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常見的15種轉子振動故障特征頻譜

    【壓縮機網】根據ISO標準,由軸承支撐的旋轉體稱為轉子。轉子多為動力機械和工作機械中的主要旋轉部件。典型的轉子有透平機械轉子、電機轉子、各種的轉子和透平壓縮機的轉子等。
 
  一、不平衡
 
  不平衡故障癥狀特征:振動主頻率等于轉子轉速;徑向振動占優勢;振動相位穩定;振動隨轉速平方變化;振動相位偏移方向與測量方向成正比。
 
  1、力偶不平衡
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  力偶不平衡癥狀特征:同一軸上相位差180°;存在1X轉速頻率而且占優勢;振動幅值隨提高的轉速的平方變化;可能引起很大的軸向及徑向振動幅值;動平衡需要在兩個修正面內修正。
 
  2、懸臂轉子不平衡
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  懸臂轉子不平衡癥狀特征:徑向和軸向方向存在1X轉速頻率;軸向方向讀數同相位,但是徑向方向讀數可能不穩定;懸臂轉子經常存在力不平衡和力偶不平衡兩者,所以都需要修正。
 
  二、不對中
 
  1、角向不對中
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  角向不對中癥狀特征:特征是軸向振動大;聯軸器兩側振動相位差180°;典型地為1X和2X轉速大的軸向振動;通常不是1X,2X或3X轉速頻率占優勢;癥狀可指示聯軸器故障。
 
  2、平行不對中
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  平行不對中癥狀特征:大的徑向方向相位差180°的振動嚴重不對中時,產生高次諧波頻率;2X轉速幅值往往大于1X轉速幅值,類似于角向不對中的癥狀;聯軸器的設計可能影響振動頻譜形狀和幅值。
 
  3、裝斜的滾動軸承
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  裝斜的滾動軸承癥狀特征:振動癥狀類似于角向不對中;試圖重新對中聯軸器或動平衡轉子不能解決問題;產生相位偏移約180°的側面;對側面或頂部對底部的扭動運動。
 
  三、偏心轉子
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  偏心轉子癥狀特征:在轉子中心連線方向上最大的1X轉速頻率振動;相對相位差為0°或180°;試圖動平衡將使一個方向振動幅值減小,但是另一個方向振動可能增大。
 
  四、彎曲軸
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  彎曲軸癥狀特征:彎曲的軸產生大的軸向振動;如果彎曲接近軸的跨度中心,則1X轉速頻率占優勢;如果彎曲接近軸的跨度兩端,則2X轉速頻率占優勢;軸向方向的相位差趨向180°。
 
  五、機械松動
 
  1、機械松動(A)
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  機械松動 (A) 癥狀特征:機器底腳結構松動引起的;基礎變形將產生“軟底腳”問題;相位分析將揭示機器的底板部件之間垂直方向相位差約180°。
 
  2、機械松動(B)
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  機械松動(B) 癥狀特征:由地腳螺栓松動引起的;可能產生0.5X、1X、2X和3X轉速頻率振動時,由裂紋的結構或軸承座引起的。
 
  3、機械松動(C)
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  機械松動(C) 癥狀特征:相位經常是不穩定的;將產生許多諧波頻率。
 
  六、轉子摩擦
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  轉子摩擦癥狀特征:振動頻譜類似于機械松動;通常產生一系列可能激起自激振動的頻率;可能出現轉速的亞諧波頻率振動;摩擦可能是部分圓周或整圓周的。
 
  七、共振
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  共振癥狀特征:當強迫振動頻率與自振頻率一致時,出現共振;軸通過共振時,相位改變180°,系統處于共振狀態時,將產生大幅值的振動。
 
  八、皮帶和皮帶輪
 
  1、皮帶共振
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  皮帶共振癥狀特征:如果皮帶自振頻率與驅動轉速或被驅動轉速頻率一致,則可能出現大幅值的振動;改變皮帶張力可能改變皮帶的自振頻率。
 
  2、皮帶磨損、松動或不匹配
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  皮帶磨損、松動或不匹配癥狀特征:往往2X轉速頻率占優勢;振動幅值往往是不穩定的,有時是脈沖、頻率或是驅動轉速頻率,或是被驅動轉速頻率;齒形皮帶磨損或不對中,將產生齒輪皮帶頻率大幅值的振動;皮帶振動頻率低于驅動轉速或被驅動轉速頻率。
 
