典型机器故障振动特征分析泵和电机

1、会计学1典型机器故障振动特征分析泵和电机典型机器故障振动特征分析泵和电机 见波德图，它表示在三个区域(A、B和C) 中转子是如何响应的，它们表示转子重点(实际不平衡位置)相对于其高点(转子最大挠曲点)奇特的相互关系。在A区域中，刚性控制动态阻力，重点与轻点之间有点相位差。即，如果能在A区域内用百分表测量转子的位移，在轴每转一转中用百分表测量时，可以看到几乎在通过重点的瞬间位移最大。在A区域内，不平衡振动响应也随着转速的平方增大(转速升高3倍，将导致振动位移增大9倍)。 当转子转速升高，进入B区域时，阻尼使轴振动高点滞后于轴的重点一定的角度。当转子接近第一阶临界转速，发生共振的时刻，重点超前高点

2、90度。当发生共振时，限制无限大振动响应的唯一参数就是阻尼值。 当转子通过振动幅值放大区域，进入C区时，相位滞后继续急剧变化，最后在完全通过共振时接近180度。这时，意味着高点(转子挠曲最大点)实际上滞后于重点18O度。在C区域内，动态阻力主要由质量控制，弹簧刚度或者阻尼几乎没有施加阻力，转子系统几乎成为纯的质量响应。注意，在C区域内远离第一阶临界转速处(并远在第二阶临界转速区域之前)，即使离心力(Fc)继续随转速的平方增加，而振动位移几乎不变。其原因就是质量与加速度的乘积(m2，=2f60)控制着c区域内的振动阻力。因此，即使离心力随转速平方增大，振动的动力阻力似乎也随转速的平方增大，抵消离

3、心力，最终导致振动位移接近常数。 1高度定向的振动 在正交的三个方向上，如果发生共振，通常共振方向的振动比其它正交的两个方向的振动大5到15倍。现在许多专家诊断软件系统利用这一事实查找可能的共振。这也就是为什么在定期的预测维修巡检中要在每个轴承的所有三个方向测量振动的重要性。 2共振测量方向的相位特性 共振特性表明，在机器共振方向，相位随转速变化很大，因为在自振频率处相位将变化90度，完全通过共振时相位几乎变化180度，其与存在的阻尼值有关。另一方面，同时，非共振测量方向相位的变化可能很小，因为它们未经受自振频率共振。 3与共振测量方向垂直方向的相位差 如果一个径向方向共振，振动传感器转过90

4、度测量其他方向的振动时，相位差将接近或0度或180度， 不像在不平衡占优势的情况中那样，相位差约90度。即，如果水平方向共振，则水平方向相位与垂直方向相位，或是相等或是相差约18O度。这是由于在自振频率处运转时引入另外附加的90度相位变化之故。在任何一种情况下，水平与垂直方向相位差0度或180度代表共振高度定向的振动特性(或者偏心)。 4出现共振时的频率 共振不仅发生在1X转速频率。它可以是对与自振频率一致的任何强迫振动频率的响应。这些情况下，比较某个方向某个频率的振动幅值和其他两个正交方向的相同频率的振动幅值很有用。如果共振，这个频率应该比这三个方向之一的任何振动频率更高。这个频率可能是4X

5、、5X、或6X转速频率处的振动尖峰(或者甚至更高频率)，这些频率也可能是叶片通过频率(BPF)，轴承故障频率，齿轮啮合频率(GMF)，或者甚至机器松动状态的振动频率。请记住，共振频率幅值=静振幅放大因子Q。 5共振体过大的振动 不仅必须研究机器转子(旋转件)的共振，还应研究激起支承框架，基础甚至连接管道的自振频率。疲劳故障经常发生在连接框架或管道上，这是因为它们对来自机器的强迫振动频率发生共振。解决问题的方法一般是，降低机器中强迫振动频率源；把共振框架体与机器隔离；改变转子转速或者改变框架体本身的自振频率。 a改变刚性 增强轴承座或框架的刚性，夹紧地脚，消除加垫引起的变形或采用减小轴承间隙有时

