机器状态监测与诊断振动状态监测第2部分：振动数据处理、分析与描述（摘选）（四）

1、机器状态监测与诊断 振动状态监测 第2部分：振动数据处理、分析与描述（摘选）（四）机器状态监测与诊断振动状态监测第2部分:振动数据处理,分析与描述(摘选)(四)20090424发布200912一O1实施4.4.1幅值和相位(波德图)简谐振动信号以振幅和相位表示时,需要一个信号作为参考相位.它可以是一转轴上的旋转标记,不同的位置或方向上的波较高的旋转频率的相位参考.相位可以在0.至360.或_+180.之间表示.当两个信号代表不同的量时(如力,速度,加速度),应注意正确地解释其物理意义.注意,对于任何正弦波形,位移滞后速度90.,速度滞后加速度9O.非常普遍地,信号调理设备会改变信号的相位,不同

2、通道之间的相位差应给予补偿.正弦波形的幅值与相位可以被绘制成时间的函数.然而,当机器振动的振幅和相位对机器的转速作图时,就是波德图,如图21所示.l,O90180/.一/|转速y幅值Y相位,(.)一共振图21幅值和相位(波德图)4.4.2极坐标图(Nyquist图)极坐标图中,每一个点(对如图22中所示的离散的频率)代数,如果仅显示它们顶点之间的连线,就是着名的奈奎斯特(Nyquist)图.旋转标记.极坐标图(或/和波德图)用来精确地识别转子,轴承,支撑系统的任何共振点(转速).4.4.3级联图(瀑布图)线显示的三维形式,清楚地显示出振动信号相对于另一个参数叠,一jf;,"器/R21

3、6k./270.注:参数是转速(r/min)图22极坐标图(Nyquist图)(如转速,载荷,温度,时间)的变化,此参数被用作为特定的参数值,如时间.图23中的样本级联谱是机器在开机和停机区间的许多振动谱线的一个总图.正常情况下,级联谱图提供的是频率(Hz或况下,机器的转速可以被其他参量(如时间,载荷)代替,在些情况下,它被称为瀑布图.当用机器转速显示时,记录转子转速和频率,Hzy转速,r/minY幅值图23瀑布图(级联图)设置管理与维修20113困位参考信号是必要的.图24的级联谱显示了基本转速(1X)和其他的明显的谐波.如果在瞬时转速范围内,它也显示出了转子临界转速的出现.图的形状将依机器

4、的类型和工况而变化.如图24是台3000r/min(50Hz)的汽轮机在开机和停机过程中的级联图.实时分析是指在测量的同时就显示分析结果的一种分析方而,在本节中,相对于数据处理的数据采集时间来说,如果处理数据块比采集它花费更长的时间,就是当数据被采集的过程中,不频率,Hzy一天的时间y转速,r/minY"幅值图24涡轮机级联图各个频率分量(如叶片,导叶,齿轮啮合频率)的实际频率与转速的关系.振动的幅值可以在第三个坐标中绘制,这样它可以相应的棒的高度表示.坎贝尔图在识别自激振动时特别有用.王,50100,H,b.,.9c_lJ一,lg/.JolOOO20003000x转速,频率,Hzr

5、厂一阶谐波6二阶谐波c幅值d固有频率e共振转速产一共振转速g一失稳转速转子失稳引起的次同步振动图25坎贝尔图困设备管理与维修20113数据可能是必要的,为了分析它,有时还要重复地播放.换句话说,采集的数据超过处理数据的数量时,多余的数据会被跳过(即不处理).在模拟系统中,一种普通类型的实时分析仪包含一个滤波器阵列,它可以同时显示所有这种类型.在数字系统中,振动信号被采样以获得逐次的时间记录,每个记录通过处理得到谱或其他特性.在记录开始处理之前,时间记录的采样应该完整.但是,一个记录的采样与前一个记录时间长,则所有的信号都被分析了,并且认为分析是实时的.如果处理时间比采样时间长,部分分析仪处理数

