振动频谱分析基础

Fluke 810振动诊断仪——旋转机器

振动基础知识——旋转机器

振动测试提供关键的机器状态信息。我们来了解一

些关于振动的基础知识：

y电机轴以1776 RPM的转速带动泵轴

y轴上的一个重点在所有径向产生一个向外的力

y传感器每转检测到一次振动

y正弦波表示轴旋转时的振动

y轴完整旋转一周产生一个周期的正弦波——当

重点处于顶部时形成波峰，重点处于底部时形成

波谷

周/分钟

1776 转/分钟 = 1776

(转轴) (正弦波)

波形分析基础——术语

循环不断重复

- 一个完整的正弦波为一个循环 -

- 一个循环每分钟= 1 CPM - 一个循环每秒= 1 CPS (赫兹)

峰值

峰-峰值

-RMS = 0.707 峰值

-峰-峰值 = 2 峰值

位移为移动的距离 d mils p-p

速率为距离与时间之比V = d / t in/sec peak

加速度为速率与时间之比 A = V / t in/sec2 (G) rms

Fluke 810振动诊断仪——旋转机器

机器部件

y该泵有10个轮叶

y轴每旋转一周，传感器检测到10次叶片振动

y正弦波显示10次完整的循环，形成幅度较小的轴正

弦波

y振动水平较小意味着幅度低于轴振动

y由于主轴的质量大，将导致振动强于叶轮

10 次振动每转= 10 个循环每转

(转轴) (正弦波)

复合波形

如果我们将两个正弦波(轴和泵轮)叠加在一起，将形成以下波形：

- 1 次轴转动

- 10 次泵轮振动

但实际上振动彼此叠加，更像以下波形：

真实旋转机器的20次或30次振动可能是如下波形：

Fluke 810振动诊断仪——旋转机器

频率(谱)分析

y 波形含有关于被测机器的信息 y 但不同事件的模式相互叠加，杂乱无序——太复杂

FFT

y 采用快速傅里叶变换(FFT)方法，可将采集的波形从时域(幅值与时间关系)转换至频域(幅值与频率关系)。

幅值

幅值

y 由于特定的振动幅值可与机器的运行速度紧密相关，所以频谱简化了数据的理解。

事件 频率 • 由测试仪执行变换，简化波形 • 频谱是信号幅值(y 轴)与频率(x 轴)的关系曲线 • 这些尖峰处于特定的频率，表示机器正在发生的现象。 • 机器诊断需要将频谱中的尖峰与机器中发生的事件相匹配起来。

• 从该频谱图中，我们可观察到 1x 不平衡和 10x 风扇叶片。

• 频谱分析是我们用来诊断机器状况的主要工具。

• 机器故障将表现为特定频率下的振动。

幅值

• 如果知道了在频谱图上的什么位置查找问题，我们就能够获得进行诊断所需的信息。

频率

分析旋转机器的频谱数据——简单3步

对于一个人来说，经过培训成长为一名好的振动分析师，需要几年的时间，我们则只需要观察重点，分析数据。

我们接下来观察来自于某台机器的振动图形，仅需简单3步即可进行振动分析：

1. 识别振动尖峰，因为它们与机器上的源部件相关。 • 最大尖峰一般来自于转轴。

• 轴每旋转一周，4个轮叶形成4次振动。 • 注意2X 、3X 、4X 和6X 处的1X 尖峰。

• 所有旋转机器都存在这些“谐波”，属正常现象。 • 随着频率增高，幅值逐渐变小。

2. 根据振动规律，在数据中查找模式。

3. 测量振动尖峰的幅值及模式，确定故障严重程度。

Fluke 810振动诊断仪——旋转机器

3轴及2种频率范围

旋转轴上/下、前/后及轴向运动。测试仪测量3个方向的轴运动和2种频率范围。这就能够通过比较轴之间的数据，确定模式及诊断机械故障——提供完整的振动信息。

3个轴运动方向：

轴向

水平

垂直

分析典型旋转机器的频谱数据：

联轴机器

测量2个电机轴承及2个泵轴承；小型机器 => 仅1个电机和1个泵位置

泵

泵谐波

1 X 轴

1 X 谐波

1 X 轴

• 两根轴的速度相同(均为1X) • 1XM = 1XP

• 比较电机和泵的数据

电机数据位置2

泵数据位置3

注意，泵数据上存在4X 和8X 尖峰，但在电机数据上没有 => 4 个泵轮叶

Fluke 810振动诊断仪——旋转机器

直接传动机器——强耦合

1根轴，仅测量2个电机轴承；小型电机 => 仅1个位置

电机数据位置2

1 X 轴

泵

泵谐波

• 仅测量轴承

• 叶轮安装在延长电机轴上——泵上无轴承

• 无泵数据(仅电机数据)——仍然可看到泵轮叶的4X和8X尖峰

皮带传动机器(变速箱机器与之类似)

测量2个电机轴承及2个泵轴承；小型机器 => 仅1个电机和1个泵位置

电机数据位置2

1 XM 轴

1XM 谐波

• 轴的速度不同(1:1:1)

• 1XP = 1.1 XM

• 比较电机和泵的数据

1 XP 轴

泵数据位置3 1XP 谐波

泵谐波

泵

注：

y电机和泵数据上均出现1XM和1XP谐波(振动通过底座传递)

y两个位置的频率范围相同 => 可将两个位置的数据重叠并进行比较

y电机数据中存在较强的电机谐波，电机数据中存在较强的泵谐波

y泵振动(4个轮叶)发声发生在泵轴上=> 4 X 1.1 = 4.4X; 8 X 1.1 = 8.8X。

关于不同机器类型的设置信息，请参考Fluke 810振动诊断仪培训资料。