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旋轉(zhuan)機械的振動(dong)信(xin)號中含有設(she)(she)備(bei)運行工況的豐富信(xin)息，因此，振動(dong)監(jian)(jian)測在石油(you)、化工、電(dian)力(li)等各個(ge)行業的設(she)(she)備(bei)監(jian)(jian)測中已得到廣泛(fan)應用(yong)。但是，在對旋轉(zhuan)機械進行監(jian)(jian)測時，監(jian)(jian)測人員只注重振動(dong)的幅值和譜(pu)圖，以(yi)振動(dong)的大小為(wei)依據，來(lai)判斷故障所在或是故障的嚴(yan)重程度，盡(jin)管在多數(shu)情況下有效，但也有很(hen)多故障利(li)用(yong)這種(zhong)方(fang)法不(bu)能確定其原(yuan)因，出現不(bu)了(le)了(le)之(zhi)的現象。

　　振(zhen)(zhen)動(dong)有(you)(you)3個要素(su)，即振(zhen)(zhen)動(dong)的幅(fu)值、頻率和相位(wei)，忽視任何一個要素(su)都是不全(quan)面(mian)的。某些機械故障與(yu)相位(wei)有(you)(you)著密切的確定(ding)關系，某些故障與(yu)相位(wei)變化有(you)(you)關。因此(ci)，從相位(wei)的角度(du)來分析振(zhen)(zhen)動(dong)問題更(geng)有(you)(you)效、更(geng)直接。
一、忽視振動相位的原因

1. 對振動的認識不足
　　機械振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)是指，質點(或(huo)任何物體)在(zai)其穩定平衡位(wei)置附近所(suo)做的(de)周期性往(wang)復運動(dong)(dong)。它是一種(zhong)特殊(shu)而又廣泛存(cun)在(zai)的(de)運動(dong)(dong)形式，描述振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)的(de)物理量有位(wei)移、速度(du)和加速度(du)。簡單的(de)振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)是簡諧振(zhen)(zhen)動(dong)(dong)，其數(shu)學(xue)表達式為
 

　　振(zhen)動是(shi)一個(ge)具(ju)有大(da)小和方(fang)向的物理量，是(shi)一個(ge)矢量，其特性(xing)取(qu)決于振(zhen)動的3個(ge)要素(su)。振(zhen)幅A 表示(shi)振(zhen)動的大(da)小，角(jiao)頻率ω 表示(shi)振(zhen)動的快慢，初始(shi)相(xiang)位角(jiao)表示(shi)振(zhen)動物體的初始(shi)位置。這3個(ge)參數(shu)在設備(bei)診(zhen)斷中有著重要的意(yi)義(yi)，忽視任何一個(ge)要素(su)，就(jiu)意(yi)味著失去(qu)一部分振(zhen)動故障信息(xi)。

　　2. 儀器沒有測試相位的功能
　　由(you)于儀器功能所限(xian)，不能測(ce)試振(zhen)動(dong)相位，根(gen)據相位進行(xing)故障診斷(duan)也就(jiu)無從(cong)談起。

　　3. 測試人員的懶惰
　　測試(shi)(shi)振動相位需要兩個傳(chuan)(chuan)感器，期(qi)間的跨距(ju)有時較(jiao)大(da)，一人操作不安全，信號傳(chuan)(chuan)輸線容易纏繞轉子(zi)，再加(jia)上測試(shi)(shi)人員的懶(lan)惰心理(li)，即使儀器能測試(shi)(shi)相位，也懶(lan)得去理(li)會，僅(jin)僅(jin)根據振動的大(da)小和頻譜來診斷。

 

