全頻譜的應用全頻譜的應用是廣泛和有效的。先看一個汽輪機存在摩擦的例子。摩擦一般認為是其它故障根原因所衍生的故障，根原因可能是不平衡、不對中、齒輪力或流體力等預載荷的作用等等。摩擦可能是兩個摩擦副之間的，與相對運動相反的切向摩擦，也可能還附加法線方向的摩碰；可以是輕摩擦還，也可以是重摩擦；可以是局部磨擦，也可以是保持接觸的全周摩擦。的確較為復雜，不同的摩擦需要用到不同的工具去判別，如用到Orbit圖、軸中心位置圖、Bode圖、極坐標圖、半頻譜/全頻譜圖等，這里不深入討論摩擦及各種工具，主要討論全頻譜在故障診斷時的應用舉例，包括摩擦和后面的流體失穩等等。如圖是一臺蒸汽透平的軸心軌跡圖和全頻譜圖。102X4-兩圖均可以看出，占主導的頻率成分1X102X4-兩圖均可以看出，占主導的頻率成分1X分量，其正進動分量大r】11111】E111i11111mil/div 2^80rpm迸沁車（k卬m）于反進動分量2倍以上，說明1X的Orbit圖會是一個橢圓。0.5X分量的正進動與反進動頻率成分差不多，其Orbit圖接近直線。還存在

2X分量成分，同樣道理，其Orbit圖也差不多是直線。還有較小的基頻為0.5X的3倍諧頻分量1.5X。這些譜線都可以看作是0.5X的諧頻和1X的諧頻。全頻譜上的看到的這些特征正是摩擦的特征。再比較全頻譜，在時域通頻Orbit上難以看到，如果看各分量的Orbit圖，就需要用到跟蹤濾波，打開多個Orbit圖，用全頻譜更為直接有效。下面用全頻譜的視角，比較摩擦和流體失穩的區別。如下圖所示，將兩種故障的半頻譜、全頻譜和 Orbit圖放到一起比較。HubFrequefKyi.kpmiHuid-nd<>udstability15W0 12 3 4Frequencyftcprn：idForwardMghly廠11-￡q—■、-TX1 -li<IXHubFrequefKyi.kpmiHuid-nd<>udstability15W0 12 3 4Frequencyftcprn：idForwardMghly廠11-￡q—■、-TX1 -li<IX—一-t—11T-M—6-4-2024Reverse Formrd亠-srjbmildh-就landKForward一B-'b—+1X■■D.43KU.1L4卜-T|一|Li"n1 12>V2r~r4*Rewrse ForwardPrecessionfrequencyIkqiir^fr^quenry?kcpm?-4 -201444Wrprn比較摩擦和流體誘導失穩的半頻譜，發現兩者之間非常近似，難以區分，必須在頻譜高分辨下，才能區分是否是精確的半倍頻。但從中間的全頻譜來看，右邊的流體誘導失穩故障下，能明顯看出次同步頻率（近0.5X）的正進動分量占絕對主導，反進動幾乎為零，應該是近似于圓形的Orbit圖，這是流體自激振動的特征之一（流體誘導失穩的特點有：正進動，近似圓形Orbit，次同步振動分量，頻率略小于0.5X）。而左邊的摩擦故障的次同步頻率（0.5X）正反進動方向分量相當，難說進動方向就是正/反進動，其Orbit圖為很扁的橢圓（接近直線）。所以在全頻譜中兩者故障區別非常明顯，能很快、準確地判斷故障。之前的文章中也談到，是否是精確的半倍頻的方法可以用到Orbit圖。主要看鍵相點是否“鎖定”。比較上圖底部的兩個Orbit圖，是可以看到左邊是鎖定的，右邊的緩慢變化的。如果是在軟件系統上直接看“活動”的Orbit圖形，是否鎖定大抵是能看出的，但看“死圖”有時還是難以確定，至少沒有全頻譜圖那么區別明顯。所以，全頻譜更更直觀、快捷地區分出了摩擦和流體誘導失穩故障的特征。