振動分析常見圖譜

1、振動分析常見圖譜跟蹤軸心軌跡軸心軌跡是軸心相對于軸承座的運動軌跡，它反映了轉(zhuǎn)子瞬時的渦動狀況。 對軸心軌跡的觀察有利于了解和掌握轉(zhuǎn)子的運動狀況。跟蹤軸心軌跡是在一組瞬態(tài)信號中， 相隔一定的時間間隔（實際上是相隔一定的轉(zhuǎn)速）對轉(zhuǎn)子的軸心軌跡進行觀察的一種方法。 這種方法是近年來隨著在線監(jiān)測技術(shù)的普及而逐步被認可的，它具有簡單、 直觀， 判斷故障簡便等優(yōu)點。圖 4-20 是某壓縮機高壓缸軸承處軸心軌跡隨轉(zhuǎn)速升高的變化情況，在能過臨界轉(zhuǎn)速及升速 結(jié)束之后， 軌跡在輪廓上接近橢圓， 說明這時基頻為主要振動成分，如果振幅值不高， 應(yīng)該 說機組是穩(wěn)定的。 如果達到正運行工況時機組振幅值仍比較高， 應(yīng)重點懷

2、疑不平衡， 轉(zhuǎn)子彎 曲一類的故障。二、波德（Bode）圖波德圖是描述某一頻帶下振幅和相位隨過程的變化而變化的兩組曲線。頻帶可以是 IX、2X或其他諧波；這些諧波的幅、相位既可以用FFT法計算，也可以用濾波法得到。當過程的變化參數(shù)為轉(zhuǎn)速時，例如啟、 停機期間，波德圖實際上又是機組 隨激振頻率（轉(zhuǎn)速）不同而幅值和相位變化的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)曲線。當過程參數(shù)為速度時，比較關(guān)心的是轉(zhuǎn)子接近和通過臨界轉(zhuǎn)速時的幅值響應(yīng)和相位響應(yīng) 情況，從中可以辨識系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速以及系統(tǒng)的阻尼狀況。圖 4-21 某壓縮機高壓缸波德圖圖 4-21 是某轉(zhuǎn)子在升速過程中的波德圖。 從圖中可以看出， 系統(tǒng)在通過臨界轉(zhuǎn)速時幅值 響

3、應(yīng)有明顯的共振峰，而相位在臨界前后轉(zhuǎn)了近180。除了隨轉(zhuǎn)速變化的響應(yīng)外，波德圖實際上還可以做機組隨其他參數(shù)變化時的響應(yīng)曲線， 比如時間， 不過這時的橫坐標應(yīng)是時間， 這對診斷轉(zhuǎn)子缺損故障非常有效。 也可以針對工況， 當工況條件改變時做波德圖， 這時的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)如果不是兩條直線， 說明工況變化 對振動的大小和相位有影響，利用這一特點可以甄別或確認其他癥兆相近的故障。三、極坐標圖極坐標圖實質(zhì)上就是振動向量圖，和波德圖一樣，振動向量可以是1X、 2X或其他諧波的振動分量。極坐標圖有時也被稱為振型圓和奈奎特圖（Nyquist圖），但嚴格說來，二者是有差別的，因為極坐標圖是按實際響應(yīng)的幅值相位來

4、繪制的，而Nyquist圖一般理解為是按機械導納來繪制的。極坐標圖可以看成是波德圖在極坐標上的綜合曲線，它對于說明不平衡質(zhì)量的部位，判 斷臨界轉(zhuǎn)速以及進行故障分析是十分有用的。 和波德圖相比， 極坐標圖在表現(xiàn)旋轉(zhuǎn)機械的動 態(tài)特征性方面更為清楚和方便，所以其應(yīng)用也越來越廣。極坐標圖除了記錄轉(zhuǎn)子在升速或降速過程中系統(tǒng)幅值與相位的變化規(guī)律外，也可以描述 在定速情況下，由于工作條件或負荷變化而導致的基頻或其他諧波幅值與相位的變化規(guī)律。 例如轉(zhuǎn)子局部腐蝕、 掉塊， 轉(zhuǎn)子部件脫落而使轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量發(fā)生變化， 導致基頻幅值與相 位變化。 又如軸上某一局部溫升所導致軸的不均勻熱變形， 這相當于給轉(zhuǎn)子增添不平衡

