不对中不平衡振动诊断要点.docx
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不对中不平衡振动诊断要点.docx
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不对中不平衡振动诊断要点
不对中的故障诊断要点
1)频域:
①确认轴向和径向在1、2、3倍频处有稳定的高峰,特别注意2倍频分量。
②径向振动信号以1倍频和2倍频分量为主,轴系不对中越严重,其2倍频分量就越大,多数情况下会超过1倍频。
③轴向振动以1倍频分量幅值较大,幅值和相位稳定。
④联轴节两侧相临轴承的油膜压力反方向变化,一个油膜压力变大,另一个则变小。
相位基本上成180度。
⑤4-10倍频分量较小。
2)时域:
确认以稳定的周期波形为主,每转出现1个、2个或3个峰,没有大的加速度冲击现象。
如果轴向振动径向振动一样大或者比径向还大,则说明情况非常严重。
3)振动信号的原始波形是畸变的正弦波。
4)轴心轨迹呈香蕉形或8字形,正进动。
5)振动对负荷变化较为敏感,一般振动幅值随负荷的增大而升高。
提示:
1)在确认不对中的若干特征时,如果出现:
轴向振动小且4-10倍频分量较大,则有可能是机械松动。
2)在诊断不对中时,如果1倍频分量比其他分量占优势,可能存在角不对中;2倍频分量比其他分量占优势,可能存在平行不对中。
3)如果时域波形不稳定或出现较大的冲击现象,可能是其他故障。
4)对于电机,如果基频及其他倍频分量大的同时,其振动时域波形有调制现象,或基频处出现边频,可能存在机电故障,如转子断条或轴承倾斜导致的偏心。
5)对于齿式联轴器在2倍频下,还可能出现3、4、5等倍频分量。
6)对于目前使用较多的膜片联轴器可出现N倍频(N为螺栓的个数)。
不平衡的振动诊断
1)频域:
i.确认频谱中以稳定的基频分量为主,其它倍频幅值很小。
ii.轴向振动比径向小得多。
iii.必要时可以改变转速,在升速过程中当转速小于临界转速时,确认工频幅值随转速升高而增大;当转速大于临界转速后,振幅随转速增大反而减小,并趋向一个较小的稳定值。
当转速接近临界转速时,将产生共振,此时振幅将有最大峰值。
2)时域:
i.波形以稳定的单一频率为主,轴每转一周出现一个峰值。
振动信号的原始波形为正弦波。
ii.轴向振动比径向小得多。
iii.轴心轨迹呈椭圆形。
iv.转子的进动特征为同步正进动。
提示:
1.造成径向振动基频幅值大的其他故障还有:
轴弯曲、机械松动及机械共振。
要加以区分,在检测不平衡前应予以纠正。
2.如果1、2、3倍频等分量大,而且垂直方向振动明显大于水平方向振动,有可能是基础松动。
3.如果轴向振动较大,并且径向和轴向的1、2、3倍频分量较大,有可能存在轴弯曲或角度不对中。
4.稍微改变转速,如果基频幅值变化很大,可诊断为机械共振。
5.对于电机,如果基频幅值大的同时,其振动时域波形有缓慢的调制现象,可能存在机电故障,如转子断条或裂纹。
6.轴弯曲与不平衡有相似的频谱特征。
区分的方法是:
低转速下测量转子不同部位的径向跳动量,即可以判断转子是否存在初始弯曲;如果有条件,可以测试轴两端的相位,也可以帮助判断轴是否存在弯曲。
在一定的转速下改变机组负荷,如果振动随负荷和时间而变化,则可能存在局部的摩擦、受热或冷却不均匀引起的热弯曲。
转子动不平衡确认步骤(翻译+个人经验)
1、信号录取方法:
(1)最好使用6通道仪器同时记录1V、2V、1H、2H、1A、2A振动;
(2)也可以使用2通道仪器分别同时记录1V、2V;1H、2H;1A、2A振动。
2、分析1V、2V相位差
3、分析1H、2H相位差:
若1V、2V相位差与1H、2H相位差接近,则可能存在动不平衡
4、分析1V、1H相位差
5、分析2V、2H相位差:
若1V、1H相位差与2V、2H相位差分别接近90度(或分别接近270度),则可能存在动不平衡(若1V、1H相位差为90度,而2V、2H相位差不是90度,则可能在1点发生局部动不平衡,如电机端部冷却风扇的动不平衡。
)说明:
90度、270度,并非精确值,一般在正负30度以即可.
