振動(dòng)測(cè)量相位分析基礎(chǔ)知識(shí)

1、振動(dòng)相位分析基礎(chǔ)知識(shí)什么是振動(dòng)？怎樣利用它來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)機(jī)器的狀態(tài)？ 振動(dòng)傳感器安裝在軸承座上，傳感器將拾取振動(dòng)信號(hào)，并將此振動(dòng)信號(hào)通過(guò)電纜線傳入到振動(dòng)分析儀，如上圖所示，這個(gè)在機(jī)器軸承座上測(cè)量振動(dòng)的過(guò)程可模型化為一個(gè)質(zhì)量塊懸掛在彈簧上。在沒(méi)有力的作用之前，它一直保持靜止處于平衡位置處。 振動(dòng)就是機(jī)器或機(jī)零件從其平衡位置所做的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)有三個(gè)重要的可測(cè)量的參數(shù)：幅值、頻率、相位。圖1 質(zhì)量塊位于平衡位置且沒(méi)有任何力的作用什么是振動(dòng)相位？ 振動(dòng)相位是一個(gè)振動(dòng)部件相對(duì)于機(jī)器的另一個(gè)振動(dòng)部件在某一固定參考點(diǎn)處的相對(duì)移動(dòng)。也就是說(shuō)振動(dòng)相位是某一位置處的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)相對(duì)于另一位置處的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)，對(duì)所發(fā)生位置變

2、化程度的度量。振動(dòng)相位是一個(gè)很有用的設(shè)備故障診斷工具。如下圖所示，給出了兩個(gè)彼此同相位振動(dòng)的系統(tǒng)，即兩個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)以零度相位差運(yùn)動(dòng)。圖9 兩個(gè)同相位振動(dòng)的質(zhì)量塊振動(dòng)系統(tǒng)什么是振動(dòng)相位？ 振動(dòng)相位是以角度為單位，通常是利用頻閃燈或光電頭測(cè)量得到。下圖給出了，振動(dòng)相位與機(jī)器振動(dòng)間的關(guān)系。 在左側(cè)圖中，機(jī)器上的軸承1和軸承2之間的振動(dòng)相位差為0度（同相振動(dòng)），而在右側(cè)圖中的機(jī)器，軸承1和軸承2之間的振動(dòng)相位差為180度（反相振動(dòng)）。圖12 振動(dòng)相位與機(jī)器振動(dòng)間的關(guān)系振動(dòng)相位及其應(yīng)用 相位是機(jī)器某一部分的振動(dòng)與另一部位振動(dòng)的相互關(guān)系。 相位分析是一個(gè)強(qiáng)有利的工具，可用于協(xié)助查找故障源，例如，有許多設(shè)備問(wèn)

3、題都會(huì)引起工作轉(zhuǎn)速下的較大振動(dòng)（如，不平衡、不對(duì)中、偏心、軸彎曲、軟地腳、齒輪斷齒、共振、緊固螺栓松動(dòng)等）。同樣，也有些問(wèn)題可以在2X或3X RPM處產(chǎn)生較大的振動(dòng)。面對(duì)這些問(wèn)題及可能產(chǎn)生的頻率成分，振動(dòng)分析師很難確定振動(dòng)的原因。然而，若振動(dòng)分析師能在每個(gè)軸承座上測(cè)量振動(dòng)相位，則能使問(wèn)題的確定容易些。如何測(cè)量振動(dòng)相位？ 使用光電頭測(cè)量振動(dòng)相位要比手持閃光燈的測(cè)量方法精確得多，手持閃光燈是由人通過(guò)參考標(biāo)記來(lái)讀取相位角，所以誤差較大。 為了有效地測(cè)量相位角，必須首先將頻閃燈調(diào)到你所要求的閃光頻率（通常是軸的轉(zhuǎn)速頻率），振動(dòng)幅值和相位讀數(shù)必須同時(shí)記錄。振動(dòng)傳感器必須從一個(gè)軸承座移到另一個(gè)軸承座，測(cè)量

