振动分析和故障诊断分析解析

振动分析和故障诊断•状态监测•设备(资产)健康监测•设备(资产)健康管理•提高设备可用率•减少维修成本•延长设备寿命机器状态检修的基础是振动频谱中包含机器零部件的机械状态信息机器状态检修振动故障分析和诊断的任务振动故障分析诊断的任务：从某种意义上讲，就是读谱图，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。1.振动频谱中存在哪些频谱分量？2.每条频谱分量的幅值多大？3.这些频谱分量彼此之间存在什么关系？4.如果存在明显的高幅值的频谱分量，它的精确的来源？它与机器的零部件对应关系如何？5.如果能测量相位，应该检查相位是否稳定？各测点信号之间的相位关系如何？振动监测和诊断要想取得准确的结果必须考虑仔细整个系统的每一个环节：包括参数选择，传感器及其固定方法，测点位置的选择，仪器选择以及分析参数的选择等等振动三要素(振动是向量)1.幅值2.频率3.相位振动时域波形快速傅里叶变化FFT振动监测中的一些技术细节要点快速傅里叶变换(FastFourierTransform)–早在19世纪早期/18世纪晚期由法国数学家傅里叶(BaronJosephJeanBaptisteFourier)研究出来–数学算法把一个复杂的函数分解成一系列简单的正弦和余弦波振动信号的采集与处理快速傅里叶分析(FFT)原理xAitiiisin()1幅值时域频域合成波分解的波用频谱图表示振动监测中的一些技术细节要点正弦波方波三角波脉冲振动监测中的一些技术细节要点•幅值调制的结果•载频就是中心频率，也就是故障频率•两侧的边带频率都是以载频为对称轴，以调制频率等间隔的分布的1XRPM轴承内环故障频率BPFI滤波问题高通滤波低通滤波带通滤波带阻滤波未滤波的原始信号滤波后的信号滤波器滤波器滤波器滤波器滤波器振动参数1.振动位移2.振动速度(国际标准和国家标准推荐通常采用的参数)3.振动加速度振动参数1.峰值(Peak)2.峰峰值(Peak-Peak)3.有效值(RMS)Tf1fkm2122f•周期xAmax•峰值，峰-峰值22xAmax•平均值xAtdtAVT2002sin•有效值xTAtdtArmsT122200sin上限中性位置下限振动加速度尖峰振动速度尖峰时间周期振动位移峰-峰正弦波的有效值，峰值，峰峰值与平均值之间关系：有效值=0.707X峰值=1.11X平均值峰值=1.414X有效值=1.57X平均值平均值=0.637X峰值=0.90X有效值峰峰值=2X峰值峰值因子=峰值/有效值(适用于任何变量)当量烈度轮廓力指示器疲劳指示器应力指示器对数频率对数幅值振动加速度(g)振动位移(密尔)振动速度(英寸/秒)100密尔当量烈度轮廓振动加速度(g)峰值振动速度(英寸/秒)峰值振动位移(密尔)峰峰值频率(转/分)其中：低频区域高频区域低频段高频段中频段1Hz10Hz100Hz1KHz10KHzLOGARITHMICSCALEDISPLACEMENT(uM)ACCELERATION(g)VELOCITY(mm/sec)FORCEFATIGUESTRESS8mm/s8mm/s254uM2.7uM5.11g0.51gLOGAMPLITUDE1Hz10Hz100Hz1KHz10KHzLOGFREQUENCYLOGSCALE振动位移振动加速度力疲劳应力振动速度对数频率对数频率1Hz10Hz100Hz1KHz10KHz振动比较图振动监测中的一些技术细节要点•简谐振动位移，速度和加速度三者关系•d=d0sin(2ft)振动位移•v=d0(2f)cos(2ft)=v0cos(2ft)振动速度•a=-d0(2f)²sin(2ft)=a0sin(2ft)振动加速度•G=加速度/g其中：d0振动位移峰值D振动位移峰峰值f振动频率(赫兹)g=9.80665米/秒²振动监测中的一些技术细节要点•v0=6.28Xfd0=3.14Xfd(米/秒，峰值)•v0=1.560XG/f(米/秒，峰值)•d0=0.2484XG/f²(米，峰值)•G=2.013f²D(其中：D单位为米，峰峰值)•f=1/T(赫兹)简谐振动位移，速度和加速度三者之间换算关系振动监测中的一些技术细节要点•简谐振动位移，速度和加速度三者关系振动加速度a0振动速度v0振动位移d0振动加速度a01(2f)V0(2f)²d0振动速度V0a0/(2f)1(2f)d0振动位移d0a0/(2f)²V0/(2f)1振动监测中的一些技术细节要点•振动传感器1.