振动检测分析基本概念知识

1、振动监测分析基础振动监测分析基础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工厂维修的作用 部件故障:轴承故障风机叶片断裂接手卡死等等减少故障:平衡和对中机器改进维修方式清洁润滑减少影响：日程计划维修避免“二次损坏”节省 $维修方式维修方式事后维修 任事故发生也叫“故障维修”常见的方式 (即使在今天)可接受的运行成本缺点:二次损害 (10X$)高停产时间高备件库存安全考虑 预防维修 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

2、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 “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.现实的调查! 预测维修:

3、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?%15%10%5%10%15%OilUltrasonicsSteam TrapMotor CurrentInfrared Thermography45%Vibration Analysis应用各种维修技术对总维修改进的比重振动分析振动分析 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. 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 什么是

4、振动?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. 叶片磨损轴承故障松动不平衡不对中振动信号 The fan rotates five times every second.Add weight which creates an unbalance force. One second of time什么是 频率? Hertz = Hz = Cycles per secondRPM = Revolutions per minuteCPM = Cycles per minuteCPM = RPM = Hz x 60Fan speed = 5 Hz o

5、r 300 RPM Period = 1/FrequencyFan 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/s

6、ec or mm/sec加速度: Gx振幅振幅 (Amplitude) 偏离平衡位置的最大值，记作A。描述振动的规模。圆频率圆频率 (Angular frequency) 描述振动的快慢，记作 ,单位为弧度/秒。 频率频率 f = /2 为每秒钟的振动次数，单位为次/秒(Hz)。 周期周期 T = 1/f = 2/ 为每振动一次所需的时间，单位为秒。初相角初相角 (Initial phase) 描述振动在起始瞬间的状态，记作。简谐振动三要素振动位移、速度、加速度之间的关系 振动位移 (Displacement)d=A sint速度速度 (Velocity)v=A sin(t+/2)加速度加速度

7、 (Acceleration) a=A sin(t+)l 位移、速度、加速度都是同频率的简谐波。l 三者的幅值依次为A、A、A 2。l 相位关系：加速度领先速度90; 速度领先位移90。dvadva振动幅值检测类型和单位 位移：PkPk- -PkPk (um) 适合于低频范围 速度: RmsRms, PkPk (mm/s)适合于中频段 加速度: PkPk (g) 适合于高频段增加另一个振源 The rubs introduces a new source of vibration. New vibration = 10 x 8 = 80 HzRubImbalance什么是 频谱?频谱FFT5

8、Hz5 Hz = 300 RPM10 Hz = 600 RPMFFT10 Hz一个更复杂的频谱RubImbalanceFFT10 Hz80 Hz600 CPM4,800 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”.分辨率 数据采集器对传感器电信号采样采样速率, 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记录振动信号记录振动信号 段段.段的段的边缘必须平滑边缘必须平滑，避免避免 频频谱泄漏谱泄漏.窗函数窗函数 用于平滑段边缘用于平滑段边缘. 常常见的窗函数是见的窗函数是 Hanning 窗窗.其他其他: Hamming, Fl

9、at top, Rectangular.平均每次频谱测量有变化每次频谱测量有变化.如如 瞬态瞬态, 机器状态变化机器状态变化, 噪声噪声.平均可抑止平均可抑止这些干扰这些干扰 ，给出更，给出更好的机器实际状态图像好的机器实际状态图像触发类型, 叠加 被测信号被测信号.Our 4 samples for averaging.Our 4 samples for averaging.Our 4 samples for averaging.4 次次平均采样平均采样.如何选择这些如何选择这些点点?触发类型, 叠加 Without a tachometer input, the unit starts a

10、t an arbitrarily point and records enough data for the number of averages to be taken.The window zeroes the end values, allowing overlap of the regions to reduce sample time.触发类型, 无键相叠加50% 叠加最常用叠加最常用.66.7% 是最优值是最优值.触发类型, 有键相叠加有有 键相键相 , 脉冲指示轴位于参考位置时脉冲指示轴位于参考位置时开始采样开始采样.tacho pulse4大振动问题 不平衡不对中松动轴承问题不

11、平衡 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 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

12、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 传感器安装在哪里?安装非常重要 “重复性” 是关键源于轴承良好的 “机械传递通道”安装传感器 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

13、荷 重复性实际上，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 如何监测?February 25March 17April 26一般每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 测点周期 振动参数：位移，速度，加速度 加速度加速度 用于测量高用于测量高频频:轴承频率轴承频率速度速度 覆盖较宽频率范围覆盖较宽频率范围位移位移用于测量低频用于测量低频: 低低RPM单个 rms 值读数可提供有用信息振动水平趋势Aux Comp C7 - Mntg Base #1 - Vertical - Overall TrendVelocity12/06/1998 1:28:2

14、010/07/1998 1:32:3214/08/1998 1:23:5311/09/1998 1:25:20mm/s rms00.511.522.533.544.5Velocity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.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ISO10861-3TA经验准则证实的方法如何有效设定报警的方法，解决预测维修两方面的任务 机器是否有问题？ 问题的根源和严重程度Technical Associates of Ch

15、arlotte James E. Berry, 25 年振动分析经验它指导如何对一般过程和辅助设备的振动测量数据设置频带和峰值速度谱报警 证实的方法已成功地应用于各种设备泵、风机、冷却机、球磨机、机床传动、高速离心空压机、中速轧机传动等 证实的方法没有经验或没有历史数据的用户可在做基线（初次）测量之前对工厂的成百台设备设置有效的频带报警；有经验的用户虽然工厂可能对大量设备采集了数年的数据，但是由于不知道如何合理设置而从未实用过频带报警，他们可首次设置频带报警；富有经验的用户已经使用了频带报警，现在可以与基于统计的标准进行比较， 评价期现有设置的有效性证实的方法两种频带报警 绝对门限 频带能量六

16、段频率 1%Fmax to Fmax 不重合不适用 往复或螺杆压缩机，发动机，气体透平，大型透平发电机组，励磁机，粉碎机等用户化设定证实的方法Case A:一般机器，滚动轴承，无叶片 电机，主轴，齿轮箱低频测量 Fmax: 40 xRPM, 50 xRPM(锥，球轴承) 监测轴承第二阶段 Band1: RPM （90） Band2: 2x;（40） Band3: 3x Band4: 轴承特征 Band5&6: 轴承谐频和固有频率证实的方法Case B: 一般机器，滑动轴承，无叶片 Fmax: 20 x Band1:亚同步频带(油膜涡动等) Band2,3,4: 1x,2x,3x Band5:

17、4x-10 x Bnad6: 10.5x-Fmax证实的方法Case C:齿轮箱高频测量，已知齿数 两组测量：低频&高频 Fmax: 3.25xRPM, 1600/3200线 传感器频率范围和共振区Case D:齿轮箱高频测量，未知齿数 Fmax；200 xRPM 已知输入/输出转速，速比证实的方法Case E: 电动机转子条通过频率测点RBPF 1xRBPF,2x; 边带：2FL,2x滑差 电动机非驱动端,H Fmax：6000Hz Band1-6: 500-6000Hz等分 一般电动机转子条：3590根 1600线，平均8-16次 传感器安装证实的方法Case F 电动机200Hz测点 驱动端