4、水平、垂直、和軸向方向的數(shù)據(jù)。在每次將傳感器移到一新位置或方向時(shí)，這時(shí)就要找到和記錄相位參考標(biāo)記新的位置的角度。測(cè)量時(shí)操作閃光燈能更清楚地觀察到參考標(biāo)記，但此時(shí)振動(dòng)傳感器必須牢固地安裝在每個(gè)測(cè)量位置或方向上。 然而，使用光電頭進(jìn)行相位測(cè)量，光電頭和振動(dòng)傳感器必須都可靠固定好，在進(jìn)行不同位置和不同方向測(cè)量時(shí)，只需將振動(dòng)傳感器移動(dòng)到下一個(gè)位置。如何在振動(dòng)故障診斷中使用相位分析？這里我們研究一個(gè)軸承座是做前后振動(dòng)（如圖40所示）還是做扭轉(zhuǎn)振動(dòng)（如圖41所示）。圖40軸向振動(dòng)相位顯示軸承座是在做平面運(yùn)動(dòng)圖41軸向相位顯示，由于軸彎曲或軸承翅起引起的扭曲振動(dòng)分析可能存在的軸承翹起或軸彎曲的例子 如圖40

5、所示，當(dāng)測(cè)量軸向振動(dòng)的相位數(shù)據(jù)時(shí)，振動(dòng)傳感器應(yīng)該安置在1、2、3和4的測(cè)點(diǎn)上，如圖40顯示，軸承座是在做平面運(yùn)動(dòng)。 如果，在這相同的四個(gè)測(cè)點(diǎn)上產(chǎn)生如圖41所示的測(cè)量結(jié)果，即每個(gè)測(cè)點(diǎn)與下一個(gè)測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的相位相差90度，這說(shuō)明有可能存在軸彎曲或軸承翅起的問(wèn)題。 如果，1、3兩測(cè)點(diǎn)相位相差180度，說(shuō)明軸承存在上、下翅起，如果在測(cè)點(diǎn)2、和測(cè)點(diǎn)4之間的相位相差180度，說(shuō)明軸承座左右扭曲振動(dòng)，可能是由于軸彎曲或軸承翅起引起。不平衡的相位表現(xiàn) 對(duì)于不平衡問(wèn)題，通常在相鄰且位置相差90度的測(cè)點(diǎn)上，測(cè)量得到的振動(dòng)相位相差約90度。如果此相位角較大地偏離90度，這就意味著存在著一個(gè)除不平衡以外的其它問(wèn)題。說(shuō)明存

6、在不平衡問(wèn)題的最有力的指示是比較在支承轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承座上測(cè)量得到的相位值。如圖44所示。圖43徑向振動(dòng)相位測(cè)量，用于分析不平衡問(wèn)題不平衡的相位表現(xiàn)圖44診斷靜不平衡、力偶不平衡、動(dòng)不平衡的典型測(cè)量不平衡的相位表現(xiàn) 如圖44所示，比較在輸入端和輸出端軸承座上水平和垂直相位差角，來(lái)確認(rèn)是否有不平衡問(wèn)題的存在。比較好的做法是測(cè)量和比較輸入端和輸出端軸承座上水平方向的相位差角的值，如果存在一定程度的不平衡問(wèn)題，1XRPM振動(dòng)幅值肯定是較高的，并且在兩個(gè)軸承座上水平方向的振動(dòng)相位差等于垂直方向的振動(dòng)相位差（30）。這說(shuō)明，轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)在水平方向和垂直方向是相同的，否則，其主要問(wèn)題可能就不會(huì)是不平衡問(wèn)題

