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风机振动分析

信息来源:发布时间:2020-08-01阅读:912
振动诊断实践
    振动诊断

  

      第二章 一般旋转设备故障诊断

 

二、振动分析的一般步骤

        现场故障分析时,首先对信号特征进行识别,得出振动的表层原因;然后对信号特征做出机理分析,由此得出振动的深层次原因;再按故障机理寻找具体的振源,得出具体的振动原因;最后由具体的振动原因确定故障的来源

 

1.观察发展及变化

  在分析和诊断故障时,应首先观察各监测参数的发展变化。为此,应注意积累和研究机器正常运行状态下的振动数据,包括基频的幅值和相位、次谐波和高次谐波的幅值和相位、其他重要频率分量的幅值等。对当前机器的振动信号,进行各种观察和分析时,应与正常运行状态下的振动进行比较。但首先确定是否是因运行参数的改变而引起的特征参数改变,如负荷是否有大的改变等。

 

2.设备的外部观察及测试

  通过对设备的外部观察和测试,(如现场设备温度、声音、压力、转速、负荷、油温、振动等参数的不同变化以及发生的部位,)能够快速了解设备的整体运转情况,大概确定故障的类型及故障部位,对一些常见故障来说,甚至可以就此做出精准诊断。特别是对一些感官可察觉的问题,如地脚的断裂、叶轮的磨损、焊缝开裂等故障,更是简单有效,而单纯的信号分析反而容易将简单问题复杂化。

 

  一般来说无论我们使用何种检测仪器,也无论我们运用什么诊断方法,仪器测量反映出的问题,必须在感官上能够得到合理地解释;同时感官发现的故障现象,在仪器上也必须有合理地反映,两者统一,可以基本确定故障原因,如果二者不能统一,则需要有合理的解释。

 

3.观察转速变化的振动响应

      转速变化主要指可调速设备的转速变化和起动和停车过程,在这一过程中经历各种转速,振动信号能显示出故障与转速的关系,以此可区分不同故障。例如:图2-15 为不平衡、不对中引起的振幅随转速变化的曲线。

   因为设备部件转速与振动频率显著不同,依据振动频率可以很容易识别出故障源。显然,有人会问:“对于转速相同的直接联接设备怎么办?”这种情况,通常认为存在故障的部件振幅应该最大。例如,电动机和泵直接联接,电动机上的最大振幅为16mm/sec,而泵的振幅为2mm/sec。因为电动机的振幅是泵振幅的8倍之多,显然电动机是故障部位。

 

   通常,故障部件是具有最大振幅的那个部件。随着与故障源距离的增加,激振力会逐渐耗散。当然,这个规则也有例外,例如立式泵,出水管道系统共振导致泵振动过大,这种情况下,激振力确实是由电动泵产生的,但是被管道系统的共振放大了。

 

   这条规则的另一个例外直接联接的设备对中不良。物理学牛顿第三定律指出:一个物体施加一个力在第二个物体上,第二个物体也会在第一个物体上产生大小相等,方向相反的作用力。换句话说,每个作用力都有大小相等方向相反的反作用力。联轴器不对中,在驱动和被驱动部件之间的联轴器上产生一个力。结果,驱动设备和被驱动设备受到的反作用力基本相等,产生的振幅也就基本相同。驱动设备和被驱动设备振幅有略微差别的唯一原因,是这两个部件的质量和刚度有差别。但是,大部分联轴器不对中的情况,驱动设备和被驱动设备的振动基本一样。

 

4.根据振动方向判别故障原因

   比较水平方向和垂直方向数据时,必须清楚设备是如何安装固定的,同时也要知道,轴承是如何安装固定在设备上的。振动分析人员应该对水平方向和垂直方向的相对刚度有个感性认识,设备安装在坚固的或刚性的支承上,与安装在高架结构或弹性隔振体上,如橡皮垫或弹簧体,它们之间的振动评价标准是有区别的。

 

   假设风机固定在实心刚性混凝土基础上,基础固定在地平面坚固地基上,这表明设备是刚性安装,正常情况下,设备垂直刚度大于水平刚度。这时,对于如质量不平衡这样的普通故障,水平方向振幅大于垂直方向振幅。如果刚性安装的设备,垂直方向振动大于水平方向振动,就表明不正常了,可能是由于松动或强度低造成的。另一方面,如果同样的设备安装在弹簧体或橡皮垫上,出现垂直方向振幅大是正常的,不会认为结构存在问题。

 

  另一个需要考虑的因素是水平和垂直方向振幅的比例。按道理讲,一般刚性安装的设备水平方向振幅相对垂直方向振动较大是正常的。然而,还应该分析水平和垂直方向振幅的比例是否正常,以判断是否预示着有其它故障。对于一个正常的质量不平衡响应,水平振幅和垂直振幅的比例为1:1, 2:1, 3:1 或 4:1都有可能,这取决于设备特定的安装固定方式。换句话说,对于刚性安装固定的风机、电动机或泵,由于质量不平衡引起1倍频振动,水平振幅是垂直振幅的4倍属于正常。如果比值超过4倍就可能不正常,一般预示着异常,如结构松动或共振。

 

  一般惯例,任何时候轴向振幅超过了径向(水平或垂直)最大振幅的50%,就要考虑是否发生了不对中或轴弯曲。当然,如果轴向振幅相当大,也可能是由于共振或外伸端转子不平衡引起的。

 

5.振动频率及波形分析

   每一种引发异常振动的故障源都产生一定频率成分的振动,可能是单一频率,也可能是一组频率或某个频带。根据振动信号的频率组成,可以很快排除一批不可能出现的故障,将注意力集中在几个可能的故障原因上。

 

  波形分析具有简捷直观的特点,对振动的稳定性、刚度的对称性、是否存在冲击、有无干扰信号、是否存在调制现象等非常直观有效,一般可与频谱分析同时使用。

 

6.频率成分的相位分析

        振动相位是故障分析的主要工具之一,与频谱分析相辅相成,是区别同频故障的主要手段。例如转频故障是现场设备最常见故障,但与其对应的故障类型有几十种,单从频谱上是难以区分的。例如不平衡、偏心、转子弯曲、联轴器不对中、机械松动等故障,都可以通过相位分析有效甄别。

     另外转子的振型也是通过相位确定的:对刚性转子,两端轴承振动相位同相为圆柱形振动,反相为圆锥形振动;对挠性转子,两端轴承振动相位同相为一阶振型、三阶振型、…,反相为二阶振型、四阶振型、…。

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