波形圖包括Orbit圖，排除數據采集的因素，通常是原始、真實的信號，但因其是多種分量合成的結果，所以各種分量混在了一起，有時甚至是一團麻，難以分辨和區分故障的各個因素；半頻譜和全頻譜技術就是換一個域（時域-頻域），將混合的因素區分開來，如同白光通過三棱鏡分解成不能再次色散的七種單色光一樣。與半頻譜一樣，全頻譜也有級聯圖和瀑布圖。與半頻譜的級聯圖和瀑布圖類似，但將頻譜坐標軸從半頻譜擴展到全頻譜，并分解出來了正進動分量和反進動分量，下面看看它們的應用。全周摩擦是現實中不多見的一種故障，全周摩擦是指轉子在轉動過程中始終與靜止部件，如軸承或者密封保持接觸，所以其軸心軌跡應該是圓形的，其直徑為軸承或密封的間隙，當然，軸承類型的不同、探頭的安裝位置與發生摩擦的位置（軸承或密封等）的遠近不同，看到的Orbit，不是摩擦發生處的Orbit，那么說圓形的Orbit就是車由承、密封等的動靜間隙是不完全正確的。摩擦的特征頻率與因摩擦改變了的轉子的固有頻率相同。之所以說更改后的固有頻率，是因為摩擦使轉子接觸到軸承或密封的邊界，改變了軸承或者密封的剛度，剛度增大了，所以固有頻率也就增大了。固有頻率與轉子的轉速無關。這些特征都可從全頻譜級聯圖反映出來。圓形的Orbit圖說明全頻譜圖中只有反進動分量或者正進動分量。是否是固有頻率從級聯圖上也是容易看出來的，因為機器的臨界轉速是不難查到或者檢測得到的，其在級聯圖中不應該隨轉速的變化而變化，這是最希望看到的特征。

(UJd」>0poads如(UJd」>0poads如u-lluEW頻率(kcpm)上圖是啟機階段發生全周摩擦的全頻譜級聯圖，而停機階段發生全周摩擦的全頻譜級聯圖如下圖所示。頻率(kcpm) 飛則-OJX0.5X1X三摩擦的全頻譜級聯圖如下圖所示。頻率(kcpm) 飛則-OJX0.5X1X三反進動■，一1■一旦■JL丄1—dLJL」LjL—Lm進動=明顯可以看出全周摩擦激起的固有頻率振動特征。雖然啟、停機過程中剛度變化、幅值的不穩定、軸承及密封的形式、傳感器的安裝位置與摩擦位置的距離未知等，僅憑上述兩個全頻譜圖尚不能通過這種有摩擦時修改過的轉子的固有頻率去還原無擦時的固有頻率（便于與之前采集到的或者資料中記錄的無摩擦的臨界轉速比較），不能確定軸承或密封的間隙，但確定它們也沒有多大的必要。實際上的全周磨擦很少見，但需要知道全周磨擦是極具破壞性的，所以故障診斷工程師必須有能力快速識別和精確診斷這種故障。當然結果也有可能不是那么的糟糕，比如接觸處的材料很快磨掉了，間隙變大了，摩擦就消失了，“自愈”了。不過這時摩擦是消除了，但因此降低的機器效率是恢復不了的。也不能一味地認為有反進動分量就是壞的，就是很危險的，比如扁的Orbit增加了轉子的穩定性，橢圓Orbit是常態。另外也不能說轉子反進動渦動就一定是有摩擦，比如在過臨界時，因為互相垂直的兩個傳感器位置的非對稱剛度，可能會產生共振分離，兩個分離共振期間，轉子是反進動渦動的，這時它是正?，F象。其實，全頻譜還在很多其它故障診斷中有很好的應用，很多故障，比如流體誘導失穩、軸裂紋等反進動分量不應該出現，本身也是一個判據，而半頻譜就看不出來會不會有反進動分量，也看不出對應頻率（過濾后頻率）的Orbit是否是圓形的。級聯圖上的階次線（圖示的斜線：1X、0.5X等）讓我們能方便地看出各個對應不同激振力的階次的影響（響應）情況，正是階次的分