6、据的速度不同,数据被实时处理的最大的频率范围是实时带宽.对于大多数定转速机器,实时分析不是必需的.但是,对于瞬态事件,包括开机和停机,实时带宽太窄可能整个事件,并以一个较低的速度回放来分析它.4.6阶比跟踪(模拟和数字)当从机器上获得频率谱时,如果机器转速变化,得到有意义的平均是困难的,因为来自于特定阶次的能量可能反映到一个转速,借助外部采样(见4.3.8)控制采样的速率,振动的特定阶输入到动态信号分析仪来完成这一过程,称之为阶比跟踪.阶比跟踪首先应有一个跟踪滤波器用于迭混保护和将转速信号变换为采样频率(关注的最高频率的2.56倍)的比率合成器.与对转速改变率的限制一样,噪声和精度将决定计算的

7、阶比跟踪级数,并将该过程数字化.计算阶比跟踪时,振动信号和转速信号都将以固定的采样频率数字化.转速信号为每一转建立采样频率,振动信号被插值和重采样在合适的时问间隔为了阶次分析去建立振动信号内插计算并为阶比分析以合适的间隔重采样,对每一转建立步进改变的单独的采样频率,或者通过多项式内插的方法,一个连续变化的采样频率也可以生成.如4.3.8所示,这个过程比以基于时间的采样有两个额外的好处.每一阶的所有能量都在每个段的窗的中间,排除了由于不在中间引起的误差,这些误差能达到15%.另一个好处是:有可能得到旋转角度的"时间轴"的平均记录,也有在非稳态的旋转频率的情况下,为仅是转/分(

8、r/min)的资前辞阶的振动处理阶比谱.如果使用向量平均,其他频率的振动将对分量模糊地被平均.倍频程是另外一个相关的术语,用来表示二倍频率或二等频程是200Hz,或者,lOOHz下面的一个倍频程是5OHz.因此,分贝是用于表示幅值比的一个方便的单位,倍频程是表示频率比的一个方便的方式.为了改善分辨率,倍频程用于表示幅值比率可以用对数分成分数倍频程(如三分之一倍频程).倒频谱分析技术是在时域中测量振动数据的功率谱取对数式,即幅值在垂直轴上,被称为"倒频率"的伪时间在水平轴上.单一的分量.倒频谱理想地适于包含多个谐波序列的复杂信号的分析,如的能力,所以它们的关系可以被识别出来,

9、这是倒频谱的一个重要的优点.表3中可以看到倒频谱分析进展的一步一步的过程.5其他技术本部分介绍了进行窄带振动状态监测与振动诊断时最通用的技术.但是,有一些其他的方法,当应用于特殊情况时解决特殊问题也非常有用.这样一些先进的技术作为信息列出如下:波峰因数;时间历程;自相关函数;互相关函数;峭度;复合谱或全谱;逆傅里叶变换;高频检测;强度法;多趋势分析(r.m-s.值,频率分量,小时,Et程历时问,高转速);峰视图分析;表3倒频谱处理操作结果3时间LLILLLlLjlLL-IL【土L历程测数字化信号0()lrIr7rII1rlrr1r量0i51l1数字X(厂)_.1幅值的值的Sxx(厂)=x)一平方.I1.02550功率-5lIIIl10iIJIIlJ谱的对lOlgSndBl0IlIIl850l数乘10Ul'IuulIO2553.,(厂)的CH(z)-y逆FFTOil27冲击脉冲测量;小波;向量分析;尖峰能量.(完)参考文献(略)郑泽文.挖掘机动臂侧板裂纹的修复.工程机械与维修,2010(12):173除.工程机械,2011(1):6668于霏等.基于混合维修的设备维修方式决策系统的研究.机床与液压,2011(1):132134一.坠薹一盎L篷薹筮一输机械,20