旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動(dòng)信號中含有設(shè)備運(yùn)行工況的豐富信息，因此，振動(dòng)監(jiān)測在石油、化工、電力等各個(gè)行業(yè)的設(shè)備監(jiān)測中已得到廣泛應(yīng)用。但是，在對旋轉(zhuǎn)機(jī)械進(jìn)行監(jiān)測時(shí)，監(jiān)測人員只注重振動(dòng)的幅值和譜圖，以振動(dòng)的大小為依據(jù)，來判斷故障所在或是故障的嚴(yán)重程度，盡管在多數(shù)情況下有效，但也有很多故障利用這種方法不能確定其原因，出現(xiàn)不了了之的現(xiàn)象。

　　振動(dòng)有3個(gè)要素，即振動(dòng)的幅值、頻率和相位，忽視任何一個(gè)要素都是不全面的。某些機(jī)械故障與相位有著密切的確定關(guān)系，某些故障與相位變化有關(guān)。因此，從相位的角度來分析振動(dòng)問題更有效、更直接。
一、忽視振動(dòng)相位的原因

1. 對振動(dòng)的認(rèn)識不足
　　機(jī)械振動(dòng)是指，質(zhì)點(diǎn)(或任何物體)在其穩(wěn)定平衡位置附近所做的周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)。它是一種特殊而又廣泛存在的運(yùn)動(dòng)形式，描述振動(dòng)的物理量有位移、速度和加速度。簡單的振動(dòng)是簡諧振動(dòng)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為
 

　　振動(dòng)是一個(gè)具有大小和方向的物理量，是一個(gè)矢量，其特性取決于振動(dòng)的3個(gè)要素。振幅A 表示振動(dòng)的大小，角頻率ω 表示振動(dòng)的快慢，初始相位角表示振動(dòng)物體的初始位置。這3個(gè)參數(shù)在設(shè)備診斷中有著重要的意義，忽視任何一個(gè)要素，就意味著失去一部分振動(dòng)故障信息。

　　2. 儀器沒有測試相位的功能
　　由于儀器功能所限，不能測試振動(dòng)相位，根據(jù)相位進(jìn)行故障診斷也就無從談起。

　　3. 測試人員的懶惰
　　測試振動(dòng)相位需要兩個(gè)傳感器，期間的跨距有時(shí)較大，一人操作不安全，信號傳輸線容易纏繞轉(zhuǎn)子，再加上測試人員的懶惰心理，即使儀器能測試相位，也懶得去理會(huì)，僅僅根據(jù)振動(dòng)的大小和頻譜來診斷。

 

　　二、振動(dòng)相位測量原理

　　測量振動(dòng)相位的方法很多，不同結(jié)構(gòu)的振動(dòng)儀獲取基準(zhǔn)信號的方法和在振動(dòng)信號上取點(diǎn)位置都不同。因此，不同型號的振動(dòng)儀器盡管都是采用標(biāo)準(zhǔn)脈沖測相，但它們測得的振動(dòng)相位的含義是不同的。其主要差別表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

　　  · 一是，標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號導(dǎo)前還是滯后的差別;

　　  · 二是，振動(dòng)信號上取點(diǎn)位置不同。

　　這里僅介紹大家普遍采用的測量方法。如下圖所示，在轉(zhuǎn)子上貼一反光帶或開一個(gè)鍵槽，采用光電傳感器或渦流傳感器，產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)速*同步的脈沖信號。同時(shí)用振動(dòng)傳感器測量軸的振動(dòng)，得到相應(yīng)的軸振信號。脈沖信號的前沿到其后振動(dòng)信號大點(diǎn)之間的角度差，即為振動(dòng)相位。
 

　　圖 相位測量示意圖

　　三、相位所包含的故障信息

　　1. 利用相位可區(qū)別不平衡、偏心和彎曲轉(zhuǎn)子的故障
　　不平衡轉(zhuǎn)子、偏心轉(zhuǎn)子和彎曲轉(zhuǎn)子都能引起較大的振動(dòng)，這些故障的頻譜圖非常相似，以振動(dòng)幅值和譜圖很難區(qū)分這3種故障，但是若依據(jù)振動(dòng)相位加以區(qū)別，就使問題變得相當(dāng)簡單和輕松。

　　對于雙支承轉(zhuǎn)子，若同一軸承上水平方向與垂直方向振動(dòng)相位差約90°(±30°)，內(nèi)側(cè)軸承與外側(cè)軸承水平方向振動(dòng)的相位差接近垂直方向振動(dòng)的相位差，則轉(zhuǎn)子為不平衡故障;對于懸臂轉(zhuǎn)子，如果支承轉(zhuǎn)子的兩軸承的軸向相位近似相等 (±30°)，則說明懸臂轉(zhuǎn)子不平衡。

