振动分析和故障诊断

第十五类、 第十五类、皮带传动故障
1.皮 1.皮 带 磨 损 或 不 匹 配 2.皮 2.皮 带 轮 偏 心 3.皮 3.皮 带 共 振
第十六类、拍振 第十六类、 第十七类、 第十七类、机器软脚及与之相关的共振
第 一类 质 量 不 平 衡
力不平衡
径向
1.1 力 不 平 衡
力 产 速 速 是 中 个 轴 与 近 方 不 平 衡 是 同 相 位 和 稳 定 的 。 不 平 衡 生 的 振 动 幅 值 在 转 子 第 一 阶 临 界 转 以 下 随 转 速 的 平 方 增 大 ( 例 如 ， 转 升 高 3倍 ， 则 振 动 幅 值 增 大 9 倍)。 总 存 在 1 × 转 速 频 率 ， 并 且 通 常 在 频 谱 占 优 势 。 在 转 子 重 心 平 面 内 只 用 一 平 衡 修 正 重 量 便 可 修 正 之 。 在 内 侧 承 与 外 侧 轴 承 水 平 方 向 及 内 侧 轴 承 外 侧 轴 承 垂 直 方 向 的 相 位 差 应 该 接 0度 。 不 平 衡 转 子 的 每 个 轴 承 上水 平 向 与 垂 直 方 向 的 相 位 差 应 该 接 近 90
12075 10150
6000
800
1475
可用的频率范围为传感器固定自振频 可用的频率范围 率Fn的约50%
振动监测中的一些技术细节要点
振动传感器固定方式的影响
螺纹固定
磁铁座固定 手持探杆固定
胶粘结固定
• 关键因素 : 固定的自振频率 • 可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的 可用的频率范围 约50%
振动监测中的一些技术细节要点
• 振动加速度传感器的频响特性 频响特性
低频振动区( 低频振动区(通常需要使用专 用的低频加速度传感器) 用的低频加速度传感器) 振 动 幅 值 振动加速度传感器 固定自振频率Fn 固定自振频率Fn
常规振动区域
高频振动区域
普通振动传感器 不宜使用的高频 振动区域
5 10 1K 赫兹 5K 赫兹 赫赫 兹 兹 ISO和 GB规 定 的
2.绝对振动标准ISO10816-1~6 机械振动----在非旋转部件上测量和评价机器 绝对振动标准
振动 第一部分 第二部分 第三部分 机器 第四部分 第五部分 第六部分 总则 陆地安装的功率超过50MW的大型汽轮发电机组 额定功率大于15KW额定转速在120∼ 15000转/分在现场测量的工业 ∼ 不包括航空器类的燃气轮机组 水力发电厂和泵站机组 额定功率超过100KW的往复式机器
电涡流式传感器 在滑动轴承内对准轴
绝对振动
非接触式传 感器
轴
轴承
相对振动
机械振动标准分类
相对振动
轴振动
振 动 总 量 标 准 振 动 故 障 诊 断
绝对振动
轴承座，机壳振动 API678 ISO2945 ISO10816
仪器系统标准 仪器系统标准 API670 ISO10817 判断应用标准 判断应用标准 ISO7919 API611， ， 612， … ， ISO13373(草 案)
振动分析和故障诊断
罗克韦尔自动化 – 恩泰克
振动故障分析诊断的任务：从某种意义上 振动故障分析诊断的任务：从某种意义上 振 动 讲，就是读谱图，把频谱上的每个频谱分 故 量与监测的机器的零部件对照联系，给每 障 分 条频谱以物理解释。 析 1.振动频谱中存在哪些频谱分量？ 和 2.每条频谱分量的幅值多大？ 诊 3.这些频谱分量彼此之间存在什么关系？ 断 4.如果存在明显的高幅值的频谱分量，它的精确的 的 来源？它与机器的零部件对应关系如何？ 任 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？ 务
力偶不平衡
径向
1.2 力 位 通 界 平 向 置 外 承 每 相 偶 运 常 转 方 振 平 侧 垂 个 位 不 动 在 速 增 动 衡 轴 直 轴 差