7、了。例如，見圖44的表C，注意到在電機(jī)的兩個(gè)軸承上，水平方向的振動(dòng)相位差是90-30=60，垂直方向的相位差是180-120=60，這強(qiáng)有力地說(shuō)明是不平衡問(wèn)題。松動(dòng)問(wèn)題的相位表現(xiàn) 有些機(jī)械松動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)振動(dòng)相位測(cè)量是可以發(fā)現(xiàn)的，已經(jīng)可靠緊固的機(jī)械部件應(yīng)該是與其它部件間同步運(yùn)動(dòng)，在各個(gè)零部件之間不應(yīng)該存在顯著的幅值和相位的變化，如果在相互配合的零部件之間（見圖45）存在振動(dòng)幅值和相位的變化，那么機(jī)械松動(dòng)問(wèn)題的存在是值得懷疑的。見圖45，在墊板（BASE PLATE)和支承混凝土基礎(chǔ)（CONCRETE BASE)之間存在著顯著的振動(dòng)幅值和相位的變化，這說(shuō)明，很可能是由于在兩部件間的水泥灌漿不充分所

8、引起的。圖45松動(dòng)問(wèn)題的相位測(cè)量不對(duì)中問(wèn)題的相位表現(xiàn) 通過(guò)振動(dòng)相位測(cè)量來(lái)發(fā)現(xiàn)不對(duì)中問(wèn)題是較為常用的監(jiān)測(cè)方法之一，無(wú)論是平行不對(duì)中還是角不對(duì)中，通過(guò)振動(dòng)相位測(cè)量，都是可以檢測(cè)到的。圖46 描述了兩種不對(duì)中問(wèn)題的含意。圖46 軸角不對(duì)中和軸平行不對(duì)中的示意圖不對(duì)中問(wèn)題的相位表現(xiàn) 不對(duì)中問(wèn)題的振動(dòng)相位特點(diǎn)是，在聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)的振動(dòng)相位差接近180。振動(dòng)幅值和相位角的測(cè)量應(yīng)該在聯(lián)軸節(jié)相鄰的兩個(gè)軸承座的4個(gè)象限位置進(jìn)行。為了檢測(cè)不對(duì)中情況的存在，要測(cè)量的兩個(gè)軸承座應(yīng)該是處在聯(lián)軸節(jié)的兩側(cè)。徑向振動(dòng)相位對(duì)軸平行不對(duì)中問(wèn)題比較敏感，而軸向振動(dòng)相位對(duì)軸角不對(duì)中問(wèn)題比較敏感。在進(jìn)行振動(dòng)相位測(cè)量比較時(shí)，重要的一點(diǎn)是，要

9、遵守振動(dòng)傳感器的安裝方向的規(guī)定。（若振動(dòng)傳感器，安裝方向搞反，會(huì)導(dǎo)至180的相位移動(dòng)，從而導(dǎo)至不對(duì)中的錯(cuò)誤指示。另一個(gè)需要注意的是，四個(gè)測(cè)量象限的位置要從同一個(gè)參考方向觀察確定如圖47所示，避免相位數(shù)據(jù)的混亂。圖47 在聯(lián)軸節(jié)相鄰兩軸承座上測(cè)量相位的坐標(biāo)不對(duì)中問(wèn)題的相位表現(xiàn) 在軸承座A，位置2處所進(jìn)行的相位測(cè)量必須與軸承座B位置2處所進(jìn)行的相位測(cè)量相比較。圖48是一個(gè)聯(lián)軸節(jié)不對(duì)中的例子，為簡(jiǎn)化起見，只是測(cè)量了軸向方向的振動(dòng)相位。圖48診斷角不對(duì)中問(wèn)題的軸向相位比較不對(duì)中問(wèn)題的相位表現(xiàn) 如圖48所示，電機(jī)軸承1和軸承2振動(dòng)方向相互之間一致，軸承3和軸承4也是同相振動(dòng)，這說(shuō)明電機(jī)轉(zhuǎn)子和風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子不存在內(nèi)部不對(duì)中、軸彎曲和軸承翅起等問(wèn)題。然而，在聯(lián)軸節(jié)兩端存在180的相位變化，這說(shuō)明在軸承2和軸承3之間存在不對(duì)中問(wèn)題。 注意大多數(shù)的不對(duì)中