5、質(zhì)量 而使基頻幅值與相位發(fā)生變化。利用極坐標圖診斷這類故障非常有效。圖 4-22 某機組升速過程的極坐標圖圖 4-22 為某壓縮機高壓缸自由端軸承處軸的水平振動的極坐標圖，其工作轉(zhuǎn)速為 12400r/min, 借助圖上所示的變化趨勢，有助于診斷、甄別一些癥兆相近的故障。四、三維譜陣圖轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速或其他過程參數(shù)在變化過程中，轉(zhuǎn)子的振動呈動態(tài)變化，許多情 況下需要連續(xù)觀察并對比這種變化， 因此將轉(zhuǎn)子振動信號的頻譜隨轉(zhuǎn)速或其他過程參數(shù)的變 化過程表示在一個譜陣中，稱為三維譜陣圖。常用的三維譜陣圖有三維轉(zhuǎn)速譜陣圖和三維時間譜陣圖。1. 三維轉(zhuǎn)速譜陣圖 以機組啟、停機為例，當轉(zhuǎn)子升（降）速時，各轉(zhuǎn)速下都對

6、應(yīng)有反映轉(zhuǎn)子頻域特性的頻 譜圖。將這些譜圖按轉(zhuǎn)速大小順序排列， 在轉(zhuǎn)速一頻率平面上定義了一個三維譜陣圖， 又稱“級 聯(lián)圖“、”“瀑布圖”，它的水平軸為頻率？（或3 ）,垂直轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)速，鉛直軸為譜值。如圖4-23 所示，它描述了頻譜隨轉(zhuǎn)速變化。 在圖上可以看到， 譜陣上有的峰值形成匯交于一點的斜線， 它們是與轉(zhuǎn)速成正比的頻率成分。 有的峰值形成與頻率垂直的直線， 這此頻率成分與轉(zhuǎn)速無 關(guān)，它他代表系統(tǒng)的固有頻率。如果將三維轉(zhuǎn)速譜陣圖的水平軸單位改為無量綱參數(shù)階比， 則為轉(zhuǎn)速階比譜陣圖。圖 4-24 是某設(shè)備每轉(zhuǎn)采樣 128 個點，最大階比為 64 的振動噪聲轉(zhuǎn)速階比譜陣圖2. 三維時間譜陣機組正常

7、運行時，不同時刻的振動信號也對應(yīng)有反映轉(zhuǎn)子頻域特性的頻譜圖，如果將這 些譜圖按時間順序排列，同樣可以在時間 - 頻率平面上定義一個三維譜陣圖。此時它的水平 軸為頻率 f（ 或 w） ，垂直軸為時間，鉛直軸為譜值， 如圖 4-25 所示， 它描述的是頻譜隨時間 的變化，這在故障診斷過程中也非常有用。圖 4-25 三維時間譜陣三維譜陣圖與波德圖以及坐標圖的不同在于它不是對某一頻帶幅值的描述，而是對全頻 帶的響應(yīng)進行描述， 這樣便可以在速度或其他參量變化的過程中， 觀察到轉(zhuǎn)子許多頻率分量 下轉(zhuǎn)子的動態(tài)響應(yīng)過程。比如利用瀑布可以更清楚地看出各種頻率成分隨轉(zhuǎn)速的變化情況， 這對于故障分析是十分有用的。五、 坎貝爾圖 （Campber）坎貝爾圖和三維譜陣圖屬同一種特征分析， 包含有相同的信息， 只是他們表達的形式不 同。在坎貝爾