简析使振动分析更简单的相位分析

“对设备进行振动测量时，振动分析仪通过时间波形和频谱提供时间、频率、幅值信息。这些数据就是振动分析的基础，它几乎包含了设备机械和电气故障的全部特征。然而：1) 设备通常会有多个故障源导致振动；2) 振动特征与故障并非一一对应；3) 很多故障体现的振动模式并不唯一。这使故障诊断分析难度加深。有一个诊断技术会快速的找到大多数振动故障的根源，它随同振动分析一直存在，这个技术是什么？它就是相位分析，辅助分析设备的振型，从而进行模态分析。”

什么是相位?  

相位就是转动部件参考一个固定位置得到的瞬时位置信息。相位告诉我们振动的方向。相位研究就是收集设备和结构的相位数据和评估，揭示部件之间相对运动的信息。振动分析中，相位分为：绝对相位和相对相位。

绝对相位使用一个传感器和光电传感器。每个测点，振动分析仪计算光电触发点和振动波形中下一个正峰之间的时间。 时间差转换成角度，显示为绝对相位。相位能以转轴频率或转轴谐频（同步频率）进行测量。转子动平衡时需要绝对相位。

相对相位通过多通道振动分析仪同时使用两个或多个同样类型的传感器采集交叉通道的振动波形计算得到的。1个传感器作为固定参考放置在设备上（通常是轴承座），另一个传感器移动到不同的测点。在每个测点，振动分析仪比较固定传感器和移动传感器之间的时间波形。相对相位就是特定频率时间波形的时间差，转换为角度。相对相位不需要光电传感器，所以在任何频率测量相位。

两种相位测量方法都很简单。相对相位是比较方便的一种方法，因为不用停机安装反光带，且可以在任何频率测量。大多数单通道振动分析仪可以测量绝对相位，市面上大多数多通道振动分析仪包含绝对相位和相对相位两种测量功能。

什么时候使用相位分析？

当设备的振动故障源不清楚或需要确定可疑的振动源时，就需要使用相位分析。相位分析测点可能只包括设备轴承部位或包括整个设备从地基到轴承。下面是相位如何帮助振动分析的例子：

1

软脚：软脚用来描述机组框架变形。电机地脚，机泵和其它部件不平，其它问题，如加工误差，地脚弯曲或扭曲，安装平面不平等都会造成软脚。软脚会加剧振动和对轴承、密封、联轴器施加过度应力。软脚会造成电机定子基座变形，造成气隙不均，导致2X线频的振动。使用激光对中仪，逐次松动设备的地脚，矫正软脚。当设备运转时，相位用来确认软脚。测量地脚安装平面和地脚的垂直相位。如果连接是紧的，两者相位相同。如果相位差超过20度，地脚是松动的或机组的框架断裂或不稳。

2

轴承翘曲和轴弯曲：相位可用来检测轴承翘曲和轴弯曲。测量轴承座轴向4个位置的相位。如果轴承是翘曲或转轴弯曲，每个方向的相位都不相同；如果转轴是直的，轴承没有翘曲，每个方向的相位是相同的。

3

不平衡确认：1X转频通常以为转子不平衡，可以使用相位确认不平衡。测量轴承座垂直方向和水平方向上的相位，如果相位差约为90度，故障是不平衡。如果相位差接近0度或180度，这是有反映力引起的振动。偏心的带轮和轴不中都是反映力。

4

松动，弯曲或扭曲：相位可以用来检测结构松动和由刚度弱或共振造成的弯曲和扭曲。测量每个连接点的垂直相位如图11，如果连接点松动，相位差会是180度。连接紧的，相位不会变化。

5

轴不对中：使用相位可以轻松的确认转轴不对中。对每个轴承的垂直，水平，轴向进行测量，记录相位和振动。对各个测点的水平方向、垂直方向、轴向数据进行对比。如果联轴器两侧测点相位接近，对中良好。图12中，径向方向联轴器两侧测点相位差180度，轴向方向相同。数据说明是转轴平行不对中。

6

工作变形模态分析：工作变形模态分析软件ODS可以用来动画处理设备结构简图。ODS是在设备工作时分析转动部件和结构运动的一种测量技术。ODS是相位分析的扩展，用计算机建立设备模型，输入相位和振动幅值数据或同时测量的时间波形，进行动画处理。动画可以直观的进行故障诊断。ODS测试可以确认很多机械故障和共振问题，例如松动，软脚，开焊，不对中，不平衡，共振造成的弯曲或扭曲，结构刚度弱和基础问题。图13是1个关于3个直接耦合转子的简单ODS,相位和振幅是由固定安装在透平发电机上位移传感器测得的，包括X、Y。ODS软件使用列表中的数据动画处理高-低压透平转子和发电机转子。右侧ODS动画显示了设备在3600rpm时，各个转子的振动形式和转子之间的相对运动。

很多设备由于基础劣化，松动，支撑结构共振或轴承故障造成异常振动。相位可以研究包括从设备到基础数百个测点的数据。好的ODS软件很容易分析大量测点的相位和振动幅值数据。ODS分析涉及设备运动的解释和描述。

结论：振动测试是以可靠性为中心的维修管理的重要组成部分。振动传感器，振动分析仪和软件可以提供机组状态的关键信息。这个环节薄弱部分就是振动分析师解释振动数据，诊断故障，预测剩余寿命的能力。相位分析是一个很有用的诊断工具。每个振动分析师都应该使用相位以提高振动分析的准确性。