旋转机械的振动监测与诊断(一)课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《旋转机械的振动监测与诊断(一)课件.ppt》由用户(晟晟文业)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 旋转 机械 振动 监测 诊断 课件
- 资源描述:
-
1、目录l4.1 旋转机械的振动及故障概论l4.2 旋转机械故障的诊断信息的表达和分析l4.3 旋转机械故障的简易诊断与方法l4.4 旋转机械故障的精密诊断及典型故障分析l4.5 滚动轴承的振动诊断方法l4.6 齿轮和齿轮箱的监测与诊断方法l4.7 其他分析方法简介 1.概述 机械设备的种类很多,粗的分类也有几十种,按产品分有几千种。各种机械设备虽都有其本身个性,故障的模式各有特点,但就其故障诊断方法原理而言,共性是主要的,方法是一致的。然而大多数故障是随机的,也必须具体问题具体分析,也就是说学习工况监测与故障诊断的方法首先必须掌握诊断方法的基本原理。4.1 旋转机械的振动及故障概论 4.1.1
2、转子系统、转子振动和转子故障之间的关系 机械设备的振动的特点:1)广泛性)广泛性 2)有效性)有效性 3)可识别性)可识别性 4)复杂性)复杂性1)广泛性广泛性 任何机械设备在动态下都会或多或少地产生一定的振动,人们将这种在动态下表现出的振动称为振动存在的广泛性。如:发动机工作时所产生的周期振动;机床在工作时所产生的各种随机振动等。2)有效性有效性 当设备发生异常或故障时,振动将会发生变化,一般表现为振幅加大。这一特点使从振动信号中获取诊断信息变为可能,因此称为振动监测的有效性有效性。3)可识别性)可识别性 随着信号分析技术的发展,人们还看到有不同类型、性质、原因和部位产生的故障所激发的振动将
3、具有不同的特征。这些特征可表示为频率成分、幅值大小、相位差别、波形形状、能量分布状况等。这一特点是人们从振动信号中识别故障成为可能。因此称为振动的可识别性可识别性。4)复杂性)复杂性 进一步研究表明,振动信号性质,特征不仅与故障有关,而且还与系统的固有特性有关。具体表现为以下几个方面:1)同一故障对不同的转子系统,由于系统固有频率特性不同,其振动的幅值和相位可能相差很大。2)同一故障发生在不同的部位,其振动的特征相同,但因故障激励传递通道的不同(即传递函数不同),将会对振动有较大影响。3)同一故障在不同部位布置测点,由于传递通道的不同,其振动宜会有较大的差别。这三点表明振动特征不仅取决于故障而
4、且还受到系统特性的影响,这一特点称为振动识别的复杂性振动识别的复杂性。故障(输入)振动信号(输出)转子系统(传递函数)图 4-1 转子系统,转子故障和转子故障间的关系 根据振动的以上几个特点,从工程控制论的观点,我们可以把转子系统,转子振动和转子故障间的关系用一下框图来描述(图4-1)。其中故障相当于系统地输入或激励,振动则相当于系统的输出或相应,而系统的特性则可以通过系统地输入和输出来求出。设系统为定常线性系统,其输入为x(t),输出为y(t)。它们的拉氏变换分别为:X(s)和Y(s),即:0()()stX sx t edt0()()stY sy t edt(4-1)其中 为复变量。则可定义
5、:为系统的传递函数,用以描述系统的特性。si()()()Y sH sX s 由于傅氏变换只是拉氏变换的一种特殊情况()。这时 成为系统的频响函数。由于FFT运算很方便,因此实际上传递函数 常用频响函数 来代替。这时系统特性可以表示为:由此可得:(4-3)(4-4)上式为图4-1的具体数学表达式。它表明设备的振动的振动现象是由故障激励和系统特性所共同决定的。0si时,()()H sH i()H s()H i()()()Y iH iX i()()()Y iH iX i 4.1.2 转子系统,转子振动和转子故障的分类 转子系统是一种多自由度振动系统,它具有多个自振频率。当转子的转速达到横向振动的一阶
