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1、大型旋转转机械状状态检测测与故障障诊断讲讲义沈立智阿尔斯通通创为实技术发发展（深圳）有限公公司20066年122月目 录录第一节状状态监测测与故障障诊断的的基本知知识4一、状态态监测与与故障诊诊断的意意义4二、大机机组状态态监测与与故障诊诊断常用用的方法法41. 振振动分析析法42. 油油液分析析法43. 轴轴位移的的监测444. 轴轴承回油油温度及及瓦块温温度的监监测45. 综综合分析析法4三、有关关振动的的常用术术语41. 机机械振动动42. 涡涡动、进进动、正正进动、反反进动443. 振振幅43.1 振幅43.2 峰峰值值、单峰峰值、有有效值443.3 振动位位移、振振动速度度、振动动加
2、速度度43.4振振动烈度度、振动动标准444. 频频率44.1 频率、周周期44.2 倍频、一一倍频、二二倍频、0.5倍频、工频、基频、半频44.3 通频振振动、选选频振动动44.4 故障特特征频率率45. 相相位45.1 相位、相相位差445.2 键相器器45.3 绝对相相位45.4 同相振振动、反反相振动动45.5 相位的的应用446. 相相对轴振振动、绝绝对轴振振动、轴轴承座振振动47. 横横向振动动、轴向向振动、扭扭转振动动48. 刚刚性转子子、挠性性转子、圆圆柱形振振动、圆圆锥形振振动、弓弓状回转转49. 刚刚度、阻阻尼、临临界阻尼尼410. 临界转转速411. 挠度、弹弹性线、主主
3、振型、轴轴振型4412. 高点、重重点413. 机械偏偏差、电电气偏差差、晃度度414. 谐波、次次谐波4415. 同步振振动、异异步振动动、亚异异步振动动、超异异步振动动416. 共振、高高次谐波波共振、次次谐波共共振417. 简谐振振动、周周期振动动、准周周期振动动、瞬态态振动、冲冲击振动动、随机机振动4418. 自由振振动、受受迫振动动、自激激振动、参参变振动动419. 旋转失失速、喘喘振420. 半速涡涡动、油油膜振荡荡4第二节状状态监测测与故障障诊断的的基本图图谱4一、常规规图谱441. 机机组总貌貌图42. 单单值棒图图43. 多多值棒图图44. 波波形图445. 频频谱图446.
4、 轴轴心轨迹迹图47. 振振动趋势势图48. 过过程振动动趋势图图49. 极极坐标图图410. 轴心位位置图4411. 全息谱谱图4二、启停停机图谱谱41. 转转速时间间图42. 波波德图443. 奈奈奎斯特特图44. 频频谱瀑布布图45. 级级联图44第三节故故障诊断断的具体体方法及及步骤44一、故障障真伪的的诊断441.首先先应查询询故障发发生时生生产工艺艺系统有有无大的的波动或或调整442. 其其次应查查看仪表表、主要要是探头头的间隙隙电压是是否真实实可信443. 应应查看相相关的运运行参数数有无相相应的变变化44. 应应察看现现场有无无人可直直接感受受到的异异常现象象4二、故障障类型的
5、的诊断441. 振振动故障障类型的的诊断441. 11主要异异常振动动分量频频率的查查找步骤骤及方法法4a）先看看棒图或或多值棒棒图4b）依次次调看振振动趋势势图4c）最后后看频谱谱图41.2 根据异异常振动动分量的的频率进进行振动动类型诊诊断4a) 主主要异常常振动分分量为工工频时44b) 主主要异常常振动分分量为低低频时44c) 主主要异常常振动分分量为二二倍频时时4d) 主主要异常常振动分分量为其其它频率率时42. 轴轴位移故故障原因因的诊断断4三、故障障程度的的评估44四、故障障部位的的诊断44五、故障障趋势的的预测44第一节状状态监测测与故障障诊断的的基本知知识一、 状态监测测与故障
6、障诊断的的意义状态监测测是指通通过一定定的途径径了解和和掌握设设备的运运行状态态，包括括利用监监测与分分析仪表表（定时时的或非非定时的的、在线线的或离离线的），采采用各种种检测、监监视、分分析和判判别方法法，结合合设备的的历史和和现状，对设备当前的运行状态作出评估（属于正常、还是异常），对异常状态及时作出报警，并为进一步进行故障分析、性能评估等提供信息和数据。故障是指指机械设设备丧失失了原来来所规定定的性能能或状态态。通常常把机械械设备在在运行中中所发生生的状态态异常、缺缺陷、性性能恶化化、以及及事故前前期的状状态统统统称为故故障，有有时也把把事故直直接归为为故障。而大型旋旋转机械械机组的的故
