1 相位告诉我们什么? 方向意味什么? 测量相位的规则和相位数据标准 测量相位有那些方法 ? 如何用频闪观测器测量相位 ? 相位告诉我们什么 ? 单轴承的径向相位分析 相位角意味什么? 相位实例: 确定频率 相位实例: 轴心轨迹形状 轨道形状的重要性 相邻轴承的径向相位分析 单轴承的轴向相位分析：平面运动和扭转运动 完全轴向相位分析 理解传感器“定位” 相位的通常用途:诊断不对中 振幅如何影响相位 如何用相位传感器测量相位 什么是时间同步均值? 振动相位 相位告诉我们什么 ? •相位能比较一台机器上不同位置上运动的相对方向 简单说，相位告诉我们: 什么方向? 仍不清楚 ? 2 方向意味着什么 ? •假设对一台运行的机器快照 快照中,假设能看见每个轴承上所示的箭头，说明在此瞬间轴承的运动方向 •从快照中看,可以确定轴承运动是否在同一时间（同频或同相位）向同一方向 相位有助于确定机器（通常是不同轴承）的不同点与其他点的相对运动情况 测量相位的规则 规则 1:相位是相对量 •一个轴承不同点的读数是相对值 •相邻轴承同一角度（方向）的读数是相对值 •同一确定点在不同时间的读数是相对值 •从这些读数我们可以得到的信息是：部件是如何运动的——即部件之间是如何相对运动的。
•单相位读数的唯一用途将在下面讨论 规则 2:采集的相位是同一时间同一频率的 •分析者必须说明频率值，即应将转轴的分析仪与频闪观测器或测速脉冲调谐 规则 3: 分析仪必须能检测到相应频率的振动信号 •因为计算角度是根据振动部件所达到的正弦峰值,所以要得到相位角就必须有振幅峰值 简单的相位角——表盘数字 3 •为了讨论通常情况下的相位, 需要一个规则， 相位用一个圆的 360°表示 由于示例无须高精度, 总相位分 析 (我们在这里所讨论的) 将相位和表盘指针相比拟: 从1点 到 12点 相位角是根据表盘上显示的标志 (如 示图中的红色) 现在显示的是 12点的位置，可以表示任一角度位置 •若需要更精确的数据 (如在涡轮机上配重或相位监测) 就需要用特定的角度参数 (0 - 359°) 测量相位有什么方法 ? •相位触发频闪观测器 这种频闪观测器与传统的便携式频闪观测器有两个区别: •即要把频率信息（它的闪频）输入分析器，还要输入分析器所设置的闪频 •可用分析器的振动信号触发 •相位传感器 (或可在转轴处提供 1x rpm脉冲的相关设备) 规则 4:采集的相位参考标记与读数 如何用频闪观测器测量相位 ? 有以下几个步骤 – 每个设计的步骤都满足一个测量相位的原则。
首先假设： •有一个“故障”机器 –特定频率下振幅高于理想值 •假定这种情况的频率为 (简单起见)是1x rpm 步骤 1 – 安装传感器 •采集相位读数的第一步是把传 感器安装在轴承上的一个理想 方向 •传感器可提供分析仪必要的振 动信号 （如规则 3） 步骤 2 – 设定参照标记 通常是一个键或键槽, 这个标志 位于频闪观测器下可用于“表盘” 参照物（如规则 4） 4 步骤 3 – 调制频闪观测器闪频为 1x rpm (匹配频率) 频闪观测器如果调制的合适可以将转轴固定在标志1的位置，如图示 注意 不能调制 到 1/2 rpm 因为此时也可以显示标志1 通过调制频闪观测器, 分析仪将得到测量相位所需的频率 (如规则2) 用一个频闪观测器 (电子眼的对面) 这使得分析器能集中在一个特定的振动信号 – 一 个清晰的正弦图 (因为其它频率都被滤掉了) ，这个信号发生在或非常接近 (+/- 0.75%) 调谐频率 可以将此过程与收音机的调谐相比较 – 调出一个频率同时过滤掉其它频率 相位告诉我们什么 ? 迄今为止，没有 频闪观测器是由分析仪或频闪观测器内部的触发器触发的 – 这非常象一个典型的便携式 频闪观测器。