6、自振频率时,将会发生一阶共振。此时的转速称为(一阶)临界转速。接近临界转速时将会发生强烈的振动现象即共振。越过临界转速后,运行在两个临界转速之间时,机械会运行的更平稳些,特别是对于细长轴的转子效果更好。以临界转速为界,当前人们把转子系统分为两种:刚性转子系统 柔性转子系统 刚性转子系统 刚性转子系统是指工作转速在(一阶)临界转速以下的转子系统!目前大多数低速(工作频率100Hz)机械均属于刚性转子系统。刚性转子系统一般采用滚动轴承,其故障激励大多与转速同步(即激振频率等于工作频率)。因此产生的振动称为同步振动。柔性转子系统 例题 图4-3为由于摩擦引起的自激振动的简单例子。图4-3 干摩擦引起
7、的自激振动mkv滑动摩擦系数:、左右2fWmgA左左2fWmgA 右右振幅为:A2()EmgA左右左右显然:因此振子将产生自激振动,振幅将会不断增大,自激振动的频率为振子的自振频率。图4-2表示为一最简单的转子系统。按其在坐标平面发生的振动形式,转子的振动可分为以下三种:横向振动 振动发生在包括转轴的横向平面内(例如x、y平面)。轴向振动 振动发生在转轴的轴向方向上(x轴)。扭转振动 沿转轴轴线发生的扭振 旋转机械大多数故障所激发的振动为横向振动,是我们研究的主要对象,某些故障如不对中将会激发轴向振动,而多盘转子的柔性轴将会产生扭振等。按转子类型及其振动性质的不同,可将旋转机械的主要故障做以下
8、分类:旋转机械故障刚性转子柔性转子同步振动亚同步振动(强迫振动)(自激振动)不平衡不对中轴弯曲装配件或基础松动转子与定子摩擦转子横向裂纹油膜涡动油膜震荡旋转失速喘振顶隙激振图4-4 旋转机械故障分类 从振动信号中全面地提取诊断信息并以直观和清晰的形式表达出来是信号处理的基本任务和最终目标。本节则着重对旋转机械故障诊断中有关信息的一些特定的表达形式和分析方法以及某些新发展做扼要的论述。4.2 旋转机械故障的诊断信息的表达和分析4.2.1 波形分析法波形分析法 振动波形是振动位移、速度或加速度随时间变化的曲线,与同步振动有关的各种故障所激发的振动都是属于周期函数,其基本成分以基频(工作频率)成分为
9、主以及若干高次谐波函数再附加以随即噪声所组成。图4-5为含有周期成分的振动波形。图4-5 含有周期成分的振动波形图4-6 经平滑处理后的振动波形 波形分析方法主要是通过观察振动波形的特征来获取诊断信息的,例如将图4-5用时间域平均法进行平滑处理后可得曲线如图4-6所示。其为一典型的周期为T的正弦曲线。若其频率()与转子的工作频率相等时,则可初步判定振动与不平衡有关。1fT4.2.2 频谱分析(频谱分析(FFT分析)法分析)法4.2.2.1 频谱分析的类型 频谱分析目前是在计算机上用快速傅氏变换(FFT)来实现的,因此又称为FFT分析法。频谱图是用频谱分析法提取诊断信息的一种表达方式。在旋转机械
10、诊断中,常用的频谱图有以下几种:A 幅值图及相位图B 阶比幅值谱C 自功率谱图A 幅值谱及相位谱 设 为振动信号 的傅氏变换,即:2()()()iftX fF x tx t edt一般情况下 为一复数函数,令()()()()()ifX fU fiV fX fe则:22()()()X fUfVf()()arctan()V ffU f()X f()X f()x t 其中:称为幅值谱或FFT谱,它表示信号中个频率成分的幅值大小沿频率轴的分布情况。称为相位谱,它表示信号中各频率成分的相位沿频率轴的变化状况。()X f()f图4-7为一台透平压缩机转子振动的幅值谱。转子转速 (工作频率 )87.9rfH
