旋转设备的振动分析服务

28.01.2009PRÜFTECHNIKGroup–APortrait高修维修科技旋转设备的振动分析服务28.01.2009引起机器故障的原因80%的机器故障是由不对中和不平衡引起的。故障发生率轴承损坏气蚀密封件损坏连轴器损坏不良轴对中振动过大其他原因28.01.2009采集数据进行分析无数据采集－单次测量信息量有限－机器噪声很大时,很可能已经被严重损坏－高事故率－高维修费用－成功机会很小＋不需要过多的投入手动记录数据－需耗时绘制趋势曲线－高强度文书工作－可以提前发出警告－成功机会大－需要大量的投入使用数据采集器＋自动采集数据＋自动趋势分析＋可以提前发出警告＋成功机会大＋降低事故率＋减少维修费用28.01.2009什么是状态监测?噪声

!还有其它吗?温度

压力输出

转速相位

振动电机电流

油质壳体膨胀不均匀膨胀偏心度转子位置阀门开度监测参数标准机器

:涡流机器

:28.01.2009例2过滤器例1过滤器+已平均的时间信号检波器原始机器信号求非同步信号的平均值减弱临近机器的振动影响28.01.2009正确的测量位置(总览)28.01.2009轴向径向径向轴向测量位置–振动测量28.01.2009进行振动测量时传感器的安装方向占主导地位的信号方向往往显示了振动源的位置1.水平读数如果水平读数增长很快，那么可以怀疑由于以下原因出现转子不平衡－风机叶片折断－叶片上附带的灰尘脱落－配重物松动2.垂直读数如果垂直读数增长的最快，那么可以怀疑出现地基问题:－地脚松动－基座设计过薄－轴承间隙过大－油膜旋转滞后3.轴向读数如果轴向读数增长最快，那么可以怀疑－旋转轴未对中－齿轮损坏－机器安装松动－旋转轴弯曲28.01.2009正确测量位置选择的四条原则1.仅允许一种传导介质

2.信号传递路径应该尽可能的直接（例如：在轴承座外测量）3.信号传递路径尽可能的短4.在负载的方向进行测量！！总是在信号最强处进行测量28.01.2009测量振动28.01.2009ISO10816-328.01.2009离线式检测的测量间隔28.01.2009

80

40

0

-40

-80

v

mm/s

0

100

200

t(ms)

时域信号

新安装的机器AB可长期运行C可短期运行频率(Hz)mm/s趋势分析(Level1)mm/s时间报警警告预警Level1和Level2理念快速傅立叶变换FFT(Level2)28.01.2009频率(Hz)mm/s1kHz3kHz5kHz36kHz随机频率范围离散频率范围通过频率机器振动滚动轴承齿轮啮合频率1x2x3x叶片通过频率FFT频谱里的信息28.01.2009A

finHz

2倍谐频

3倍谐频

4倍谐频5倍谐频1倍谐频基频.f1

2f11倍频2倍频3倍频

4倍频

5倍频

3f1

4f1

5f1

左侧边带中心频率-5x-4x-3x-2x-1x1x2x3x4x5x右侧边带...-2xf2-f2f1+f2+2xf2....finHzA谐频带和边频带28.01.2009信号波形时域信号频谱实例典型信号形式b)矩形振动·

机械松动

x

Time

TA

f(Hz)

f

3xf

5xf

etc.

a)正弦波·不平衡x

TTimeA

f(Hz)

f

c)周期性的冲击脉冲x

Time

T

A

f(Hz)

f2xf

etc.

·

转子摩擦

d)

正弦波调制信号

Time

x

T2

T1

A

f(Hz)

-f2

f1

+f2

·

齿轮偏心

(普通问题)

21x

Time

T2

T1

A

f(Hz)

...-2xf2

-f2

f1

+f2

+2xf2

...

·

断齿/齿轮裂缝

(局部问题)

28.01.2009齿轮啮合问题

fz

f(Hz)

机器频谱:

a

mm/s²

fn1

fn2

z1

z2

2xfz

3xfz

4xfz

症状:可观察到fz

的谐频

·

齿轮啮合频率fz=fn1.Z1 =fn2.Z2·

fn1

:驱动轴的旋转频率

·Z,Z2:齿轮的齿数裂缝/断裂的齿

fn1

fn2

z1

z2

fz2xfz

3xfz

f(Hz)机器频谱a

mm/s²

症状:可观察到fn的边频

·

边频间的距离fn

是有问题齿轮（断齿）的基频

·

齿轮啮合频率fz

周围的边频上振动幅值较小

机器振动实例

228.01.2009机器振动实例

3地基问题

fn

nff(Hz)机器频谱:vmm/s

2xfn

3xfn

4xfn症状:可观察到fn

的谐频

·根本原因:共振或不稳定基频: fn=

·

RPM[Rev/min]60紊流s=9

fn

x=3

(例如:轴承固定架)

f(Hz)

机器频谱:fn

fBPF

x*

fBPF

v

mm/s

症状:叶片通过频率fBPF

·

叶片通过频率fBPF=fn.s·

·

s:叶片的数量

·

x:

干扰源的数量

更高阶次x*fBPF=fn.s.x28.01.2009机器振动实例

4共振a)机器频谱Vmm/sfn

f(Hz)c)停车测试中速度频谱的瀑布图共振vmm/sn(Rev/min)固有频率

f(Hz)

nf

2xfn

3xfn

fn

2xfn

3xfn

4xfn

5xfn

症状:可观察到fn

的谐频奇数倍频上振幅明显

基频: fn=

·

RPM[Rev/min]60b)停车测试的Bode图j(°)

相位变换180°

nRes.

ninRev/min

v

mm/s

nRes.