　　二、振動相位測量原理

　　測量振(zhen)動(dong)相位(wei)的(de)方(fang)法(fa)很多，不(bu)同(tong)(tong)結構的(de)振(zhen)動(dong)儀獲(huo)取基準(zhun)信號(hao)的(de)方(fang)法(fa)和(he)在振(zhen)動(dong)信號(hao)上(shang)取點位(wei)置都(dou)不(bu)同(tong)(tong)。因此，不(bu)同(tong)(tong)型(xing)號(hao)的(de)振(zhen)動(dong)儀器(qi)盡(jin)管都(dou)是(shi)采用標準(zhun)脈沖測相，但它們測得的(de)振(zhen)動(dong)相位(wei)的(de)含(han)義是(shi)不(bu)同(tong)(tong)的(de)。其主要差(cha)別表現(xian)在兩個(ge)方(fang)面：

　　  · 一(yi)是(shi)，標準脈沖信號導前還是(shi)滯(zhi)后的差別;

　　  · 二是(shi)，振動信號(hao)上取點位置不同。

　　這里僅介紹大(da)(da)家普遍采用(yong)的測(ce)(ce)量方法。如下(xia)圖所示(shi)，在轉(zhuan)子(zi)上貼一反光(guang)(guang)帶或(huo)(huo)開一個(ge)鍵槽(cao)，采用(yong)光(guang)(guang)電傳感器或(huo)(huo)渦(wo)流傳感器，產(chan)生一個(ge)與轉(zhuan)速*同步的脈沖(chong)信(xin)(xin)號(hao)。同時用(yong)振動(dong)傳感器測(ce)(ce)量軸的振動(dong)，得到相(xiang)應的軸振信(xin)(xin)號(hao)。脈沖(chong)信(xin)(xin)號(hao)的前沿到其(qi)后(hou)振動(dong)信(xin)(xin)號(hao)大(da)(da)點之間(jian)的角度差，即(ji)為(wei)振動(dong)相(xiang)位。
 

　　圖 相位(wei)測(ce)量示意圖

　　三、相位所包含的故障信息

　　1. 利用相位可區別不平衡、偏心和彎曲轉子的故障
　　不平(ping)衡(heng)轉子、偏心轉子和(he)彎(wan)曲(qu)轉子都能引起(qi)較大的(de)振動(dong)，這些(xie)故(gu)障的(de)頻譜圖非常相似，以振動(dong)幅值和(he)譜圖很(hen)難區分這3種(zhong)故(gu)障，但是若依據振動(dong)相位加以區別(bie)，就使問(wen)題變得相當簡單和(he)輕(qing)松。

　　對(dui)(dui)于(yu)雙支承(cheng)(cheng)轉(zhuan)子(zi)，若同一軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)上水平(ping)(ping)方(fang)向(xiang)與(yu)垂直方(fang)向(xiang)振動相位差約90°(±30°)，內側(ce)(ce)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)與(yu)外側(ce)(ce)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)水平(ping)(ping)方(fang)向(xiang)振動的相位差接近(jin)垂直方(fang)向(xiang)振動的相位差，則轉(zhuan)子(zi)為不平(ping)(ping)衡故障;對(dui)(dui)于(yu)懸臂(bei)轉(zhuan)子(zi)，如果支承(cheng)(cheng)轉(zhuan)子(zi)的兩軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)的軸(zhou)(zhou)向(xiang)相位近(jin)似(si)相等 (±30°)，則說明懸臂(bei)轉(zhuan)子(zi)不平(ping)(ping)衡。

　　偏心(xin)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子同一軸承上水平(ping)方(fang)(fang)向與(yu)垂直方(fang)(fang)向振動相(xiang)位(wei)差約為0°或(huo)180°。這里所說(shuo)的(de)偏心(xin)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子指的(de)是軸的(de)中(zhong)心(xin)線(xian)與(yu)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子的(de)中(zhong)心(xin)不重合的(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子，也就是說(shuo)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)體的(de)幾何(he)中(zhong)心(xin)與(yu)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軸心(xin)存(cun)在(zai)偏心(xin)距(ju)。

