振动检测分析基本概念知识

简谐振动三要素
x
• 振幅 (Amplitude)
偏离平衡位置的最大值，记作A。描述振动的规模。
• 圆频率 (Angular frequency) 描述振动的快慢，记作 ,单位为弧度/秒。
频率 f = /2 为每秒钟的振动次数，单位为次/秒(Hz)。 周期 T = 1/f = 2/ 为每振动一次所需的时间，单位为秒。
Velocity
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0 12/06/1998 1:28:20
Velocity
10/07/1998 1:32:32
14/08/1998 1:23:53
11/09/1998 1:25:20
其意义是…..?
➢你怎样知道何时采取行动? ➢可使用标准. ➢ASCENT 取消了猜测.
• 初相角 (Initial phase) 描述振动在起始瞬间的状态，记作。
振动位移、速度、加速度之间的关系
d
a
• 振动位移 (Displacement)
d=A sint
• 速度 (Velocity)
v=A sin(t+/2)
• 加速度 (Acceleration)
a=A ²sin(t+)
v vd
如何用于评价机器状态
• 振动的标准
IRD.Machanalysis 通用旋转机械 振动位移和速度 标准
如何用于评价机器状态
• 振动标准 ISO2372
如何用于评价机器状态
ISO10816-3
A/B B/C C/D A/B B/C C/D
A/B B/C C/D A/B B/C C/D
A/B B/C C/D A/B B/C C/D
“机械传递通道”
三个方向 设测点 且必须设在刚性良好处 尽量靠近轴承 给测点位置作记号 设备表面的处理
加速度传感器的安装
重复性
➢当转速和负荷变化时 振动也变化
➢每次测量机器必须 运行在相同的状态
➢检查转速和负荷
如何监测?
➢实际上，我们观察型式和水平的变化 ➢将这个变化联系到有关机器的事实
February 25 March 17 April 26
记录振动信号 段. 段的边缘必须平滑，避免 频
谱泄漏.
窗函数 用于平滑段边缘. 常 见的窗函数是 Hanning 窗. 其他: Hamming, Flat top,
Rectangular...
平均
每次频谱测量有变化.
如 瞬态, 机器状态变化, 噪声.
平均可抑止这些干扰 ，给出更 好的机器实际状态图像
在故障前维修 ➢(也叫 “计划维修”, “历史维修”, “基于日期维修”) ➢今天大部分工厂中常用的维修方式 ➢假定所有机器到时失效 ➢在失效前进行维修 ➢停机 ➢但是，机器什么时候失效?
预防维修
缺点 ➢机器仍然早期失效 ➢完全良好的机器被 “维修” ➢停机大修常引入问题 ➢不必要的停机时间
预测维修
0 - 9.525 0 - 8.255 0 - 6.35
0-5 0-5 0-5 0 - 3.175
0 - 2.5 0 - 3.75 0 - 2.5
0 - 1.905 0 - 1.25 0 - 0.76
9.525 - 15.24 6.985 - 10.795
5 - 7.5
8.125 - 12.7 6.985 - 10.795
触发类型, 叠加
被测信号.
如何选择这些 点?
O4 u次r平4 s均am采p样les. for averaging.
触发类型, 叠加
The window zeroes the end values, allowing overlap of the regions to
reduce sample time. Without a tachometer input, the unit starts at an arbitrarily point and records enough data
for the number of averages to be taken.
触发类型, 无键相叠加
50% 叠加最常用. 66.7% 是最优值.
触发类型, 有键相叠加
tacho pulse 有 键相 , 脉冲指示轴位于参考位置时
开始采样.
➢不平衡 ➢不对中 ➢松动 ➢轴承问题
4大振动问题
不平衡
松动
➢旋转松动 - 旋转和固定部件间的间隙大 ➢非旋转松动 - 两个固定部件间. 即地脚 & 基础
解调
➢球/滚动体撞击缺陷产生 “冲击波”. ➢轴承 “像一个鈡响” (共鸣).
