相位在风机振动监测中的应用

　　0　引言

　　旋转机械的振动信号中含有设备运行工况的丰富信息,因此,振动监测在石油、化工、电力等各个行业的设备监测中已得到广泛应用。但是,在对旋转机械进行监测时,监测人员只注重振动的幅值和谱图,以振动的大小为依据,来判断故障所在或是故障的严重程度,尽管在多数情况下有效,但也有很多故障利用这种方法不能确定其原因,出现不了了之的现象。振动有3个要素,即振动的幅值、圆频率和相位,忽视任何一个要素都是不全面的。某些机械故障与相位有着密切的确定关系,某些故障与相位变化有关。因此,从相位的角度来分析振动问题更有效、更直接。

　　1　忽视振动相位的原因

　　1.1　对振动的认识不足

　　机械振动[1]是指质点(或任何物体)在其稳定平衡位置附近所做的周期性往复运动。它是一种特殊而又广泛存在的运动形式,描述振动的物理量有位移、速度和加速度。最简单的振动是简谐振动,其数学表达式为

　　位移:x(t)=Asin(ωt+φ)

　　振动是一个具有大小和方向的物理量,是一个矢量,其特性取决于振动的3个要素。振幅A表示振动的大小,角频率ω表示振动的快慢,初始相位角φ表示振动物体的初始位置。这3个参数在设备诊断中有着重要的意义,忽视任何一个要素,就意味着失去一部分振动故障信息。

　　1.2　仪器没有测试相位的功能

　　由于仪器功能所限,不能测试振动相位,根据相位进行故障诊断也就无从谈起。

　　1.3　测试人员的懒惰

　　测试振动相位需要两个传感器,期间的跨距有时较大,一人操作不安全,信号传输线容易缠绕转子,再加上测试人员的懒惰心理,即使仪器能测试相位,也懒得去理会,仅仅根据振动的大小和频谱来诊断。

　　2　振动相位测量原理

　　测量振动相位的方法很多,不同结构的振动仪,获取基准信号的方法和在振动信号上取点位置都不同。因此,不同型号的振动仪器尽管都是采用标准脉冲测相,但它们测得的振动相位的含义是不同的。其主要差别表现在两个方面:一是标准脉冲信号导前还是滞后的差别;二是振动信号上取点位置不同[2]。这里仅介绍大家普遍采用的测量方法。

　　如图1所示,在转子上贴一反光带或开一个键槽,采用光电传感器或涡流传感器,产生一个与转速完全同步的脉冲信号。同时用振动传感器测量轴的振动,得到相应的轴振信号。脉冲信号的前沿到其后振动信号最大点之间的角度差,即为振动相位。

　　3　相位所包含的故障信息

　　3.1　利用相位可区别不平衡、偏心和弯曲转子的故障