7、障诊诊断，则则是根据据对大机机组进行行状态监监测所获获得的信信息，结结合机组组的工作作原理、结结构特点点、运行行状况，对对有可能能发生的的故障进进行分析析、预报报，对已已经或正正在发生生的故障障进行分分析、判判断，以以确定故故障的性性质、类类别、程度度、部位位及趋势势，对维维护机组组的正常常运行和和合理检检修提供供正确的的技术支支持。大型旋转转机械由由于功率率大、转转速高、流流量大、压压力高、结结构复杂杂、监控控仪表繁繁多、运运行及检检修要求求高，因因此在设设计、制制造、安安装、检检修、运运行等诸诸多环节节上稍有有不当，都都会造成成机组在在运行时时发生种种种故障障。大型型机组本本身价格格昂贵，
8、其其故障停停机又会会引起整整个生产产装置的的全面停停产，会会给企业业、社会会、国家家造成巨巨大的经经济损失失。因此此，认真真做好大大机组的的状态监监测与故故障诊断断工作，对对避免恶恶性事故故的发生生、降低低故障停停机次数数、缩短短故障停停机检修修时间、减减少企业业的经济济损失是是十分有有益的。二、大机机组状态态监测与与故障诊诊断常用用的方法法1. 振振动分析析法振动分析析法是大大机组状状态监测测与故障障诊断所所使用的的主要方方法。振动分析析法是对对设备所所产生的的机械振振动（对对大机组组来说，主要要是是转转子相对对于轴承承的振动动）进行行信号采采集、数数据处理理后，根根据振幅幅、频率率、相位位
9、及相关关图谱所所进行的的故障分分析。一方面，由由于在大大型旋转转机械的的所有故故障中，振振动故障障出现的的概率最最高；另另一方面面，振动动信号包包含了丰丰富的机机械及运运行的状状态信息息，它既包含含了转子子、轴承承、联轴轴器、基基础、管管线等机机械零部部件运行行中自身身状态的的信息，又又包含了了诸如转转速、流流量、进进出口压压力以及及温度、油油温等影影响运行行状态的的信息；第三，振振动信号号易于拾拾取，便便于在不不影响机机组运行行的情况况下实行行在线监监测和诊诊断。因因此，振振动分析析法是旋旋转机械械故障诊诊断中运运用最广广泛、最最有效的的方法，同同时也是是大机组组故障诊诊断的主主要方法法。采
10、用用振动分分析法，可可以对旋旋转机械械大部分分的故障障类型进进行准确确的诊断断，如转转子动不不平衡问问题、转转子弯曲曲、轴承承工作不不良、油油膜涡动动及油膜膜振荡、转转子热不不对中、动动静件摩摩擦、旋旋转失速速及喘振振、转轴轴的横向裂纹纹、机械械松动、结结构共振振等等。2. 油油液分析析法油液分析析法是对对润滑油油本身以以及油中中微小颗颗粒所进进行的理理化分析析，也是大大机组状状态检测测与故障障诊断中中的一个个重要方方法。油液分析析法主要要分为两两大类，一一类是润润滑油油油液本身身的常规规理化分分析，另另一类是是对油中所含含有的微微小颗粒粒所进行行的铁谱谱分析、光光谱分析析、颗粒粒计数等等。通
11、过对润润滑油油油液的粘粘度、闪闪点、酸酸值、破破乳化度度、水分分、机械械杂质、液液相锈蚀蚀试验、抗抗氧化安安全性等等各种主主要性能能指标的的检验分分析，可可以准确确地掌握握润滑油油本身的的性能信信息，也也可以大大概地了了解到机组轴轴承、密密封的工工作状况况。通过对对对油液中中不溶物物质、主要要是微小小固体颗颗粒所进进行的铁铁谱分析析、光谱谱分析，不仅可以定性、而且可以定量地测定颗粒的构成元素及浓度，尤其是通过铁谱显微镜或光谱显微镜等手段还可以观察到微小颗粒的形貌、尺寸及其分布，从而能够对磨损状态进行科学的分析与诊断。即，根据元素及浓度来判断哪个零部件（如轴颈、轴承、油封、浮环、机械密封、齿轮、
12、齿式联轴器等）发生了非正常磨损，根据浓度、尤其是颗粒的形貌、尺寸来判断其当前的磨损程度。3. 轴轴位移的的监测在某些非非正常的的工况下下，大型型旋转机机械的转转子会因因轴向力力过大而而产生较较大的轴轴向位移移，严重重时会引引起推力力轴承磨磨损，进进而发生生转子（如如叶轮）端面与隔板或缸体摩擦碰撞；汽轮机在启动和停车过程中，会因转子与缸体受热和冷却不均而产生差胀，严重时会发生轴向动静摩擦。尽管转子轴位移故障的概率不是很高，但也常有发生，特别是一旦发生后对设备造成的损坏往往是灾难性的。所以，对轴位移进行在线状态监测和故障诊断很有必要。4. 轴轴承回油油温度及及瓦块温温度的监监测检修或运运行中的的操
