5分钟告诉你什么是拍振现象

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在工业现场可以经常碰到许多周期性由大到小的嗡嗡声的情况。

两个最大声间隔可以是10秒钟或更长，也可以是半秒或更短。

采集这些设备的振动数据时，时域波形会出现振幅周期性波动现象，频谱中的峰值也会周期性地起伏。

这些常见的现象是什么导致的呢?

其实，这是拍振引起的，今天就给大家介绍一下拍振现象。

1、认识拍振
从信号上来讲，两个频率相近的振动信号将会产生“拍振”现象。

现场实践中，当彼此接近的两台设备运行转速比较接近时就有可能会发生拍振现象。

在这期间，振动是从一台设备传到另一台设备的。

如果两台相同的设备中的一台以10Hz的频率运行，并且所有的振动都是由设备正常运行产生，那么单台设备的波形可能与右边的波形相似。

一秒钟的波形里会有10个周期。


假设我们能听到这个声音，我们可以听到一个10Hz的声音，而且振幅是恒定的。

如果相邻的另一台设备也启动了，而且它们的速度完全相同、相位完全一致，忽略振动传递时的损耗，那么在设备上测量的波形将是两者的总和，振幅将是原来的两倍。

设备发出的声音仍然是10Hz的频率，但是音量是原来的两倍。

所以频率不会改变，但是振幅会加倍。

现在假设两台相同的设备有着180°的相位差，那么将会出现什么样的结果？

由于两个振动信号会相互抵消，所以振动比较平稳，呈现的波形将会是一条直线。

振动完全抵消的的条件是两个设备的转速必须是相同的。

接下来我们看这个示例：如果两个设备的转速不一样，分别为600RPM和600RPM（10Hz和11Hz），那么将会有什么现象发生？测量的结果和我们听到的声音将会是什么样的？

下图中上部展示的是两个设备各自的振动波形，下部展示的是两个振动合成后波形。

合成的波形是在设备上测量获得的，测量时间2秒钟，需要关注的是时域波形中最高点或最低点之间的周期是1秒钟。

我们会听到规律性变化的拍打声。振幅将从零上升到全振幅，并在一秒内回到零。

下图展示的更加清楚。

图像上部展示的是两个信号一开始是同相，但是0.5秒钟过后两个信号的相位变成了180°（反相）。

在这段时间里，两个信号间相位从0°变到了360°。

当它们同相时，复合信号将是两倍于单个信号振幅的信号相加。

当信号反相时（相位差为180°）时，合成信号是两个振幅信号相互抵消（图中该点的振幅为零）。

因为信号是周期性地从零振幅变化到最大振幅，我们听到一个脉冲，脉冲频率为1Hz，也就是说，在脉冲之间有一秒钟间隔。注意，1Hz的来源就是10Hz和11Hz这两个信号之差。

如果转速更接近会出现怎样的变化呢? 看下一个例子。

如果一个信号是10.5Hz，另一个是11Hz，会是什么样子，那么听起来会怎样?

上图是两个信号相差0.5 Hz，注意现在一个循环的时间是2秒。

拍振的频率是两个信号之间的频率差，这是0.5Hz的节拍。时间是怎么算出来的?

一个周期的周期是频率的倒数。频率是0.5Hz，所以周期是2秒。

上图显示了20秒的时间波形，可以清晰看到10个周期。

当两个频率更接近时，拍振会如何变化呢？

上图显示了两个更接近的频率——10.9 Hz和11 Hz的结果。拍振频率为0.1 Hz，因此一个周期的时间为10秒(1/0.1)。

听到的脉冲持续时间有10秒。

如果同样的这两个频率有不同的振幅，会有什么不同?

上图显示了一个信号小于前一个信号时两个信号的结果。

当两个信号相位相差180度时，它们的振幅和不为零。

当它们处于同相时，它们的振幅和也不会那么高。

若频谱的分辨率比较低的时候，拍振会引起频谱怎样的变化呢？

如果分辨率不足以区分两个信号，但在不同时间采集的信号中可以看到频率能量上升和下降，这可能是由于发生了拍振。

因为当我们分别采集同相和反相（180°相位差）的信号时，某个特定的频率将会有很大的差别。

如果两个振动频率相差1Hz，那么每秒中波形将完成一次上升到下降的过程。

2、在现实中拍振对设备有什么影响？
当两台设备以非常相似的转速运行，并且它们基础或其他连接件之间刚度较高时，机械振动传递衰减就很小，可能会发生拍振。

即使单台设备运行时振动不超标，发生拍振时两者的叠加也会引起超标振动，两台设备上的振动水平可以在相当低的水平和相当高的水平之间循环，这样设备就受到了额外的交变应力作用，加剧了设备的疲劳，最终振动可能达到破坏性的水平。

在电机上我们也可以经常看到拍振现象，当机组对中不良且2倍线频率能量比较高时，电机也会发生拍振现象。

3、如何消除拍振？
对于两个设备的拍振来说，我们可以使两个设备使用各自的基础，消弱振动传递。

若传递无法消除我们可以对设备转速进行调节，使邻近两台设备的转速相差尽可能的大。

对于电机发生的拍振情况，消除电机气隙不均、软脚等现象，改善机组对中情况，可以改善或消除拍振现象。

4、拍振现象实例
以下为某现场电机存在较明显的拍振情况。

时域波形中可以清晰的看到约1.2s周期的振动，对应的频谱中可以看到99.063Hz能量较高。

将频谱放大后可以看到有两根清晰的谱线，一根是99.063Hz，另一个是100Hz，这两个频率间存在0.937Hz的差频。

这两个振动形成了拍振，即转频2X和2倍线频率间形成了拍振。

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对拍振的讲述非常全面和深入，原来我一直以为是基础刚性不足才引起拍振，看了这篇文章才知道基础刚性越好，越容易发生拍振。我公司两台风机在同一框架平台上运行，拍振一直存在，也很难消除拍振。