6、可解决共振问题(这些措施将通过影响刚性，从而影响自振频率)。 b增加或减掉重量(质量) 虽然改变刚性通常比较简单和便宜，但是增加或减掉重量似乎可以改变自振频率。然而，指示这种效果只是局部共振时才出现，这是很重要的。 c采取隔振措施 由于外部设备的振动激起机器的一个自振频率强迫该机器共振时，隔振可能很有效。例如，恰当设计的1780转/分转速下运转的泵，有一个750转分的自振频率，如果附近有一台以75O转分转速运转的大风机不平衡，则该泵可能出现共振问题。这种情况下，必须或是把泵与风机隔离，动平衡风机，或者把泵本身与地板隔离。 e安装调谐阻尼器(振动减振器)： 在其他技术措施无法实施或者不能有效把振

7、动降到可接受的水平时，有时可以安装调谐阻尼器。然而，这种调谐阻尼器只有在只有一个占优势的频率引起过大的振动，并且这个频率就是安装调谐阻尼器的部件的自振频率的情况下才有效。这种情况下，调谐阻尼器可以设计成其自振频率等于故障频率，并且与共振的振动响应相位差180度，它将有效地“抵消掉”有故障的自振频率。 f精确的动平衡： 因为共振幅值等于强迫振动幅值放大因子，利用减小强迫振动源(例如，不平衡)还是可以减小共振幅值。在这种情况下，如果通过动平衡处理，可以明显减小动平衡强迫振动幅值，即使处于共振时，其共振振幅可以减小到可以接受的程度。 油膜压力分布 偏心距和姿态角 滑动轴承的一个关键项目：稳定性 偏心

8、距和姿态角是轴承稳定性的关键指示 偏心距：轴承与轴颈中心线之间的距离。 姿态角：中心连线与施加的负载向量之间 的夹角。起动后油膜涡动(9200至12000转/分发生油膜拍打) 由右图所示，随着转子转速的提高，油膜涡动的频率也提高，两者保持一个近乎不变的恒定比例，即约为0.5。但是当转子回转频率约为该转子一阶临界转速的两倍时，随着转子转速的提高，涡动频率将保持不变，而且等于该转子一阶临界转速。这时油膜涡动变为油膜振荡。此时引起过大的振动，油膜可能不再具有支承能力。振荡转速实际将“锁定”在转子临界转速，这是一种可导致灾难性破坏的因有的不稳定的振动。 流体机械包括泵，风机，透平，真空泵等等各种类型机

9、器，因为它们的叶轮对它们处理的流体(液体或气体)作功，它们都固有地产生水力学力和气动力。 通常，用如下方程计算流体动力激振所产生的叶片通过频率： 叶片通过频率=BPF=叶片数目叶轮的转速(转分或赫兹) 当叶片通过静止件附近(诸如扩压叶片或出口涡壳)时，叶片每次承载或卸载的压力变化或脉动产生这些力。即，如果一个人站在空间某固定点，观察6片叶片的泵叶轮，叶轮每转一转，他将感觉到6个扰动力脉冲。 1如果叶轮中心与其壳体中心不重合，并与扩压器未恰当对准，则将产生叶片通过频率及其谐波频率的明显振动。例如，如果叶轮与扩压器叶片之间的一边间隙为025英寸(6.35毫米)，而另一边间隙为0.50英寸(12.7

10、毫米)，则将产生一系列完整的叶片通过频率，振动幅值很大。除非有特殊设计要求(如在某些类型泵和风机中)，整个圆周的所有间隙都应该相等。 2确保叶片通过频率或叶片通过频率谐波频率都与转子或支承结构的自振频率不重合。否则，可能产生过大振动。 一个例子：从下面图中看到，14310转分(16X转速频率)的叶片通过频率振动，在两次监测之间从0.010英寸秒(0.254毫米秒)明显增大到0.100英寸秒(2.54毫米秒)，然后，由于扩压器焊接损坏，导致在下次监测时再次倍增到0.193英寸秒(4.9022毫米秒)。 由于扩压器叶片损坏(16片叶片的风机) 造成的大的叶片通过频率振动 装备旋转叶片和静止扩压器叶