13、作不不当都会会造成轴轴承工作作不良，从从而引起起轴承回回油温度度及瓦块块温度升升高，严严重时会会造成烧烧瓦，因因此对轴轴承回油油温度、瓦瓦块温度度进行监监测非常常必要。AAPI （美国国石油协协会标准准）规定定，轴承承进出口口润滑油油的正常常温升应应小于228，轴承承出口处处的最高高油温应应小于776(原原为822)。另外外，用铂铂电阻在在距轴承承合金11mm处处测量瓦瓦块温度度时，一一般不应应超过11101155。由于温温度的反反映往往往滞后，具具体的测测量方法法及测量量位置等等又各不不相同，因因此应具具体情况况具体分分析。5. 综综合分析析法在进行实实际的大大机组状状态监测测与故障障诊断时
14、时，往往往是将以以上各种种方法连连同工艺艺及运行行参数的的监测与与分析一一起进行行综合分分析的。三、有关关振动的的常用术术语1. 机机械振动动物体相对对于平衡衡位置所所作的的的往复运运动称为为机械振振动。简称振振动。例如，机机器箱体体的颤动动、管线线的抖动动、叶片片的摆动动等都属属于机械械振动。振动用基基本参数数、即所所谓的“振动三三要素” 振幅幅、频率率、相位位加以描描述。2. 涡涡动、进进动、正正进动、反反进动转动物体体相对于于平衡位位置所作作的旋转转运动称称为涡动动。物体涡动动时，是是在绕着着自身对对称轴旋旋转（自自转）的的同时，对对称轴又又进一步步在绕着着某一平平衡位置置旋转（公转），
15、所以涡动又称为进动。例如，水水中的漩漩涡、玩玩具陀螺螺、转子子的运动动等都属属于涡动动。旋转机械械转子的的实际运运动状态态是，在在以角速速度（即转速速n）绕着自自身轴线线ACBB旋转（自自转）的的同时，整个轴线又以角速度绕着两轴承中心连线AOB在做圆周运动（公转）。转子实际上是做旋转状的涡动，并不是往复状的机械振动。由于这种涡动在径向上所测得的振幅、频率、相位在数值上与机械振动相同，因此可以沿用机械振动的许多成熟的理论、方法，所以旋转机械转子的涡动通常仍然称作振动。但是，在研究大机组转子的振动时，不应该忘记转子的振动实际上是涡动的这一基本特点。正进动是是指涡动动方向与与转子旋旋转方向向相同的的
16、涡动。反进动是是指涡动动方向与与转子旋旋转方向向相反的的涡动。因为转子子的实际际振动是是涡动，其其涡动轨轨迹通常常为不规规整的椭椭圆，因因此需要要配置两两个相互互垂直的的探头才才能较为为准确地地测出转转子真实实的振动动。3.振幅幅3.1 振幅振幅是物物体动态态运动或或振动的的幅度。振幅是振振动强度度和能量量水平的的标志，是是评判机机器运转转状态优优劣的主主要指标标。3.2 峰峰值值、单峰峰值、有有效值振幅的量量值可以以表示为为峰峰值值（ppp）、单单峰值（p）、有效值（rms）或平均值（ap）。峰峰值是整个振动历程的最大值，即正峰与负峰之间的差值；单峰值是正峰或负峰的最大值；有效值即均方根值。
17、只有在纯正弦波(如简谐振动)的情况下，单峰值等于峰峰值的1/2，有效值等于单峰值的0.707倍，平均值等于单峰值的0.637倍；平均值在振动测量中很少使用。它们之间间的换算算关系是是：峰峰峰值22单峰值值221/22有效值值3.3 振动位位移、振振动速度度、振动动加速度度振幅分别别采用振振动的位位移、速速度或加加速度值值加以描描述、度度量，三三者可以以通过微微分或积积分进行行换算。在在振动测测量中，除除特别注明外外，振动动位移的的量值为为峰峰值值，单位位是微米米mm或密密耳mmil；振动动速度的的量值为为有效值值，单位位是毫米米/秒mmm/s或英寸寸/秒ipss；振动动加速度度的量值值是单峰峰