力 偶 不 平 衡 平 衡 在 同 一 轴 上 导 致 180 度 反 。 总 是 存 在 1× 转 速 频 率 ， 并 频 谱 上 占 优 势 。 在 转 子 第 一 以 上 ， 振 动 幅 值 随 转 速 升 高 大 。 可 引 起 大 的 轴 向 振 动 和 。 至 少 需 在 两 个 修 正 平 面 内 重 量 才 能 修 正 。 在 内 侧 轴 承 承 水 平 方 向 及 内 侧 轴 承 外 侧 方 向 应 该 存 在 约 180 度 相 位 差 承 上 水 平 方 向 与 垂 直 方 向 之 通 常 应 该 约为 90 度 (± 30 度 )。 相 且 临 的 径 放 与 轴 。 间
振动监测中的一些技术细节要点 • 振动传感器 1.振动加速度传感器 2.振动速度传感器 2.1压电式(实质是振动加速度 传感器) 2.2磁电式振动速度传感器 3.振动位移传感器(电涡流式)
振动监测中的一些技术细节要点
压电晶体式振动加速度传感器 结构原理
声学屏蔽罩 地震质量 压电晶体材料 预载螺栓 基础 固定螺栓孔 内置电荷放大器 (ICP) 电气接头
振动监测中的一些技术细节要点
非接触式电涡流式传感器
• 非接触式振动位移传感器或电涡 流式位移传感器 • 用以测量轴相对于滑动轴承 滑动轴承的运 滑动轴承 动(留有很大空间供产生油膜用) • 直流电压测量间隙
• 交流电压就是振动信号来自振动监测中的一些技术细节要点
• 电涡流式振动位移传感器的工作原理
非接触式传感器探头 轴
• 周 期 T = 1f
ω 1 f = = 2π 2π
T 0
k
m
ω = 2πf
• 峰 值 x max = A 2 峰- 峰 值 • 平 均 值 x AV = π • 有 效 值
x rm s =
， 2 x m ax = 2 A
∫
1 T
2
A s in ω 0 td t
A 2 s in 2 ω 0 td t = A 2
振动参数
1.振动位移 振动位移 2.振动速度 (国际标准和国家标 振动速度 国际标准和国家标 准推荐通常采用的参数) 准推荐通常采用的参数 3.振动加速度 振动加速度
振动参数
1. 峰值(Peak) 2. 峰峰值(Peak-Peak) 3.有效值(RMS)
振动加速度尖峰 上限 中性位置 下限 周期 振动位移 峰-峰 时间 振动速度尖峰
当量烈度轮廓
低频区域
低频段
对 数 幅 值
振 动 速 度 (英 寸 /秒 )
中频段
振 动 加 速 度 (g)
高频区域
力指示 高 频 段器
振 动 位 移 (密 尔 ) 100密 尔
疲劳指示器
当量烈度轮廓
应力指示器
对数频率
其中：
振 动 加 速 度 (g) 峰 值 振 动 速 度 (英 寸 /秒 ) 峰 值 振 动 位 移 (密 尔 ) 峰 峰 值 频 率 (转 /分 )
∫
T 0
正弦波的有效值，峰值，峰峰值与平均值之间关系： 正弦波 有效值=0.707 1.11X平均值 有效值 0.707X峰值=1.11 0.707 1.11 峰值=1.414 1.414X有效值=1.57 1.57X平均值 峰值 1.414 1.57 平均值=0.637 0.637X峰值=0.90 0.90X有效值 平均值 0.637 0.90 峰峰值=2 峰峰值 2X峰值 峰值因子=峰值/有效值(适用于任何变量)
态 问 题 障 动
第 十 二 类 、交 流 电 动 机 故 障
， 铁 芯 片 短 路 或 松 动 (动 偏 心 ) (断 条 等 ) (接 头 松 动 )
第十三类、交流同步电动机(定子线圈松动) 第十三类、交流同步电动机(定子线圈松动) 第十四类、 第十四类、直流电动机及其控制故障
1.电枢绕组开裂， 1.电枢绕组开裂，接地故障或系统调谐故障 电枢绕组开裂 2.起动卡故障或保险丝烧断 2.起动卡故障或保险丝烧断 3.可控硅整流器 SCR)故障 控制卡断路，接头松动， 可控硅整流器( 故障， 3.可控硅整流器(SCR)故障，控制卡断路，接头松动，保险丝烧 断 4.比较器卡故障 4.比较器卡故障 5.断路电流通过滚动轴承故障 5.断路电流通过滚动轴承故障
由RA-Entek归纳总结 共17类46种机械和电气故障 的频谱、时域波形和相位关系， 供诊断参考
第一类、 第一类、质量不平衡
