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    什么是旋轉機械振動的伯德圖以及伯德圖的用途

    日期:2022-08-11 07:09
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    摘要:

    什么是旋轉機械振動的伯德圖

         伯德圖是指在直角坐標系內繪制一系列振動矢量,如幅值及相位隨著轉子轉動速度變化曲線。包括兩張圖,一張是用于表示振動矢量的幅值隨轉子轉速變化的關系圖,稱為幅頻圖,橫坐標為轉速,縱坐標為振動矢量的幅值(峰-峰值);一張是用于表示振動矢量的相位隨著轉子轉速變化的關系圖,稱為相頻圖,橫坐標為轉速,縱坐標為相位。

     

         工程上*為常見的伯德圖為,振動矢量的位移幅值和相位隨轉子1倍頻變化的幅頻圖和相頻圖。但有時也有隨轉子轉速的某個倍頻,比如2X或3X等的關系曲線,另外,振動矢量的幅值有時也不局限于位移幅值,有的還可以是速度或者加速度的幅值和相位。

     

    伯德圖的用途

    1. 確定轉子系統的臨界轉速

         在某個轉速下,根據伯德圖中的幅頻圖中的振動矢量幅值的波峰,同時根據相頻圖中相位發生急劇變化,一般相位變化要大于70°,此時轉速可視為該轉子的臨界轉速。如圖1中所示,1400rpm即為轉子的一階臨界轉速;圖2中,一階臨界轉速是5250rpm,二階臨界轉轉速是是10300rpm。

     

    2. 確定同步放大系數(又叫共振放大因子)

     

         同步放大系數是對轉子系統經過共振后1X振動放大程度的度量,反映了軸承--轉子系統阻尼的大小,具有高阻尼的系統往往具有低同步放大系數,而具有低阻尼的系統則具有高同步放大系數。通過伯德圖可以確定同步放大系數,一般有三種方法,峰比率(又叫峰值比法)、半功率帶寬、相位斜率,工程上較為常用的是半功率帶寬法,操作較為方便,該方法由美國石油協會簽署實施,在美國也叫API法,半功率這個詞起源于交流電路理論,將它應用于轉子系統是可以得到有意義的結果的。

     

         伯德圖的半功率點Ω、Ω,分別對應于轉速約為臨界轉速Ω處振幅的70%時候的轉速值,標記好這些轉速后,利用下列式子,進行同步放大系數的計算:

    臨界轉速與工作轉速需要一定的隔離裕度,而這與同步放大系數息息相關。

     

    3.確定高點和重點的關系

         轉子上不平衡矢量的角位置稱為重點,在不平衡力作用下,軸發生彎曲變形的角位置稱為高點。重點與高點之間的夾角就是高點滯后于重點的滯后角,通過伯德圖可以確定過臨界轉速時的轉子的滯后角α,從而通過高點與滯后角就可以確定重點的位置。

         正確地求得機械滯后角α后,就可以為高速動平衡加準試重量提供正確的依據。

     

    4. 確定轉子初始偏擺

         在低轉速時,轉子的振動就是轉子的初始偏擺值,較大的偏擺值會使伯德圖產生變形,進而給出錯誤的動態振動信息,因此在進行轉子運轉試驗前,需將轉子系統各處的外圓跳動和端面跳動控制在要求的范圍內。

     

    5. 確定結構共振

         實測伯德圖中經常會出現一些非臨界轉速的峰,有時甚至非臨界轉速的峰值會比臨界轉速的共振峰值還高,這些峰值可能來自于基礎、管道、軸承座等結構共振,借助于伯德圖的幅頻和相頻曲線可以做出判斷,需要具體問題具體分析。

     

    6. 分析不平衡

    在分析動平衡時,借助伯德圖分析轉子不平衡質量所處的軸向位置、不平衡振型階數。

     

    7. 分析啟停機過程振動

    從伯德圖中可以得到不同轉速下的振動量值和相位,借助該圖分析啟停機過程中振動的差別。

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