18、值，单单位是重重力加速速度gg。可以认为为，振动动位移具具体地反反映了间间隙的大大小，振振动速度度反映了了能量的的大小，振振动加速速度反映映了冲击击力的大大小。也也可以认认为，在在低频范范围内，振动动强度与与位移成成正比；在中频频范围内内，振动动强度与与速度成成正比；在高频频范围内内，振动动强度与与加速度度成正比比。正是由于于上述原原因，在在工厂的的实际应应用中，在通常情况下，大机组转子的振动用振动位移的峰峰值m表示，用装在轴承上的非接触式电涡流位移传感器来测量转子轴颈的振动；大机组轴承箱及缸体、中小型机泵的振动用振动速度的有效值mm/s表示，用装在机器壳体上的磁电式速度传感器或压电式加速度传
19、感器来测量；齿轮的振动用振动加速度的单峰值g表示，用加速度传感器来测量。3.4振振动烈度度、振动标标准振动烈度度是振动标准准中的通用用术语，是是描述一一台机器器振动状状态的特特征量（大大机组不不完全如如此）。可以认为，振动烈度就是振动速度的有效值。在国际及我国振动标准中，几乎都规定用振动速度的有效值来作为振动烈度的度量值。此外，还要求在靠近轴承位置处的水平、垂直、轴向三个方向上进行测量。所以，对一般的转动设备进行振动监测时，应测量振动速度的有效值。因为只有振动烈度才有振动标准可以参照，评定机器运转状态的优劣才能有据可依。右图为中中石化旋旋转机械械振动标标准SHHS 0010003-220044
20、关于机机器振动动烈度的的评定等等级表。我国及国际其它振动标准关于机器振动烈度的评定等级也大致如此。其中，根据输出功率、机器支承系统的刚性等将旋转机械分为如下4类：小型型转机，如如15 kW以以下的电电机；安装装在刚性性基础上上的中型型转机，功功率在3300 kW以以下；大型型转机，机器支承系统为刚性支承状态；大型型转机，机器支承系统为挠性支承状态。当支座的的固有频频率大于于转子轴轴承系统统的固有有频率时时，机器器支承系系统为刚刚性支承承状态；当支座座的固有有频率小小于转子子轴承系系统的固固有频率率时，机机器支承系系统为挠挠性支承承状态。对大型旋旋转机组组转子振动动的评定定标准，我国及国国际振动
21、动标准几几乎都规规定用在在靠近轴轴承处轴轴颈振动动位移的的峰峰值值进行度度量，但但评定标标准的具具体数值值不够统一一。对石石油化工工用离心心式压缩缩机及汽汽轮机，API617、API612标准规定，在制造厂进行机械运转试验时，转子振动位移的峰峰值不应超过A 值或25.4m中的较小值，A=25.4（12000/n）1/2，n为最大连续工作转速。对石化大机组，转子实际运行中振幅的许可值应该遵照制造商的规定。在无制造商规定时，也可以认为：小于A值值时为优优良状态态，A为25.4（1120000/nn）1/22或25.4mm中的较较小值；大于A值值、小于于B值时为合格状状态，BB(1.622.5)A，
22、转转速较低低时取大大值，转转速高时时取小值值，B值值可设为低报警警值；大于B值值、小于于C值时为不不合格状状态，C1.55B ，C为高报警值或连锁值；大于C值为不允许状态。另外，当当振动值值变化的增量超超过报警警值（BB值）的的25时，应应受到关注。4.频率率4.1 频率、周周期频率f是是物体每每秒钟内内振动循环环的次数数，单位位是赫兹兹Hzz。频率是振振动特性性的标志志，是分分析振动动原因的的重要依依据。周期T是是物体完完成一个个振动过过程所需需要的时时间，单单位是秒秒 ss 。例例如一个个单摆，它它的周期期就是重重锤从左左运动到到右，再再从右运运动回左左边起点点所需要要的时间间。频率与周周
23、期互为为倒数，f1 / T。对旋转机机械来说说，转子每旋转一一周就是是完成了一个振振动过程程，为一个个周期，或或者说振振动循环环变化了了一次。因此转速n、角速度都可以看作频率，称为旋转频率、转速频率、圆频率，或n、f不分，都直接简称为频率，换算关系为：f = n/60，2n/60，其中转速n为转/分钟r/min，角速度为弧度/秒rad/s。4.2 倍频、一一倍频、二二倍频、00.5倍倍频、工工频、基基频、半半频振动频率率也可以以用转速速频率的倍倍数来表表示。倍频就是是用转速速频率的的倍数来来表示的的振动频频率。如果振动动频率为为机器实实际运行行转速频率率的一倍、二倍倍、三倍倍、0.5倍、0.4
