常见故障频谱分析.pptx
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,常见故障频谱分析,2020年4月,目录,典型故障识别,1,二、典型频谱分析,2,三、案例介绍,3,2,一、典型故障识别,3,1X频以下:
轴承保持架、油膜涡动、紊流、低频响应1X-10X频:
不平衡,1X不对中,1X,2X轴弯曲,1X,2X松动,1X10X叶片通过频率,叶片数X工频大于10X频:
轴承故障(轴承内外圈,滚动体)齿轮故障气蚀(高频噪声,类似敲击声)题外:
传感器有探针,磁座,胶粘接,螺栓连接主要四种连接方式,接近振源原则(常用轴承说下),二、典型频谱分析,6,1、不平衡:
静不平衡/质量不平衡,特征:
径向1X波峰(垂直或水平方向上)。
如果机器失去平衡我们将得到频率等于转速的正弦时域波形,在转速频率(1X)处有一个高峰。
最简单的不平衡模型是将转动轴的重心简化到一个点。
这种不平衡称为静态不平衡,因为即使是在旋转体不旋转的情况下也能够表现出来,如果将其放在没有摩擦的轴承中间,重心位置将自动回转到最低位置。
静态不平衡将会在旋转轴的两个承载轴承上产生一个1X频率的作用力,作用于两个轴承上的作用力的方向总是相同。
从这两个轴承上采集到的振动信号同相。
一、不平衡,二、典型频谱分析,6,2、偶不平衡:
力不平衡,特征:
径向1X波峰(垂直或水平方向上)。
如果机器出现不平衡我们将得到频率等于旋转速度的正弦时域波形,频谱上在转速频率(1X)处会产生一个高峰。
一个旋转体如果存在偶不平衡,就有可能形成静态平衡(放置在无摩擦的轴承上旋转体看起来好象刚好平衡)。
但当旋转体发生旋转的时候,就会在它的两个承载轴承上产生离心作用力,并且它们的相位相反。
(作用力相反),一、不平衡,6,3、垂直安装的机器,特征:
径向1X波峰(水平方向上)。
当在径向(水平或切线方向)测量时,频谱又将显示出强一倍频(1X)波峰。
为了从泵的不平衡中分离出马达不平衡,可能需要将两者拆解开来,单独使马达旋转,检测其1X频谱。
如果1X处的振幅依然很高,那么故障就出在马达上,否则故障就出在泵上面。
一、不平衡,二、典型频谱分析,6,4、悬吊式机器,特征:
轴向和径向上高强度1X波峰(垂直或水平方向上)。
在外悬或悬臂式机器中,可以检测到在水平、垂直和轴向上的高幅1X振动。
我们能够检测到高幅1X振动是因为不平衡使轴发生弯曲,使得轴承座在轴向发生移动。
常见的悬吊式旋转体有短联轴器泵、轴向排风的风扇和小型涡轮机。
(相位不稳定)注意和轴承偏翘区分,一、不平衡,二、典型频谱分析,6,一、不平衡含义、故障特征和原因,结构设计不合理制造和安装误差材质不均匀转子的腐蚀、磨损、结垢零部件的松动及脱落,不同原因引起的转子不平衡故障规律接近,但各有特点,在分析时需仔细了解设备运行历史,1、含义:
不平衡所产生的离心力始终作用在转子上,转子每旋转一周,就在转子或轴承的测点处产生一次振动响应,因此它的振动频率就是转子的转速频率:
f=1/60*nn为转速2、故障特征:
在转子径向测点的频谱图上,工频有突出的峰值工频的高次谐波幅值很低,在时域上的波形接近于一个正弦波3、原因:
二、典型频谱分析,6,1、平行不对中,特征:
径向2X波峰,径向1X低幅波峰(垂直或水平方向上)。
如果不对中轴的中心线平行但不共线,这样的不对中称为平行不对中(或相离不对中)。
平行不对中在各个轴的联结端产生剪切应力和弯曲变形。
联轴器两端的轴承,会在径向(垂直和水平方向上)上产生高强度的1X和2X振动。
在多数情况下,2X处的幅度要高于1X。
对于单纯的平行不对中,轴向上1X和2X处的振幅都很小。
沿联轴器检测到的振动在轴向和径向上异相,并且轴向上的相位差为180度。
二、不对中,二、典型频谱分析,6,2、轴线角度不对中,特征:
轴向1X波峰,轴向2X低幅波峰,径向1X低幅波峰。
如果不对中的两个轴相交于一点但相互不平行,这样的不对中称为轴线角度不对中。
轴线角度不对中会在轴上产生一个弯曲作用,在频谱上显示为高强度的1X振动和在两端的轴承上的少量轴向2X振动。
还会有相当强的径向(水平和垂直方向上)1X和2X振动,但是这些振动都是同相的。
振动在轴向上相位差为180度,而径向上同相。
二、不对中,二、典型频谱分析,6,二、不对中的含义故障特征和原因,转子与转子之间的连接对中,主要反映在连轴节的对中程度上转子轴颈在轴承中的安装对中,这与是否形成良好的油膜和适当的轴承负荷有关,改变了轴承中的油膜压力,因此不对中的最大振动往往表现在紧靠连轴节两端的轴承上不对中所引起的振动幅值与转子的负荷有关,它随负荷的增大而增高平行不对中主要引起径向振动,角度不对中主要引起轴向振动,安装误差不均匀的热膨胀管道力转子弯曲机壳变形地基不均匀下沉地震影响,二、典型频谱分析,6,1、旋转松动,特征:
径向1X谐波(严重时出现0.5X谐波)。
轴颈(轴套)和滚动轴承(轴承松动)间如果出现过量余隙,则会产生1X谐波,有时甚至能扩展到10X。
过大的滑动轴承游隙可能会产生后面所示的0.5X谐波。
它们通常被称为半阶分量或次谐波。
产生的主要原因是摩擦或严重的冲击作用,有时甚至会产生1/3阶的谐波。
主要有零部件安装不当引起。
三、松动,二、典型频谱分析,6,2、结构松动,特征:
水平方向上1X波峰。
机器和它的基础之间出现松动,在刚性比较弱的地方就会出现1X振动,这通常发生在水平方向上,但有时也要根据实际情况确定。
如果松动严重,往往会产生低阶1X谐波。
很难分辨是不平衡、基础松动或者是柔性化,特别是在垂直安装的机器上。
如果水平方向1X振动比垂直方向上的1X振动振幅大的多,很可能就是松动所致。
如果水平方向1X振动比垂直方向上的1X振动振幅小或相等,那么其出现不平衡的可能性就比较大。
基础松动或基础柔性化是紧固连接件的螺栓松动、腐蚀或裂纹所致。
注意:
如果机器安装基础的弹性比较强,其水平轴向的振动要强的多。
在这种情况下,相位可以作为辅助识别的手段,机器和基础在垂直方向的振动相位差为180度。
(此类振动是由于地脚螺栓、胎板或水泥浆松动引起,会产生1倍频的振动),三、松动,二、典型频谱分析,6,3、轴承座松动,特征:
径向1X、2X和3X波峰。
频谱有上显示1X,2X和3X处有振动分量,但通常没有其它谐波,在严重的情况下还会有0.5X的的波峰。
相位也被用来辅助识别这种故障。
轴承和基础间有180度的相位差,三、松动,二、典型频谱分析,6,1、共振,特征:
频谱中通常只在一个方向有“峰丘”出现。
共振是激振频率达到机器的固有频率时发生的一种现象。
固有频率是指一个结构在外部驱动力作用下发生振动的频率。
在单个轴方向上,在“峰丘”上存在一个高幅的波峰。
例如,泵的叶片通过频率在6X的波峰,只在水平方向上出现振动加剧。
如果增加(或者减少)激振频率使共振现象不再发生,振幅会明显减小。
四、共振、轴弯曲、偏翘轴承,二、典型频谱分析,6,2、轴弯曲,特征:
轴向1X波峰。
轴的弯曲会引起轴向高强度1X振动。
如果在轴的中心附近出现弯曲,其主导波峰通常出现在1X处,如果是在靠近联轴器的地方则还会出现2X波峰。
轴向垂直和水平方向的测量通常也能得到1X和2X波峰,这儿最关键的就是轴向测量。
相位测量对于诊断轴的弯曲故障是非常有用的。
在轴向上测得的两端在1X处的相位,其相位差为180度。
(水平或者垂直没有),四、共振、轴弯曲、偏翘轴承,二、典型频谱分析,6,3、轴承翘曲,特征:
轴向1X、2X和3X波峰。
轴承偏翘,属于是不对中的一种,会产生明显的轴向振动。
波峰通常位于1X、2X和3X处。
