波德图能看出什么

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　　波德图主要用在滑动轴承支撑的大型设备的诊断上，大多使用电涡流传感器测量的相对位移振动数据。

　　相对位移波形

　　电涡流传感器测量轴和轴瓦的相对位移振动，测到的波形代表轴与轴瓦间距离的瞬时变化。

　　波形采集一定时间段的数据，比如上图是16个周期/320毫秒，通过波形可以计算出峰峰值、峰值和有效值等，位移通常使用峰峰值，振动幅值必须采集一定时长的数据才能得到。

　　趋势图

　　不同时刻测到的波形计算出的幅值随时间的变化图就是趋势图，虽然横纵坐标单位和波形一样，意义已经变成了设备总振动随时间的变化。由于大机组的振动大多都是以一倍频为主，因此大机组的故障诊断更多是用一倍频幅值相位趋势图分析。

　　转速稳定时一倍频的幅值相位，基本上就代表了转子上质量不平衡的大小和位置，所以一倍频趋势图主要看的是转子不平衡状态的变化。运行过程中的刚度变化是很少见的，如果相位不变，一倍频幅值变化，可以考虑刚度变化的因素。

　　如下图是XY两通道的一倍频幅值变小-变大-再恢复的过程，过程中两通道的相位大小关系也有变化和恢复，说明出现了反进动，这是典型的摩擦造成热弯曲，然后再恢复的过程。一倍频变小，相位差正负变化时是摩擦的时刻，此时波形中可能有削波;之后振动变大相位差恢复是转子产生了热弯曲，此时摩擦部位已经脱离，振动特征为典型的不平衡;振动变小是弯曲恢复的过程。

　　正常的波德图

　　在启停机的过程中，不平衡的振动响应会随着转速变化，一倍频幅值相位随转速与临界转速的关系不同而变化，如果有不平衡状态的变化，引起的振动变化会叠加在原始不平衡引起的波德图曲线上。

　　下面说说从不同转速下的振动幅值和相位图----波德图里能看出哪些信息。波德图是升降速过程中各转速下测到的振动值，主要用一倍频幅值和相位来看不平衡响应在不同转速的变化，通频值或其他倍频值也有一些应用。

　　先看一个典型的波德图：

　　图中横坐标是转速，纵坐标下半部分是通频和一倍频幅值，上半部分是一倍频相位。正常机组，低转速振动幅值很小，在临界转速附近共振放大，转速升高接近工作转速振动变小。一般认为振动最大的转速就是临界转速，在不同转速下的具体振动标准不同机组有所差别。

　　相位会在临界转速附近变化约180°，这是由于机械滞后角在低速时接近0°，随转速升高慢慢增大到临界转速时的90°，再随转速升高到远离共振区时增大到接近180°，不平衡重点位置不变，高点位置随转速升高慢慢变到重点对面。

　　低转速振动大

　　如果在低转速时一倍频幅值不大，但通频幅值大，就需要查看波形频谱图，可能是轴测点不光滑，有划痕或毛刺等引起，从XY方向的波形图上可以很直观的看到。也可能是轴有剩磁引起的，频谱中会有大量的偶数倍转频谐波。也可能是顶轴油等的影响，波形会不规律。

　　下图是一个轴测点有划痕时XY传感器测到的典型波形，可以看到两个传感器测到划痕的相位差大约90°，划痕的深度有三百多微米。

　　如果在低速时振动大，而且以一倍频为主，说明轴存在弯曲。因为低速没有离心力，一倍频大说明每转一圈轴表面以正弦规律远近波动一次，说明存在弯曲。测量值相当于给轴打千分表，现场有仪表使用电涡流传感器测量偏心，就是低速时测量到的位移峰值。

　　下图是一个轴弯曲的一倍频波德图，可以看到在低转速有约80微米的幅值，过临界振动没有变大反而有些变小，这是由于不平衡引起的变形角度在临界时与原始弯曲相反，互相抵消。