  3、偏心皮帶輪
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  偏心皮帶輪癥狀特征:偏心或不平衡的皮帶輪,將產生1x轉速頻率的大幅值的皮帶輪振動;在皮帶一致方向上的振動幅值最大;試圖動平衡偏心皮帶輪要謹慎。
 
  4、皮帶/皮帶輪不對中
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  皮帶/皮帶輪不對中癥狀特征:皮帶輪不對中將產生1X轉速頻率的大幅值的軸向振動;電動機上振動幅值最大的往往是風機轉速頻率。
 
  九、流體動力激振
 
  1、葉片通過頻率
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  流體動力激振癥狀特征:如果葉片與殼體之間的間隙不均勻,葉片通過頻率 (BPF) 振動的幅值可能很高;如果摩擦環卡在軸上,可能產生高幅值的葉片通過頻率 (BPF) 振動;偏心的轉子可能產生幅值過大的葉片通過頻率 (BPF) 振動。
 
  2、流體紊流
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  流體紊流癥狀特征:在風機中,由于流道內氣流的壓力變化或速度變化,往往會出現氣流紊流流動;將產生隨機的,可能在0到30赫茲頻率范圍的低頻振動。
 
  3、氣穴
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  氣穴癥狀特征:氣穴將產生隨機的,疊加在葉片通過頻率( BPF) 上的高頻寬帶能量振動;通常說明進口壓力不當;如果任憑氣穴現象存在,將可能導致葉輪的葉片腐蝕和殼體腐蝕;聲音聽起來像砂石經過泵的聲音。
 
  十、拍振
 
  拍振是兩個頻率非常接近的振動同相位和反相位合成的結果。
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  拍振癥狀特征:寬帶譜將顯示為一個尖峰上下,波動本身在寬帶譜上存在兩個尖峰的頻率之差就是拍頻。
 
  十一、偏心轉子
 
  電源頻率FL(中國為50赫茲=3000轉/分);
 
  極數P;
 
  轉子條通過頻率Fb=轉子條數*轉子轉速;
 
  同步轉速NS=2XFL/P;
 
  滑差頻率FS=同步轉速-轉子轉速。
 
  1、定子偏心、絕緣短路和鐵芯松動
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  定子偏心、絕緣短路和鐵芯松動癥狀特征:定子問題產生高幅值的電源頻率 ,二倍 (2FL) 電磁振動;
 
  定子偏心產生不均勻的氣隙,其振動的單向性非常明顯;軟底腳可能導致定子偏心。
 
  2、同步電動機
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  同步電動機癥狀特征:同步電動機的定子線圈松動產生;高幅值的線圈通過頻率振動;線圈通過頻率兩側將伴隨1X轉速頻率的邊帶。
 
  3、電源相位故障
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  電源相位故障癥狀特征:相位問題將引起二倍電源頻率;(2FL)伴有 (1/3) FL的邊帶;如果不修正電源故障,二倍電源頻率 (2FL) 的電磁振動幅值可能超過25毫米/秒峰值;如果電源接頭局部故障只是偶爾接觸故障。
 
  4、偏心轉子
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜

偏心轉子癥狀特征:偏心轉子產生旋轉的、可變的氣隙,它產生脈沖振動;經常要求進行細化譜分析,以分離二倍電源頻率(2F)與旋轉轉速的諧波頻率。
 
  5、轉子斷條
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  轉子斷條癥狀特征:旋轉轉速及其諧波頻率兩側伴隨極通過頻率(FP)邊帶說明轉子斷條故障;在轉子條通過頻率(RBPF)兩側,伴隨二倍電源頻率(2FL)邊帶說明轉子條松動;往往是轉子條通過頻率(RBPF)的二倍( 2XRBPF)和三倍 (3XRBPF )幅值很高,而轉子條通過頻率(RBPF)的基頻 (1XRBPF)的幅值很小。
 
  十二、直流電機
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  直流電動機故障癥狀特征:利用可控硅整流器頻率 (SCR) 高于正常的幅值可檢測直流電動機故障;這些故障包括:繞組線圈斷裂,保險絲和控制板故障,可產生1X到5X電源頻率的高幅值振動。
 
  十三、齒輪故障
 
  正常狀態頻譜:正常狀態頻譜顯示1X和2X轉速頻率和齒輪嚙合頻率GMF;齒輪嚙合頻率GMF通常伴有旋轉轉速頻率邊帶;所有的振動尖峰的幅值都較低,沒有自振頻率。
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  1、齒載荷的影響
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  齒載荷的影響癥狀特征:齒輪嚙合頻率往往對載荷很敏感;高幅值的齒輪嚙合頻率GMF未必說明齒輪有故障;每次分析都應該在最大載荷下進行。
 