必须的最后一个步骤是: •分析仪或频闪观测器上有触发一个开关（或按键） 用来改变选通脉冲的触发方式 一旦触发,频闪观测器立即停止使用其内部的触发器而开始启动监测振动正弦波 因此: •分析器监测到每一次正弦峰值都将传送一个信号到频闪观测器 •因此频闪观测器会以监测到的振动频率闪动 •如果振动是转轴（转子）机械运动产生的, 频闪观测器将出现运转速度的谐波 (在这 个例子中为1x rpm，旦有可能是2x, 3x或是任一高频谐波) ，并且转轴 (标志)将会 在闪光灯下静止 •如果振动是其它原因造成的---任一 其它来源 (轴承，电气和其它邻近机器等等 ), 都不会闪现转速对应的谐波，转轴 (标志) 也不会在闪光等下静止 让我们看一个图象说明这个工作过程及其重要性 5 单轴承的径向相位分析 相位角 1 这个动画发生了什么 ? •传感器垂直安装，因此测得的位移 (振动) 只有垂直方向的 •红点表示转轴的静止点 •黑点表示转轴的中心点 •转子上的重物产生离心力 ，使得转轴中心点（黑点）绕静止中心点(红点)旋转 • “+”峰值出现在轴承距离传感器最大位移处, 此时黑点通过 12:00的位置 (通过传 感器)。
•利用转轴旋转时红点与黑点连接的直线可以确定重物点的位置 当然，在真实的机 器上看不到这个过程 •所看到的这些标志 (通常是键) 在每转时通过频闪观测器的闪动可以看到（黄点） 这就是参照标志 它落在重点后 45° •实际上, 我们不知道标志相对于重点的位置但知道如果不改变重点的位置或尺寸, 移动传感器时这两个点的相对位置将不会改变， 仍分开 45° 单轴承的径向相位分析 相位角 1 •传感器垂直安装, 当黑点在12:00 (0°)位置时出现峰值信号 •频闪观测器设置为当到达振幅峰值时闪动 •当频闪观测器闪动, 键出现在 10:30 (315°) 此时知道了该轴承在频率为 1x rpm的一个相位数据: •当传感器垂直安装时，相位角是 10:30 (315°) 6 单轴承的径向相位分析 相位角 2 该动画有什么变化 ? •传感器水平安装时所测的位移只要水平方向 也就是说传感器移动了 90° 那么现在发生了什么 ? •当轴承于传感器的位移为最大值时仍能检测到峰值信号 –此时黑点通过 3:00 (90°) •频闪观测器设置为当到达振幅峰值时闪动 •当闪光时标志仍在重物后 45°, 此标志仍在 1:30。
现在知道了该轴承在频率为1x rpm的两个相位数据 : •当传感器垂直放置, 相位角为 10:30 •当传感器水平放置时, 相位角为 1:30 相位角说明什么 ? 现在已经检测该单轴承2个角度位置的径向振动 这就提供了2个有价值的信息 第一：根据振动信号触击频闪观测器时, 转轴出现相对静止 换句话说, 标志仍保持静止 (即使前后有一点摆动) 这说明什么 ? •它说明振动来自转轴 现在有一实例 – 只有一个相位读数 (如后面图片部分所示) 第二个信息是什么 ? •当把传感器移动到一个新角度位置时 (从水平移动到垂直方向 90°), 标志位置（相 位角）同样移动了90° 这说明什么 ? •转轴振动沿着一个圆形轨道，这是典型的不平衡现象 接下来进一步地检验这些实例并了解如何从这些记录的相位测量数据中得到结论 7 依据相位建立的实例: 确定频率 实例1: 振动是否来自转轴 •第一, 必须知道频闪观测器是由振动信号触发的 分析仪每次从传感器检测到一个峰值信号, 就会指示频闪 观测器闪动 因此频闪观测器就和发生的振动具有同样的速率 •第二, 机器振动 – 即因转子旋转产生的振动只在旋转速率 (rpm)的倍数（谐波）时发生。