解调频谱
解调分析技术
解调频谱作为一个早期指 示参数 检查正常频谱和解调频谱：
都没有故障频率，状态 良好，作为基线继续监 测 只在解调频谱存在故障 频率，早期故障指示， 或需要润滑 在两种频谱中都存在谱 峰值，计划下一次维修 更换 只在正常频谱中存在峰 值，同时在解调频谱中 噪声水平升高，立即更 换
Ultrasonics
10%
Motor Current
5% 10%
Steam Trap
15% %
45%
Vibration Analysis
Oil
应用各种维修技术对总维修改进的比重
振动分析
基本原理
➢所有机器都振动. ➢振动随机器状态的变化而变化. ➢人能听到的仅是整个图象的一部分. ➢振动分析可帮助检测各种故障状态.
➢The rubs introduces a new source of vibration.
Rub
Imbalance
New vibration = 10 x 8 = 80 Hz
什么是 ‘频谱?’
5 Hz = 300 RPM
频谱
10 Hz = 600 RPM
FFT
FFT
5 Hz 10 Hz
一个更复杂的频谱
提高 ‘幅值’
➢Because of the weight on one blade, the vibration level increases as the fan speeds up. ➢波形的高度是 “幅值”.
位移: mils or micron 速度: in/sec or mm/sec 加速度: G
现实的调查!
预测维修: ➢监测设备是昂贵的 ➢不能监测所有设备 ➢不能以足够的频率监测 ➢技术不完善 ➢不是总能看到结论和建议 ➢机器仍将失效…
哪些技术是可用的
状态监测: ➢振动分析 ➢油液分析 ➢磨粒分析 ➢热像图 ➢超声 ➢蒸汽阀
使用哪项技术?
Infrared Thermography
15%
0-5
0 - 8.125 0 - 6.985
0-5 0-5 0 - 3.81
0 - 7.5 0 - 6.985 0 - 6.35 0 - 6.35
0-5 0 - 4.445 0 - 4.445 0 - 3.81
0 - 6.985 0-5
0 - 6.35 0-5
0 - 3.81
0 - 6.35 0 - 4.445
One second of time
什么是 ‘频率?’
➢Hertz = Hz = Cycles per second RPM = Revolutions per minute CPM = Cycles per minute CPM = RPM = Hz x 60 ➢Fan speed = 5 Hz or 300 RPM
振动监测分析基础
BPdM 北京普迪美科技有限公司
内容简介
维修方式 ➢事后, 预防, 预测, 可靠性为中心 (主动)
振动分析 ➢机械振动基本概念 ➢频谱分析基本概念 ➢4大机械问题
振动监测系统建立 ➢测点选择 ➢参数选择 ➢报警 ➢频率范围
维修方式
工厂维修的作用
➢减少故障: ➢平衡和对中机器 ➢改进维修方式 ➢清洁润滑
a
位移、速度、加速度都是同频率 的简谐波。
三者的幅值依次为A、A、A 2。
相位关系：加速度领先速度90º; 速度领先位移90º。
振动幅值检测类型和单位
• 位移：Pk-Pk (um) 适合于低频范围 • 速度: Rms, Pk (mm/s)适合于中频段 • 加速度: Pk (g) 适合于高频段
增加另一个振源
什么是振动?
➢ 随着轴的转动，存在摩擦和旋转力
➢ 振动通过轴承传送达机壳
振动揭示有意思的故事
➢详细的振动分析揭示更多的 信息. ➢我们可检测不同的故障状态， 并评估严重性.
不平衡 不对中
叶片磨损 轴承故障
松动
振动信号
➢The fan rotates five times every second. ➢Add weight which creates an unbalance force.
