振动分析时如何选择频率范围和谱线数

weixin

　　作者案：半夜睡不着的时候列了个提纲，没几天见到了类似内容的文章。没关系，还是可以写的。断断续续的，谱线选择不知道还要多久，先发这些吧。

　　做振动分析之前怎么选择测量的频率范围和谱线数，国际分析师认证培训里有专门讲，其他培训班讲的应该不多。

　　主要是在定期监测或者在线监测系统的数据库设置里，需要合理设置采集的频率范围和谱线数。因为这些数据库包含大量测点的采集定义用于重复测量，每台设备每次测量都临时设置不现实，需要提前设置，设定后极少更改，如果设置不合理，就会影响监测的效果。所谓合适，频率范围不能过大也不能过小，过大造成分辨率浪费和采样点数增多。比如下图，振动就集中在20Hz附近，对速度谱来说2000Hz以上不会有大的值，测量10000Hz的频谱反而看不清低频部分的情况。

　　频率范围过小，则会漏掉可能存在高于所选范围的振动能量。

　　临时的单次分析测量，可以先测一个大的频率范围，再根据数据情况进行调整。

　　建议的频率范围
　　美国振动协会 (VI) 对不同设备建议的频率范围如下：

　　VP、BP是流道或扇叶通过频率;GM是啮合频率;LF是电源的线频率，在国内是50Hz。

　　表中数值表示该类设备故障时，可能出现的最高故障频率。设置时一般选择比表中数值大一些的整数。

　　一般设备按上表设置就可以。电机转子条和定子槽松动时会出现转子条和定子槽的通过频率，通常是几十倍转频，经常需要一个很高频率范围的测量。

　　包络解调时带通滤波的高通(就是较低的那个值)要大于上表中的频率值，目的就是滤除常规故障的影响，突出齿轮和轴承故障激起的高频振动幅值。

　　齿轮箱低速轴
　　需要注意的是齿轮箱低速轴测点的测量范围选择，比如下图数据，风电齿轮箱输入轴的啮合频率在二三十赫兹，高速轴的啮合频率约五六百赫兹。

　　此时频率范围应该选择2000Hz还是100Hz?

　　如果选100Hz，就是上边说的测量范围外仍有高频振动能量的情况。但是要知道我们的目的是判断设备状态，齿轮箱在线监测不止一个测点，而是综合各级齿轮和轴承后设置的，高速轴有专门的测点测量其状态。如果在输入轴这里也选择2000Hz的频率范围，可以看到振动总值主要受高速啮合振动的影响，这样是无法指示输入轴齿轮或轴承状态的。所以低速轴的测量频率范围应该按3倍低速轴啮合频率来设置，尽量避免高速啮合频率的影响。

　　中间轴也有一样的问题。简单按照风电标准里的10Hz，1000Hz，2000Hz区分是不够的。

　　敲击试验
　　做敲击试验，是为了得到系统的固有频率，一般怀疑存在共振的时候才会做敲击试验。为什么怀疑有共振?肯定是某个频率的振动幅值特别大，或者在某个转速范围内某个频率幅值特别大。那如何设置敲击测试的频率范围就很明显了，把怀疑共振的频率放在频谱的中间部分，即频率范围设成怀疑的固有频率的两倍左右。

　　用峰值保持法测量停机过程来判断临界转速也一样，事先测量频谱观察主要的振动频率成分，通常是一倍频为主的。然后把频率范围设置成主要频率成分的两倍，测量结果就是频谱左半截类似波德图的曲线。

　　顺便再说一次，很低频率的固有频率是没法敲击的，比如风电塔筒，固有频率在0.3Hz左右，怎么敲?要激发它的固有频率，只能和解决北京冬天的雾霾一样——等风来。
　　

　　思考题：
　　假设一截塔筒在工厂里敲击测试了固有频率，和常说的塔筒固有频率0.3Hz左右会不会一样?

　　来源：mirook聊振动公众号(ID：mirook)，作者：王少锋。