　　彎曲(qu)軸(zhou)的(de)(de)(de)兩(liang)個軸(zhou)承(cheng)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)軸(zhou)向(xiang)方(fang)向(xiang)相(xiang)位(wei)變化接(jie)近180°，這(zhe)與(yu)彎曲(qu)的(de)(de)(de)程(cheng)度有關。對(dui)同(tong)一軸(zhou)承(cheng)不(bu)同(tong)點的(de)(de)(de)軸(zhou)向(xiang)方(fang)向(xiang)做若干測(ce)量，通常會發(fa)現在軸(zhou)承(cheng)的(de)(de)(de)左(zuo)側和右側測(ce)量的(de)(de)(de)相(xiang)位(wei)之(zhi)間(jian)(jian)發(fa)生接(jie)近180°的(de)(de)(de)相(xiang)位(wei)差，在同(tong)一軸(zhou)承(cheng)的(de)(de)(de)上側與(yu)下側測(ce)量的(de)(de)(de)相(xiang)位(wei)之(zhi)間(jian)(jian)也發(fa)生接(jie)近180°的(de)(de)(de)相(xiang)位(wei)差。

　　2. 利用相位可診斷聯軸器不對中故障
　　判斷不(bu)對中(zhong)故障的有(you)效(xiao)的方(fang)(fang)法是評(ping)定(ding)聯(lian)(lian)軸器(qi)兩(liang)側(ce)(ce)的振動相位，當(dang)聯(lian)(lian)軸器(qi)兩(liang)側(ce)(ce)的相位差(cha)(cha)接近180°(±40°～50°) 時(shi)，則說明(ming)是聯(lian)(lian)軸器(qi)不(bu)對中(zhong)故障，不(bu)對中(zhong)程度愈嚴(yan)重，相位差(cha)(cha)愈接近180°。為了準確診斷，應該比較(jiao)聯(lian)(lian)軸器(qi)兩(liang)側(ce)(ce)軸承座的水(shui)平、垂(chui)直和軸向(xiang)3個方(fang)(fang)向(xiang)的相位差(cha)(cha)，如果(guo)兩(liang)根軸水(shui)平方(fang)(fang)向(xiang)對中(zhong)良好，而垂(chui)直方(fang)(fang)向(xiang)對中(zhong)不(bu)良，則這兩(liang)個方(fang)(fang)向(xiang)的相位差(cha)(cha)差(cha)(cha)別較(jiao)大。

　　當(dang)聯軸(zhou)(zhou)(zhou)器不(bu)(bu)對中(zhong)時，支(zhi)承(cheng)聯軸(zhou)(zhou)(zhou)器任(ren)一側轉子的(de)兩個(ge)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)徑向方(fang)(fang)向的(de)相位(wei)差(cha)接近0°或(huo)180°(±30°)。在比(bi)較水(shui)平方(fang)(fang)向與垂(chui)直(zhi)方(fang)(fang)向相位(wei)差(cha)時，大多(duo)(duo)數聯軸(zhou)(zhou)(zhou)器不(bu)(bu)對中(zhong)故(gu)障(zhang)(zhang)則表現為(wei)(wei)垂(chui)直(zhi)方(fang)(fang)向與水(shui)平方(fang)(fang)向之(zhi)間(jian)的(de)相位(wei)差(cha)接近180°，也就(jiu)是說，如果支(zhi)承(cheng)聯軸(zhou)(zhou)(zhou)器任(ren)一側轉子的(de)兩個(ge)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)之(zhi)間(jian)水(shui)平方(fang)(fang)向相位(wei)差(cha)為(wei)(wei)50°，則大多(duo)(duo)數聯軸(zhou)(zhou)(zhou)器不(bu)(bu)對中(zhong)轉子的(de)垂(chui)直(zhi)方(fang)(fang)向相位(wei)差(cha)約為(wei)(wei)230°。這是聯軸(zhou)(zhou)(zhou)器不(bu)(bu)對中(zhong)故(gu)障(zhang)(zhang)與不(bu)(bu)平衡故(gu)障(zhang)(zhang)在相位(wei)方(fang)(fang)面的(de)大區別(bie)。