对悬吊式的泵或风扇进行检测的时候,如果出现了很强的轴向振动,就很可能会与不对中或不平衡相混淆。
但是在2X和3X处的波峰则说明轴承发生偏翘的可能性要高于不平稳。
四、共振、轴弯曲、偏翘轴承,二、典型频谱分析,6,1、磨损、游隙,特征:
1X谐波,当滑动轴承存在游隙问题的时候,频谱图特征和旋转松动很相似。
在1X处将出现强的谐波,多数情况下,垂直轴向上的振动要高于水平方向。
在更严重的情况下,频谱中还会出现半阶甚至1/3阶的谐波。
五、滑动轴承、转子摩擦和偏心,二、典型频谱分析,6,2、油膜涡动,特征:
径向0.38-0.48X波峰。
发生油膜涡动时,会在0.38X0.48X之间出现高强度振动。
波峰从来不在刚好0.5X处出现,而是在稍低的频率出现。
涡动是由于过大的间隙和轻微的径向载荷,使得形成油膜,使轴颈在轴承内做低于0.5倍转速的振动。
(如上海春晓平台透平发电机A机透平端轴承发生油膜涡动),五、滑动轴承、转子摩擦和偏心,二、典型频谱分析,6,3、转子摩擦,特征:
径向1X谐波(严重时有0.5X谐波)。
摩擦表现出和旋转松动相似的特征:
1X谐波和0.5X谐波。
摩擦还会引起一个或多个共振(在这里所举的例子中出现在4X处)。
五、滑动轴承、转子摩擦和偏心,二、典型频谱分析,6,4、偏心,特征:
径向1X波峰(水平和垂直方向上)。
偏心发生在旋转体(齿轮、轴承、转子等)旋转中心和几何中心线相分离的情况下。
偏心的转子/轴承将产生高强度的径向1X分量,特别是在平行于转子/齿轮的方向上。
这种现象非常常见,类似于不平衡的情况。
五、滑动轴承、转子摩擦和偏心,二、典型频谱分析,6,1、叶片故障,特征:
叶片通过频率处的波峰。
所有的泵、风扇和压缩机通常在其叶片通过频率处都有波峰出现。
叶片通过频率等于叶片数乘以轴的转速。
如果叶片间的间隙和固定式扩散器没有保持相等,其波峰也会增大。
它也可能是由于流道阻塞引起。
泵叶片通过频率=叶片数xRPM风扇叶片通过频率=叶片数xRPM,六、气动装置和液压装置,二、典型频谱分析,6,2、紊流,特征:
502000CPM的随机振动。
紊流是由于通过风扇/送风机的空气速度或压力变化引起的。
这种情况下会产生低频的随机振动,其频率范围通常是在502000CPM之间。
六、气动装置和液压装置,二、典型频谱分析,6,3、气穴(气蚀中文,空穴),特征:
高频“噪音”。
气穴通常产生随机的高频振动或“噪音”。
通常可以在频谱上观察到“峰丘”出现。
气穴现象通常是由于抽汲压力不足(如吸入口压力过低)引起的。
它的声音听起来就好像是泵里面有砂砾一样。
六、气动装置和液压装置,二、典型频谱分析,6,4、往复式机械,特征:
四冲程引擎-0.5X处的波峰;二冲程引擎-1X处的波峰。
往复机器的振动强度通常都很高。
对于四冲程的引擎,每两转引擎点火一次,会产生高强度的0.5X波峰。
二冲程的引擎,例如很多柴油机,引擎每转都要点火,因此可以看到高强度的1X波峰。
六、气动装置和液压装置,二、典型频谱分析,6,七、变速箱分析,变速箱分析包括增减速齿轮,螺杆,罗茨风机、行星齿轮等,都需要计算齿轮转速和啮合频率,齿轮故障常见形式:
齿面磨损齿面胶合和擦伤齿面接触疲劳弯曲疲劳断齿,通常故障频谱会显示齿轮啮合频率及其谐波,同时在其啮合频率上有边频,边频大小通常为工频。
建议最大频率至少设置为3.25倍的啮合频率,如不知齿轮齿数,将最大频率设置为200倍的转轴频率,二、典型频谱分析,6,1、齿轮啮合,特征:
径向1x/2X处的波峰,通常会在轴的转速频率和齿轮啮合频率处出现波峰,但是幅值不高。
可能会出现2X波峰,并且在齿轮啮合频率附近有轴转速频率的边频带。
对于直齿轮主要的振动是在径向,斜齿轮主要的振动是在轴向。
啮合频率=齿数x轴的转速;输出转速=输入转速x主动轮齿数/被动轮齿数时域波形分析对于变速箱时是很有用的,因为在时域波形中你可以看到每个齿啮合对应的脉冲。