测点周期
➢一般每30天测试一次 ➢在2或3个轴承上测一台机器 ➢采集垂直，水平和轴向数据
振动参数：位移，速度，加速度
位移用于测量低频: 低RPM
速度 覆盖较宽频率范围
加速度 用于测量高 频:
轴承频率
振动水平趋势
➢单个 rms 值读数 可提供有用信息
mm/s rms
Aux Comp C7 - Mntg Base #1 - Vertical - Overall Trend
300
29 57 90 45 90 140
50 um
2.3 4.5 7.1 3.5 7.1 11
mm/s
15来自百度文库um
22 45 71 37 71 113
300 mm/s
1.4 2.8 4.5 2.3 4.5 7.1
-um 23 36 57 36 57 90
15 mm/s 2.8 4.5 7.1 4.5 7.1 11
Rub
Imbalance
FFT
10 Hz 80 Hz
600 CPM 4,800 CPM
激励频率
使用特殊的计算方法指示在频谱中的位置 – 叫做 “激励频率”.
➢数据采集器对传感器 电信号采样
分辨率
➢采样速率, 采样点数, 和记录 的时间长度决定 “分辨率” 和 “Fmax”.
高分辨率 低分辨率
加窗
➢减少影响： ➢日程计划维修 ➢避免“二次损坏” ➢节省 $$$$$$
部件故障: ➢轴承故障 ➢风机叶片断裂 ➢接手卡死 ➢等等…
事后维修
任事故发生 ➢也叫“故障维修” ➢常见的方式 (即使在今天) ➢可接受的运行成本
缺点: ➢二次损害 (10X$) ➢高停产时间 ➢高备件库存 ➢安全考虑
预防维修
315 160 315
ISO10861-3
(
)
/
3500 1800
(
)
(
)
/ /
(305 - 508mm ) (203 - 305 mm ) (127 - 203 mm ) (0 - 127 mm )
/
a. b. c.
1.
600-60 000 /
2.
3.
30-59%
4.
25%
0 - 9.525 0 - 6.985
Period = 1/Frequency Fan speed = 5 Hz or 300 RPM
提高频率
➢The fan is now going twice as fast.
➢Cycles of the waveform are closer together.
➢Fan speed = 10 Hz or 600 RPM
振动监测系统的建立
• 确定机器 • 确定测点 • 确定参数（D/V/A,包络，波形，相位） • 频率范围 • 报警：总值，频带 • 现场监测 • 故障识别 • 维修建议，跟踪
传感器安装在哪里?
➢传感器将振动转换成 电信号
➢最常用的传感器是 “加速度计”. ➢传感器常用磁座安装
安装传感器
➢安装非常重要 ➢“重复性” 是关键 ➢源于轴承良好的
什么是 “不平衡”? ➢轴上的高点 ➢VB 数据采集器可做平衡 ➢高振动的原因 – 损坏轴承
不对中
什么是 “不对中”? ➢定义: “轴中心线不在一条直线” ➢使用千分表和激光 ➢也是高振动的原因, 并损坏轴承
轴承
➢在轴承上监测振动 ➢水平指示问题的严重性 ➢型式指示问题的性质 ➢很多不同的数据分析方法
5 - 7.5 5 - 7.5 3.81 - 6.35
7.5 - 11.43 6.985 - 10.795
6.35 - 9.525 6.35 - 9.525
5 - 7.5 4.445 - 6.985 4.445 - 6.985
3.81 - 6.35
“如果机器没有问题, 不要维修!”
➢(也叫 “基于状态的维修”) ➢预测机器什么时候将失效 ➢安排在最方便的时候修理 ➢判断 “危险”
➢进行 “状态监测” ➢确定健康状态 ➢预测失效 ➢合理行动 优点: ➢无停机时间 ➢无意外失效 ➢无二次损坏 ➢计划所有维修
主动维修
“一次维修, 维修正确!”
➢(Also known as “可靠性为中心的维修” and “精密维修”) ➢改变设计, 购置, 维修减少故障 – 增加可靠性 ➢精密动平衡, 激光对中, 等.