机械设备典型故障的振动特性.ppt

,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。,振动频谱中存在哪些频谱分量？ 每条频谱分量的幅值多大？ 这些频谱分量彼此之间存在什么关系？ 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？ 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,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 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3050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 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)。 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5002KHz 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2X、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10X20X）。 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