1.力不平衡(静不平衡) 1.力不平衡(静不平衡) 力不平衡 2.力偶不平衡 2.力偶不平衡 3.动不平衡 3.动不平衡 4.悬臂转子不平衡 4.悬臂转子不平衡
第二类、 第二类、转子偏心 第三类、 第三类、轴弯曲 第四类、 第四类、不对中
非接触式传感器
磁场 传感器线圈
振荡器
检波器
直流间隙信号 交流振动信号
间隙
振动监测中的一些技术细节要点
灵敏度系数 7.87毫伏/ 7.87毫伏/微米 信 号 传 感 器 输 出 电 压 (伏)
• 电涡流 式传感 器的标 定曲线
间隙- X25.4)微米 (1密尔=25.4微米) 间隙-(X25.4)微米 (1密尔=25.4微米)
第 十 一 类 、齿 轮 故 障
1.齿 1.齿 2.齿 2.齿 3.齿 3.齿 4.齿 4.齿 5.齿 5.齿 6.齿 6.齿 7.齿 7.齿 1.定 1.定 2.转 2.转 3.转 3.转 4.相 4.相 轮 轮 轮 断 轮 轮 轮 子 子 子 位 负 偏 不 或 组 摆 轴 偏 偏 故 故 载 心 对 齿 合 动 承 心 心 障 障 和 中 裂 状 故 松 齿 轮 侧 隙 反 弹
ISO13373(草 案)
机器振动测量和评价的有关标准目录
1. 相对振动标准
ISO7919-1~5 非往复式机器的机械振动----在旋转轴上的 测量和评价 第一部分 总则 (GB/T11348.1-89) 第二部分 陆地安装的大型汽轮发电机组 (GB/T11348.2-1997) 第三部分 耦合的工业机器 (GB/T11348.3) 第四部分 燃气轮机组 (GB/T11348.4) 第五部分 水力发电厂和泵站机组
机器振动测量和评价的有关标准
ISO10816-1 专用机组宽带 振动准则
I SO10816-1：I类--发动机和机器的单独部件； II类--无专用基础的中型机器(15-75KW)；专用刚性基础上300KW以下中型机器； III类--刚性基础上的大型机器； IV类--柔性基础上的大型机器。
常见机械故障
1.联轴器角向不对中 1.联轴器角向不对中 2.联轴器平行不对中 2.联轴器平行不对中 3.滚动轴承偏斜地固定在轴上 3.滚动轴承偏斜地固定在轴上
第 五 类 共 振 第 六 类 机 械 松 动
1.A 1.A型 松 动 2.B 2.B型 松 动 3.C 3.C型松 动
第 七 类 转 子 摩 擦 第 八 类 滑 动 轴 承 故 障
1.磨 1.磨 损 或 间 隙 故 障 2.油 2.油 膜 涡 动 3.油 3.油 膜 振 荡
第 九 类 、滚 动 轴 承 故 障
1.保 1.保 2.滚 2.滚 3.外 3.外 4.内 4.内 持 动 环 环 架 体 故 故 故 障 故 障 障 障
第 十 类 、流 体 动 力 机 械 故 障
1.叶 1.叶 片 通 过 频 率 2.紊 2.紊 流 3.气 3.气 穴
10K 赫兹 10K
27K 赫兹 27K
频率
振动烈度测量 频率范围
可用的频率范围为传感器固 可用的频率范围 定自振频率Fn的约50%
振动监测中的一些技术细节要点
• 振动加 速度传 感器固 定自振 频率和 最高可 用频率
振动加速度传 感器的固定 螺栓固定 胶粘结固定 9000 螺栓固定在稀 土磁铁座上 固定在快速连 接螺栓固定上 用2英寸长探 杆手持固定 7500 没有观察 最高可用频 率(赫兹) 赫兹) 16250 固定自振频率 (赫兹) 赫兹) 31887
振 动 信 号 的 采 集 与 处 理
合成波 分解的波 用频谱图表示
快 速 傅 里 叶 分 析 (FFT) 原 理
幅 值
时域 频域
x =
∑
∞
i =1
A i sin ( i ω t + ψ i )
振动监测中的一些技术 细节要点
• 简 谐 振 动 位 移 ， 速 度和 加 速度三者关系
振动加速度a 振动加速度a0 振动加速度a 振动加速度a0 振动速度V 振动速度V0 振动位移d 振动位移d0 1 a0/ (2πf) (2π a0 / (2πf) ² (2π 振动速度v 振动速度v0 (2π (2πf)V0 1 V0 / (2πf) (2π 振动位移d 振动位移d0 (2πf) ²d0 (2π (2πf)d0 (2π 1