24、43倍、时，即称为一倍频（习惯上又称为1X，或1）、二倍频（2X、2）、三倍频（3X、3）、0.5倍频（0.5X、0.5）、0.43倍频（0.43X、0.43）、等。其中，一倍频又称为工频或基频，0.5倍频又称为半频。如某一机机器的实实际运行行转速nn为60000rr/miin时，那么，转转速频率率n/6060000/6601100HHz，其工频为为1000Hz，二二倍频为为2000Hz，半半频为550Hzz。4.3 通频振振动、选选频振动动通频振动动是原始始的、未未经傅立立叶级数数变换分解处处理的、由由各频率率振动分分量相互互迭加后后的总振振动。其其振动波波形是复复杂的波波形。选频振动动是从
25、通通频振动动中所分分解出来来的、振振动波形形是单一一正弦波波的、某某一选定定频率的的振动（如如工频、00.5倍倍频、二二倍频、）。4.4 故障特特征频率率各种不同同类型的的故障所所引起的的振动都都有各自自的特征征频率。例例如，转转子不平平衡的振振动频率率是工频频，齿式式联轴器器（带中中间齿套套）不对对中的振振动频率率是二倍倍频，油油膜涡动动的振动动频率是是0.55倍频(实实际上要要小一点点)，等等等。由各频率成成分的幅幅值大小小和分布布情况，从中查找出发发生了异异常变化化的频率率，再联系系故障特特征频率率探索构构成振动动激振力力的来源源，是判别振动故障障类型通通常采用用的诊断断方法。但是反过过
26、来，某某种振动动频率可可能和多多种类型型的故障障有关联联。例如如，动不不平衡的的特征频频率是工工频，但但不能说说工频高高就是发发生了动动不平衡衡，因为为某些轴轴承及对对中不良良等故障障的振动动频率也也是工频频。因此此，频率率和振动动故障的的对应关关系并不不是唯一一的。为为了得到到正确的的诊断结结论，需需要对各各种振动动信息进进行综合合分析。通常显现现的主要要故障特特征频率率及相应应的故障障类型，简简要介绍绍如下：工频几乎在在所有情情况下都都显现、并并且幅值值最高，应应该在异异常增大大的情况况下视为为故障特特征频率率。多数数为各种种形式的的不平衡衡故障，如如机械损损伤脱落落（断叶叶片、叶叶轮破裂
27、等）、结结垢、初初始不平平衡、轴轴弯曲等等；有相相当数量量（接近近40）为各种形形式的轴轴承故障障，如间间隙过大大、轴承承座刚度度差异过过大、轴轴颈与轴轴承偏心心、合金金磨损等；此外，还还有刚性性联轴器器的角度度（端面面）不对对中，支支座、箱箱体、基基础的松松动、变变形、裂裂缝等刚刚度差异异引起的的振动或或共振，运运行转速速接近临临界转速速等。 二倍倍频几几乎在所所有情况况下都显显现、幅幅值基本本低于工工频，常常伴有呈呈递减状状的三倍倍频、四四倍频、，也应该在异常增大的情况下视为故障特征频率。主要为热态不对中故障，如齿式联轴器（带中间短接）和金属挠性（膜盘、叠片）联轴器的不对中、刚性联轴器的平
28、行（径向）不对中，由温差产生的支座升降不均匀及管道力引起的不对中等；此外，还有转子刚度不对称（如横向裂纹），转动部件松动，轴承支承刚度在水平、垂直方向上相差过大等。 低频频（低于于工频的的频率）通常情情况下不不显现或或者以微微量幅值值显现（一一般不大大于3m），在在大于335m的情情况下，就可以视为故障特征频率加以关注了。低频可进一步分为两种类型。一种是分数谐波振动，频率为转速频率的整分数倍数，如1/2倍频、1/3倍频、，这多数与摩擦及松动故障有关，如密封、油封、油挡的摩擦，轴承瓦背紧力不够、瓦背接触面积偏小等。另一种是亚异步振动，频率为转速频率的非整分数倍数，相应的故障有旋转失速、油膜涡动、
29、油膜振荡、密封流体激振，其中油膜振荡、密封流体激振为自激振动，是一种很危险、能量很大的振动，一般发生在转速高于第一临界转速之后，多数是在二倍第一临界转速以上。转子的的临界转转速。机器自自身和基基础或其其它附着着物的固固有频率率。 齿轮轮故障的的特征频频率。齿轮振动动时的振振幅及频频率存在在幅值调调制及频频率调制制（齿轮轮周节误误差较大大时）。齿轮特征征频率为为：fmn ff，n为正整整数（nn1，22，3，），式中，ffm啮合频率率，为载载波频率率， f转速速频率，为为调制频频率。fmff1z1f2z2其中，ff1、f2主动动轮、从从动轮的的转速频频率，z1、zz2主动动轮、从从动轮的的齿数。