11、片的离心式机器，有时可产生另一种频率，这种频率称为叶片比频率 (BRF)叶片比频率(BRF)与旋转叶片和静止叶片彼此相重合的倍数和比率有关。当旋转叶片和静止叶片相处重合时，由于在旋转叶片与静止叶片之间流体(气体或液体)的压缩可能会出现明显的脉冲。在某瞬时，两组或更多组叶片同时重合所产生的脉冲，要比只有一组旋转叶片和静止叶片彼此成一线(重合)所产生的脉冲大得多。这就是为什么旋转叶片数和扩压器叶片数彼此有公约数不是好主意。 叶片比频率(BRF)为： BRF=(叶轮叶片数目)(扩压器叶片数目)(转速)K 式中：BRF=叶片比频率(转分或赫兹) K=叶轮叶片数目和扩压器叶片数目的最大公约数。 例如，如

12、果某机器叶轮叶片有18个和扩压器叶片有24个，则K等于6，所以： BRF=1824转速6=72转速 因此，这个例子中，叶片比频率BRF(72转速频率)比叶片通过频率BPF(18转速频率)高4倍。并且，如同以上所指出，这台机器由于一组以上旋转叶片和静止叶片彼此重合(这个例子中，6个叶轮叶片在0度，60度，120度，180度，240度和300角度处)直接对准扩压器叶片，所以将产生更大的脉冲，导致明显的叶片比频率(BRF)脉冲。如果该机器叶轮叶片数为17，扩压器叶片数为25，则没有一个瞬间会有一组以上叶轮叶片与扩压器叶片彼此对准，因此，该机器的振动将较小。 气蚀是离心泵常见的故障，它对泵内部零件有十

13、分大的破坏力。有连续气蚀的泵，往往使叶轮产生严重的凹坑或冲刷腐蚀。有些情况下，气蚀可以把叶轮叶片完全冲刷腐蚀光。 泵在过高的流量能力或过低的进口压力下工作时，往往会发生气蚀。主要是因为泵缺乏流体，当进入泵的流体试图填充存在的凹坑处时，进入泵的流体被”气化”，这就形成了接近完全真空的凹坑，这种接近完全真空的凹坑很容易崩溃或爆破。如果出现这种现象，那么这些爆破就产生冲击，激起叶轮及附近零件的局部自振频率。因为这些爆破可以在整个泵或连续的管道内随机出现，所以振动的幅值和频率两者都非常随机。 1指示气蚀的经典的频谱往往在约20000转分到约120000转分（300Hz到2000Hz）范围内，是随机的宽

14、带能量谱。可以像没有离散的频率分量的“白噪声”那样出现，或者时常伴有叶片通过频率。即，有时与随机的高频振动一起出现叶片通过频率及若干谐波频率。 2气蚀往往产生奇特的噪声，温和的气蚀发出的声音通常像泵压砂子的声音，而较严重的气蚀实际发出的声音像卵石通过泵的声音。 供水泵中气蚀 在泵中，回流恰好与气蚀相反，泵在太小流量能力或太高进口压力下工作时，可能会出现回流。出现回流时，一部分流体从出口返回到叶轮，当泵试图让过多的流体通过泵时。这就引起反向流动，导致两部分或更多流体反方向流动，产生振动和噪声。 回流呈现如下特征： 1回流产生非常类似于气蚀引起的频谱。即，往往有随机的，高频振动，有时还叠加叶片通过

15、频率。 2与气蚀不一样，回流不会引起泵零件的磨损或者冲刷腐蚀。然而，如果振动过大，可能损坏轴承，摩擦环，阀门和其他相关的零件。 通过泵，风机，压缩机或真空泵正常流动的液体或气体受到某些干扰或阻止时，出现紊流。管道中的妨碍物，急剧的直角转向，直径的急变等都可引起这些流体扰动而出现紊流。这一故障的修正，包括拆去妨碍物。如果管道存在太急的直角转弯，则应插入转向叶片，在必须减小管道截面的地方提供较长的，逐步变化的直径。 紊流故障呈现如下特征： 1虽然紊流可能产生随机的，高频振动，通常它也将引起低于1X转速频率的随机的低频振动。在风机中，某参考文献报道，紊流将产生集中在约50转分到2000转分频率范围内

16、的随机的，低频振动，它代表该机器结构和管道的自振频率。在泵中，水力学不稳定，摩擦环有故障，密封有故障，或平衡盘或平衡鼓有问题时，将激起从0.55X转速频率到0.78X转速频率的范围内的振动成分。 2紊流振动的频率和幅值都是不规律的，有时是宽广的脉冲。 3紊流产生的噪声有时将非常大，虽然伴随大噪声，机器本身的振动相对较小。其原因是紊流状态本身在机器外面。振动显示这台风机是紊流流动 高速离心式和轴流式压缩机较重要的故障之一就是喘振。发生喘振的压缩机典型地都是在设计极限值以外工作。当相对于某具体工作转速的设计状态下，出口压力太高或者流量太低时，会发生喘振。发生喘振时，压缩机中气流实际上反向流动。只是