離，使得頻域比時域更為便利，雖然現在因為過度地強調了頻域，很多文章都在強調時域和相位在故障診斷中的應用。但過猶不及，頻譜，特別是全頻譜依然是最強大的工具之一。再次強調下，不同工具各有其優勢，好的診斷工程師需要熟練使用各種工具來幫助自己作出快速的、準確的判斷。無疑地，1X階次是最基本的，很多人在正式的報告中直接將1X分量說成是不平衡分量，這是不嚴謹的，至少需要先排除runout和轉子的原始彎曲的影響。還有其它的很多常見故障如不對中也會產生1X倍頻的。54344I>0rpm? 二14 L2JK - 54344I>0rpm? 二14 L2JK - 上圖中,1X階次線貌似有兩階共振頻率，但因為丟失了相位信息，僅憑全頻譜無法確認，還是要看Bode圖和極坐標圖確認。機器在慢轉速(SlowRoll)時的原始缺陷(Runout)是在低轉速時就存在的，可能在高轉速時也保持影響，而這些Runout是與機器的動態無關的原始影響力。針對動態力的處理措施對其沒有影響，但它同樣混進了各階次頻譜中，必須清除出去，也叫做補償，否則影響各動態力的治理，比如平衡解決質量不平衡時就需要補償掉這種SlowRoll才精準。Runout分為機械runout和電氣runout，轉子的原始永久性彎曲嚴格意義上來說不是runout，因為它產生的力會隨轉速的變化而變化，不過和質量不平衡在成因上還是有區別，所以實際應用中有時還是把它算作runout的一部分。也因為難以與其它runout區分開來，補償時就一并補償掉。在對待runout時，還要注意軸位移，有些轉子，特別是在冷啟動時，軸位移變化大，表面的原始缺陷在軸位移和膨脹到穩態過程中，可能逐步移出或者移入到探頭下方的被測表面范圍。這種情況下，用冷態的低轉速 slowroll去補償就會有誤差，所以，能用停機時的慢轉速去做矢量補償或者通頻波形補償最好，這時至少熱膨脹的影響被考慮到了。任何導致被測表面和探頭間位移的周期性的突然改變（可以是摩擦力、流體力等，但也可以是劃痕、銹斑等）都會在 FFT計算后的頻譜圖中出現諧頻。這種改變越是突兀、尖銳，頻譜圖中的諧頻越多。劃痕、銹斑就是這種突然的周期性變化，會產生以軸轉速為基頻的諧頻。只要不被移出被測表面，在別的轉速和穩態時還會出現，其諧頻的基頻依然跟隨著當時的轉速。上圖能看到0.5X的摩擦，能看到在轉速增大到一定的轉速后0.5X出現是因為與臨界轉速的一致了而被放大了。也看到在轉速很低時的1X，是因為Runout。如果沒有其它諧頻，那么這種Runout更可能是軸的原始彎曲。如果是劃痕和銹斑，會有諧頻，而多個劃痕和銹斑會在全頻譜中的正/反進動方向出現諧頻。利用全頻譜圖來確定runout是有效的，規律是：1X分量：僅正進動分量，包括因為原始彎曲產生的響應；2X分量:正進動和反進動分量的幅值相等；3X分量：僅反進動分量；4X分量：正進動和反進動分量的幅值相等；1X分量：僅正進動分量。下表是幾種典型故障的全頻譜特征表，共參考。故隨類型頻率分星正進動備注不平術IXYes不均勻■-■-■-■主要是正吏勵分呈反進朗為基會隨正進的下瞪而裁小車足向性的徑問載乏IXYesYes逋看董荷的濡幻IX旬2X的正進命才豊減小.反進胡為顯增天.L\苴蘆的0呦硬事遷2XYmYesYmNo王毒昂“遼彳.悟空尹變化；巴為衰2XYesNo樟剛度的不對稱性.2X繪存在的.遲甬製紋審丁展為變址.巧洽斷苣褰孜有月笊IX和zx&t將也交化在全頻喑中元法誌現局部摩攥IX-Y&sVesIX丸2X分量踽果類懺三非定向徑向載商：摩擁變嚴英時旦進龍曠量增也王蛙動分臭譜悄授小'當運行轉速大于臨界轉速（鎮賽祿更改后盹臨界屢有繪率；的2倍屈瑩3倍時會相志出現1.空旳匸音荻的次同歩好星靈其諧扳.正進動和反進動方向都有，對應的濾液后的Drbit雯更屆反進動分呈占主要咖2XYesYes172X,17箱YesYes全周強追哺應IXY&&No審決于轉予-密封嘉統的干摩珈、密自就轉子?密封系統的拄振坂率NoYes封侈;耐迄進、疋尼、平平覺系蔬