振动分析常见图谱

振动分析常见图谱
一、跟踪轴心轨迹
轴心轨迹是轴心相对于轴承座的运动轨迹，它反映了转子瞬时的涡动状况。

对轴心轨迹的观察有利于了解和掌握转子的运动状况。

跟踪轴心轨迹是在一组瞬态信号中，相隔一定的时间间隔（实际上是相隔一定的转速）对转子的轴心轨迹进行观察的一种方法。

这种方法是近年来随着在线监测技术的普及而逐步被认可的，它具有简单、直观，判断故障简便等优点。

图4-20是某压缩机高压缸轴承处轴心轨迹随转速升高的变化情况，在能过临界转速及升速结束之后，轨迹在轮廓上接近椭圆，说明这时基频为主要振动成分，如果振幅值不高，应该说机组是稳定的。

如果达到正运行工况时机组振幅值仍比较高，应重点怀疑不平衡，转子弯曲一类的故障。

二、波德（Bode）图
波德图是描述某一频带下振幅和相位随过程的变化而变化的两组
曲线。

频带可以是1×、2×或其他谐波；这些谐波的幅、相位既可以用FFT法计算，也可以用滤波法得到。

当过程的变化参数为转速时，例如启、停机期间，波德图实际上又是机组随激振频率（转速）不同而幅值和相位变化的幅频响应和相频响应曲线。

当过程参数为速度时，比较关心的是转子接近和通过临界转速时的幅值响应和相位响应情况，从中可以辨识系统的临界转速以及系统的阻尼状况。

图4-21 某压缩机高压缸波德图
图4-21是某转子在升速过程中的波德图。

从图中可以看出，系统在通过临界转速时幅值响应有明显的共振峰，而相位在临界前后转了近180。

除了随转速变化的响应外，波德图实际上还可以做机组随其他参数变化时的响应曲线，比如时间，不过这时的横坐标应是时间，这对诊断转子缺损故障非常有效。

也可以针对工况，当工况条件改变时做波德图，这时的幅频响应和相频响应如果不是两条直线，说明工况变化对振动的大小和相位有影响，利用这一特点可以甄别或确认其他症兆相近的故障。

三、极坐标图
极坐标图实质上就是振动向量图，和波德图一样，振动向量可以是1×、2
×或其他谐波的振动分量。

极坐标图有时也被称为振型圆和奈奎特图（Nyquist图），但严格说来，二者是有差别的，因为极坐标图是按实际响应的幅值相位来绘制的，而Nyquist 图一般理解为是按机械导纳来绘制的。

极坐标图可以看成是波德图在极坐标上的综合曲线，它对于说明不平衡质量的部位，判断临界转速以及进行故障分析是十分有用的。

和波德图相比，极坐标图在表现旋转机械的动态特征性方面更为清楚和方便，所以其应用也越来越广。

极坐标图除了记录转子在升速或降速过程中系统幅值与相位的变化规律外，也可以描述在定速情况下，由于工作条件或负荷变化而导致的基频或其他谐波幅值与相位的变化规律。

例如转子局部腐蚀、掉块，转子部件脱落而使转子不平衡质量发生变化，导致基频幅值与相位变化。

又如轴上某一局部温升所导致轴的不均匀热变形，这相当于给转子增添不平衡质量而使基频幅值与相位发生变化。

利用极坐标图诊断这类故障非常有效。

图4-22 某机组升速过程的极坐标图
图4-22为某压缩机高压缸自由端轴承处轴的水平振动的极坐标图，其工作转速为12400r/min,借助图上所示的变化趋势，有助于诊断、甄别一些症兆相近的故障。

四、三维谱阵图
转子的转速或其他过程参数在变化过程中，转子的振动呈动态变化，许多情
况下需要连续观察并对比这种变化，因此将转子振动信号的频谱随转速或其他过程参数的变化过程表示在一个谱阵中，称为三维谱阵图。

常用的三维谱阵图有三维转速谱阵图和三维时间谱阵图。

1.三维转速谱阵图
以机组启、停机为例，当转子升（降）速时，各转速下都对应有反映转子频域特性的频谱图。

将这些谱图按转速大小顺序排列，在转速一频率平面上定义了一个三维谱阵图，又称“级联图“、”“瀑布图”，它的水平轴为频率ƒ(或ω)，垂直转为转速，铅直轴为谱值。

如图4-23所示，它描述了频谱随转速变化。

在图上可以看到，谱阵上有的峰值形成汇交于一点的斜线，它们是与转速成正比的频率成分。

有的峰值形成与频率垂直的直线，这此频率成分与转速无
关，它他代表系统的固有频率。

如果将三维转速谱阵图的水平轴单位改为无量纲参数阶比，则为转速阶比谱阵图。

图4-24是某设备每转采样128个点，最大阶比为64的振动噪声转速阶比谱阵图
2.三维时间谱阵
机组正常运行时，不同时刻的振动信号也对应有反映转子频域特性的频谱图，如果将这些谱图按时间顺序排列，同样可以在时间-频率平面上定义一个三维谱阵图。

此时它的水平轴为频率f(或w)，垂直轴为时间，铅直轴为谱值，如图4-25所示，它描述的是频谱随时间的变化，这在故障诊断过程中也非常有用。

图4-25 三维时间谱阵
三维谱阵图与波德图以及坐标图的不同在于它不是对某一频带幅值的描述，而是对全频带的响应进行描述，这样便可以在速度或其他参量变化的过程中，观察到转子许多频率分量下转子的动态响应过程。

比如利用瀑布可以更清楚地看出各种频率成分随转速的变化情况，这对于故障分析是十分有用的。

五、坎贝尔图(Campber)
坎贝尔图和三维谱阵图属同一种特征分析，包含有相同的信息，只是他们表达的形式不同。

在坎贝尔图中，横坐标表示转速（r/min），纵坐标表示频率f,与转速有关的频率成分（或阶比成分）用圆圈来表示，圆圈的直径表示信号的幅值大小，阶次由原点引出的射线表示，如图4-26所示。

图4-26 坎贝尔图实例。