17、局部喘振时，这种反向流动可能只出现在叶轮叶片的边界层处。然而，发展到完全喘振时，整个流体的流动将反向，流体从出口向进口流动。由于喘振会导致广泛的破坏，所以必须防止压缩机喘振。 喘振呈现如下特征：喘振呈现如下特征： 1局部喘振引起明显的叶片通过频率及其谐波频率振动，在仅几秒钟就明显增大。这种叶片通过频率振动幅值可能倍增或者甚至增大2倍。 2完全发展的喘振，往往将把整个频谱抬高。即，将抬高频谱的整个”噪声地平”，产生大幅值随机响应，覆盖宽频范围。这是压缩机内紊流造成的，它激起包括叶轮的轮盘，转子叶片，扩压器叶片，壳体，轴，齿轮，和其他零部件的一系列自振频率。如果不采取措施消除喘振，喘振可能在短时间

18、内使压缩机破坏。 阻塞(有时称为“石墙”)本质上与压缩机中喘振相反。出口压力太低，造成扩压器段内流速太高时出现阻塞。这种流动速度接近马赫数1时，将在扩压器叶片之间出现紊流，它有阻塞流体流动的作用。出现这种现象时，不仅由于紊流造成的振动增大，而且，压缩机的效率和压缩比也将明显下降。 阻塞的频谱特征，本质上与喘振的频谱相同。因此，为了区分正在发生的故障是什么故障，必须检查诸如压力，质量流量等其他工作参数。 我们或许有这样的体会，在定子或转子有故障的交流感应电动机旁，常常可以发现声学拍频。这种情况下，转速频率的谐波频率常发生在靠近电源频率两倍的频率处，引起拍振。 例如，如果一台3，580转分的电动机

19、存在转子偏心故障，它引起7,200转分的大的振动幅值，其转速频率的两倍为7.160转分，它将与7200转分的2X电源频率形成拍振，将产生4 0转分的拍频。 图中演示了拍频产生的现象。这里，两个时域波形，每一个都相应于自己的频率，示于该图的上部。注意，这两个时域波形略有差别，即这两个频率略有差别。然而，两个时域波形的尖峰，周期地同时彼此同相位进入。在这一点处，它们有效地彼此相加，形成最大幅值，如在下面的图中拍频时域波形本身所见。再回到上面的图形中，在另外一些时刻，这两个频率的时域波形相位差180度，彼此有效地抵消。直接看下面的图中这一点，发现这里的幅值几乎为零。因此，这就解释了为什么人们会感觉到

20、和听到波动的噪声和振动。注意，下面的时域波形，事实上是这两个频率产生的拍频。如同图中所见，这个拍频(FB)事实上就是这两个频率的频率差(F1F2)。图 NO1拉丝框架的主传动 上图说明了一台真实机器的拍振。该齿轮箱的输出是一根长的传动轴。注意，从驱动电动机输入到齿轮箱的转速为1477转分，其到传动轴的输出之一转速为1393转分(输入，输出转速之差仅为84转分)。在较宽频率刻度下看时，这两个单独的尖峰合并成一个，振动幅值显示出它们较大的波动。拍频为84转分，它们是较高的驱动电机转速与较低的传动轴转速两者之差。由于拍振，传动轴和电动机转速频率 拍频本身未必成为问题。然而，人们想要平衡机器之一，例如

21、，他发现动平衡非常困难，尤其是如果想用频闪灯完成此工作。如果涉及拍频，频闪的虚象将连续以拍频本身旋转。因为测量不到相位，所以变为不可能用任何类型动平衡进行平衡。 另一种情况，两台单独运转的机器，可能都在振动烈度标准内。然而，当两者一起运转时，结果是两台机器都超过报警限。这种情况下，一种解决办法是，改变其中一台机器的转速，或者改变两台机器的转速，这样它们便不再拍振了。另一种解决办法是，在机器之一或两者下面放置隔振材料，保持彼此的振动不受影响。通常，为了阻止拍振，明显的强迫频率彼此至少保持离开10，这时频率差超过150到200转分时，拍频就已不成为问题。 在过去的几年中，已有效地研究开发了电动机电

