的軸承達(dá)到或接近設(shè)計(jì)壽命.其余部分因?yàn)槿缦赂鞣N原因達(dá)不到設(shè)計(jì)壽命. 潤(rùn)滑不當(dāng),使用錯(cuò)誤的潤(rùn)滑劑；潤(rùn)滑劑或軸承內(nèi)混入贓物或雜質(zhì)；運(yùn)輸或存放不當(dāng)；選型不當(dāng)、安裝錯(cuò)誤等. 振動(dòng)監(jiān)測(cè)的最終目的是通過(guò)跟蹤軸承狀態(tài)了解何時(shí)需要更換軸承.,位移,不易用于軸承的監(jiān)測(cè)。

15、加速度,可早期發(fā)現(xiàn)軸承的故障征兆,應(yīng)與速度聯(lián)用。 使用包絡(luò)技術(shù)或g扴E,監(jiān) 測(cè) 參 數(shù) 的 選 擇,第一階段：滾動(dòng)軸承故障初始階段，出現(xiàn)在超聲段20K60KHz,它們可用g扴E、高頻(HFD)g來(lái)測(cè)量、評(píng)定。例如：某軸承在第一階段的尖峰能量值為0.25g扴E(實(shí)測(cè)數(shù)值與測(cè)試位置和機(jī)械轉(zhuǎn)速有關(guān)) 。 第二階段：滾動(dòng)軸承的輕微故障階段，開(kāi)始“敲擊”出軸承元件的自有頻率(fn)，一般在5002KHz（30K到120K轉(zhuǎn)分）范圍內(nèi)；振動(dòng)尖峰能量的總量值增大（從0.25gsE增加到0.50gsE）,滾動(dòng)軸承故障四個(gè)階段,第三階段：滾動(dòng)軸承宏觀故障階段，出現(xiàn)磨損故障頻率和諧波出現(xiàn)，（有FFT,BSF,BP

16、FO,BPFI及其諧波的出現(xiàn)）；同時(shí)邊帶頻率的數(shù)量增加 第四階段：軸承故障的最后階段，這一階段甚至影響1X分量，并引起其它倍頻分量2X、3X等的增大。軸承故障頻率和固有頻率開(kāi)始“消失”被隨機(jī)的寬帶高頻噪音地平代替，高頻量和尖峰能量值很大。,滾動(dòng)軸承故障四個(gè)階段,滾動(dòng)軸承的四種故障頻率及四個(gè)區(qū)域,滾動(dòng)軸承保持架故障頻率：FTF 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體旋轉(zhuǎn)故障頻率：BSF 滾動(dòng)軸承外環(huán)故障頻率：BPFO 滾動(dòng)軸承內(nèi)環(huán)故障頻率：BPFI * A區(qū)域：常規(guī)機(jī)械故障頻率區(qū) * B區(qū)域：滾動(dòng)軸承故障頻率區(qū) * C區(qū)域：軸承零部件自振頻率區(qū) * D區(qū)域：振動(dòng)尖峰能量gsE區(qū),振動(dòng)尖峰能量gsE技術(shù),振動(dòng)尖峰能量gs

17、E利用高通濾波濾掉常規(guī)機(jī)械振動(dòng)故障（不平衡，不對(duì)中，松動(dòng)等）頻率，只檢測(cè)高頻振動(dòng)，此頻率范圍內(nèi)滾動(dòng)軸承缺陷脈沖能激起機(jī)器零部件或結(jié)構(gòu)或振動(dòng)加速度計(jì)安裝固定共振頻率，作為載頻調(diào)制軸承故障頻率，并利用峰峰檢波檢測(cè)并保持高頻脈沖峰值，用衰減時(shí)間常數(shù)確定gsE頻譜的最高頻率Fmax這樣既保持了故障的嚴(yán)重程度，又突出了故障頻率基頻及其諧波頻率參見(jiàn)振動(dòng)分析和故障診斷74頁(yè),滾 動(dòng) 軸 承 故 障 頻 譜,滾 動(dòng) 軸 承 故 障 前 后gSE 譜,十流體動(dòng)力激振,葉片通過(guò)頻率（BPF）葉片數(shù)目轉(zhuǎn)速頻率在泵，風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)中，這種葉片通過(guò)頻率總是有的，通常不成為故障然而如果泵中旋轉(zhuǎn)葉片與靜止的擴(kuò)壓器之間在圓周方

18、向上不均勻，那么可能產(chǎn)生大幅值的葉片通過(guò)頻率及其諧波而且，有時(shí)葉片通過(guò)頻率及其諧波與系統(tǒng)的某自然頻率一致，產(chǎn)生大的振動(dòng)如果葉輪摩擦環(huán)卡住軸承，或者焊接固定的擴(kuò)壓器葉片損壞，則可能產(chǎn)生大的葉片通過(guò)頻率振動(dòng)管道的突然彎曲，防礙流體流動(dòng)的障礙物，阻尼器或者如果泵或風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子與其殼體中心不重合都會(huì)引起葉片通過(guò)頻率的大振動(dòng),轉(zhuǎn)子葉片通過(guò)頻率和靜子葉片通過(guò)頻率,紊流,風(fēng)機(jī)中由于分機(jī)流道中或管道中空氣的壓力或速度變化，常常出現(xiàn)紊流這種流動(dòng)的中斷引起紊流，產(chǎn)生隨機(jī)的，低頻振動(dòng)，典型地在502000轉(zhuǎn)分頻率范圍內(nèi)如果壓縮機(jī)內(nèi)出現(xiàn)喘振，則可能出現(xiàn)隨機(jī)的寬帶高頻振動(dòng)過(guò)大的紊流也可能激起寬帶高頻振動(dòng)詳見(jiàn)振動(dòng)分析和故障診斷