　　注意低转速振动幅值与实际打表幅值会有差别，因为测量的转速和轴向位置是不同的。

　　过临界振动大

　　如果低转速正常，临界转速时振动过大，说明一阶不平衡量太大或者系统阻尼过小。可以从波德图计算出放大倍数和系统的阻尼率。如下图，对一个临界共振峰，幅值最大处的转速是临界转速，幅值等于临界峰值的0.707处的两个转速可以叫做半能量转速。

　　利用下面两个公式可以计算出放大倍数：

　　Half Power

　　AF = amplification factor
　　NCR = critical speed , RPM
　　N2, N1 = half power points, RPM

　　Phase Change

　　AF = amplification factor
　　NCR = critical speed , RPM
　　ΔΦ = phase change， degrees
　　ΔN = speed change， RPM

　　也可以用敲击后的衰减波形来计算，几种算法得出的结果都会不一样，任取一种算法就可以。

　　两倍放大倍数的倒数就是系统阻尼率。

　　where C = damping constant, 1b s/in
　　           CC = 2Mωn critical damping, 1b-s/in
　　            AF = amplification factor

　　临界幅值除以放大倍数，就是不平衡在临界转速引起的振动。临界振动过大时，如果放大倍数很大，说明系统阻尼率太低，这种情况不常见。大多都是一阶不平衡量过大，可以通过在转子两端对称加重做平衡。

　　定速振动大

　　所谓定速振动大，指低转速和临界转速时振动都不超标，但通过临界转速振动变小以后，在接近工作转速时振动再次变大，比如下图。

　　这个图在2900转左右有转速不变振动上升的情况，可能存在热弯曲，不太典型，不予讨论。

　　如果振动在定速附近只随转速变大，也有两种可能：二阶不平衡影响振动或者外伸端不平衡。此时需要查看转子两端相同方向测点的相位差，比如两端的X向，如果相位差接近同相，说明存在外伸端不平衡，需要在外伸端做平衡;如果接近反相，说明此时振动以二阶不平衡为主。只要明显不同相，就说明出现了二阶不平衡引起的反相分量，需要在转子两端反对称加重平衡二阶不平衡量。

　　所谓对称加重，指在转子两端相同角度加一样大的配重，反对称加重指在转子两端相差180°加一样大的配重。

　　振型分解

　　定速振动大，两端相位差在0~180°的中间位置时，说明一阶二阶不平衡都有影响，可以把转子两端的振动矢量分解为一阶不平衡引起的一对同相振动分量和二阶不平衡引起的一对反向振动分量，可以一次加重分别计算两阶不平衡的影响系数，并得出最后配重结果。如下面示意图，转子两端同一方向的测点测到黑色矢量的两个振动，两个振动可以分解为黄色的同相分量和红色的反相分量的和。

　　定速后振动变大

　　如果升速到工作转速时振动不大，但随着时间或负荷的变化振动变大，可能是出现了热弯曲或者刚度下降。需要进一步使用一倍频幅值相位趋势图做判断。摩擦造成的热弯曲，可以通过前边说的XY相位差的变化来判断。转子受热不均造成的热弯曲，XY方向的相位会同步变化。如果相位不变，幅值变大，可以判断是支撑刚度下降造成的。具体弯曲和刚度下降的原因根据设备情况具体分析。

　　升降速曲线不一致

　　很多无法开机的故障都是振动突然变大，波德图中升速和降速过程振动不一样，比如下面两个。

　　这种情况，启机时低速振动不大，振动变大后降到低速时一倍频很大，说明转子产生了弯曲。可能是升速或暖机时密封摩擦或者进汽不均、带水等。根据振动变化的剧烈程度和XY相位差变化，可以区分判断。

　　一个案例
　　大家可以继续讨论一下这个汽机案例，机组几次启机数据知道临界转速是2200rpm，下图在1500rpm暖机时振动变大停机，原因是什么?热弯曲?摩擦热弯曲?还是其他原因?怎么解释?

　　由于在线监测系统存储策略问题没有更多数据，只有DCS的趋势，中间部分平直不变的是转速，其他几根是振动。据说停机降转速瞬间振动继续上升了一点才下降。

　　来源：mirook聊振动微信公众号(ID：mirook)