旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)分析案例

1、振動(dòng)分析技術(shù)振動(dòng)分析技術(shù)轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的原因及頻率特征轉(zhuǎn)子不平衡產(chǎn)生的原因及頻率特征不平衡不平衡類(lèi)類(lèi) 型型不平衡不平衡頻頻 譜譜轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子不平衡實(shí)例實(shí)例1： 某公司有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速某公司有一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)異常，測(cè)取軸承部位的振動(dòng)信號(hào)作頻運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)振動(dòng)異常，測(cè)取軸承部位的振動(dòng)信號(hào)作頻譜分析，其譜圖如右下圖所示。以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)頻譜分析，其譜圖如右下圖所示。以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)頻（50Hz）最為突出，判斷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子存在不平衡。）最為突出，判斷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子存在不平衡。在作動(dòng)平衡測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)子不平衡量達(dá)在作動(dòng)平衡測(cè)試時(shí)，轉(zhuǎn)子不平衡量達(dá)5000g.cm，遠(yuǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許值

2、遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)允許值。經(jīng)動(dòng)平衡處理后，振。經(jīng)動(dòng)平衡處理后，振動(dòng)狀態(tài)達(dá)到正常。動(dòng)狀態(tài)達(dá)到正常。 這個(gè)實(shí)例，故障典型，過(guò)程完整。它的價(jià)值在于印這個(gè)實(shí)例，故障典型，過(guò)程完整。它的價(jià)值在于印證了不平衡故障的一個(gè)最重要特征，激振頻率等于轉(zhuǎn)證了不平衡故障的一個(gè)最重要特征，激振頻率等于轉(zhuǎn)頻，又通過(guò)動(dòng)平衡測(cè)試處理進(jìn)一步驗(yàn)證了診斷結(jié)論的頻，又通過(guò)動(dòng)平衡測(cè)試處理進(jìn)一步驗(yàn)證了診斷結(jié)論的正確性。正確性。轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子不平衡不平衡故障的典型頻譜特征是工頻分量占主導(dǎo)地位實(shí)例實(shí)例2： 某 引 風(fēng) 機(jī) ， 型 號(hào)某 引 風(fēng) 機(jī) ， 型 號(hào) Y 2 8 0 5 - 4 型 ， 轉(zhuǎn) 速型 ， 轉(zhuǎn) 速1480r/min，功率，功率75

3、kW，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖。，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖。、引風(fēng)機(jī)軸承測(cè)點(diǎn)電機(jī)測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)方位H20.0（26Hz）4.62.52.4V5.53.41.04.5A3.72.41.6引風(fēng)機(jī)振動(dòng)速度有效值（mm/s rms）H H、V V、A A分別代表水平、垂直和軸向分別代表水平、垂直和軸向測(cè)點(diǎn)水平方向頻譜轉(zhuǎn)子不對(duì)中轉(zhuǎn)子不對(duì)中聯(lián)軸器不對(duì)中軸承不對(duì)中帶輪不對(duì)中平行不對(duì)中角度不對(duì)中實(shí)例：實(shí)例： 某廠一臺(tái)離心壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖所示。電動(dòng)機(jī)某廠一臺(tái)離心壓縮機(jī)，結(jié)構(gòu)如圖所示。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速1500r/min1500r/min（轉(zhuǎn)頻為（轉(zhuǎn)頻為25Hz25Hz）。該機(jī)自更換減）。該機(jī)自更換減速機(jī)后振動(dòng)增大，速機(jī)后振動(dòng)增大，A A點(diǎn)水平方

4、向振動(dòng)烈度值為點(diǎn)水平方向振動(dòng)烈度值為6.36mm/s6.36mm/s，位移，位移D=150mD=150m，超出正常水平。，超出正常水平。 明顯的2X特征重新對(duì)中后2X基本消失地腳松動(dòng)引起振動(dòng)的方向特征及頻率結(jié)構(gòu)機(jī)械松動(dòng)機(jī)械松動(dòng)實(shí)例實(shí)例 某發(fā)電廠某發(fā)電廠1 1發(fā)電機(jī)組，結(jié)構(gòu)如圖。發(fā)電機(jī)組，結(jié)構(gòu)如圖。 1-汽輪機(jī) 2-減速機(jī)3-發(fā)電機(jī) 4-勵(lì)磁機(jī)后軸承 前軸承汽輪機(jī)前后軸承振動(dòng)值 um PPum PPH8530V156A2828摩擦摩擦高次諧波及其分?jǐn)?shù)倍諧波是摩擦的主要頻譜特征實(shí)例：實(shí)例： 某廠一臺(tái)某廠一臺(tái)3W3W1B11B1型高壓水泵的電動(dòng)機(jī)，型高壓水泵的電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速1485r/min148

