weixin 发表于 2022-3-14 15:44

油膜轴承的振动测量

轴颈轴承的振动测量最常用涡流探头。对于滚动轴承,振动通过滚动体传递到轴承座阻尼很小或无阻尼,导致对轴承座非常高的力(和振动)的传递性;对于轴颈轴承,油膜的刚度通常比支撑刚度小得多,导致轴与轴承之间高的相对运动,且轴承座相对小的运动。

很多轴颈轴承的机器也具有相比设备的壳体很轻的转子,对于怎样近似测量轴颈轴承设备的振动存在一些经验准则,这些准则取决于转子相对于壳体的重量。一般来说,如果壳体非常轻而转子重,近似测量看轴承壳体振动;如果壳体很重且转子轻,即使转子振动很高壳体的运动也非常小,这种情况下倾向于使用涡流探头测量转子与壳体间的相对振动。

实际上,选择轴承座振动(加速度计或速度探头)还是轴对轴承座的相对振动(涡流探头)取决于轴承座和轴振动的大小,一些机器类型具有倾向于一种的特性,但是很多情况是介于二者之间的,下表是对机器类型和常见的传感方法的很好汇总。
当转子与壳体重量比大时,尽管由于涡流探头灵敏度不足更倾向于使用地震式传感器测量振动,但是涡流探头能够测量静态位置(轴中心线)和相对轴振动,它对状态评估是相当有帮助的。当转子与壳体重量比小时,单独使用地震式传感器几乎不可能判断机器的状态。

轴颈轴承一般不会损坏,除非失去润滑或过载,如果其任一个发生,由于轴承表面的损坏轴的静态位置通常会改变。如果过大的载荷是动态的(如不平衡),振动将非常高直到轴承损坏,它伴随着轴承表面的破坏,并由于轴承金属的损失轴承间隙扩大,通常导致静态位移。一旦轴承过载或润滑不足,轴颈轴承倾向于以剧烈方式损坏,几乎没有预警,故障通常在数秒内产生严重的破坏。

很多具有轴颈轴承的机器安装固定监测系统是常见的做法,大部分固定监测系统采用涡流探头,对每个轴承成对安装,在相同的轴向位置并且成90°分布。最常见的布置是在轴承的顶部两侧各45°安装,探头接近轴承的中心或直接在其侧面。探头通常安装在轴承座内,这样由于总是有油,被监测的轴表面可避免锈蚀。

对于涡流探头,最常用是时域波形分析方法,通常使用时域波形和轴心轨迹绘图。优先使用轴心轨迹,它是一个李萨如图形,从两个正交探头产生的X-Y图形。取决于两个探头输出信号的相位关系,一个线性时不变系统(LTI)的轴心轨迹特征将指示两个探头之间的相对幅值和相位关系,图1表示当X和Y具有相同的幅值频率,但是两个探头之间相位不同产生的一般特征。该绘图可被用于确定轴的涡动方向是正进动还是反进动,正进动意味着与旋转相同的方向运动,反进动意味着与轴旋转相反的方向运动,不平衡一般产生正进动运动。
图1 X和Y探头之间相位对轴心轨迹图的影响
如果振动信号不是在相同的频率或幅值,轴心轨迹则复杂得多。轴心轨迹一个常见的特征是环,这些现象的发生是不同频率合成的结果,并且具有如下特征:

1. 内部的环意味着正向涡动(两个频率以相同的方向运动)

两个频率之比等于内环数加1,如图2所示,显示的时间标记数指示实际频率:

· 一个时间标记表示第二个频率是2X

· 两个时间标记指示第二个频率是(1/2)X
图2 正进动轨迹图
2. 外环意味着反向涡动(一个频率逆旋转方向运动)

两个频率之间的频率比是外环数减去1(不适用于1或2个明显外环),如图3所示,显示的时间标记数指示实际频率:

· 一个时间标记表示第二个频率是2X

· 两个时间标记指示第二个频率是(1/2)X
图3 反进动轨迹图
3. 移动的时间标记(在轨迹上不固定)

意味着非整数倍频率关系,典型的油膜涡动如图4所示,时间标记沿着轴心轨迹形状连续旋转。
图4 油膜涡动,1X 和 0.45X
来源:普迪美状态监测微信公众号(ID:bpdm-cm)

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