  2、齒磨損
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  齒磨損癥狀特征:激起自振頻率同時伴有磨損齒輪的1X轉速頻率的邊帶說明齒磨損;邊帶是比齒輪嚙合頻率GMF更好的磨損指示;當齒輪的齒磨損時齒輪嚙合頻率的幅值可能不變。
 
  3、齒輪偏心和側隙游移
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  齒輪偏心和側隙游移癥狀特征:齒輪嚙合頻率GMF兩側較高幅值的邊帶說明,齒輪偏心側隙游移和齒輪軸不平行;有故障的齒輪將調制邊帶;不正常的側隙游移通常將激起齒輪自振頻率振動。
 
  4、齒輪不對中
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  齒輪不對中癥狀特征:齒輪不對中總是激起二階或更高階的齒輪嚙合頻率的諧波頻率,并伴有旋轉轉速頻率邊帶;齒輪嚙合頻率基頻(1XGMF)的幅值較小,而2X和3X齒輪嚙合頻率的幅值較高;為了捕捉至少2XGMF頻率,設置足夠高的最高分析頻率Fmax很重要。
 
  5、斷齒/裂齒
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  斷齒/裂齒癥狀特征:斷齒或裂齒將產生該齒輪的1X轉速頻率的高幅值的振動;它將激起自振頻率振動,并且在其兩側伴有旋轉轉速基頻邊帶;利用時域波形最佳指示斷齒或裂齒故障;兩個脈沖之間的時間間隔就是1X轉速的倒數。
 
  6、齒磨損
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  擺動的齒癥狀特征:擺動的齒輪的振動是低頻振動,經常忽略它。
 
  十四、滾動軸承
 
  1、滾動軸承故障發展的第一階段
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  滾動軸承故障發展的第一階段癥狀特征:超聲波頻率范圍 (>250K赫茲) 內的最早的指示,利用振動加速度包絡技術(振動尖峰能量gSE)可最好地評定頻譜。
 
  2、滾動軸承故障發展的第二階段
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  滾動軸承故障發展的第二階段癥狀特征:輕微的故障激起滾動軸承部件的自振頻率振動;故障頻率出現在500-2000赫茲范圍內;在滾動軸承故障發展第二階段的末端,在自振頻率的左右兩側出現邊帶頻率。
 
  3、滾動軸承故障發展的第三階段
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  滾動軸承故障發展的第三階段癥狀特征:出現滾動軸承故障頻率及其諧波頻率;隨著磨損嚴重出現故障頻率的許多諧波頻率,邊帶數也增多;在此階段,磨損可以用肉眼看見,并環繞軸承的圓周方向擴展。
 
  4、滾動軸承故障發展的第四階段
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  滾動軸承故障發展的第四階段癥狀特征:離散的滾動軸承故障頻率消失,被噪聲地平形式的寬帶隨機振動取代之;朝此階段末端發展,甚至影響1X轉速頻率的幅值;事實上,高頻噪聲地平的幅值和總量幅值可能反而減小。
 
  十五、滑動軸承
 
  1、油膜振蕩不穩定性
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  油膜振蕩癥狀特征:如果機器在2X轉子臨界轉速下運轉,可能出現油膜振蕩;當轉子升速到轉子第二階臨界轉速時,油膜渦動接近轉子臨界轉速,過大的振動將使油膜不能支承軸;油膜振蕩頻率將鎖定在轉子的臨界轉速。轉速升高,油膜渦動頻率也不升高。
 
  2、油膜渦動不穩定性
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  油膜渦動癥狀特征:通常出現在旋轉轉速的42-48%頻率范圍內;有時,振動幅值非常大油膜渦動是固有地不穩定的,因為它增大離心力,所以增大渦動力。
 
  3、滑動軸承磨損/間隙故障
 
常見的15種轉子振動故障特征頻譜
 
  滑動軸承磨損/間隙故障癥狀特征:滑動軸承磨損故障后階段將產生幅值很大的旋轉轉速頻率的諧波頻率振動;當存在過大的滑動軸承間隙時,很小的不平衡或不對中將導致很大幅值的振動。
 

標簽: 頻譜轉子振動  

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