22、流分析技术，现在这种技术已成为评定感应电动机状态的振动分析的强有力的支持技术。现在，当人们在对关键电动机是否能继续运转作决定时，除了振动分析外有了另一种工具，它不仅可证实存在故障问题，还可评定这些故障问题的严重程度。此外，振动分析和电动机电流分析技术组合起来还可指出故障的原因及为了解决故障问题需采取哪些修正措施。 应该指出，一些厂商对数千台电动机在各种型号，尺寸，配置和负荷下验证后，已开发出有效的专家诊断软件。 经验表明，在用电动机电流分析或振动分析评定电动机故障时，纯的机械故障可能使电动机呈现为有明显的电气故障问题(例如，严重不对中的轴可在振动分析的电动机电流分析中产生转子与定子之间变化的气

23、隙的效果)。因此，这些试验指出存在电气故障问题时，在把电动机送出去之前，总应该首先进行详细的振动分析，检查是否存在机械故障问题，以免潜在的费钱的，不必要的电气修理。首先应修正这些机械故障问题(不平衡，不对中，轴弯曲等)。然后，重新进行电动机电流分析和振动分析，评定在解决了机械问题后电动机的电气状态 用振动分析可以检测的某些故障问题包括： 1定子偏心，短路的铁芯片和松动的铁芯； 2偏心的转子(可变的气隙)； 3转子故障(断的或裂的转子条或短路环，短路的转子铁芯片，松动的转子条等)； 4转子的不均匀的局部受热造成的转子热弯曲； 5由于松动的或断开的接头造成的电气相位问题； 6同步电机的故障； 7直

24、流电动机的故障； 8扭转脉冲故障。 图12.1交流感应电动机及其定子、转子、转子条、气隙和磁场示意图 图12.2 包括转子条、短路环和转子铁芯片的转子立体图 首先，如果怀疑电气故障问题，那么应该在电动机满负荷下进行评定电气状态的诊断试验，这一点很重要。尤其是由于按照有关参考文献，我们知道电磁力本身随定子电流的平方变化而变化的。证明有电气故障问题的电动机，往往在单独”运转(与被驱的机器不连接)，或者诸如空气压缩机的机器处于空载运转时，不产生表示故障症兆的振动特征信号。机器承载时，便出现明确的症兆，尤其处在或接近1 0 0负荷时。当然，这与电磁产生的力与拖动电流关系那么密切有关。 第二所有检测的电

25、气故障问题，大部分都是在2X电源频率f(也称为同步频率)处高于正常幅值。在美国，电源频率定为60赫兹，而在欧洲和中国，电源频率定为50赫兹。因此，对于美国，检测电气故障问题时，比较重要的频率就是120赫兹(或者7200转分)；对于中国欧洲，则应该为100赫兹。图12.3 转子与定子之间不均匀的气隙 为什么电气故障问题通常包含两倍电源频率?而不是电源频率的基频?参见图12.3 ，在定子磁场3600转分的一转过程中，朝向最靠近的极的磁拉力，从零上升到最大在偏心转子中发生两次。因为磁场本身以3600转分转速旋转，磁拉力在每分种内达到最大7200次(或者7,200转分)。 观察这一点的另一种方法是，因

26、为转子的靠近侧首先被吸引到北极，然后被吸引到南极，力本身将以2 X磁场相对于偏心的频率变化。因此，当转子与定子不同心时(或者由于偏心的转子或者由于偏心的定子)，它总是将影响7200转分的振动。图1 24表示间隙本身保持在同一角向位置的静止的气隙问题与由偏心转子引起的旋转的气隙问题之间的差别。图12.4.静止的和旋转的气隙的变化 图表示间隙本身保持在同一角向位置的静止的气隙问题与由偏心转子引起的旋转的气隙问题之间的差别。若干关键术语： (a)FL=电源频率(在美国；FL=60赫兹=3600转分；在中国和欧洲，FL=50赫兹) (b)Ns=120FLP 式中：Ns=无滑差的同步转速(转分) P=极

