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振动信号的时域分析——轴心轨迹分析


 轴心运动轨迹是利用安装在同—截面内相互垂直的两支电涡流传感器对轴颈振动测量后得到的,如图2-30所示,它可以用來指示轴颈轴承的磨损、轴不对中、轴不平衡、液压动态轴承润滑失稳以及轴摩擦等。

 

轴心轨迹测量传感器的安装.png

 

  传感器的前置放大器输出信号经滤波后将交流分量输入示波器的x轴和y轴或监测计算机,便可以得到转子的轴心轨迹。轴心轨迹非常直观地显示了转子在轴承中的旋转和振动情况,是故障诊断中常用的非常重要的特征信息。

  对仅由质量不平衡引起的转子振动,若转子各个方向的弯曲刚度及支承剛度都相等,则轴心轨迹为圆,在x和y方向为只有转动频率的简谐振动,并且两者的振幅相等,相位差为90°。实际上,引起转子振动的原因也并非只有质量不平衡,大多数情况下转子各个方向的弯曲刚度和支承刚度并不相同,因此轴心轨迹不再是圆,而是一个椭圆或更复杂的图形,反映在x和y方向的振幅并不相等,相位也不是90°。表2-1分别列出了振动频率分别为lω、1/2ω、l/3ω和l/4ω转动频率下转子的轴心轨迹。如果同时从轴心轨迹的形状、稳定性和旋转方向等几方面进行综合分析,可以得到比较全面的机组运行状态信息。

 

典型的正反进动轴心轨迹图.png

 

  转轴轴心相对于轴承座的运动轨迹,直观地反映了转子瞬时运动状态,它包含着许多有关机械运转状态的信息。因此,轴心轨迹分析是诊断设备故障很有用的一种方法,对确诊设备故障能起到很好的作用。

可判断机组运转稳定与否。分析轴心轨迹还可发现,探头的安装方向不一定就是振动最大的方向。也就是说,仅据单一的探头信号有可能低估转子实际振动的大小,只有将两个方向探头的信号合成轴心轨迹才可获得评价轴振动所需的振动最大值。分析轨迹的形状,可以得知转子受力的状态,直观地区分多种类型故障。表2-2给出了典型故障的波形及轴心轨迹图。

 

典型故障的波形及轴心轨迹图.png

 

  正常情况下,轴心轨迹是稳定的,每次转动循环基本都维持在同样的位置上,轨迹基本上都是相互重合的。如果轴心轨迹紊乱,形状、大小不断变化,则预示转子运行状态不稳,如得不到及时的调整控制,很容易导致机组失稳,酿成停车事故。