在應用FFT時必須確定分析和顯示的頻率頻寬或頻率最大範圍。 所選擇的頻寬應該足夠寬, 能夠包含所有重要的與故障相關的頻率;當然, 頻寬越寬, 測量頻率的精度越低。 因此, 選擇的頻寬不應高於需要監測的與故障相關的振動頻率。
關於譜線解析度的設置, 在很多場合應用廣泛, 比如電氣故障、皮帶傳動故障、邊帶分析等等
1分析頻寬
1. 滾動軸承機械
滾動軸承失效時, 根據失效程度不同可分為幾個典型階段。 每個階段都可以監測到獨特的故障頻率特徵。 軸承失效的早期階段, 第一個跡象是振動能量的顯著增大。
通常軸承零部件的固有頻率範圍大約是30,000 CPM(500Hz)或300HZ到120,000(2KHz), 有些軸承零部件的固有頻率稍微低一些或高一些。 無論如何, 監測、分析滾動軸承故障時, 一般建議選擇0~120,000 CPM(0~2KHz)的頻寬。
2. 滑動軸承設備
滑動軸承軸承設備, 例如大型電機和風機, 很少出現像滾動軸承設備那樣高的與故障相關的振動頻率, 除非設備有其它特點, 如風機葉片或葉輪葉片數量很多, 這時氣動力或水動力脈動可能產生高頻振動。
3. 齒輪傳動設備
對於包括齒輪和齒輪傳動的設備, 主要關心的是齒輪故障的監測和分析。 經驗表明, 很多齒輪故障產生的振動頻率是齒輪嚙合基頻的2倍, 有時是基頻的3倍。 由於這一原因, 齒輪振動分析中建議將頻帶寬度最小設置為齒輪嚙合頻率的3.25倍。 對於多級齒輪變速器, 為了與多個齒輪嚙合頻率匹配,
正確選擇頻帶寬度是非常重要的, 必須依據預期的故障頻率, 全面考慮後決定。 有人會指出, 與最高嚙合頻率匹配的頻帶寬度(10000HZ)適合於上例中所有的設備, 但必須記住, 頻帶寬度越寬, 頻率精度越低。 雖然需要10000HZ的高頻帶寬度來檢測和診斷高速齒輪軸故障, 但是這個頻帶寬度在識別和區分其它潛在性故障時無法保證其精確性, 例如, 驅動電機的機械-電氣故障。
2解析度譜線數量選擇
與頻帶寬度選擇同樣重要, 解析度譜線數量的選擇決定了頻譜分析中頻率資料的精度和解析度。 如, 選擇120,000 CPM的頻帶寬度, 400條解析度譜線, 用頻帶寬度除以解析度譜線數, 很容易計算出解析度譜線的頻率寬度,
理解頻帶寬度、解析度譜線以及頻率精度之間的關係是很重要的。 舉例說明, 假設電機驅動的泵工作轉速為2985 RPM, 可能發生的機械故障有不平衡、鬆動、對中不良等, 產生的振動頻率為1倍頻和2倍頻(2985 CPM 和 5970CPM)。 另外 , 假設電機為兩極感應電動機, 可能發生的電氣故障有繞組短路或斷路、氣隙不均、轉子線棒折斷等, 這都會使轉子和定子間產生不平衡電磁力而引起振動, 這些電氣故障產生的振動頻率與驅動電機的交流電(AC)頻率有關。 電機為兩極電機, 定子磁場的旋轉速度是交流電頻率的1倍即3000 CPM(假設交流電頻率為50 Hz或3000 CPM)。
有時, 不對中故障會導致兩倍頻振動。 在上例中, 它可能是6000 CPM( 2 × 3000RPM = 6000 CPM), 電氣故障引起振動的頻率通常是交流電頻率的兩倍(6000 CPM), 這裡, 機械故障振動頻率(5970 CPM)和電氣故障振動頻率(6000 CPM)僅相差30 CPM。 在頻率解析度為300 CPM的頻譜分析中也不能區分和分辨這兩種故障。
從感應電機的診斷可以明顯看出, 在振動分析時應該特別注意那些振動頻率接近的故障, 選擇頻譜分析的頻帶寬度和解析度譜線數量時要綜合考慮這些因素。 因此如果需要區分感應電動機的機械故障頻率和電氣故障頻率,建議採用一個額外的頻譜分析,至少在一個水準方向或一個垂直方向上的FFT使用0到12000CPM的頻帶寬度,3200 解析度譜線。這將提供可以區分機械故障頻率和電氣故障頻率的略小於 4 CPM的頻譜解析度。
因此如果需要區分感應電動機的機械故障頻率和電氣故障頻率,建議採用一個額外的頻譜分析,至少在一個水準方向或一個垂直方向上的FFT使用0到12000CPM的頻帶寬度,3200 解析度譜線。這將提供可以區分機械故障頻率和電氣故障頻率的略小於 4 CPM的頻譜解析度。