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[综合讨论] 拍振案例及分析经验分享

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发表于 2019-8-26 15:45 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  本文为群友@北雁南飞的一个拍振案例和分析过程,以及经验总结和反思。改了几个字。

  设备及振动情况
  通风系统某风机(新机器),悬臂式结构,风机与电机一同安装在弹性基础上,通过皮带连接,电机功率18.5kW,额定转速1500rpm,结构形式如下图:
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  首次测量时,按常规路径的测量定义进行数据采集得到如下数据,成分基本为1X:
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  测量时现场发现振动值波动非常大,因此上述振动幅值没有太大参考价值。为确定波动周期,使用仪器升降速功能,对部分测点进行等时间间隔 (1s) 采集数据,得到振动趋势如下,可看出波动周期约10s。
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  测完电机侧后,忽然想起仪器有个长时间波形的功能,在存在波动的情况下貌似可以使用,因此对风机侧使用该功能进行了测量,结果如下:
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  根据上述图谱,有经验的振动分析师应该容易判断该设备产生了拍振(没经验但是细心的分析师,通过对该时间波形进行FFT,也可明显看到两根相近的谱线,进而诊断出存在拍振)。然而我经验比较少,又不细心,又爱钻牛角尖,理想的认为这台设备电机皮带轮与风机皮带轮大小型号规格完全相同,因此转速也一样,而两激振频率完全相同时不会产生拍振,认为该设备不会产生拍振。而认为该超低频成分 (0.1Hz) 是弹性基础的问题,同时由于频率太低,加速度传感器无法采集到,因此将关注点转移到了弹性基础上,认为弹性基础设计不合理(这些判断是错误的,不要被我误导)。

  由于对上述(错误的)分析没有把握,因此在振动故障诊断群中进行了咨询。在@骨哥-CSI电力、@mirook-王少锋、@南京水泥皮皮猫等,群内热心大神的指导下,认为该设备有很大的可能是存在拍振。第二天提高分辨率重新采样,明显可看到相隔0.09Hz的两条谱线,如下图,同时现场使用频闪仪测量两轴转速,发现其转速差了4转。据此,确诊该故障为拍振。
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  故障处理结果
  确认是拍振问题后,处理思路就比较明确了,降低两个激振源的强度或减小系统的振动响应(动平衡、提高刚度),分隔激振频率(更换皮带轮),隔离两振源(电机与风机基础独立)等,这些方法都对处理拍振问题较有效果。

  根据现场实际情况,风机进出口标高不能改变,安装单位也不同意加高水泥基础,最终只得将弹簧减振更换为槽钢(在原基础下方又制作了个槽钢底座,如下右图)。更换后振动最大值降至4mm/s,符合刚性基础风机的验收标准。虽然没有最根本的解决拍振问题,但好歹把振动降下来了不是。
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  经验反馈
  该设备和案例均较简单,诊断也较容易,但还有一些问题需要注意。

  1. 关于拍振
  拍,两个频率略有差别的振动合成后所产生的幅值呈周期性变化的振动(GBT2298机械振动、冲击与状态监测词汇)。

  使用网友@南京水泥皮皮猫(对,你没记错,还是前面提到的大牛)开发的波形模拟器对不同频率的两个振动信号进行模拟,可以有效模拟不同频率差值时的波形。举几个简单的例子(默认相位相同,可设置为不同,仅对幅值产生影响):

    · f 1=100hz ,f 2=10hz ,A=1(由此可见,低频信号叠加进来时波形是下面这样的,所以我前面怀疑基础叠加进来低频的判断是错误的);
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    · f 1=45,f 2=50,A=1(频率相近,产生明显的拍振,注意测量时需要提高分辨率)
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    · f 1=50,f 2=50,A=1(这也是我最初诊断失误的原因之一,两个激振频率完全相同时,不会产生拍振,此时的合振动的幅值大小取决于这两个振源的相位关系)。
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  2. 关于分辨率设置
  按我的个人习惯,通常对每个测点设置如下:

    · 速度频谱波形:1200Hz,1600线,用于振动烈度评价;

    · 加速度频谱波形:6000hz,3200线,看轴承问题;

    · 解调频谱:2-10KHz,2000Hz,3200线,看轴承问题;

    · 速度频谱:400Hz,1600线,区分100HZ和接近3000转设备的2倍频。

  该设置基本可以实现常见设备的分析要求,同时采样时间也可接受。但是对于该设备,由于其皮带轮尺寸过于接近,需要的分辨率较高(至少0.1Hz),上述设置就过于粗糙了,因此第二次测量时提高了分辨率(50HZ,12800线)后,明显可以区分出这两个频率成分,为诊断提供了足够的依据。

  分辨率=2*最大分析频率*窗系数/谱线数
  (通常采用汉宁窗,窗系数为1.5)

  单次采样时间=谱线数/最大分析频率

  3. 关于手中的设备
  每一个振动分析工程师都应该熟悉手中的设备(我就是个反面教材),第一次测量时,使用长时间波形的测量方法也没有问题的,问题是后期对该采样数据没有认真分析,没有选择足够长度的波形进行FFT(如下图,可以明显看出两条相近的谱线),此时便可确诊为拍振,第二天就不用再次启动和测量了。此失误完全是因为对手中的分析设备运用不熟,分析故障粗心大意,这样不该有的失误如果再发生几次,那以后的诊断还有谁会信服?(基础不扎实害死人呀)
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  来源:mirook聊振动微信公众号(ID:mirook)

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