27、的数目 (c)Fs=Ns-RPM 式中：Fs=滑差频率(转分) (d)Fp=(极的数目)*(滑差频率) 式中：Fp=极通过频率 =表示存在许多电气故障问题的一个关键边带频率 =2Fs对于两极，标称3600转分电动机 =4Fs对于四极，标称1800转分电动机 =6Fs对于六极，标称1200转分电动机各种极数目的同步转速(转分) 极的数目 同步转速（美国） 同步转速（中国） 2 3600 3000 4 1800 1500 6 1200 1000 8 900 750 10 720 600 12 600 500(e)RBPF=转子条数目X转速 式中：RBPF=转子条通过频率(f)气隙=电动机的转子与定

28、子之间的间隙(g)磁中心=转子磁场和定子磁场相平衡及转子被驱动的点图12.5指示定子故障问题的细化谱 图125表示一条指示定子故障问题的典型的频谱。注意在2X电源频率(2FL)处的0.134英寸秒(34036毫米秒)较高振动。应该指出，在用大多数分析仪和数据采集器时，必须采用非常高的频率分辩力，以将2X电源频率与电动机转速频率的谐波频率分离开来(在两极这是很重要的。对于所选择的大多数频率范围，在2X转速频率和2FL频率处，分析仪将不显示两个单独的频率；而在所谓的“7200转分”处只显示一个频率(取决于所选择的最高频率)。这些情况下，必须或是增加FFT的谱线数目，或是在“7200转分附近作”细化

29、谱“，如图12.5所示，以便把2FL与转速频率的谐波分离开来。用振动分析可检测的定子故障问题包括： 1定子偏心(偏心的定子在转子与定子之间产生一个静止的不动气隙)； 2短路的铁芯片(铁芯片层的绝缘问题，它可以引起局部发热)； 3松动的铁芯(定子中任何松动或弱点)；这些故障问题呈现如下特征：1所有这些定子故障都产生2X电源频率的大振动。然而，它们未必产生极通过频率边带，因为它的源在定子内，因此它们不被转速频率或者滑差频率调制。在图1 27的细化谱指示了一种严重的电气故障。注意，在7200转分(2FL)频率处出现0.228英寸秒(5.7912毫米秒)高的幅值，而在2X转速频率处的幅值仅为0.004

30、4英寸秒(0.11176毫米秒)。还请注意，在2X电源频率附近没有任何极通过频率边带，这指示是定子故障。检查后，发现确实是定子偏心故障。图12.7表示定子内故障的细化谱(注意，不存在极通过频率边带) 2应该对在2X电源频率处振动超过O.050英寸秒(1.27毫米秒)的新电动机或返修过的电动机，或者在用的有定子故障的振动峰值达到0.100英寸秒(2.54毫米秒)的电动机进行分析。(这个准则一般适用于从50马力到 1000马力的电动机)。这个振动幅值专门适用于7200转分频率本身(2FL)的尖峰幅值。然而，如果电动机直接驱动精密机床的轴，则2FL的幅值必须更小，应该在0.025英寸秒(0.635毫

31、米秒)量级或更小。注：1马力相当于745.7瓦3定子偏心，在转子与定子之间产生一个静止的不均匀的气隙，产生非常定向的振动，与最大气隙差有关。在转子与定子的最小气隙处出现最大电磁力。因此，电磁力本身每转一转从最小到最大产生电源频率两倍(7200转分)的振动。 4对于交流感应电动机，气隙差不应该超过5；对于同步电动机，不超过10。如果两倍电源频率(2FL)处振动额外增大，则应在定子和转子上分别作一个点标记，检查电动机(如果物理上可以检查的话)。然后，在定子与转子的作点标记对准的情况下，测量气隙，每转动转子45度，测量定子作点标记处的气隙。如果气隙变化超过的5，则气隙差是由于偏心的转子造成的。下一步

32、是再每转动转子45度，测量转子作点标记处的气隙，如果这个气隙变化超过5，则说明是偏心的定子。 5松动的铁芯是由于定子支承刚性局部减弱或者松动造成的。 6短路的定子铁芯片可引起不均匀的，局部发热，它实际上使定子畸变，引起定子偏心故障。这就产生热弯曲，热弯曲可随着运转时间延长明显增大，有时会引起定子与转子相接触，这是灾难性的。 在偏心的转子情况中，转子本身与其中心线不同心, 因此，偏心的转子在转子与定子之间产生不均匀的气隙，这个不均匀的气隙与转子一起旋转(与偏心的定子情况中静止的气隙正相反)。短路的铁芯片导致局部发热，引起转子弯曲或者简单的径向跳动的转子可以引起偏心的转子。图12.4 1偏心的转子