振动加速度传感器2.振动速度传感器2.1压电式(实质是振动加速度传感器)2.2磁电式振动速度传感器3.振动位移传感器(电涡流式)振动监测中的一些技术细节要点振动监测中的一些技术细节要点压电晶体式振动加速度传感器结构原理声学屏蔽罩预载螺栓基础固定螺栓孔内置电荷放大器(ICP)电气接头地震质量压电晶体材料振动监测中的一些技术细节要点•非接触式振动位移传感器或电涡流式位移传感器•用以测量轴相对于滑动轴承的运动(留有很大空间供产生油膜用)•直流电压测量间隙•交流电压就是振动信号非接触式电涡流式传感器振动监测中的一些技术细节要点•电涡流式振动位移传感器的工作原理轴非接触式传感器探头非接触式传感器振荡器检波器直流间隙信号交流振动信号间隙传感器线圈磁场振动监测中的一些技术细节要点•电涡流式传感器的标定曲线信号传感器输出电压(伏)间隙-(X25.4)微米(1密尔=25.4微米)灵敏度系数7.87毫伏/微米振动监测中的一些技术细节要点•振动加速度传感器的频响特性10赫兹27K赫兹频率振动幅值5K赫兹高频振动区域常规振动区域5赫兹低频振动区(通常需要使用专用的低频加速度传感器)振动加速度传感器固定自振频率Fn可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%10K赫兹普通振动传感器不宜使用的高频振动区域1K赫兹ISO和GB规定的振动烈度测量频率范围振动监测中的一些技术细节要点•振动加速度传感器固定自振频率和最高可用频率螺栓固定振动加速度传感器的固定最高可用频率(赫兹)固定自振频率(赫兹)胶粘结固定螺栓固定在稀土磁铁座上固定在快速连接螺栓固定上用2英寸长探杆手持固定没有观察162509000750060008003188712075101501475可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%振动监测中的一些技术细节要点•关键因素:固定的自振频率•可用的频率范围为传感器固定自振频率Fn的约50%振动传感器固定方式的影响螺纹固定磁铁座固定手持探杆固定胶粘结固定振动监测中的一些技术细节要点•振动加速度传感器固定对频响的影响振动监测中的一些技术细节要点•振动加速度传感器固定对频响的影响振动监测中的一些技术细节要点•仪器频率响应特性4赫兹0.5赫兹绝对振动(瓦振)相对振动(轴振)电涡流式传感器在滑动轴承内对准轴非接触式传感器轴轴承绝对振动相对振动非接触式电涡流振动位移测量系统分析仪器信号传感器非接触式位移传感器与传感器有关的间隙(典型的)延长电缆双芯或四芯电缆提供(24伏)直流电源操作信号传感器和传输返回间隙电压及振动信号根据美国石油协会(API)标准规定：轴承中传感器的位置，从驱动端向被驱动端看，位于垂直方向右边的传感器定为水平方向(X通道)，左边的为垂直方向(Y通道)。不管轴的旋转方向。Y通道(垂直)X通道(垂直)上左右下[从驱动端看]电涡流式位移传感器滑动轴承垂直传感器(Y通道)水平传感器(X通道)轴承的真实垂直方向Y通道轴承的真实垂直方向X通道左左上上下下右右轴的实际垂直运动轴承的真实水平方向示波器显示的轴心轨迹智力转换一角度以显示与实际运动方位一致的轴心轨迹机械振动标准分类仪器系统标准API670API678ISO10817ISO2945判断应用标准ISO7919ISO10816ISO13373(草案)ISO13373(草案)振动总量标准振动故障诊断轴振动轴承座，机壳振动API611，612，…相对振动绝对振动机器振动测量和评价的有关标准目录1.