　　振動(dong)變化在(zai)(zai)故障診斷中(zhong)(zhong)有很(hen)重要(yao)的(de)作用，同樣，在(zai)(zai)診斷不(bu)對中(zhong)(zhong)故障時，注意相(xiang)位的(de)變化，可提(ti)高診斷的(de)準確率。對于不(bu)對中(zhong)(zhong)轉子，如果設備(bei)從室溫(wen)開(kai)(kai)始(shi)升速，開(kai)(kai)始(shi)時它應該顯示(shi)不(bu)對中(zhong)(zhong)的(de)征兆，當設備(bei)*達到運行溫(wen)度時，不(bu)對中(zhong)(zhong)征兆便消失，比如，聯軸(zhou)器兩側的(de)相(xiang)位差開(kai)(kai)始(shi)應該在(zai)(zai)150°～180°，后可降到接近0°～30°。

　　3. 利用相位可以診斷軸承偏轉故障
　　當滑(hua)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)或(huo)(huo)滾(gun)動(dong)(dong)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)不(bu)對(dui)中或(huo)(huo)是卡住在軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)上時，可(ke)引起大的軸(zhou)(zhou)(zhou)向振動(dong)(dong)。此時，利用振動(dong)(dong)幅值或(huo)(huo)頻譜進(jin)行診(zhen)斷往(wang)往(wang)不(bu)能湊效。如果在一(yi)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)彼(bi)此間隔90°的4個(ge)點的軸(zhou)(zhou)(zhou)向方向測量(liang)相位(wei)，上下(xia)或(huo)(huo)左右的相位(wei)差為(wei)180°，則說明該軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)偏轉或(huo)(huo)者說是卡住在軸(zhou)(zhou)(zhou)上。

　　4. 利用相位可以確定轉子的實際臨界轉速
　　轉(zhuan)子在升速(su)(su)或者在降速(su)(su)過(guo)(guo)程中，利用振(zhen)動(dong)幅值可以確定(ding)轉(zhuan)子的(de)臨界轉(zhuan)速(su)(su)，利用振(zhen)動(dong)相(xiang)位(wei)的(de)變化(hua)也可以確定(ding)轉(zhuan)子的(de)臨界轉(zhuan)速(su)(su)。當(dang)機器(qi)通過(guo)(guo)臨界轉(zhuan)速(su)(su)時(shi)，在臨界轉(zhuan)速(su)(su)處振(zhen)動(dong)相(xiang)位(wei)的(de)變化(hua)90°，直到沒有更(geng)大(da)的(de)放大(da)為止(zhi)，相(xiang)位(wei)變化(hua)繼續(xu)變到180°。

　　5. 利用相位可以區別機械松動故障
　　結(jie)構(gou)框架(jia)或(huo)基礎松動包括4種不同的(de)故障：

　　  · 結構松動或機器(qi)底腳、基礎平板和混凝(ning)土(tu)基礎弱(ruo);

　　  · 變形或破碎的砂漿;

　　  · 框架或基礎變形(xing);

　　  · 地腳螺(luo)栓松(song)動，這種類型的(de)松(song)動，由于具有(you)(you)與不平(ping)衡或(huo)不對中(zhong)(zhong)故(gu)障幾乎相(xiang)同的(de)振動頻譜，因此，常(chang)常(chang)被誤(wu)診為不平(ping)衡或(huo)不對中(zhong)(zhong)，只(zhi)有(you)(you)仔細觀察相(xiang)位特性，才能加以(yi)區別。

　　比較每個(ge)軸承(cheng)座的水平(ping)和垂直(zhi)方向相(xiang)位(wei)時，如果振動非常定(ding)向，同(tong)時相(xiang)位(wei)差(cha)為 0°或180°，則說明(ming)是(shi)松(song)動故障，而不(bu)是(shi)不(bu)平(ping)衡。此時，將測量從軸承(cheng)座下移(yi)到(dao)底(di)腳(jiao)、基礎平(ping)板、混凝土和周圍地(di)板上，利用大的相(xiang)位(wei)變化，可以確定(ding)故障所(suo)在。