30、在频谱图图上，是是以fm为中心心、以f为间隔隔，对称分分布于ffm的两侧侧，两侧侧称为边边带。如果发生生断齿或或大的局局部性缺缺陷，则则频谱图图上显现现为边带带宽、幅幅值低、分分布较平平坦；如如果缺陷陷分布较较均匀，则则边带窄窄、幅值值高。 滚动动轴承的的故障特特征频率率。滚动体的的通过频频率对于滚动动轴承来来说，由由于轴承承游隙的的存在，滚动体在通过载荷方向时受力最大，反方向时最小或无。因此，每个滚动体在通过载荷方向时就会发生一次力的变化，内圈及轴颈、外圈及轴承座也同时受到一次激励，此激励频率称为通过频率fe，fezfc，其中，z滚动体个数，fc保持架的旋转频率。滚动轴承承的间隔隔频率滚动轴
31、承承的结构构特点决决定了滚滚动轴承承的外圈圈、内圈圈、滚动动体存在在着以下下的间隔隔频率：外圈间隔隔频率ffefen/11201-(d/Dm)coosz内圈间隔隔频率ffifin/11201+(d/Dm)coosz滚动体间间隔频率率fofo(n/60)( DDm/d)1-(d2/ DDm2) ccos22式中，nn轴的的转速，r/min；d滚动动体直径径，mmm；Dm滚滚动体中中园直径径，mmm；接触触角，角度；z滚动动体个数数。由于外圈圈是固定定不动的的，所以以外圈的的间隔频频率就是是滚动体体的通过过频率。滚动轴承承的特征征频率右图是外外圈、内内圈、滚滚动体上上的缺陷陷所产生生的波形形。波形
32、图显显示：外外圈存在在缺陷时时，周期期为外圈圈间隔频频率的倒倒数1/fe；内圈圈存在缺缺陷时，周周期为内内圈间隔隔频率的的倒数11/fi，并出出现了对对fi的幅值值调制，调调制频率率为滚动动体的公公转频率率（即保保持架旋旋转频率率）fc或转速速频率f；滚动体体存在缺缺陷时，周周期为滚滚动体间间隔频率率的倒数数1/fo，调制制频率为为fc。因此，滚滚动轴承承的特征征频率如如下，外圈：nfe；内圈：nfifc（或f）；滚动体：2nffo fc。n为正整整数（nn1，22，3，）5.相位位5.1相相位、相位差差相位是在在给定时时刻振动动部件被被测点相相对于固固定参考考点所处处的角位置，单位是是度。如
33、果把转转子旋转转一圈的的时间（即即周期TT）看成成是3660，那么么，被测测点与固定参参考点之之间的角度也也就可以以看成转转过此角角度的时时间（相相位T/3660）和空间间方向上上的位置置。这便便是相位位的奥妙妙之处相位差是是两个振振动之间间在时间间或空间间上的差差异。相位（差差）是两个振动动在时间间先后或或空间位位置上相相互差异异关系的的标志，在在振动故故障分析析中有着着非常重重要的作作用，在在动平衡衡技术中中更是必必不可少少。5.2 键相器器键相器是是由探头头（如涡涡流式、光光电式等等）与轴轴上固定定标志（如键槽、凹孔、反光板等）所组成的相位测量仪表。当轴上固固定标志志经过探头头时，键键相
34、器便便会触发发一个脉脉冲信号号，脉冲信号号是确定定振动相相位的基基准，脉脉冲频率率与转子子旋转频频率完全全同步。5.3 绝对相相位绝对相位位是指从从键相器器脉冲信号号触发到到各选频频振动信信号（如如工频、二二倍频、，为正弦波）第一个正峰值之间的角度。绝对相位位是具体体测得的的相位，是各选频频振动信信号与轴轴上固定定标志之之间的相相位差。绝绝对相位位往往就就简称相相位，说说“某频率的的振动相相位为某某某度”时指的的就是绝绝对相位位。如果没有有指明，相相位角度度增加的的方向总总是与转转子的旋旋转方向向相反。由相位探头的位置及转子旋向，绝对相位还能给出最大振动具体的空间方向。相对相位位是两个个选频振
35、动动信号波波形最近近的对应应点（如如正峰与与正峰）之之间的角度。相对相相位往往往也简称称相位差差，但两两者是有有区别的的，就“对应点点”而言，相相对相位位强调“最近的的” 。测出振动动的相位位后，算算出相位位差，关关键把转转子旋转转一圈的的时间看看成是3360，两个个振动矢矢量之间间的相位位差也就就可以看看成了时时间。如如相位差差分别为为0、45、90、1335、1880、2225(135)、2270(90)、3315(45)、3360(0)时，则则表明为为旋转00圈、11/8圈圈、1/4圈、33/8圈圈、1/2圈、55/8(3/88)圈、33/4(1/44)圈、77/8(1/88)圈、11(