通常你可以通过研究时域波形得到齿数。
根据故障的特征,齿轮每旋转一转就可以看到一个脉冲,而脉冲的幅值有大有小。
七、变速箱分析,二、典型频谱分析,6,2、齿磨损,特征:
齿轮啮合频率附近的1X边频带,当齿轮的齿开始发生磨损的时候,会发生两件事情,第一件是齿轮啮合频率处边频带的幅值升高,而边频带的振幅决定于齿轮的转速。
第二件事情是将出现齿轮固有频率的振动,固有频率振动也会有边频带产生,并且它有很宽的基频。
齿轮啮合频率=齿数x轴的转速;输出速度=输入速度x主动轮齿数/被动轮齿数,七、变速箱分析,二、典型频谱分析,6,1、皮带磨损,特征:
皮带速度频率处的边频带,如果皮带发生磨损或者松动,会在皮带速度频率处看到波峰和谐波。
当有两个槽轮的时候,最高能产生二倍皮带速度频率(2BR)的波峰。
主要的激振频率是“带频”或者“基带通过频率”。
带频是指皮带上的一个点通过一个固定参考点的频率。
通常带频要低于任何一个带轮的旋转频率。
带频的计算方法如下:
从动轮转速=主动轮转速x主动轮直径/从动轮直径带频=PIx槽轮的转速x槽轮直径/带长,八、带传动系统,二、典型频谱分析,6,2、偏心槽轮,特征:
径向高强度的1X波峰,偏心槽轮将产生一个很强的径向1X波峰,特别是在平行于带的方向上。
这种情况是十分常见的,和不平衡差不多。
这种情况可以通过移除皮带进行检测。
在另一个槽轮上也能检测到这样的1X振动。
八、带传动系统,二、典型频谱分析,6,3、槽轮不对中,特征:
轴向高强度的1X波峰,槽轮不对中会产生高强度的1X振动,主要在轴向上。
在这样的情况下,你会在轴向上看到皮带频率的谐波。
八、带传动系统,二、典型频谱分析,6,4、皮带共振,特征:
径向高强度的1X波峰,如果皮带的固有频率和主动槽轮或被动槽轮的转速吻合,带的共振会引起很高的振幅。
皮带的固有频率可以通过改变皮带的长度或皮带的张紧力来进行调整。
八、带传动系统,二、典型频谱分析,6,九、滚动轴承故障,1、滚动轴承组成,二、典型频谱分析,6,九、滚动轴承故障,2、滚动轴承检测方法,二、典型频谱分析,6,九、滚动轴承故障,3、滚动轴承故障模式,二、典型频谱分析,6,九、滚动轴承故障,4、滚动轴承故障特征频率,滚动轴承一旦产生故障,可能会产生四种类型频率的振动,包括(a)随机的超声频率;(b)轴承零部件的自振频率;(c)轴承故障特征频率;(d)轴承故障和频及差频。
N:
滚动体数目:
接触角P:
节圆直径B:
滚动体直径,二、典型频谱分析,6,九、滚动轴承故障,4、滚动轴承故障特征频率,二、典型频谱分析,6,九、滚动轴承故障,5、滚动轴承故障特征频率,1、轴承的故障频率与其他故障频率不同;2、轴承故障频率是转速频率的非整数倍;3、内外环故障频率的和频=“轴承滚动体通过频率”(滚动体个数RPM);4、轴承内环故障频率往往伴有1X转速频率的边带;5、轴承外环故障频率的幅值高于轴承内环故障频率的幅值;6、轴承故障一般在发展到滚动体和保持架出现故障之前首先出现的是内环或外环故障频率,7、轴承保持架故障频率通常不是以其基频出现;8、当滚动体本身出现故障时,往往会产生不仅滚动体故障频率(BSF),还有保持架故障频率(FTF);9、保持架断裂时,可能出现滚动体旋转故障频率;10、一个以上滚动体有故障时,将产生等于有故障的滚动体数目滚动体故障特征频率的频率。
11、轴承故障频率允许的振动幅值,不能给出绝对的答复。
二、典型频谱分析,9,九、滚动轴承故障,6、滚动轴承故障发展四个阶段,二、典型频谱分析,三、案例介绍,9,详见WORD或PDF文件,9,谢谢大家,欢迎指正,
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