了解旋转机械分析中的滑行过程
海岸 ——也称为惰转或减速——是指旋转机械在无主动制动的情况下，依靠摩擦、风阻和轴承拖曳等自然损耗，从工作转速自由减速至停止的过程。在 转子动力学 和 振动分析, a coastdown 测试 是一种诊断程序，其中 振动 数据在机械减速过程中被连续记录，从而获取有关 临界速度, 固有频率以及系统动态特性的丰富信息。与其镜像对应的 runup 试验一起，它是新设备调试、排查顽固振动问题以及验证转子动力学模型与实际建造和安装机械相符性的基础工具。
1. 目的与应用
Critical-Speed Identification
惰转试验的主要用途是定位临界转速：
- 当转速下降并通过每个临界转速时，振动幅值达到峰值；
- peaks in the 振幅转速图上的峰值标记出临界转速；
- 伴随的180° 阶段 相位偏移证实这是真正的 谐振 而非其他与转速相关的效应；以及
- 可在单次运行中捕获多个临界转速。
Natural-Frequency Measurement
临界速度对应于固有频率：
- 第一临界转速出现在第一阶固有频率处，第二临界转速出现在第二阶固有频率处，依此类推；
- 该试验为分析预测提供了实验验证；以及
- 它被广泛用于验证有限元模型。
Damping Determination
每个共振峰的尖锐程度揭示了系统 减震:
- sharp, high peaks indicate low damping;
- broad, low peaks indicate high damping;
- 的 阻尼比 可通过峰值的宽度和幅值计算得出；以及
- 该数值对于预测未来运行中的振动水平至关重要。
Unbalance-Distribution Assessment
2. Coastdown Test Procedure
准备
- 安装传感器： place 加速度计 或 速度传感器 在轴承位置处，沿水平和垂直两个方向。
- Install a tachometer: an optical or magnetic 转速表 用于跟踪转速并提供相位参考。
- Configure data acquisition: set up continuous recording at an adequate sample rate.
- 确定转速范围： 通常从工作转速降至其10–20%，或直至机器停止。
执行
- Stabilise at operating speed: 以正常转速运行，直至达到热平衡且振动稳定。
- Initiate coastdown: 切断驱动动力——电机、汽轮机或其他原动机——使其自然减速。
- Monitor continuously: 在整个减速过程中记录振动幅值、相位和转速。
- 注意安全： 保持警惕，防止过大振动——这可能预示着意外共振或 不稳定.
- 完成减速： 持续记录，直至机器停止或达到所关注的最低转速。
Data-Collection Parameters
- 采样率 足够高以捕获所有关注频率——通常为最高频率的10–20倍。
- 期间： 由转子惯性决定，从30秒到10分钟不等。
- 测量值： 所有传感器位置处的幅值、相位和转速。
- Synchronous sampling: 以等角度增量采集的数据，用于支持 阶次分析.
3. 数据分析与可视化
波特图
滑行停机数据的标准视图为 波特图:
- 上方波形： vibration amplitude versus speed;
- 下方波形： phase angle versus speed;
- critical-speed signature: 振幅峰值及其对应的180°相位偏移；以及
- 每个测量位置： 每个测量点和方向的独立图表。
瀑布图
A 瀑布图 (cascade diagram) gives a three-dimensional view:
- X-axis: frequency (Hz or orders);
- Y-axis: speed (rpm);
- Z-axis (colour): vibration amplitude;
- 1倍频分量 appears as a diagonal line tracking speed;
- 固有频率 以恒定频率处的水平线形式出现；以及
- their intersection ——1倍频线与固有频率线的交叉点——即为临界转速。
极坐标图
- 振动向量在多个转速下绘制；
- 转速穿越各临界转速下降时，形成特征螺旋曲线；以及
- 相位变化随向量旋转而清晰可见。
4. Coastdown vs. Runup Testing
滑行优势
- 无需外部供电： 只需断开驱动装置，让机器自然滑行停车。
- Slower deceleration: more dwell time at each speed gives better frequency resolution.
- 更安全： 系统处于能量耗散状态，而非能量积累状态。
- Less stress: 临界转速在能量下降过程中通过。
助跑优势
- 受控加速： 可控制通过临界转速的速率。
- 作为正常启动的一部分： 一个 起跑分析 可在日常启动过程中采集数据。
- Active conditions: 存在工艺负载，因此数据更能代表实际运行状况。
比较考虑因素
- 温度： 升速运行通常在冷态下进行；惰速停车则从热态运行工况开始。
- 轴承刚度 热浪（滑行）和冷浪（助跑）之间可能有所不同
- 摩擦与阻尼： 两者均与温度相关，会使峰值幅值发生偏移。
- Data comparison: 升速与降速曲线之间的差异本身可揭示热效应或负载效应。
5. 应用场景与使用案例
新设备调试
- 验证临界转速是否符合设计预测值；
- confirm adequate separation margins;
- 验证转子动力学模型；以及
- establish 基线数据 for future reference.
振动问题排查
- 判断高振动是否与转速相关（即共振）；
- uncover previously unknown critical speeds;
- 评估改造或维修的效果；以及
- 将共振与其他振动来源区分开来。
平衡程序
修改验证
- 更换轴承后，确认由此引起的临界转速偏移；
- 改变质量或刚度后，检验预测的固有频率变化；以及
- 对比改造前后的降速曲线，以量化改善效果。
6. 降速测试的最佳实践
安全注意事项
- 确保附近所有人员了解测试正在进行；
- 密切监测振动，防止出现意外共振；
- keep an emergency-shutdown capability available;
- 清除设备周围区域的人员；以及
- 若出现过大振动，应考虑紧急停机，而非继续完成降速过程。
数据质量
- 适当的减速率： 减速不能过快（否则每个转速段的数据点过少），也不能过慢（否则在运行过程中热工况发生漂移）。
- 稳定条件： 在测试过程中尽量减少工艺变量的变化。
- Multiple runs: 进行两到三次惰转停机，以验证重复性。
- All locations at once: record every bearing simultaneously.
文件
- 记录运行工况——温度、负荷、配置；
- 采集完整的振动和转速数据；
- 生成标准分析图（波特图、瀑布图、极坐标图）
- 识别并标记所有发现的临界转速；以及
- compare against design predictions or previous test data, then archive it.
7. 结果解读
识别临界速度
- 在博德图中查找幅值峰值；
- 通过180°相位偏移逐一加以确认；
- 记录峰值出现时对应的转速；以及
- 计算与工作转速之间的分离裕度。
评估严重程度
- 峰值振幅 在临界转速处振动会上升到多高？
- Peak sharpness: 尖锐的峰值意味着阻尼低，存在潜在问题。
- 工作转速接近度： 运行转速距临界转速有多近？
- 可接受性： 通常要求分离裕度约为±15–20%。
高级分析
- extract 模态振型 来自多点测量；
- 根据峰值特性计算阻尼比；
- distinguish forward from backward 旋转 modes; and
- compare the results against 坎贝尔图 predictions.
8. 现场惰转停机
在现场，惰转测试无需专用试验台——只需在驱动器断电的瞬间，用便携式仪器即可完成采集。双通道分析仪（如 平衡仪-1a）配备激光转速计提供相位基准，在转子减速过程中连续记录振幅、相位和转速，工程师可直接从生成的波德图上读取临界转速峰值。同一组数据既能定位共振，又能确认1×不平衡是否存在，从而使诊断与后续 实地平衡 作业在一次减速过程中完成。简而言之，惰转测试提供的实测数据能够补充分析预测的不足，并揭示旋转机械在实际运行条件下真实的动态行为。