6、计算1V、2V幅值比,取整数
7、计算1H、2H幅值比,取整数。
若这两个整数接近,则可以确认存在动不平衡
8、计算1A、1H幅值比
9、计算2A、2H幅值比:
若1A、1H幅值比与2A、2H幅值比分别小于1/3,则可以确认存在动不平衡
10、分析1V、2V;1H、2H;1A、2A相位关系
若1V、2V;1H、2H;1A、2A分别同相位或分别180度反同相,则可以确认存在动不平衡
机械松动的诊断要点
1)频域
a)确认径向振动有较大的1倍频分量,特别是3-10倍频分量。
b)可能有1/2、3/2、5/2等分数倍频分量,它们随时间增大。
c)确认轴向振动小或正常。
2)时域
a)不稳定的非周期信号占优势,可能有大的冲击信号。
b)比较垂直和水平方向的振动,可以发现振动具有高度的方向性。
提示:
1)故障严重,还会出现1/3、1/4倍频等分量。
2)机械松动也可在达到工作温度且部件已经热膨胀后出现。
3)水平固定的机器,如果基座松动,则垂直方向会出现很大的一倍频振动,一般比水平方向振动还大。
所以,这一点要特别注意和转子不平衡相区分。
4)具有松动故障的典型频谱特征是以工频为基频的各次谐波,并在谱图中常看到10X。
国外有人认为,若3X处峰值最大,是轴和轴承间有松动,若4X处有峰值,表明轴承本身、松动。
电机转子故障诊断要点
1)确认1、2、3倍频振动分量大且有边频带,若边频带间隔为p·s·f,表明有转子断条或裂纹。
2)出现电源频率振动分量表明转子弯曲或转子偏离磁场中心。
3)确认时域波形有强烈的调制,周期为1/(p·s·f),表明有转子断条问题。
4)检查轴向振动,轴向振动应很小。
若轴向振动有较大的1倍频分量,而径向振动1倍频分量没有明显的边频带,,则可能是轴承倾斜或不对中,转子弯曲,或转子偏离磁场中心
叶轮/叶片和旋翼故障诊断要点
1)确认1、2、3倍叶片通过频率分量大;
2)确认叶片通过频率及其谐波有显著的边带成分,测量其频率间隔,有调制频率确定故障部位。
3)确认1倍叶轮转速有较大峰值及存在边频带,表明叶片损伤、摩擦、污物附着或可能是入口或出口压力波动。
4)确认1/2谐波分量及3/2、5/2谐波分量,表明转子与机壳间有摩擦。
5)叶片通过频率=轴转速·叶片数
6)如果流场中有静叶片,可激发较高频振动,其频率是:
叶片通过频率·静叶片数。
动压滑动轴承油膜涡动诊断要点
诊断
a)确认径向振动频谱中有显著而稳定的(0.42-0.48)倍频分量(有时看起来很象1/2倍频,要仔细辨别)。
可能有较大的高次谐波分量。
最近研究报道倍频围可以达到0.42-0.8倍频,甚至在实验室测试观察到了1倍频。
b)确认轴向振动在涡动频率处分量较小。
c)轴心轨迹呈双椭圆或紊乱不重合,模拟轴心轨迹呈“8”字形。
d)确认时域波形中稳定的周期信号占优势,每转一周少于一个峰值,没有大的加速度冲击。
提示:
为区分涡动频率(0.42-0.48)倍频分量与机械松动或轴承摩擦产生的1/2倍频分量,必须使用高分辨率频谱和峰值标记。
为此,要设置足够大的谱线数、使频率分辨率达到转速的(2-5)%。
分析频率/采样点数/谱线数的设置要点
1.最高分析频率:
Fm指需要分析的最高频率,也是经过抗混滤波后的信号最高频率。
根据采样定理,Fm与采样频率Fs之间的关系一般为:
Fs=2.56Fm;而最高分析频率的选取决定于设备转速和预期所要判定的故障性质。
2.采样点数N与谱线数M有如下的关系:
N=2.56M 其中谱线数M与频率分辨率ΔF及最高分析频率Fm有如下的关系:
ΔF=Fm/M 即:
M=Fm/ΔF 所以:
N=2.56Fm/ΔF
★采样点数的多少与要求多大的频率分辨率有关。
例如:
机器转速3000r/min=50Hz,如果要分析的故障频率估计在8倍频以下,要求谱图上频率分辨率ΔF=1Hz,则采样频率和采样点数设置为:
最高分析频率Fm=8·50Hz=400Hz;
采样频率Fs=2.56·Fm=2.56·400Hz=1024Hz;
