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振動故障診斷及頻譜分析-振迪檢測

文/ 發(fā)布于 : 2024-07-03    瀏覽次數(shù):4378

在振動故障診斷領域,頻譜分析雖為重要手段,但也有其局限性和片面性,它只是我們診斷故障的工具和依據(jù)之一。比如,在振動故障診斷中,對電流的監(jiān)測可有效判斷因流量不足引發(fā)的振動;對壓力的監(jiān)測可有效判斷泵氣蝕及流道等問題導致的振動。從不同角度審視問題,所獲取的信息往往是局部的,對于一種故障的判斷,通常需要多種特征參數(shù)相互印證。以下內(nèi)容僅針對頻譜分析展開:

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一、要獲取精準的故障診斷結果,首要之務是確保所采集頻譜的準確、完整與有效。在進行頻譜分析前,需確認以下要點:

1、在測量頻譜及展開分析前,應實施外觀檢測,比如對地腳的檢測。若地腳松動,可能影響到對中;對于落地式軸承座的電機,可能影響氣隙;對于軸瓦設備可能導致間隙問題,這些狀況都會如實呈現(xiàn)在頻譜上,待松動螺栓緊固后,異?,F(xiàn)象消失。簡易的外觀檢測能避免諸多誤診情形。

此外,一臺機器上有可能檢測到源自附近另一臺機器的振動。所以要排除外來激振源引發(fā)的頻率響應,以防給頻譜分析造成困擾。

2、明確頻譜的來源。進行故障診斷時,必須在水平、垂直和軸向方向獲取數(shù)據(jù)。若問題屬于徑向載荷,就必須在徑向方向采集數(shù)據(jù),例如雙支撐轉子的不平衡。倘若問題是軸向加載方面的,則必須在軸向方向獲取數(shù)據(jù),像滾動軸承和角度不對中會產(chǎn)生軸向振動。

而且,要在整臺設備的每個軸承上采集數(shù)據(jù),例如電機兩端的滾動軸承,若其中一個軸承存在缺陷,兩端軸承或許都會有軸承故障信號。通常能通過從兩端獲取數(shù)據(jù)來識別有缺陷軸承的位置,鑒于高頻信號的強衰減特性,有故障的一端故障信號會明顯強于另一端軸承。當然,有時管道、支撐等的數(shù)據(jù)采集也是不可或缺的。

3、合理選擇測量參數(shù)。位移、速度、加速度的頻率響應曲線決定了其應用場景,位移測量適用于低頻故障;加速度針對高頻故障;速度適用于 10~2000HZ 的測量,甚至到 4000HZ 仍可使用,所以對于高頻故障,速度、加速度都應進行測量。

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4、科學設置分辨率。針對不同的故障要設定恰當?shù)姆直媛?,首先判斷該設備可能出現(xiàn)的故障需要何種分辨率,若不了解,那么在采集數(shù)據(jù)時就需設置充足的分辨率,因為數(shù)據(jù)若未獲得足夠分辨率來識別問題,可能導致誤診,像齒輪、軸承、電機故障的邊帶問題。帶寬的設置需涵蓋被測量設備的所有故障的基頻及諧頻。

5、頻譜分析要與時域分析相結合。頻譜是振幅與頻率的關系圖,包含頻率、諧波、次諧波以及和頻和差頻等。然而,從時域轉換到頻域的過程中,會丟失部分信息,比如相位、脈沖的真實振幅、脈沖的性質(zhì)等。

時間信號是幅值與時間的關系圖,該信號涵蓋所有頻率、諧波和次諧波,這些頻率的相位關系也包含其中,還存在脈沖、幅值調(diào)制、頻率調(diào)制、截斷和失真。正因時域轉換到頻域時會丟失一些有價值的數(shù)據(jù),所以對于不同問題會呈現(xiàn)相同或相似的故障頻譜,準確診斷需要時域信號的分析。

關于時域波形的分析將在《振動診斷——時域波形分析》中詳細說明。

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二、機械振動的頻譜分析,本質(zhì)在于計算設備能夠產(chǎn)生的頻率并測量機械實際產(chǎn)生的頻率,然后將二者關聯(lián)起來,從而識別出振動問題。

1、一般而言,頻譜中頻率的來源包括:激勵頻率、固有頻率、隨機頻率,當然也可能存在因測量等因素導致的虛假信號。有時頻譜中或許存在一些微小的諧波,這些可能是由機器或其他振源中極小的非線性引發(fā)的,通常不被視作問題。

2、部分頻率可能在多數(shù)采集的頻譜中存在,但并不意味著一定存在振動問題。如不平衡、葉片通過頻率、齒輪嚙合頻率等,在特定的幅值要求范圍內(nèi),我們通常認為是可接受的,但前提是它們不存在邊帶;不過有些頻率的出現(xiàn)則表明設備存在振動問題,比如滾動軸承各部件的振動頻率或產(chǎn)生的頻率受到其它頻率的調(diào)制時。

3、某些頻率可能由多種問題導致。例如,轉速頻率可能由松動、不平衡、軸彎曲、不對中、共振、軟腳、外殼變形等原因引起。

4、當存在兩個或多個頻率時,首先要判別其因果關系,若不存在因果關系,說明存在兩個或多個獨立問題。若存在因果關系,可能只是一個問題,例如,在振幅調(diào)制中可能存在兩個或多個頻率,但卻只是一個問題。

5、固有頻率通常以單個頻率的形式呈現(xiàn),但也存在一種較為少見的情況,即固有頻率表現(xiàn)為一個頻帶,帶寬由阻尼決定,譜線之間的差頻是激勵源。

6、當頻譜中出現(xiàn)多個頻率時,仍要明確因果關系,若為邊頻,通常邊頻指示的就是問題所在。比如,齒輪嚙合頻率的邊頻通常為問題軸或齒輪的轉速頻率。

7、噪聲也被稱為隨機信號,其分為兩種形態(tài),即無故障和故障形態(tài),出現(xiàn)故障時一些較高的頻率可能表現(xiàn)為寬帶噪聲,通常是由嚴重的松動引起的。滾動軸承嚴重損壞及水泵發(fā)生氣蝕時也會表現(xiàn)為高頻噪聲。


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