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[案例分析] 案例分析:一点几倍频见过没?

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发表于 2018-12-6 14:15 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  QQ群里讨论很多,前一段很有意义的是关于一点几倍频是什么故障。

  搞了这么多年振动分析,没见哪本书或培训资料里有哪个故障是一点几倍频的,都是大家熟悉的那几种:油膜涡动和保持架故障是零点四几倍频;不平衡是一倍频;不对中是二倍频;松动是转频整数倍频;滚动轴承的故障频率一般不是整数倍,滚动体频率都在两倍频以上,内外环频率更高;啮合频率和叶片通过频率等。

  我遇到的案例:
  我遇到的唯一一次是安装了在线监测系统的西气东输的压缩机上,客户说有幅值很大的频率,在1.6~1.9倍频范围波动,不稳定。当时查看数据很是花了点时间,通频值偶尔几天几天的变大到一个稳定值,变大时出现一点几倍频,倍频数不稳定。后来发现振动变大时该通道间隙电压从正常的-9V左右变到-3V左右;虽然倍频值在变化,实际这个信号的频率值是不变的,一直是50Hz。倍频值变化是由于在线系统每周期固定采集64个点,频谱图上各倍频的显示位置是不随转速变的,但转速变化时,这个固定50Hz的信号倍频数跟随波动,在图上显示的位置变化。实际问题就是50Hz干扰,查找仪表系统的屏蔽连接和接地问题就解决了。

  轻羽飞扬的两个案例:
  群里的轻羽飞扬(杨勇)提供了两个案例,一台冷暖水泵,出现了1.533倍频(76.2Hz) 的振动,驱动端垂直频谱图如下:
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  根据他师傅刘伟的经验:“出现一点几倍频一般是由叶轮口环与壳体口环间隙过大或叶轮端面跳动值超标而产生涡流引起,经过规范口环间隙后振动幅值会马上下降”,此泵更换了前后轴承(轴承轻微磨损),重新配了口环(口环间隙严重超标),振动值从7.41mm/s降到0.955mm/s。 检修前后频谱对比:
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  另一台柴油产品泵,出现1.435倍频 (71.4Hz) 的振动,驱动端水平频谱:
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  非驱动端水平频谱:
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  包络谱没有轴承故障频率,判断是口环间隙问题,建议“检查叶轮口环与泵壳口环之间的配合间隙及叶轮圆周、端面跳动值是否符合标准”。处理措施:“泵壳口环位置补焊,重新更换、配置口环,更换轴承”。

  拆检该泵发现叶轮入口口环和泵壳口环配合间隙过大(标准是0.68~0.83mm,实测1.4mm),壳体口环位置被冲蚀出一条槽,两颗骑缝螺钉被冲蚀掉,骑缝螺钉位置被冲蚀出两个小孔,轴承轻微磨损。口环和叶片照片见下图:
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  重新更换、配置口环后,振动值从8.2mm/s降到2.9mm/s。检修前后驱动端水平频谱对比:
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  驱动端垂直对比:
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  看来滑环间隙问题确实会造成的一点几倍频的振动。

  Maki M. Onari的案例和分析:
  骨哥(吴新峰)提供了一个国外的案例,Solving Super-Synchronous Vibration on a Double Suction Pump (Maki M. Onari & William D. Marscher, Mechanical Solutions, Inc. – Whippany, NJ; Gene Sabini, ITT Goulds – Seneca Falls, NY; Kris Olasin, Motiva Enterprise – New Orleans, LA)。

  变频器电机通过联轴器驱动单级双吸泵,在2970rpm 和3555rpm(49.5Hz和59.3Hz) 两个转速工作。结构图如下:
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  工厂性能测试时,振动值0.4in/s RMS (1in/s=25.4mm/s),远超过报警值0.12in/s RMS,之后做了各种测试。各工况下振值如下:
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  速度频谱,最大值是1.59倍频,94.6Hz,注意幅值是对数坐标。
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  电涡流传感器测量的位移频谱,主要成分也是1.59倍频,1mil=25.4μm,对数坐标。
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  从3570rpm降速做停机测试,瀑布图如下:
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  做了600个点的ODS,但只有截图,没有动图,就不放了。

  停机状态做了实验模态分析 (Experimental Modal Analysis),可以看到固有频率是98Hz。
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  又做了在49.5Hz 运行时的EMA,可以看到固有频率上升到了111Hz。
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  分析认为滑环设计不合理,造成类似旋转失速的紊流,引起转子固有频率的振动,运转时滑环摩擦,支撑刚度变大,使固有频率变化,因此振动频率随着转速变化。

  检查发现滑环磨损:
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  更改滑环设计,开始的滑环设计如下图:
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  在滑环上增加了18个均匀分布的导流槽,如下图。并把滑环的入口侧改成锥形设计,处理后振动下降。
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  处理后的振动:
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  老外的分析和结论:

    · 泵的高振动是由于转子动力学不稳定引起泵轴的一阶弯曲模态共振。
    · 激励可能来自流体旋转和滑环内的非轴对称压力,滑环相当于大套筒轴承。
    · 一点几倍频(超同步振动频率)与转频之间的比率不是恒定的。
    · 泵运行时,泵转子在98Hz的第一阶弯曲模态升高到约111Hz。
    · 修改滑环后,超同步激励消失,问题解决。

  总结:
    · 各种培训资料和书籍里没提到过一点几倍频的故障;
    · 泵的滑环间隙过大、摩擦等,会引起一点几倍频的振动;
    · 激励是滑环内流体不稳定引起的,可以通过调整间隙、修改滑环造型解决;
    · 振动频率和转子的一阶弯曲固有频率有关,这个频率会由于摩擦而变化。

  来源:mirook聊振动微信公众号(ID:mirook)

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