應用頻譜分析法檢測風機振動故障
2015-05-11
應用頻譜分析法檢測風機振動故障
摘要：介紹了利用數據采集器對回轉機械振動信息進行采集的操作流程，重點闡述了風機振動故障的振動波形、特征頻率，利用頻譜分析判斷故障機理，進行設備故障診斷。
振動是回轉機械運轉時的重要特性。利用數據采集器對機械設備運行狀態的振動信息進行采集，然后通過振動頻譜分析，可以快速、準確地診斷出如轉子不平衡、轉軸彎曲、軸承損壞與松動、軸系不對中及動靜件摩擦等故障存在的原因，從而達到故障早期發現、診斷迅速及時、結論定點定量、機理清楚明白之目的。
1具體操作流程
機械設備運行狀態振動信息采集的操作流程見圖1。 其中被測對象是指所要檢測設備的某一部件，基頻是指被測對象的基本回轉頻率；檢測內容包括檢測方向（水平、垂直、軸向）、譜圖類型（波形圖、速度頻譜圖、加速度頻譜圖）等；查找具有代表性的振動信息特征是指剔除沖擊信號以后尋找含有一定規律性的譜線族（如削波、軌跡尖角、某一倍頻振值升高等）；判斷振動值是否異常是指將波形或頻譜圖所反映的較大振值與相關標準進行比較并得出評判結果；分析故障機理主要是根據波形或振動值超標時所在頻率段綜合分析、判斷出故障發生的原因。在該過程中信號測試是基礎，查找具有代表性的振動信息特征是核心，分析故障機理是關鍵。
2信息的采集
2.1檢測部位的選擇
在旋轉機械中，轉子及其支撐系統是設備的核心部件，70%的設備故障都和轉子及其組件有關。因此回轉機械的信號采集主要以轉子振動信息和支承軸承座振動信息為主。一般把軸承處選為主要測點，把機殼、箱體、基礎等部件選為輔助測點。
2.2測點的布置 由于不同故障、不同頻段在測試方向上的敏感程度不同，故在旋轉機械振動信息的采集上，對于低頻信號（工頻5倍以下）分垂直、水平、軸向3個方向；對高頻信號（1kHz以上），由于對方向性不太敏感，故只測垂直或水平一個方向即可。為了保證所測數據的可比性，測點一經選定就應作出相應標記，以使每次測量都在同一測點上進行，同時保證每次測量時設備的工況都相同。在選擇測點時還應該考慮環境因素的影響，盡可能地避免選擇高溫、高濕、出風口和溫度變化劇烈的地方作為測量點，以保證測量結果的有效性。
3測量結果的分析
3.1 根據時間波形初步分析
一般而言，單純不平衡的振動波基本上是正弦式波形，徑向振動較大，振動隨轉速變化明顯，振動強度正比于轉速的平方；單純不對中振動波形比較穩定、光滑、重復性好，波形在基頻正弦波上存在兩倍頻次峰，平行不對中振值主要反應在徑向，角度不對中振值主要反應在軸向，且對負荷變化較敏感；轉子組件松動及干摩擦產生的振動波形比較毛糙、不平衡、不穩定，還可能出現削波現象，松動方向振動大，振動隨轉速變化敏感；碰磨一般存在“削頂”波形；自激振動，如油膜渦動、油膜振蕩等，振動波形比較雜亂，重復性差，波動大。波形分析具有簡捷、直觀的特點，可對設備故障作出初步判斷。但在實際檢測中，單純出現某一明顯特征波形的情況很少，往往都是以合成振動引起的疊加波形出現。因此，要進一步精確判斷故障發生的原因，還需利用頻譜分析。
3.2 頻譜分析
頻譜分析的目的是將構成信號的各種頻率成分分解開來，以便于對振源的識別。由于各種振動零部件在運轉過程中必定產生某一種相應的特征頻率，故通過某一頻率的振動烈度強弱，可判別振動來源，而且這一特征頻率始終與基頻（即被測對象工作頻率）保持某一倍數關系。常見振動原因及特征頻率見表1。
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