36、0)圈所用用的时间间。这样样一来，通通过相位位，就可可以很具具体地想想像到两两个振动动矢量在在时间和和空间上上的相互互关系：相差的的时间时间差相位差差周期/3600，实际际中很少少算，重重要的是是由相位位差（角角度）的的大小想想像两者者间隔时时间的长长短；谁先谁谁后相相位小的的在先、称称超前，相相位大的的在后、称称滞后；空间位位置相相位差就就是空间间方向差差夹角的角角度。例如，某某机器转转速n为为60000 rr/miin ，假假设测出出以下几几组相位位：001VV工频、二二倍频的的相位分别别为455、155，（相位位差30）；001VV、0001H的的工频相相位分别别为455、135，（相位
37、位差90）；001VV、0002V的的工频相相位分别别为455、2225，（相位位差1880）；002VV、0003V的的工频相相位分别别为2225、2222，（相位位差3）；004VV、0005V的的工频相相位分别别为2、3559，（相位位差3557或3）。也可以算算出，工频ff nn/60060000/601000 Hzz ，转转子旋转转一圈的的时间、即即工频的的周期TT1/f1/10000.01秒秒100毫秒。那么，各各组振动动矢量在在时间和和空间上上的相互互关系为为：001VV工频振振动滞后后二倍频频30、1/112圈、0.83毫秒，方向夹角30；001VV工频振振动超前前0011H工
38、频频90、1/44圈、22.5毫毫秒，相相互垂直直；001VV工频振振动超前前0022V工频频1800、1/22圈、55毫秒，方方向相反反；002VV工频振振动滞后后0033V工频频3、1/1120圈圈、0.08毫毫秒，时时间差很很小，几几乎同时时，方向向夹角33，几乎乎同一方方向；004VV工频振振动超前前0055V工频频3577（或者者更确切切地说0005V滞后后3）、1119/1120圈圈（滞后后1/1120圈圈）、9.92毫毫秒（滞滞后0.08毫毫秒），超超前时间间很接近近周期TT，因此此时间差差很小，几几乎同时时，方向向夹角3357（3），几几乎同一一方向，而而且为水平方方向（若若键
39、相探探头为水水平安置置时）。5.4 同相振振动、反反相振动动当两个振振动的相相位相同同、即相相位差为为0（或3360）时，则则称此两两振动为为同相振振动。当两个振振动的相相位相反反、即相相位差为为1800时，则则称此两两振动为为反相振振动。同相振动动、反相相振动十十分清晰晰地表明明了两个个振动在在时间和和空间上上的相同同或相反反的相互互关系，因因此常用用来说明明同一振振动不同同测点之之间、不不同部件件之间的的这种相相同或相相反的特特殊关系系。例如如确定具具体的振振型、不不对中类类型等。5.5相相位的应应用相位在振振动领域域有着许许多重要要的应用用，主要要用于比比较不同同振动运运动之间间的关系系
40、，比较较不同部部件的振振动状况况，比较较激振力力与响应应之间的的关系，确确定不平平衡量的的方位，等等等，例例如：比较同同频率振振动在时时间上的的先后关关系。例如，在在为简谐振振动的弹弹簧质量量块系统统中，当当质量块块向上振振动、通通过0点点时，位位移为零零，速度度为正方方向最大大，加速速度为零零；在质质量块由由0向上上的过程程中，位位移为正正、变大大，速度度为正、变变小，加加速度为为负、变变大；当当质量块块振动到到上限位位置时，位位移为正正方向最最大，速速度为零零，加速速度为负负方向最最大；当当质量块块向下通通过0点点时，位位移为零零，速度度为负方方向最大大，加速速度为零零；当质质量块振振动到
41、下下限时，位位移为负负方向最最大，速速度为零零，加速速度为正正方向最最大。依依此关系系，可画画出三者者的振动动波形图图，得到到三者之之间在相相位上的的以下关关系：简谐振动动中，振振动速度度超前振振动位移移90，振动加速度度超前振振动速度900，振动加速度度超前振振动位移1800。比较激激振力与与响应在在空间上上的相互互关系。例如，运运行转速速小于临界界转速时时，转子子因不平衡衡质量偏心心e产生的的离心力、即激激振力MMe2，与所引起的的响应、即即振动矢矢量y方向基本本相同。其中，慢慢转速（30006600rr/miin）下下激振力力与响应应的相位位完全相同同；大于慢转转速后，随增高，激激振力M
