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分析振动原因的重要依据、振动特性的标志——频率

信息来源:发布时间:2020-08-01阅读:869

 

 

振动诊断实践
    振动理论基础

  

 

 

第二节 振动理论基础

   

三、振动频率

 

 频率是振动特性的标志,是分析振动原因的重要依据之一,是判别振动性质的主要手段,而设备能否坚持运行取决于振动幅值与振动性质。

 

 只要你对设备有足够的了解,那么该设备会出现什么样的故障,以及其所对应的振动频率就会了然于胸,两者相互对应将很快确定故障性质,是转子故障相关或冲击故障再或者与某零部件有关等等。

 

频率f是物体每秒钟内振动循环的次数,单位是赫兹 [hz] 。对转动机械来说,如存在转子不平衡振动,那么转子每旋转一周就是完成了一个振动过程,为一个周期,或者说振动循环变化了一次。周期t是物体完成一个振动过程所需要的时间,单位是秒 [s],频率与周期互为倒数

 

 

 例,某一机器的实际运行转速n为3000r/min时,那么,转速频率f=n/60=3000/60=50hz,其工频为50hz,二倍频为100hz,半频为25hz。

 

从振动频率的定义我们可以看出,对于相同的振动幅值,其振动频率越高危害则越大。

 

 故障性质不同代表着其振动频率的不同,比如,叶片的通过频率、齿轮的啮合频率、轴承故障特征频率等等,我们精密分析所用的频谱分析仪就是将通频振动分解为选频振动,提取频率特征,确定故障原因。例,假设pg电子app官网入口-pg电子免费版的工作转速为1500转,由3000转的电机通过皮带驱动,鼓风机在工作转速时振动剧烈。测试发现振动的主要频率成分为25hz,这说明造成振动的部位在鼓风机一侧,可以排除电机等因素。掌握这样一个基本的事实,就可以排除许多其它引起振动的原因。

 

    我们现场常用的振动表所测量的是10—1000hz的通频振动,如图1-3所示

 

    

    由图1-3可知黑色复杂的周期波形(通频),是由各单一周期波形(选频)合成而来,而每一周期波形对应着不同频率成分,经过fft变换显示在频谱分析仪上。

 

 通频振动是原始的、未经傅立叶级数变换分解处理的、由各频率振动分量相互迭加后的总振动。其振动波形是复杂的波形。选频振动是从通频振动中所分解出来的、振动波形是单一正弦波的、某一选定频率的振动(如工频、0.5倍频、二倍频、…)。我们平日用的简易振动表测取的就是通频振动。

 

 各种不同类型的故障所引起的振动都有各自的特征频率。例如,转子不平衡的振动频率是工频,齿式联轴器(带中间齿套)不对中的振动频率是二倍频,油膜涡动的振动频率是0.5倍频(实际上要小一点),等等。由各频率成分的幅值大小和分布情况,从中查找出发生了异常变化的频率,再联系故障特征频率探索构成振动激振力的来源,是判别振动故障类型通常采用的诊断方法。

 

 但是反过来看,某种振动频率可能和多种类型的故障有关联。例如,动不平衡的特征频率是工频,但不能说工频高就是发生了动不平衡,因为某些轴承及对中不良等故障的振动频率也是工频。因此,频率和振动故障的对应关系并不是唯一的。为了得到正确的诊断结论,需要对各种振动信息进行综合分析。

 

下面简单介绍一下不同频率可能对应的振动故障:

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。多数(60%以上)为不平衡故障,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40%)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、裂缝等刚度差异引起的振动或共振,运行转速接近临界转速等。

 

 二倍频在所有情况下也都存在,幅值往往低于工频的一半,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。绝大多数为不对中(含联轴器)故障,如齿式联轴器(带中间短接)和金属挠性(膜盘、叠片)联轴器的不对中、刚性联轴器的平行(径向)不对中,其中,既有安装偏差大所产生的冷态不对中,又有由温差产生的支座升降不均匀以及管道力所引起的热态不对中,以及联轴器损伤故障等;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。

 

 低频往往不存在或者以小幅值存在,在其大于3~5μm的情况下,低频所对应的故障类型相对复杂。可进一步分为两种类型,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、…,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。

 

    转子的临界转速就是转子的固有频率,其所对应的故障类型为油膜振荡、密封流体激振、临界转速区共振。

 

     齿轮、轴承、叶片通过频率等特定频率,都有特定的计算公式,后续会有详细的解释。

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