5、5r/min，泵軸轉(zhuǎn)速，泵軸轉(zhuǎn)速225r/min225r/min，水，水泵的軸承為滑動(dòng)軸承，設(shè)備運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)水泵泵的軸承為滑動(dòng)軸承，設(shè)備運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)水泵軸承的垂直方向（軸承的垂直方向（V V）振動(dòng)強(qiáng)烈。其振動(dòng)信）振動(dòng)強(qiáng)烈。其振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域波形、頻譜如圖所示。號(hào)的時(shí)域波形、頻譜如圖所示。 水泵軸承垂直方向的振動(dòng)波形成單邊水泵軸承垂直方向的振動(dòng)波形成單邊“截截頭頭”狀，頻譜結(jié)構(gòu)主要是轉(zhuǎn)頻及其高次諧波，狀，頻譜結(jié)構(gòu)主要是轉(zhuǎn)頻及其高次諧波，都呈典型的摩擦特征。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該軸都呈典型的摩擦特征。后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，該軸承由于潤(rùn)滑油路堵塞而形成干摩擦。如此可承由于潤(rùn)滑油路堵塞而形成干摩擦。如此可見(jiàn)，頻率分析結(jié)合

6、波形觀察，是診斷摩擦故見(jiàn)，頻率分析結(jié)合波形觀察，是診斷摩擦故障的有效方法。障的有效方法。波形出現(xiàn)“削頂”豐富的高次諧波1. 滾動(dòng)軸承信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)軸承主要振動(dòng)頻率有：（1）通過(guò)頻率 當(dāng)滾動(dòng)軸承元件出現(xiàn)局部損傷時(shí)（如圖中軸承的內(nèi)外圈或滾動(dòng)體出現(xiàn)疲勞剝落坑），機(jī)器在運(yùn)行中就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)頻率，稱為故障特征頻率，又叫軸承通過(guò)頻率。 各元件的通過(guò)頻率分別計(jì)算如下： 滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷及實(shí)例滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷及實(shí)例 滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷及實(shí)例滾動(dòng)軸承故障的振動(dòng)診斷及實(shí)例 if0f01(1cos)2rdffDbf2211 () cos2brDdffdD2/ )/cos1 ()(DdnfH

7、zfra.外環(huán)損壞： b.內(nèi)環(huán)損壞： 2/ )/cos1 ()(DdnfHzfrc.滾動(dòng)體損壞： 2/ )(cos1)/()(2DddDfHzfrd.保持架故障： 2/ )(cos1 / )(cos1 )(DdfDdfHzfoi式中：n-滾動(dòng)體數(shù)、fr-內(nèi)外環(huán)相對(duì)轉(zhuǎn)速頻率、d-滾動(dòng)體直徑、D-節(jié)圓直徑、-接觸角、fi、fo幾分別為內(nèi)外環(huán)轉(zhuǎn)速頻率，二者方向一致取正號(hào)，方向相反則取負(fù)號(hào)。 實(shí)例實(shí)例 一臺(tái)單級(jí)并流式鼓風(fēng)機(jī)，由30KW電動(dòng)機(jī)減速后拖動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1480r/min,風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速900r/min。兩個(gè)葉輪葉片均為60片，同樣大小的兩個(gè)葉輪分別裝在兩根軸上，中間用聯(lián)軸器鏈接，每軸由兩個(gè)滾動(dòng)軸承