　　偏心轉(zhuǎn)子同一軸承上水平方向與垂直方向振動(dòng)相位差約為0°或180°。這里所說的偏心轉(zhuǎn)子指的是軸的中心線與轉(zhuǎn)子的中心不重合的轉(zhuǎn)子，也就是說旋轉(zhuǎn)體的幾何中心與旋轉(zhuǎn)軸心存在偏心距。

　　彎曲軸的兩個(gè)軸承之間的軸向方向相位變化接近180°，這與彎曲的程度有關(guān)。對同一軸承不同點(diǎn)的軸向方向做若干測量，通常會(huì)發(fā)現(xiàn)在軸承的左側(cè)和右側(cè)測量的相位之間發(fā)生接近180°的相位差，在同一軸承的上側(cè)與下側(cè)測量的相位之間也發(fā)生接近180°的相位差。

　　2. 利用相位可診斷聯(lián)軸器不對中故障
　　判斷不對中故障的有效的方法是評定聯(lián)軸器兩側(cè)的振動(dòng)相位，當(dāng)聯(lián)軸器兩側(cè)的相位差接近180°(±40°～50°) 時(shí)，則說明是聯(lián)軸器不對中故障，不對中程度愈嚴(yán)重，相位差愈接近180°。為了準(zhǔn)確診斷，應(yīng)該比較聯(lián)軸器兩側(cè)軸承座的水平、垂直和軸向3個(gè)方向的相位差，如果兩根軸水平方向?qū)χ辛己?，而垂直方向?qū)χ胁涣?，則這兩個(gè)方向的相位差差別較大。

　　當(dāng)聯(lián)軸器不對中時(shí)，支承聯(lián)軸器任一側(cè)轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承徑向方向的相位差接近0°或180°(±30°)。在比較水平方向與垂直方向相位差時(shí)，大多數(shù)聯(lián)軸器不對中故障則表現(xiàn)為垂直方向與水平方向之間的相位差接近180°，也就是說，如果支承聯(lián)軸器任一側(cè)轉(zhuǎn)子的兩個(gè)軸承之間水平方向相位差為50°，則大多數(shù)聯(lián)軸器不對中轉(zhuǎn)子的垂直方向相位差約為230°。這是聯(lián)軸器不對中故障與不平衡故障在相位方面的大區(qū)別。

　　振動(dòng)變化在故障診斷中有很重要的作用，同樣，在診斷不對中故障時(shí)，注意相位的變化，可提高診斷的準(zhǔn)確率。對于不對中轉(zhuǎn)子，如果設(shè)備從室溫開始升速，開始時(shí)它應(yīng)該顯示不對中的征兆，當(dāng)設(shè)備*達(dá)到運(yùn)行溫度時(shí)，不對中征兆便消失，比如，聯(lián)軸器兩側(cè)的相位差開始應(yīng)該在150°～180°，后可降到接近0°～30°。

　　3. 利用相位可以診斷軸承偏轉(zhuǎn)故障
　　當(dāng)滑動(dòng)軸承或滾動(dòng)軸承不對中或是卡住在軸承上時(shí)，可引起大的軸向振動(dòng)。此時(shí)，利用振動(dòng)幅值或頻譜進(jìn)行診斷往往不能湊效。如果在一軸承彼此間隔90°的4個(gè)點(diǎn)的軸向方向測量相位，上下或左右的相位差為180°，則說明該軸承偏轉(zhuǎn)或者說是卡住在軸上。

　　4. 利用相位可以確定轉(zhuǎn)子的實(shí)際臨界轉(zhuǎn)速
　　轉(zhuǎn)子在升速或者在降速過程中，利用振動(dòng)幅值可以確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，利用振動(dòng)相位的變化也可以確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)機(jī)器通過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，在臨界轉(zhuǎn)速處振動(dòng)相位的變化90°，直到?jīng)]有更大的放大為止，相位變化繼續(xù)變到180°。

　　5. 利用相位可以區(qū)別機(jī)械松動(dòng)故障
　　結(jié)構(gòu)框架或基礎(chǔ)松動(dòng)包括4種不同的故障：

　　  · 結(jié)構(gòu)松動(dòng)或機(jī)器底腳、基礎(chǔ)平板和混凝土基礎(chǔ)弱;

　　  · 變形或破碎的砂漿;

　　  · 框架或基礎(chǔ)變形;

　　  · 地腳螺栓松動(dòng)，這種類型的松動(dòng)，由于具有與不平衡或不對中故障幾乎相同的振動(dòng)頻譜，因此，常常被誤診為不平衡或不對中，只有仔細(xì)觀察相位特性，才能加以區(qū)別。

　　比較每個(gè)軸承座的水平和垂直方向相位時(shí)，如果振動(dòng)非常定向，同時(shí)相位差為 0°或180°，則說明是松動(dòng)故障，而不是不平衡。此時(shí)，將測量從軸承座下移到底腳、基礎(chǔ)平板、混凝土和周圍地板上，利用大的相位變化，可以確定故障所在。