采样点数N=2.56·(Fm/ΔF)=2.56·(400Hz/1Hz)=1024=210
谱线数M=N/2.56=1024/2.56=400条
电机振动异常的识别与诊断
⑴三相交流电机定子异常产生的电磁振动,三相交流电机在正常运转时,机座上受到一个频率为电网频率2倍的旋转力波的作用,而可能产生振动,振动大小与旋转力波的大小和机座的刚度直接有关。
定子电磁振动异常的原因:
①定子三相磁场不对称,如电网三相电压不平衡。
因接触不良和断线造成单相运行,定子绕组三相不对称等原因,都会造成定子磁场不对称,而产生异常振动。
②定子铁心和定子线圈松动将使定子电磁振动和电磁噪声加大。
③电磁底脚线条松动,相当于机座刚度降低使定子振动增加。
定子电磁振动的特征:
①振动频率为电源频率的2倍,F=2f
②切断电源,电磁振动立即消失
③振动可以在定子机座上和轴承上测得
④振动强度与机座刚度的负载有关
⑵气隙静态偏心引起的电磁力
电机定子中心与转子轴心不重合时,定、转子之间气隙将会出现偏心现象,偏心固定在一个位置上,在一般情况下,气隙偏心误差不超过气隙平均值的上下10%是允许的,过大的偏心值产生很大的单边磁拉力。
气隙静态偏心产生的原因:
①电磁振动频率是电源频率的2倍F=2f。
②振动随偏心值的增大在增加,随负载增大而增加。
③断电后电磁振动消失。
④静态偏心产生的电磁振动与定子异常产生的电磁振动非常相似,难以区别。
⑶气隙动态偏心引起电磁振动
偏心的位置对定子是不固定的,对转子是固定的,因此偏心的位置随转子而转动。
气隙动态偏心产生的原因:
①转子的转轴弯曲
②转子铁心与转轴或轴承不同心。
③转子铁心不圆
气隙动态偏心产生电磁振动的特征;
①转子旋转频率和定子磁场旋转频率的电磁振动都可能出现。
②电磁振动的振幅随时间变化而脉动(振),脉动的频率为2sf,周期为1/2sf
当电动机负载增加,S加大,其脉动节拍加快。
③电动机往往发生与脉动节拍相一致的电磁噪声。
④断电后,电磁振动消失,电磁噪声消失。
⑷转子绕组故障引起的电磁振动。
笼形电机笼条断裂,绕组异步电机由于转子回路电气不平衡都将产生不平衡电磁力。
转子绕组故障产生的原因:
①笼条铸造质量不良,产生断条和高阻。
②笼形转子因频繁起动,电机负载大产生断条或高阻。
③饶式异步电动机的转子绕组回路电气不平衡,产生不平衡电磁力。
④同步电动机磁绕组匝间短路。
转子绕组故障引起电磁振动的特征:
①转子绕组故障引起电磁振动与转子动态偏心产生的电磁振动,波形相似,现象相似,较难区别,振动频率为f/p,振幅以2sf的频率在脉动、电动机发生与脉动节拍一致的电磁噪声。
②在空载或轻载时,振动与节拍噪声不明显,当负载增大时,这种振动和噪声随之增加,当负载超过50%时,现象较为明显。
③在定子的一次电流中,也产生脉动变化其脉动节拍频率为2sf。
④在定子电流波形作频谱分析,在频图图中,基频两边出现的边频。
⑤同步电动机励磁绕组但匝间短路,能引起f/p频率(转频)的电磁振动和噪声,无节拍脉动振动现象与转子不平衡产生的机械振动相似。
⑥断电后,电磁振动和电磁噪声消失。
⑸转子不平衡产生的机械振动;
转子不平衡的原因
①电机转子质量分布不均匀,产生重心位移,与转子中心不同心。
②转子零部件脱落和移位,绝缘收缩造成绕组移位、松动。
③联轴器不平衡,冷却风扇不平衡,皮带轮不平衡。
④冷却风扇与转子表面不均匀积垢。
转子不平衡产生的机械振动特征
①振动频率与转频相等
②振动值随转速增高而加大,与电机负载无关。
③振动值以经向为最大,轴向很小。
当地脚螺丝松动时,电机的转频和电机定子固有频相近时,由于转子不平衡共振将产生异常振动,造成电机结构件的破坏和疲劳。
⑹滑动轴承由于油膜涡动产生振动。
产生的原因:
在轴承比负载较小,轴颈线速度叫高,特别是大型告诉的柔性转子电机中易发生,轴承经过长期运行,间隙变大,或润滑油粘度大,油温低,轴承负载轻等互相造成油膜加厚,轴承油膜动压不稳定而产生振动。
滑动轴承油膜滑动的特征:
①振动频率略低于转子回转频率的Fr的一半,约为0.42—0.48Fr.
