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振动故障诊断及频谱分析-振迪检测

文/ 发布于 : 2024-07-03    浏览次数:2345

在振动故障诊断领域,频谱分析虽为重要手段,但也有其局限性和片面性,它只是我们诊断故障的工具和依据之一。比如,在振动故障诊断中,对电流的监测可有效判断因流量不足引发的振动;对压力的监测可有效判断泵气蚀及流道等问题导致的振动。从不同角度审视问题,所获取的信息往往是局部的,对于一种故障的判断,通常需要多种特征参数相互印证。以下内容仅针对频谱分析展开:

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一、要获取精准的故障诊断结果,首要之务是确保所采集频谱的准确、完整与有效。在进行频谱分析前,需确认以下要点:

1、在测量频谱及展开分析前,应实施外观检测,比如对地脚的检测。若地脚松动,可能影响到对中;对于落地式轴承座的电机,可能影响气隙;对于轴瓦设备可能导致间隙问题,这些状况都会如实呈现在频谱上,待松动螺栓紧固后,异常现象消失。简易的外观检测能避免诸多误诊情形。

此外,一台机器上有可能检测到源自附近另一台机器的振动。所以要排除外来激振源引发的频率响应,以防给频谱分析造成困扰。

2、明确频谱的来源。进行故障诊断时,必须在水平、垂直和轴向方向获取数据。若问题属于径向载荷,就必须在径向方向采集数据,例如双支撑转子的不平衡。倘若问题是轴向加载方面的,则必须在轴向方向获取数据,像滚动轴承和角度不对中会产生轴向振动。

而且,要在整台设备的每个轴承上采集数据,例如电机两端的滚动轴承,若其中一个轴承存在缺陷,两端轴承或许都会有轴承故障信号。通常能通过从两端获取数据来识别有缺陷轴承的位置,鉴于高频信号的强衰减特性,有故障的一端故障信号会明显强于另一端轴承。当然,有时管道、支撑等的数据采集也是不可或缺的。

3、合理选择测量参数。位移、速度、加速度的频率响应曲线决定了其应用场景,位移测量适用于低频故障;加速度针对高频故障;速度适用于 10~2000HZ 的测量,甚至到 4000HZ 仍可使用,所以对于高频故障,速度、加速度都应进行测量。

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4、科学设置分辨率。针对不同的故障要设定恰当的分辨率,首先判断该设备可能出现的故障需要何种分辨率,若不了解,那么在采集数据时就需设置充足的分辨率,因为数据若未获得足够分辨率来识别问题,可能导致误诊,像齿轮、轴承、电机故障的边带问题。带宽的设置需涵盖被测量设备的所有故障的基频及谐频。

5、频谱分析要与时域分析相结合。频谱是振幅与频率的关系图,包含频率、谐波、次谐波以及和频和差频等。然而,从时域转换到频域的过程中,会丢失部分信息,比如相位、脉冲的真实振幅、脉冲的性质等。

时间信号是幅值与时间的关系图,该信号涵盖所有频率、谐波和次谐波,这些频率的相位关系也包含其中,还存在脉冲、幅值调制、频率调制、截断和失真。正因时域转换到频域时会丢失一些有价值的数据,所以对于不同问题会呈现相同或相似的故障频谱,准确诊断需要时域信号的分析。

关于时域波形的分析将在《振动诊断——时域波形分析》中详细说明。

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二、机械振动的频谱分析,本质在于计算设备能够产生的频率并测量机械实际产生的频率,然后将二者关联起来,从而识别出振动问题。

1、一般而言,频谱中频率的来源包括:激励频率、固有频率、随机频率,当然也可能存在因测量等因素导致的虚假信号。有时频谱中或许存在一些微小的谐波,这些可能是由机器或其他振源中极小的非线性引发的,通常不被视作问题。

2、部分频率可能在多数采集的频谱中存在,但并不意味着一定存在振动问题。如不平衡、叶片通过频率、齿轮啮合频率等,在特定的幅值要求范围内,我们通常认为是可接受的,但前提是它们不存在边带;不过有些频率的出现则表明设备存在振动问题,比如滚动轴承各部件的振动频率或产生的频率受到其它频率的调制时。

3、某些频率可能由多种问题导致。例如,转速频率可能由松动、不平衡、轴弯曲、不对中、共振、软脚、外壳变形等原因引起。

4、当存在两个或多个频率时,首先要判别其因果关系,若不存在因果关系,说明存在两个或多个独立问题。若存在因果关系,可能只是一个问题,例如,在振幅调制中可能存在两个或多个频率,但却只是一个问题。

5、固有频率通常以单个频率的形式呈现,但也存在一种较为少见的情况,即固有频率表现为一个频带,带宽由阻尼决定,谱线之间的差频是激励源。

6、当频谱中出现多个频率时,仍要明确因果关系,若为边频,通常边频指示的就是问题所在。比如,齿轮啮合频率的边频通常为问题轴或齿轮的转速频率。

7、噪声也被称为随机信号,其分为两种形态,即无故障和故障形态,出现故障时一些较高的频率可能表现为宽带噪声,通常是由严重的松动引起的。滚动轴承严重损坏及水泵发生气蚀时也会表现为高频噪声。