泵振动分析之共振

做敲击试验的目的是为了确定结构固有频率，敲击法的理论基础是设备系统的有阻尼自由振动，在设备静止状态下对设备施加冲击力，设备产生了有阻尼的自由振动，记录测试的振荡衰减波形，确定固有频率。可以在轴承箱、泵壳、管道、辅助管道以及任何其他可疑零件上进行试验。最好使用带有仪表的冲击锤头的仪器来完成，该锤头的头部装有力传感器，并配有两通道分析仪。使用带锤头的仪器有两个好处：

相位是至关重要的，再结合响应峰值，基本可以确定固有频率。相关性是每个通道的输出能量之比。因此，高的相关性表明这两个来源是相关的。响应曲线和相位角的曲线图为诊断提供了最佳信息。使用敲击响应曲线可以消除整个频率范围内激励力的差异。 

如果使用没有带有仪表的锤头，则只能假设每个响应峰值都代表一个固有频率。如果没有带有仪表的锤头，则可以使用任何大块木头、皮锤或橡胶锤。

锤子的重量应该选择能将足够的激励引入系统中从而进行测量，但又不能太重而损坏设备。硬质金属锤只会激发高的频率，而不会完全激发需要的测试频率段的范围。同样，太软的锤子只会激发低频，而肯定不会激发叶片通过频率范围。所以根据预估的频率范围选择锤子的软硬度。

一般情况下都是在设备静止的情况下做敲击试验，但也可以在泵运行时做敲击试验以完善试验结果，尤其是在轴承箱上，但需要做相减（负值）平均。轴承所承载的转子的质量取决于运行条件，有时泵运转时轴承所承载的转子质量可以低至泵静止时质量的三分之一。同样对于静止的径向滑动轴承，轴是放松状态并支撑在径向轴承的底部。当泵运行时，不仅轴承油膜支撑转子，泵内口环平衡鼓等小间隙处的流体动力在垂直方向和水平方向均起到支撑转子运行的作用。所以此时的轴承箱敲击试验结果可能会有些不同。

图1是一个轴承箱用带有仪表垂直做敲击试验的响应曲线和相关性曲线。能够看出在97.5 Hz左右有一个较大的振幅和相位变化，同时相关性接近1，所以基本可以确定此处为一个固有频率区域。

该分析有助于确定运行泵的响应峰值的频率位置。图2显示了瞬态分析示例。这些响应峰值也可能表明存在固有频率，该频率可能与泵在冲击试验中静止不动时确定的固有频率有所不同。尽管泵的结构固有频率变化不大，但转子的固有频率可能会100％变化，这是由于转子与泵壳在密封环和叶轮等部位的动静相互作用导致的。由于这些相互作用会导致轴承承载的转子重量减小，轴承箱的固有频率也可能发生变化（增加），轴承箱的模态质量也会降低。

通常使用“峰值保持”或“峰值平均”在标准测振点获取数据，以确保响应峰值的良好分辨率。对于这种类型的分析，需要一个触发器（转速表），输出结果与泵的运行转速有关。数据需要过滤到叶片通过频率。与敲击测试一样，相位对于确定固有频率很重要。

调速试验是一般在有调速功能的情况下对设备做不同转速的试验，通过调速试验在振动的时域图谱里面能发现在哪个转速（频率）下出现了共振现象，如下面图3是一个电机的调速试验振动时域图谱，能看到在1100 rpm、1800 rpm、2900 rpm分别有共振现象，说明有多阶固有频率，同时结合振动频谱里面相应频率下是否有“干草堆”和“驼峰”现象来做综合判断确认。

图3：调速试验

如下图4 振动频谱图显示在98 Hz附近有明显的“干草堆”和“驼峰”现象，显示有明显的共振现象，如果同时能够排除水力激振等强迫振动，并结合敲击试验或升降速试验，一般就能确定是否属于共振问题。

图4：振动频谱图