33、往往在电源频率两倍(2FL)处产生大的振动，并且伴有极通过频率(Fp=极数B*滑差频率)的边带。即，对于两极，3600转分电动机，边带将是两倍滑差频率，对于四极电动机，边带将是4X滑差频率。图12.9细化谱表示在7200转分频率处0.186英寸秒(4.2164毫米秒)振动，以及很清楚地指示偏心的转子故障的极通过频率边带。图12.9指示偏心的转子故障的细化谱 2对于如下情况的电动机应给予研究分析，即对于新的或修理过的电动机，两倍电源频率振动超过0.050英寸/秒(1.27毫米/秒)，或者在用的通用型电动机两倍电源频率处振动超过0.100英寸秒(2.54毫米秒)。如果用于精密机床心轴，则两倍电源频

34、率(2FL)处允许振动仅为0.025英寸，秒(O.635毫米秒)。这适用于从约50马力到1000马力的大多数交流感应电动机。应该讲清楚，这个幅值专门适用于2X电源频率本身的振动，这一点很重要。 3为了在整个圆周上，转子与定子之间的气隙都在公差范围内，偏心的转子可能需要调整轴承座本身或者机加工转子轴颈。 4在预测维修程序中，在两倍电源频率(2FL)两侧极通过频率边带说明偏心的转子时，在以后的定期监测中，应该仔细进行趋势分析。例如，当两倍电源频率(2FL)振动超过约0.100英寸秒(2.54毫米秒)时，则应该在以后的监测中仔细进行趋势分析，如果两倍电源频率(2FL)振动幅值明显增大，并且边带幅值也

35、明显增大，尤其是在两倍电源频率(2FL)频率(通常为7200转分)的左侧和右侧出现更多边带时，则应给予更密切的注意。另一方面，如果在7,200转分频率及其边带的振动幅值在若干次监测中保持稳定，则该电动机可能不会进一步损坏，即使在7200转分频率处振动幅值高达0.175英寸秒(4.445毫米秒)。这些情况下，继续作趋势分析是满意的。然而，电动机本身的寿命可能会缩短。 5注意，有偏心的转子的电动机，当温度升高时，往往会经历愈来愈大的振动。例如，当这样的电动机第一次启动时，振动可能仅为0.10英寸/秒(2.54毫米秒)。然后，运转10分钟后，振动可能增加到例如0.14英寸秒(3.556毫米秒)。20

36、分钟后，振动可能继续增大到约0.18英寸秒(4.572毫米/秒)。最后，30分钟后，振动可能达0.25英寸秒(6.35毫米秒)或更大。这可能是转子上一侧相对于另一侧不均匀的发热引起的。如果不修正，转子弯曲足以使之与定子相摩擦，从而可能导致灾难性破坏。振动分析可检测的转子的故障包括：振动分析可检测的转子的故障包括： 1断的或裂的转子条或短路环； 2转子条与短路环之间坏的高阻接头； 3短路的转子铁芯片； 4松动的或脱开的，与端环未良好接触的转子条。以上这些转子故障呈现如下特征：以上这些转子故障呈现如下特征： 1.对于断、或裂的转子条的研究的关键区域是在1X转速频率两侧存在极通过频率边带(在两极电动

37、机中，这些边带将是2X滑差频率，而在四极电动机中，这些边带将是4X滑差频率)。图12.10到12.13表示有严重的转子故障的两极电动机的典型频谱。最初，3000转分宽带谱没有给出严重故障的暗示，似乎表示机械松动。因为特征是存在若干转速频率的谐波频率。然而，仔细研究后，图12.11到12.13揭示在1X，2X和3X转速频率的两侧分别存在一系列很清楚的极通过频率的边带。这些细化谱都指出，这是断、或裂的转子条，短路环故障或者短路的转子铁芯片故障。图12.10英格索兰公司CENTAC电动机的30000转分频谱(2H点) 图12.11表示多个极通过频率边带的1X转速频率附近细化(指示断的或裂的转子条或短