8、支承，風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示。 該機(jī)組自1986年1月30日以后，測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)加速度從0.07g逐漸上升，至6月19日達(dá)到0.68g，幾乎達(dá)到正常值的10倍。為查明原因，對(duì)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行頻譜分析。軸承的幾何尺寸如下： 軸承型號(hào)：210； 滾動(dòng)體直徑：d12.7mm； 軸承節(jié)徑：D70mm； 滾動(dòng)體個(gè)數(shù)：z10； 壓力角：00。軸承的特征頻率計(jì)算： 鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率： n/60=900/60=15(Hz)； 軸承內(nèi)圈通過(guò)頻率：88Hz 軸承外圈通過(guò)頻率：61Hz 滾動(dòng)體通過(guò)頻率：40.6Hzrf測(cè)點(diǎn)的時(shí)域波形和高低兩個(gè)頻段的頻譜。 高頻低頻波形 在圖a所顯示的高頻段加速度的頻譜圖上，出現(xiàn)1kHz以上的

9、頻率成分1350Hz和2450Hz，形成小段高頻峰群，這是軸承元件的固有頻率。圖b是低頻段的頻譜，圖中清晰地顯示出轉(zhuǎn)速頻率（15Hz），外圈通過(guò)頻率（61Hz），內(nèi)圈通過(guò)頻率（88Hz）及外圈通過(guò)頻率的2次、3次諧波（122Hz和183Hz），圖c是加速度時(shí)域波形，圖上顯示出間隔為5.46ms的波峰，其頻率亦為183Hz（10005.46183Hz），即為外圈通過(guò)頻率的三次諧波，與頻譜圖顯示的頻率相印證（見(jiàn)圖438b），據(jù)兩個(gè)頻段分析所得到的頻率信息，判斷軸承外圈存在有故障，如滾道剝落、裂紋或其它傷痕。同時(shí)估計(jì)內(nèi)圈也有一些問(wèn)題。實(shí)例實(shí)例1 1 某廠一臺(tái)軋機(jī)減速器，1994年4月大修，投入運(yùn)行后

10、振動(dòng)很大，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)易振動(dòng)診斷。減速器結(jié)構(gòu)如圖。電動(dòng)機(jī)為可調(diào)速電動(dòng)機(jī)，工作轉(zhuǎn)速500r/min，功率970kw，小齒輪齒數(shù)50，大輪齒數(shù)148。 齒輪機(jī)構(gòu)故障的振動(dòng)診斷齒輪機(jī)構(gòu)故障的振動(dòng)診斷 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至150r/min時(shí)，減速器振動(dòng)值Vrms見(jiàn)表411。 從測(cè)值看，測(cè)點(diǎn)（2）、（4）（低速軸軸承）的振動(dòng)值均大于高速軸。測(cè)點(diǎn) VAVAVAVA6.57.814.4 12.69.58.313.311.8rmsV電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為150r/min時(shí)減速器振動(dòng)值（單位：mm/s）注：V為垂向；A為軸向 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為150r/min時(shí)，對(duì)測(cè)點(diǎn)（2）垂直方向（V）作頻率分析，其時(shí)低速軸轉(zhuǎn)速為51r/min，

11、轉(zhuǎn)頻為0.85Hz，譜圖如圖456所示。 頻譜圖上沒(méi)有出現(xiàn)嚙合頻率fm （fm0.85148125.8Hz），卻出現(xiàn)了213Hz這個(gè)突出的峰值。然后對(duì)213Hz附近的頻段作細(xì)化譜分析，譜圖如圖所示。這時(shí)發(fā)現(xiàn)，213Hz的兩旁的邊頻間隔為0.85Hz，恰好是低速軸轉(zhuǎn)頻。 測(cè)點(diǎn)垂直方向頻譜測(cè)點(diǎn)垂直方向細(xì)化頻譜 與此同時(shí)，在該轉(zhuǎn)速下，對(duì)測(cè)點(diǎn)（1）（2）垂直方向的振動(dòng)信號(hào)作時(shí)域波形分析，其波形圖分別如圖a、b所示。 從時(shí)域波形圖上可以看出，高速軸（測(cè)點(diǎn)（1）振動(dòng)波形屬常規(guī)振動(dòng)（見(jiàn)圖458a），低速軸（測(cè)點(diǎn)（2）的時(shí)域波形有明顯的沖擊信號(hào)（見(jiàn)圖458b），其脈沖間隔為1176ms，相當(dāng)頻率值0.85Hz