这种振动称为同 步振动 •第三, 振动来源不是转子 – 而是皮带, 轴承, 电气振动以及其他的非同步振动都不会产生转速的倍数 确实 如此，不管同步率有多么相近， 即使相邻的机器运行速度只差0.1 rpm仍会有速度差- 它就不是同步的 既然频闪观测器的闪动与产生的振动频率相一致, 那么相对静止的标志 (转轴) 是否能说明振动是同步或不同步 此实验参照如下: 确定频率 确定频率只能确定振动的来源是与频闪观测器相对静止的转子，这是单相位读数的一个用途 确定频率的过程是只需要几个执行过程的简单测试，但却对机器故障诊断有至关重要的作用 相位的应用实例:轴心轨迹形状估计 实例 2: 比较2个不同位置传感器的 相位 (实例中分别为垂直和水平 的) ，先粗略地判断其轨道的形状 - 其中一个比较圆，另一个比较扁 平 在解释它之前,先了解什么是轴心轨迹 考虑如下: 转轴只在 1x rpm时产生振动 水平振幅为 ‘X’ ips 或mm/sec 垂直振幅同样为 ‘X’ ips 或 mm/sec 事实上, 不管传感器安装的方向如何, 在 1x rpm 时的振幅都为‘X’ ips或 mm/sec 通过在适当的方向绘出记录的振幅值(图 1), 就 能绘制出轴心的轨迹或形状。
在这个特殊的例子中, 轨迹是圆形的 但真实 的情况, 这是根本不可能的 Fig 1 8 •另外一个转轴只在1x rpm时发生振动 •水平振幅是‘X’ ips或 mm/sec •垂直振幅是水平振幅的80%- 0.8(X) ips 或 mm/sec •通过绘制适当位置所记录的振幅值 (图 2), 再次得到了轴心 的轨迹或形状 •在此实例中, 绘制的是一个椭圆 这种振幅比例关系是比较 常见的 •第三个转轴只在1x rpm产生振动 •水平振幅是 ‘X’ ips 或 mm/sec •垂直振幅是水平振幅的50% - 0.5(X) ips 或 mm/sec •通过绘制适当位置所记录的振幅值 (图 3), 再次得到了轴心 的轨迹或形状 •在此实例中, 绘制的是一个椭圆 这种振幅比例关系是比较 常见的 当振幅几乎相等时, 轨道就接近一个圆 但有另一个极端， 即水平振幅是‘X’而垂直振幅非常非常小-甚至是 0.00 ips 或 mm/sec 这个轨道将变成一条直线 – 线运动 (振动) Fig 3 Fig2 所以可得到两个极端情况: 圆形轨道 (此时不管传感器的方向振幅都完全相等) 直线轨迹 (此时振幅在一个方向上为0)。
这两种极限情况完全不可能发生 两者之间的情况只能是椭圆 因此可根 据首选定则认为所有轨道都是椭圆 然而, 确定问题的性质对了解轨迹是接近圆形还是直线形 (应该指出的是，通过 绘制振幅值可更好地量化)是有益的 9 当传感器在垂直方向, 在某一特定 时刻峰值信号传递同时频闪观测 器闪动 只要闪动, 键子就出现在 10:30位置 (315°) 当传感器变换到水平方向- 90° - 此时峰值到达的时间改变了 1/4 圈 –同样是 90° 闪动时键子指向 1:30 (45°) – 比第一个相位读数改 变了 90° 传感器垂直放置传感器垂直放置 水平传感器位置水平传感器位置 因为这里所表述的运动在本质上接近圆形, 相位角是根据传感器位置的改变而改变 的 不管传感器放置在哪个角度, 峰值信 号都是在黑点通过传感器时到达的 这种类型轨道 – 接近于圆的椭圆 – 是最常 见振动—不平衡的一个特征 当在 1x rpm (不平衡产生振动的唯一频率)发生最 大的振动时, 不平衡是最有可能发生振动 的原因之一 这种相位检测可以帮助区 分不平衡和其它振动原因 已经讨论了当相位角改变的角度 非常接近传感器移动的角度时 – 轴心轨迹大致为椭圆形。
直线振动直线振动 现在来分析扁平轨道 (更为线形) 有关的相位 分析: 右侧的动画与前面没有闪光的相似 红点仍代表了静止转轴的中心点，而黑 点则是运行转轴的实际中心点 注意黑点正好位于红点的上下 振幅 的比值为 10:1 水平方向更大 10 红箭头代表相位角 它代表了位 移的方向并总指向黑点 在前面的动 画里 (圆形轨迹), 没有表示出从红点指 向黑点的箭头 – 每一转在传感器的位 置上会闪动一次，但闪动只发。