38、路环故障)图12.12为2X转速频率附近细化谱(这里还有极通过频率边带) 图12.13为3X转速频率附近的细化谱(注意，这里还有极通过频率边带) 2.如同图12.11到12.13细化谱所建议的那样，除了在1 X转速频率两侧存在极通过频率之外，断的或裂的转子条或高阻接头可能在转速频率的高次谐波频率，可包括第二，第三，第四和第五阶转速频率谐波频率的两侧产生极通过频率的边带。这种情况下，往往发现断的或裂一个以上的转子条，因为每转一转存在一个以上脉冲。图12.14表示在1 X，2X，3X，和4X转速频率两侧有多个极通过频率的频谱。这种情况下，工作转速为约1,176转分(意味着滑差频率=FS=24转分)

39、。这就是如图12.16细化谱所示。在lX转速频率到5X转速频率两侧有多个Fp边带的近似的频率间隔。后来，发现了这台电动机断裂了四根转子条。图12.14清楚地表示在1X转速频率到4X转速频率两侧极通过频率边带的对数幅值细化谱(在电动机上发现4根断裂的转子条) 3研究松动或脱开的转子条的关键频率区域是，在转子条通过频率RBPF(RBPF=转子条数目X转速)及其谐波频率等较高频率处的振动。 4这里，振动幅值在转子条通过频率(RBPF)或较高谐波频率(2RBPF或3RBPF)处超过约0.06英寸秒(1.524毫米秒)，应予以研究分析。此外，在转子条通过频率(RPBF)及其谐波频率两侧的边带间隔将是精确

40、的两倍电源频率(2FL)。转子条通过频率(RBPF)本身的幅值可能是可接受的，但是，如果把频率范围扩展到包括2XRBPF，则可能发现幅值是转子条通过频率(RBPF)基频处幅值的10倍或更高。图12.17以2X转子条通过频率检测到的严重的转子断条故障 例如，图1217表示证实有两条或更多条转子条脱开的一台电动机的频谱。这台电动机有57根转子条，转速为1793转分，RBPF的基频约为102200转分。图12.17宽带谱表明，在RBPF处的幅值仅约0.008英寸秒(0.2032毫米秒)。然而，在2XRBPF以外的情况完全不同。 图12.17细化谱表明，在204380转/分或者2XRBPF频率处过大的

41、0.340英寸秒(8.636毫米秒)振动(超过RBPF处幅值的28倍)。如果最高频率只能采集RPBF基频，则故障可能完全丢失掉。这里，关键的指示，是在2XRBPF频率(转子条通过频率的两倍)处的过大的振动幅值，并且还伴随着精确的7200转分(2FL)边带。 5在状态监测程序中，在每台电动机的监测路径中规定两个特殊测点来检测电动机故障是一个好主意。 a电动机低频监测点：Fmax=12000转分；3200条谱线；2次平均。这可让您分离2FL和电动机转速谐波频率处的真实的幅值。 b电动机的高频监测点：Fmax=360000转分；1600条谱线；8次平均。(对于两极以上的电动机，Fmax=240000

42、转分似乎足以拾取1X RBPF和2XRBPF(转子条通过频率RBPF)。这个高频测量可让您检测转子条通过频率RBPF及其谐波频率的潜在故障。寻找精确的2FL(通常为7200转分)间隔的差频，即使不知道转子条的数目。图12.18就是一个很好的例子。注意，在RBPF频率处的0.136英寸秒(3.4544毫米秒)的高幅值振动，它超过了“报警1”(0.060英寸秒(1.524毫米秒)和“报警2”(0.100英寸/秒)(2.54毫米秒)窄带报警包络线。还发现，在RBPF频率两侧的7200转/分(2FL)边带。如果必须采集两极电动机较高频率的数据，就应仔细固定传感器，并且采用超过360000转分(6000赫兹)的有效的频率响应。 经验表明，这些测量最好在水平方向上进行。记住，除了对每台电动机的标准的状态监测路径之外，还要测量这两种(低频和高频)频谱。然而，它们证明，在导致电动机灾难性损坏之前，检测潜在的明显的电气故障信息是极宝贵的。 图12.19表示可导致热弯曲的局部受热的转子。如果邻近的若干转子的铁芯片一起短路，转子会发生严重的不均匀局部受热。短路的铁芯片中明显的大