42、Me2增大，引起响应应y随之变大大并超过偏偏心e，由y产产生的离离心力MMy2也就比激振力力Me2大。离心力力属惯性性力，离离心力越越大、惯性就越越大。响响应Myy2因为惯性大大会跟不上上激振力力Me2的变化化而滞后，于于是激振振力与响响应之间间有了相位位差，而而且相位位差随转转速增高高而增大大。在通过过临界转转速时，两两矢量的相相位差达达90，方向发生生翻转变化化，此时振幅幅 y达达最大。大于临界界转速后后，转速越变变越高，激振力与响应之间的相位差越变越大，远离临界转速后两矢量相位差为180，激振力与响应方向完全相反。在此过程中，转子受到的离心合力逐步变小，振幅y逐步变小、趋近于偏心e，质心
43、G趋近于几何中心O，此即所谓挠性转子的自动定心。由于不平平衡量与与所引起的的振动、即即工频振振动之间间的相位位差会随随转速而而变，所所以工频频的相位位是随转速速而变的的（远离离临界转转速时变变化不明明显）。此外，转转子平衡衡状态改改变时，质心心G的角角位置必必然产生生变化，工频的相位必然随之改变。因此，联系转速看工频相位的变化是判断动平衡故障的主要方法。比较两两个部件件之间相相对运动动的方位位。如刚性联联轴器，平平行（径径向）不不对中时时两侧轴承承振动的的相位差差为1880，角度度（端面面）不对对中时两两侧轴承承振动的的相位相相同；带带中间短短接的齿齿式联轴轴器不对对中时两两侧轴承承振动的的相
44、位差差为1880。确定转转子振型型。对刚性转转子，两两端轴承承振动相相位同相相为圆柱柱形振动动，反相相为圆锥锥形振动动。对挠性转转子，两两端轴承承振动相相位同相相为一阶阶振型、三三阶振型型、，反相相为二阶阶振型、四四阶振型型、。在转子子动平衡衡中更有有着必不不可少、十十分重要要的作用用。在大机组组在线状状态检测测系统中中，如果果不设置置键相器器，就测测不出相相位，同同时许多多有价值值的振动动分析图图谱将难难以生成成，经专专业技术术处理后后显示的的某些基基本图谱谱（如频频谱图）有有时也会会因一些些客观原原因而存存在瑕疵疵。另外外，在机机器存在在两个或或两个以以上不同同转速的的轴系时时，转速速不同
45、的的轴系应应设置各各自独立立的键相相器。6. 相相对轴振振动、绝绝对轴振振动、轴轴承座振振动相对轴振振动是指指转子轴轴颈相对对于轴承承座的振振动，即即通常所所说的转转子的振振动，一一般用非非接触式式电涡流流位移传传感器来来测量。绝对轴振振动是指指转子相相对于大大地的振振动，它它可用接接触式传传感器或或用一个个非接触触式电涡涡流传感感器和一一个惯性性传感器器组成的的复合传传感器来来测量。两两个传感感器所测测量的值值进行矢矢量相加加就可得得到转子子轴相对对于大地地的振动动。轴承座振振动是指指轴承座座相对于于大地的的振动，它它可用磁磁电式速速度传感感器或压压电式加加速度传传感器来来测量。在工厂的的实
46、际运运用中，对对大机组组的振动监测测绝大多多数是在在线的相相对轴振振动，必必要时辅辅之于在在线的轴轴承座振振动（如如大型汽汽轮发电电机组）或或离线的的轴承座座振动（如如机组发发生异常常振动时时）。7. 横横向振动动、轴向向振动、扭扭转振动动转子的振振动从空空间活动动度上分分，有横横向振动动、轴向向振动、扭转振动。横向振动动是指转转子在垂垂直于轴轴线方向向上的涡涡动。在工厂厂，常称称为径向向振动。轴向振动动是指转转子在轴轴线方向向上的往往复振动动。扭转振动动是指转转子以轴轴线为转转轴的扭扭转振动动。简称称扭转。对大型旋旋转机械械来说，由由于转子子在垂直直于轴线线方向上上受到的的干挠力力最多（如如不平衡衡、轴承承、不对对中等），转转子的刚刚度又最最薄弱，所所以横向向振动发发生最多多、危害害最大。通通常所说说的转子子振动指指的就是是横向振振动。8.刚性性转子、挠挠性转子子、圆柱柱形振动动、圆锥锥形振动动、弓状状回转工作转速速低于第第一临界界转速的的转子称称为刚性性转子。工作转速速高于第第一临界界转速的的转子称称为挠性性转子。为了保证证大机组组的安全全运行，通通常要求求工作转转速n离开临临界转速速一定的的范围，一一般为：刚性转子子 n0.775nk1挠性转子子 1.3nk1n 0.7 nn