②油膜涡动的振动是径向的。
③油膜涡动往往是突然出现的,诊断的方法是油膜涡动偶,改变油的粘度和温度振动就能减轻和消失。
⑺滑动轴承由于油膜振荡产生振动
油膜振荡产生的原因:
油膜振荡产生的原因和油膜涡动的原因相同,也是油膜动压不稳造成的。
当转子回转频率增加时,油膜涡动频率随之增加,两者关系近似保持不变的比值约0.42—0.48之间,当转轴的回转频率达到其一阶临界转速的2倍时,随着转子回转频率的增加,涡动频率将不变,等于转子的一阶临界转频,而与转子回转频率无关,并出现强烈的振动,这种现象为油膜振荡,产生强烈振动的原因是油膜涡动与系统共振,两者相互激励,相互促进的结果。
对油膜振荡来说,除了油膜性质改变以外,转子不平衡量的增加和地脚螺丝的松动都会诱导油膜振荡的发生。
油膜振荡的特征:
①振荡频率等于转子的一阶临界转速,工作转速接近一阶临界转速2倍的大型,告诉柔性转子电机极易发生油膜振荡。
②油膜振荡是径向振动。
③减少转子不平衡,降低润滑油粘度和提高油温,能使油膜振荡消失和减轻。
⑻加工和装配不良产生振动;
产生的原因:
与轴承孔配合的轴颈和轴肩加工不良或由于轴弯曲等原因,使轴承圈装配后,其中心线与轴中心线不重合,轴承每转一周,轴承受一次交变的轴向力作用,使轴承产生振动。
振动的特征:
①振动幅值以轴向为最大。
②振动频率与转频相同。
⑼安装时,轴线不对中引起振动;
机组安装后,电机和负载机械的轴心线应该一致相重合,当轴心线不重合时,电动机在运行时就会受到来自联轴器的作用力而产生振动。
不对中分为3种情况。
①轴心线平行不对中(偏心不对中),就是电动机与负载机械轴心线虽然平行,但不重合,存在一个偏心距,随电机转动,其轴伸上就受到一个来自联轴器的一个径向旋转力的作用,使电机产生径向振动,振幅与偏心距大和转速高低有关,频率是转频的2倍。
②轴心线相交不对中,当电动机与负载机械轴心相交时,联轴器的结合面往往出现“口”现象。
电动机转动时,就会受到联轴器的一个交变的轴向力作用,产生了轴向振动,产生了轴向振动,频率与转频相同。
③轴心线既相交又偏心的不对中:
在实际安装中,以上两种不对中情况往往同时存在,特征如下:
1、径向振动出现1倍频,2倍频振动,2倍频成份大。
2、轴向振动出现1倍频,2倍频,3倍频,转子轴向振动幅值为径向振动的50%以上。
3、轴心线不重合的偏差越大,振动也越大。
4、电动机单独运行时,振动消失。
⑽机械松动引起的振动
机械松动分为结构件松动和转动部件松动。
造成松动的原因:
①由于安装不良和长期磨损,轴承与轴或端盖孔具有较大间隙或过量不足。
风扇和转轴配合松动,转子铁心与轴(或支架)配合松动。
②电机的机座或轴承安装不良,底座不平,地脚螺丝不紧等。
③基础和机座损坏。
机械松动故障引起振动的特征:
①径向振动较大,尤其垂直方向振动大。
②有时含有1/2倍,3/2倍等分数频分量。
③时域波形杂乱,有明显的不稳定的非周期信号。
④轴向振动很小或正常。
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