11、z5273/minnr图 4-7 幅值谱幅值谱可以提供以下的诊断信息:1)振动信号中主要有哪些频率成分及谐波分量所组成,图中除包括工作频率的基频外还有 等高次谐波分量及 的低频分数谐波分量。2)组成的谐波分量中哪些成分的幅值最为突出,这提示着和故障的某种联系。如图中 及 分量比较突出且存在着 ,由以后可知,这一诊断信息提示着转子可能存在着不平衡、不对中及半速涡动。2345rrrrffff、0.5rfrf0.5rf4rfB 阶比幅值谱 在同步振动中其基频成分与转子的工作频率即旋转频率 相等,为了便于识别各频率成分(包括基频、倍频、及分数频等)与故障的联系,常将频谱图的频率轴(横坐标)该用工作频率
12、的倍数来表示,而纵坐标仍表示幅值,这种谱图成为阶比幅值谱。rf图4-8 阶比幅值谱 图4-8为图4-7的阶比幅值谱,两图形状相似,仅在横轴方向比例有所改变,因此两者提供的诊断信息量相同。C 自功率谱图 信号的自功率谱密度 简称为自功率谱。它表示信号样本中所含能量沿频率轴的分布状况,多用于以随机信号为主的信号分析中。例如,有摩擦故障或由轴承、齿轮激起的全频带振动的分析中。功率谱提供的诊断信息与幅值谱基本相同,但具有更多的优点优点:1)它可以把能量集中的谱峰更加突出表现出来。2)它还可以研究某一段带范围内能量分布的水平。3)它比幅值谱有更加广泛的用途;如随机振动中输入、输出谱,人机工程中的环境谱,
13、医疗中的心电图、脑电图、肌电图的谱分析等。()xSf 图4-9为滚动轴承的功率谱图,其中06Hz及6872Hz有三个能量集中的敏感地带,这将为轴承振动检测方法的研究、传感器的设计等提供依据。图4-9 滚动轴承的功率谱图4.2.3轴心轨迹分析法轴心轨迹分析法 轴心轨迹是指转子轴心点相对于轴承座运动而形成的轨迹。柔性转子均采用流体动压滑动轴承,其轴与轴承之间的间隙为轴心轨迹的形成构成了条件。实验证明,轴心轨迹携带着丰富的诊断信息,特别是与亚同步振动有关的一些故障的诊断信息。轴心轨迹携带的诊断信息表现为其形状、旋转方向和稳定性等方面。A 轴心轨迹的形状轴心轨迹的形状B 轴心轨迹的旋转方向轴心轨迹的旋
14、转方向C 轴心轨迹的稳定性轴心轨迹的稳定性 A 轴心轨迹的形状 轴心轨迹的形状与机器的运行状态及发生故障的类型有密切关系。根据实验及研究的结果以下列出几种典型故障的轴心轨迹图。a:不平衡不平衡b:不对中:不对中c:亚同步振动亚同步振动d:转子与静止部件的碰撞和摩擦:转子与静止部件的碰撞和摩擦a 不平衡不平衡 由不平衡引起的轴心轨迹理论上应为圆形,但由于轴承油膜刚度在x、y方向上的差别以及其他一些因素的影响,实际上是一个椭圆。图4-10为汽轮发电机启动过程中基频分量的仿真轴心轨迹图。椭圆长轴倾角的变化主要是受到启动过程中温度升高所致。bacdefghij图4-10 发电机启动过程基频轴心轨迹 不
15、对中轴心轨迹主要由二倍频、四倍频谐波分量由计算机仿真合成。图4-11为存在不同程度不对中缺陷时的轴心轨迹。随着不对中的增大轨迹由椭圆形变为香蕉形,最后成为“8”字形。圈411存在不同程度的不对中缺陷时的轴心轨迹C 亚同步振动亚同步振动 圈4一12的内“8”字形为典型的半速涡动的轴心轨迹。由于涡动频率并非恰为转子旋转频率的一半,所以涡动轨迹并不完全重复大多数亚同步自激振动的轴心轨迹都具有上述的特征。图4-12 油膜涡动时的仿真轴心轨迹 图4-13为由内摩擦失稳而引起的亚同步振动的轴心轨迹。图 4-13 内摩擦失稳时的轴心轨迹d:转子与静止部件的碰撞和摩擦:转子与静止部件的碰撞和摩擦 图4-14a
16、、b,c、d为转子与静止部件产生不同程度的碰撞和摩擦时的轴心轨迹.图 4-14 碰撞弹回的摩擦轨迹(a)(b)(c)(d)B:轴心轨迹的旋转方向 若轴的旋转方向与轴心轨迹旋转方向一致,称为正向进动。反之,称为逆向进动。绝大多数情况下为正向进动。饲如,当转子具有不平街,不对中故障时,或当转子在轴承或密封装置流体动力激振下(油膜激振、气脓激振、蒸汽激振等)由于油膜失稳产生的亚同步涡动均为正向进动。此外由于转子内封存有残余液体厦由f轴弯曲时的内摩擦所激发的涓动亦为正向进动。在少数情况下,例如转予和定子之间的干摩擦和某些具有螺旋浆的旋转机械由于叶片的动力作用,刚会产生逆向进动。上述产生正反向进动的机理
展开阅读全文