共振显著增加ninRev/min28.01.2009VIR>VRE>VOR>VRCfIR>fRE>fOR>fRC轴承间隙

接触

没有间隙

切断脉冲

滚珠进入承载区

承载区=测量区

v(fn)

Vc

Vb

F离心力,滚动体

Fdyn.,转子

Fstat,转子

加速度脉冲

滚珠离开承载区

振动

轴

外壳

实例:

轴承类型62222

C3

=

0.05mmgap

C3

赫兹

表面压力

滚动轴承工作时内部的力和运动28.01.2009滚动轨迹的损伤:时域信号:a

m/s2t(s)a

m/s2t(s)整流a

m/s2包络线t(s)包络包络谱:

a

m/s2

fRPOF

2·

3·

4·

f(Hz)故障频率fRPOFfRPOFfRPOF

(Hz)

·

fRPOF=

1TRPOF

包络谱分析–探测滚动轴承的损伤28.01.2009滚动轴承内外圈损伤外圈损伤:包络谱:am/s²

f(Hz)fRPOF2fRPOF

3fRPOF

4fRPOF

5fRPOF可清晰的观察到滚动体经过外圈频率fRPOF

和它的谐频··内圈损伤:f

2xfRPIFRPIF包络谱:am/s²f(Hz)可观察到滚动体经过内圈频率fRPIF和

很多以f为间隔的边频

·

·

28.01.2009PRÜFTECHNIKGroup–APortrait滚动轴承损伤

–转动体和保持架

转动体损伤:0.5·fRPF1.5·fRPFRPF2·fRPFfRPF3·f包络谱:am/s²f(Hz)

可观察到滚动体经过频率fRPF、谐频和以fCRF为间隔的边频

·

由于过小的轴承间隙或润滑不足，也能观察fRPF

·

当滚动体以fCRF周期性的经过负载区时

可观察到调制于转动频率的频谱

·

由于外圈脉冲比内圈脉冲等级高

总能观察到fRPF

的次谐频

·

可观察到基频调制频谱fCRF和其谐频

保持架损伤:包络谱:am/s²f(Hz)CRFf

2fCRF

CRF3f

4fCRF可观察到保持架频率fCRF和谐频

·

fCRF保持架旋转频率是保持架的故障频率

·

离开负载区时:滚动体加速滑过保持架损伤

·

进入负载区时:滚动体减速滑过保持架损伤

28.01.2009PRÜFTECHNIKGroup–APortraitProductiveMaintenanceTechnology动平衡28.01.2009静态和动态平衡1.静态平衡=单面动平衡

转速触发标记

配重mu

A

A

(B)

待平衡平面

测量平面

狭窄的叶轮,短轴

v

t

vA

vB

ABjA

»

jB

v

»

v

jA

»

jB

A

jA

0°

90°

180°

270°

(B)

jB

0°

90°

180°

270°

2.动态平衡=两面动平衡宽叶轮,长轴

B

A

A

B

jA

¹

jB

vA

¹

vB

v

t

vA

vB

jA

jB

力矩不平衡和静态不平衡

B

0°

90°

180°

270°

A

jB

0°

90°

180°

270°

jA

28.01.2009单面还是双面平衡?d1

d2

»

0.5

A

B

宽转动叶轮·

通常为内侧或外侧悬臂型转子·

通常为轴承间距离较长的长转轴

·

中型和大型机器

·

用于高流量且低压升的转动叶轮

B

A

d1

d2=0.66...0.85

Þ

通常能分割待平衡平面

窄转动叶轮:

·

通常为直接驱动或悬臂型外侧轴承

·

通常为轴承间距离较短的短转轴

·

用于低流量但高压升的转动叶轮

·

小型和中型机器

d1

d2

=0,2...0,3

BAÞ

通常较难分割待平衡平面

轴向叶轮:

轮毂比

内外径比径向叶轮:

轴向叶轮

d1

d2

径向叶轮

d1d2

d1

入口直径

d2

出口直径

d1

轮毂直径

d2

叶轮直径

V出口

=径向

V出口

=轴向

V

V

28.01.2009单平面平衡过程计算影响系数过程2a)较差的试配重

run[0+1(n+1)]:

n

n+1a

1)初始不平衡

(run0):

3a)评估较差的试配重

run[0+1(n+1)]:

n

n+1a

目标

Dm

2b)较好的试配重

run[0+1(n+1)]:

n

n+1b

3b)评估较好的试配重run

0+1(n+1):

n

n+1b

目标

Dm

n+1

Rule:

Þ

离开起始区域

Þ

优化平衡结果

n

旋转110度后计算结果4b)试配重结果

·

保留试配重块:

Þ

4a)试配重结果:

·

移走试配重块:

Þ

旋转110度后计算结果

n

动平衡结果

28.01.2009双面动平衡过程转子盘自由转动如果需要固定平衡块

初始不平衡

20mm/s

A

B

1st试配重

粗略,静态A,B

20mm/s

A

B

试配重

A,B

20mm/s

A

B

2nd试配重

粗略,动态A,B

20mm/s

A

B

3rd试配重

精确,动态A,B

20mm/s

A

B

D

C

B

A1.平衡前的准备工作

·

通振动频值测量依据ISO标准Þ和最大值

Þ

根据ISO10816评估

·

定义等级、夹角

·

输入数值

·

确定原因

确定不平衡方向2.检查振动是否真的由不平衡引起

f[Hz]

v

[mm/s]

t[s]

v

[mm/s]

fn

3.