转子振动伯德图，那些你知道和不知道的秘密

weixin

　　问题 1 什么是伯德图?

　　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。

　　图1为某旋转机械转子试验时的伯德图。幅频图中，横坐标为转速，单位为rpm，纵坐标为幅值，单位为um;相频图中，横坐标为转速，单位为rpm，纵坐标为相位角，单位为度。

　　图2为轴承-转子系统动力学分析与设计软件DyRoBeS中对其他的旋转机械进行不平衡响应分析时得到的伯德图。

　　问题 2 伯德图的用途

　　说起伯德图，好多人会说：哦，伯德图啊，我知道的，可以判断转子临界转速啊。

　　嗯，说的没错，伯德图的确可以用来判断转子临界转速，但除此之外，伯德图其他的用途，你还知道哪些?小编与大家一一分享。

　　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Ω高、Ω低，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。

　　来源：势加透博XecaTurbo(ID：Xeca-Turbo)
　　作者：石磊

jgwang

收益匪浅