12、（100011760.85Hz）, 即為低速軸轉(zhuǎn)頻。 為了進(jìn)一步查明原因，把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至500r/min，對(duì)測(cè)點(diǎn)（2）垂直方向作頻譜分析，其頻譜圖如圖。其實(shí)，213Hz頻率依然存在，它不隨轉(zhuǎn)速而變化。此時(shí)，該頻率的邊頻譜線的間隔為2.5Hz，等于低速軸轉(zhuǎn)頻。 可以推測(cè)，213Hz這個(gè)不隨轉(zhuǎn)速而改變的頻率是齒輪的固有頻率。機(jī)器運(yùn)行中，由于齒輪嚙合的強(qiáng)烈沖擊（見(jiàn)圖458b）激發(fā)了齒輪以固有頻率振動(dòng)。 根據(jù)所獲得的信息，可以推斷齒輪存在嚴(yán)重故障（如輪齒變形等），而且主要振源在大齒輪上。 在檢修處理時(shí)拆開(kāi)減速器檢查，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)齒輪的輪齒表面的鏨銼痕跡很顯眼，凹凸不平，這樣粗糙的齒面在輪齒嚙合時(shí)必然產(chǎn)生

13、嚴(yán)重沖擊。另外，大齒輪有5個(gè)輪齒的齒頂邊緣因長(zhǎng)期擠撞而呈臺(tái)階突起，高達(dá)56mm，齒輪在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)必然出現(xiàn)大齒輪的輪齒頂撞小齒輪的輪齒根部，齒輪在這種惡劣的狀態(tài)下運(yùn)行，激起齒輪固有頻率是理所當(dāng)然的。強(qiáng)勁的固有頻率分量湮沒(méi)了齒輪嚙合頻率的分量，所以在譜圖中沒(méi)有出現(xiàn)嚙合頻率分量的譜線。 后來(lái)經(jīng)過(guò)了解，該機(jī)在大修時(shí)，由于沒(méi)有新齒輪備件更換，只得用一對(duì)使用過(guò)的舊齒輪稍加修理后代用，所以造成這種被動(dòng)的局面。 本例從振動(dòng)幅值的變化，分析了故障頻率特征，并對(duì)時(shí)域波形進(jìn)行觀察，然后通過(guò)改變轉(zhuǎn)速測(cè)量，查明了故障原因，最后揭蓋檢查得到了驗(yàn)證，診斷過(guò)程完整，思路清晰，是一個(gè)很典型的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例。實(shí)例實(shí)例2 2 某有色金屬加工

14、廠的一臺(tái)3W1B1型高壓水泵，通過(guò)減速器把電動(dòng)機(jī)與水泵的曲軸連接起來(lái)。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1485r/min，減速器小齒輪齒數(shù)z1為24齒，大齒輪齒數(shù)z2為155齒，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖。 該機(jī)在檢修前進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)量分析，發(fā)現(xiàn)減速器小齒輪軸承測(cè)點(diǎn)、振動(dòng)值較大，見(jiàn)表。 測(cè)點(diǎn)HVAHVAA7.06.621.510.713.721.5機(jī)組檢修前加速度有效值m/s*s 對(duì)測(cè)點(diǎn)、水平方向的振動(dòng)信號(hào)作頻譜分析，頻譜結(jié)構(gòu)分別如圖a和圖b。檢修前檢修后 兩測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)基本一致，主要頻率有齒輪嚙合頻率fm（fz）及其2倍 頻 （ 2 fm= 5 9 4 2 = 1 1 8 8 H z ） 和

