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什么是旋转机械振动的伯德图以及伯德图的用途

【摘要】:
伯德图是指在直角坐标系内绘制一系列振动矢量,如幅值及相位随着转子转动速度变化曲线。包括两张图,一张是用于表示振动矢量的幅值随转子转速变化的关系图,称为幅频图,横坐标为转速,纵坐标为振动矢量的幅值(峰-峰值);一张是用于表示振动矢量的相位随着转子转速变化的关系图,称为相频图,横坐标为转速,纵坐标为相位。

什么是旋转机械振动的伯德图

     伯德图是指在直角坐标系内绘制一系列振动矢量,如幅值及相位随着转子转动速度变化曲线。包括两张图,一张是用于表示振动矢量的幅值随转子转速变化的关系图,称为幅频图,横坐标为转速,纵坐标为振动矢量的幅值(峰-峰值);一张是用于表示振动矢量的相位随着转子转速变化的关系图,称为相频图,横坐标为转速,纵坐标为相位。

 

     工程上最为常见的伯德图为,振动矢量的位移幅值和相位随转子1倍频变化的幅频图和相频图。但有时也有随转子转速的某个倍频,比如2X或3X等的关系曲线,另外,振动矢量的幅值有时也不局限于位移幅值,有的还可以是速度或者加速度的幅值和相位。

 

伯德图的用途

1. 确定转子系统的临界转速

     在某个转速下,根据伯德图中的幅频图中的振动矢量幅值的波峰,同时根据相频图中相位发生急剧变化,一般相位变化要大于70°,此时转速可视为该转子的临界转速。如图1中所示,1400rpm即为转子的一阶临界转速;图2中,一阶临界转速是5250rpm,二阶临界转转速是是10300rpm。

 

2. 确定同步放大系数(又叫共振放大因子)

 

     同步放大系数是对转子系统经过共振后1X振动放大程度的度量,反映了轴承--转子系统阻尼的大小,具有高阻尼的系统往往具有低同步放大系数,而具有低阻尼的系统则具有高同步放大系数。通过伯德图可以确定同步放大系数,一般有三种方法,峰比率(又叫峰值比法)、半功率带宽、相位斜率,工程上较为常用的是半功率带宽法,操作较为方便,该方法由美国石油协会签署实施,在美国也叫API法,半功率这个词起源于交流电路理论,将它应用于转子系统是可以得到有意义的结果的。

 

     伯德图的半功率点ΩΩ,分别对应于转速约为临界转速Ω处振幅的70%时候的转速值,标记好这些转速后,利用下列式子,进行同步放大系数的计算:

临界转速与工作转速需要一定的隔离裕度,而这与同步放大系数息息相关。

 

3.确定高点和重点的关系

     转子上不平衡矢量的角位置称为重点,在不平衡力作用下,轴发生弯曲变形的角位置称为高点。重点与高点之间的夹角就是高点滞后于重点的滞后角,通过伯德图可以确定过临界转速时的转子的滞后角α,从而通过高点与滞后角就可以确定重点的位置。

     正确地求得机械滞后角α后,就可以为高速动平衡加准试重量提供正确的依据。

 

4. 确定转子初始偏摆

     在低转速时,转子的振动就是转子的初始偏摆值,较大的偏摆值会使伯德图产生变形,进而给出错误的动态振动信息,因此在进行转子运转试验前,需将转子系统各处的外圆跳动和端面跳动控制在要求的范围内。

 

5. 确定结构共振

     实测伯德图中经常会出现一些非临界转速的峰,有时甚至非临界转速的峰值会比临界转速的共振峰值还高,这些峰值可能来自于基础、管道、轴承座等结构共振,借助于伯德图的幅频和相频曲线可以做出判断,需要具体问题具体分析。

 

6. 分析不平衡

在分析动平衡时,借助伯德图分析转子不平衡质量所处的轴向位置、不平衡振型阶数。

 

7. 分析启停机过程振动

从伯德图中可以得到不同转速下的振动量值和相位,借助该图分析启停机过程中振动的差别。