相对振动标准ISO7919-1~5非往复式机器的机械振动----在旋转轴上的测量和评价第一部分总则(GB/T11348.1-89)第二部分陆地安装的大型汽轮发电机组(GB/T11348.2-1997)第三部分耦合的工业机器(GB/T11348.3)第四部分燃气轮机组(GB/T11348.4)第五部分水力发电厂和泵站机组2.绝对振动标准ISO10816-1~6机械振动----在非旋转部件上测量和评价机器振动第一部分总则第二部分陆地安装的功率超过50MW的大型汽轮发电机组第三部分额定功率大于15KW额定转速在12015000转/分在现场测量的工业机器第四部分不包括航空器类的燃气轮机组第五部分水力发电厂和泵站机组第六部分额定功率超过100KW的往复式机器机器振动测量和评价的有关标准ISO10816-1：I类--发动机和机器的单独部件；II类--无专用基础的中型机器(15-75KW)；专用刚性基础上300KW以下中型机器；III类--刚性基础上的大型机器；IV类--柔性基础上的大型机器。ISO10816-1专用机组宽带振动准则机器振动测量和评价的有关标准ISO10816-2：50MW以上大型汽轮发电机组振动速度评定区域边界机器振动测量和评价的有关标准ISO10816-3：300KW以上50MW以下大型机组振动烈度区域分类机器振动测量和评价的有关标准ISO10816-3：15KW-300KW中型机器振动烈度区域分类机器振动测量和评价的有关标准ISO10816-3：15KW以上泵振动烈度区域分类机器振动测量和评价的有关标准•ISO10816-4：燃气轮机轴承座振动速度评价区域机器振动测量和评价的有关标准ISO10816-4：大型发电机机器振动测量和评价的有关标准ISO10816-4：50MW以下压缩机和发电机振动速度和振动位移评价区域机器振动测量和评价的有关标准ISO10816-6往复式机器振动分类和指导值区域说明：A--新使用机器的振动区域；B--通常可接受的常期工作的机器振动区域；C--通常不能令人满意的长期工作的机器振动区域；D--振动值落在这个区域的，其振动足以能损坏机器。注：在机器使用寿命内，往复式机器振动值比旋转机器更稳定。因此，表中混合的A和B区域，在将来随着经验的积累，可以提供A和B之间的区分指导值。较好的测量系统应提供综合的振动位移，振动速度，振动加速度，在10赫兹到1000赫兹范围内，精度+/-10%，在2赫兹到10赫兹范围内，精度+10%，-20%的均方根值十七类46种机械和电气故障的特征谱、特征时域信号和相位关系供诊断参考第一类、质量不平衡1.力不平衡(静不平衡)2.力偶不平衡3.动不平衡4.悬臂转子不平衡第二类、转子偏心第三类、轴弯曲第四类、不对中1.联轴器角向不对中2.联轴器平行不对中3.滚动轴承偏斜地固定在轴上第五类共振第六类机械松动1.A型松动2.B型松动3.C型松动第七类转子摩擦第八类滑动轴承故障1.磨损或间隙故障2.油膜涡动3.油膜振荡第九类、滚动轴承故障1.保持架故障2.滚动体故障3.外环故障4.内环故障第十类、流体动力机械故障1.叶片通过频率2.紊流3.气穴第十一类、齿轮故障1.齿轮负载2.齿轮偏心和齿轮侧隙反弹3.齿轮不对中4.齿断或齿裂5.齿轮组合状态问题6.齿轮摆动故障7.齿轮轴承松动第十二类、交流电动机故障1.定子偏心，铁芯片短路或松动2.转子偏心(动偏心)3.转子故障(断条等)4.相位故障(接头松动)第十三类、交流同步电动机(定子线圈松动)第十四类、直流电动机及其控制故障1.电枢绕组开裂，接地故障或系统调谐故障2.起动卡故障或保险丝烧断3.可控硅整流器(SCR)故障，控制卡断路，接头松动，保险丝烧断4.比较器卡故障5.断路电流通过滚动轴承故障第十五类、皮带传动故障1.皮带磨损或不匹配2.皮带轮偏心3.皮带共振第十六类、拍振第十七类、机器软脚及与之相关的共振第一类质量不平衡力不平衡径向1.1力不平衡力不平衡是同相位和