15、 3 倍 頻（3fm=5943=1782Hz），且2、2次諧波分量幅值較大，同時(shí)嚙合頻率及其倍頻兩旁還有較多的邊頻成分以及低次諧波。邊頻間距為24.4Hz，與小齒輪的轉(zhuǎn)頻24.75Hz基本一致，邊頻成分分布比較幾種，呈分布故障特征。據(jù)此，判斷小齒輪存在較為嚴(yán)重的磨損故障。在揭蓋檢查時(shí)，得到了驗(yàn)證，實(shí)際情況與分析結(jié)論基本一致。修理時(shí)更換了小齒輪，振動(dòng)值下降到正常水平。 檢修后的頻譜圖分別如圖b。其時(shí)嚙合頻率的諧波分量大為減弱或消失，邊頻已不復(fù)存在，說(shuō)明齒輪的運(yùn)行狀況有所改善。 本例的特點(diǎn)在于，齒輪故障的頻率特征很明顯，隨著故障的排除，故障特征頻率發(fā)生了很大的變化，有的消失，有的減弱。這再一次證明

16、利用頻率分析診斷齒輪故障是很有成效的。本例的另一個(gè)特點(diǎn)是將故障處理前后的振動(dòng)值及其頻率特征作對(duì)比分析，這是故障診斷中應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持的基本原則，值得借鑒。 實(shí)例實(shí)例1 1 某鋼鐵廠化鐵爐除塵風(fēng)機(jī)，型號(hào)D28，電動(dòng)機(jī)功率800Kw，轉(zhuǎn)速750 rpm ，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下。 振動(dòng)故障識(shí)別方法振動(dòng)故障識(shí)別方法主頻識(shí)別法主頻識(shí)別法 機(jī)組1992年8月中修后運(yùn)行了一段時(shí)間振動(dòng)逐漸增大，到1993年1月，測(cè)點(diǎn)水平方向同振動(dòng)值達(dá)到15.15mm/s。當(dāng)時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)作了頻譜分析，譜圖如圖所示。 測(cè)點(diǎn)最大峰值頻率為12.65Hz，與轉(zhuǎn)頻基本一致。此外還有弱小的2倍頻分量及少量微弱的高次諧波。 由于測(cè)點(diǎn)靠近風(fēng)機(jī)葉輪，1倍頻分量又

17、占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)且又是水平方向振動(dòng)最大，根據(jù)這些情況，判斷風(fēng)機(jī)葉輪存在較嚴(yán)重的不平衡。在拆機(jī)檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，葉輪周邊存在嚴(yán)重的不均勻磨蝕，破壞了轉(zhuǎn)子平衡。根據(jù)設(shè)備管理部門(mén)反映，由于通風(fēng)系統(tǒng)的除塵裝置停用3個(gè)多月，氣流中鐵砂含量劇增，加快了葉輪的磨損，而且葉片上不均勻地粘附著大量的粉塵雜質(zhì)，蝸殼下步積滿了爐灰，更加劇了葉輪的不平衡損壞。在檢修時(shí)更換了葉輪，清除了蝸殼內(nèi)積存的粉塵，恢復(fù)使用了除塵裝置，此后，風(fēng)機(jī)運(yùn)行正常。 實(shí)例實(shí)例2 2 某發(fā)電廠4號(hào)機(jī)組2循環(huán)泵，1994年11月對(duì)軸承的振動(dòng)信號(hào)作頻譜分析，譜圖上出現(xiàn)了滾動(dòng)軸承的故障特征頻率206Hz和239Hz，但信號(hào)比較弱小，處于早期故障。到1995年2月振動(dòng)變得嚴(yán)重起來(lái)，其時(shí)對(duì)軸承從高低兩個(gè)頻段作了振動(dòng)頻率分析，譜圖如圖。在低頻段的譜圖中，軸承的故障特征頻率顯得十分突出（見(jiàn)圖a），而在高頻段在25KHz的范圍內(nèi)出現(xiàn)了峰值逐漸增大的頻譜峰群，顯示了故障軸承的固有頻率特征。因此可以肯定軸承已存在較為嚴(yán)重的故障。 低頻段頻譜高頻段頻譜 2泵在檢修時(shí)更換了軸承，其時(shí)振動(dòng)頻譜發(fā)生了顯著的變化。譜圖上，低頻段譜峰消失，高頻段的強(qiáng)勁峰群也減縮成低矮的“丘陵”狀了。對(duì)滾動(dòng)軸承來(lái)說(shuō)，這種高頻峰群與低頻特征一樣都是滾動(dòng)軸承存在故障的標(biāo)志，這是它區(qū)別于其他故障的地方。所以從頻率領(lǐng)域識(shí)