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如何对振动频谱进行分析,切记!频谱分析只是诊断工具之一

发布时间:2017-12-01 12:50:41
放大缩小

  频域描述的是振动频率、幅值、相位。主要工具是幅值谱,显示了各振动分量的频率及其振幅值,横坐标可选择“阶比”或“频率”。正常运转状态下的频谱图通常是:一倍频最大,二倍频次之,正常应小于一倍频的1/4,三倍频、四倍频…x倍频逐步参差递减,低频微量或没有。

  看频谱图就是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。但并非频谱中所有谱线我们都能有确切的解释,我们能解释的只是一部分特定频率,但不能否认,假如对这一小部分能充分理解,绝大多数的机械故障是可以诊断和定位的!但不能就图论图,因为大多数情况下总是一倍频最大,一定要与历史及正常运转下的频谱图相比较,查找哪些频率成份发生了增大变化,增大的倍率有多大,是否出现新的异常频率成分,各分量的能量水平怎样,等等

  1频谱分析内容

  1.了解频谱的构成,振动频谱中存在哪些频谱分量。按频率的高低、特征频率、工频及谐波、频率成分的来源进行分类。

  2.每条频谱分量的幅值多大?幅值通常代表故障劣化程度。故障的发展程度体现在故障的频率幅值上,随着故障的不断劣化,它的故障频率幅值将不断的增大。

  首先看通频幅值的大小,如果通频幅值本身就在标准的优良区内,振动很小,那么它在频谱图上显示的只是一些随机信号和噪声而已,很难从中发现什么,当有故障频率时,它的峰值占到通频的多少,预示着它引起该设备故障的原因有多大,象转子不平衡时那么它基频分量会占到通频的80%,当产生机械松动或碰磨时,将产生多倍频振动,但当1X比其它倍频幅值大许多,高次谐波变化率不大时,就可能是不平衡量过大造成的,当消除不平衡量后倍频将也就消失。一般故障频率幅值的大小预示着故障的严重程度,但幅值高到多少说明故障严重性?现场实际中即使同型号的两台设备,同样的故障,同样高的故障频率幅值,那么它反应出来的故障程度是不一样的,如结构的动刚度大一点或小一点,各部间隙的大小不一样等等都会产生影响,最好的方法就是观察它的发展趋势,判断它的劣化程度,如果短时间内增长幅度大说明问题严重,反之可能问题小些。

  3.这些频谱分量彼此之间存在什么关系?是倍频还是分频,还是调制频率,或是某部件的特征频率。

  4.首先抓住频率较高的成分进行分析,因为它们的量值对振动总水平影响最大。如果存在明显的高幅值的频谱分量,须找出它的精确的来源,及其它与机器的零部件对应关系。

  5.应注意相位的变化情况,注意各测点之间相位的变化情况,它们往往预示着故障的类型

  6.观察哪些谱峰是同步发生变化,哪些不发生变化;是否有新的频率出现;单个谱峰的变化时单调增大或减小,还是波动五固定趋势。

  2频谱中的主要频率分析

  1.旋转频率

  工频在所有情况下都存在,工频幅值几乎总是最大,应该在其发生异常增大的情况下才视为故障特征频率。

  工频所对应的故障类型相对较多。70%以上与转子平衡有关,如转子发生机械损伤脱落(断叶片、叶轮破裂等)、结垢、初始不平衡,以及轴弯曲等;同时,相当数量(接近30%)为轴承故障,如间隙过大、轴承座刚度差异过大、轴颈与轴承偏心、轴承合金磨损等;此外,还有刚性联轴器的角度(端面)不对中,支座、箱体、基础的松动、变形等;以及刚度差异引起的振动或共振,运行转速接近临界转速等。

  2.二倍转速频率

  二倍频在多数情况下也几乎都存在,幅值往往低于工频的1/3以上,常伴有呈递减状的三倍频、四倍频,也应该在异常增大的情况下视为故障特征频率。

  二倍频所对应的故障类型较为集中。绝大多数为联轴器不对中故障;此外,还有概率较小的其它故障,如转子刚度不对称(横向裂纹),转动部件松动,轴承支承刚度在水平、垂直方向上相差过大等。

  3.低频振动

  低频所对应的故障类型相对复杂??山徊椒治街掷嘈?,一种是分数谐波振动,频率为转速频率的整分数倍数,如1/2倍频、1/3倍频等等,且频率成分较多,多数为摩擦及松动故障,如密封、油封、油挡的摩擦,轴承瓦背紧力不够、瓦背接触面积偏小等;另一种是亚异步振动,频率为转速频率的非整分数倍数,相应的故障有旋转失速、油膜涡动、油膜振荡、密封流体激振,其中油膜振荡、密封流体激振为自激振动,是一种很危险、能量很大的振动,一般发生在转速高于第一临界转速之后,多数是在二倍第一临界转速以上,频率成分较为单一。也就是说低频振动主要是轴承、气流脉动、发生摩擦、松动等故障引起

  4.边频分析

  边带频谱是附加的振动频率,它经?;岢鱿衷谄灯追治鍪葜?,边带振动频率是时域振动频率信号幅值变化的结果。振幅随时间的变化也被称为“调幅”,例如,有严重损伤或缺陷的滚动轴承内滚道旋转时,滚动体每次冲击损伤都会产生尖脉冲,脉冲的强度和幅值将随着内滚道缺陷转入和转出轴承承载区域而发生变化。缺陷在承载区产生的冲击要比在非承载区产生的冲击更加强烈,导致了轴承缺陷基频的调制。轴承故障频率将被称为“载波”频率。载波频率幅值变化处的频率被称为“调制”频率。当缺陷在轴承内滚道上,由于缺陷以轴的转速转入、转出承载区,调制频率就是1倍频。

  调幅的最终结果是边带频率出现在载波基频两边,并处于调制频率处。对于区分故障缺陷在内滚道上还是在外滚道非常有用,因为外滚道缺陷很少伴有边带频率。

  5.其它振动频率

  在主要异常振动分量是工频、低频、二倍频以外的其它某一个频率时,要考虑:是不是高次谐频,然后确定是不是齿轮啮合频率、叶轮通过频率、螺杆通过频率等等;是不是滚动轴承滚动体、外圈、内圈的特征频率;是不是底座、基础、管道等等的固有频率;是不是50Hz的电源频率等等。如果能够与这些特定的频率对上号,那么故障原因就容易找到了。

  如果在频谱图上显示的频率成份很多,从低频到高频几乎各种频率成份都有,低频成分丰富,高频成分、尤其是各倍频之间极少出现的频率成份都同时较多、甚至较密时,一般预示着转子发生了摩擦

  3小结

  频谱分析只是一种诊断工具,这种工具不是对每类振动故障都十分有效,更多是我们对设备结构、原理、运行操作及检修工艺的了解;

  同一故障,在不同设备上频谱形状可能会存在很大差异;反之相同的频谱对应的也不一定是同一故障;

  不同结构、参数的设备,诊断思路可能会存在很大差异,如大机组与一般的泵与风机、离心,轴流,螺杆,往复式设备等都有各自的振动特点和分析技巧。

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