一、方案介绍

在火电机组、旋转机械、风机等运行设备中，振动状态的异常变化往往是机械故障的前兆。特别是斜向振动（即不沿主要轴向或径向发生的复合振动），其能量表现复杂，无法被传统单轴振动监测准确捕捉。因此，构建一套具备矢量分解功能的斜向振动在线监测系统，能有效提取振动矢量方向、能量分布和频率特征，识别非典型振动模式，实现对复杂工况下设备运行状态的全面评估。

二、监测目标

三、需求分析

传统振动监测系统多以单轴或双轴传感器采集简化信号，在面对斜向、旋转偏心或结构共振等复杂振动状态时难以全面识别。为提升运行设备诊断能力，亟需引入三轴矢量振动分析技术，对振动能量在空间中方向分布与相互干扰特性进行分析，构建面向工业现场的多维、智能、实时监测平台。

四、监测方法

通过在关键部位（如电机端盖、轴承座、基础支点）部署三轴加速度传感器，同时采集X、Y、Z三个方向的振动信号。信号经预处理后进行矢量合成计算，包括计算总矢量幅值、方向角（方位角、俯仰角）及能量分布，形成斜向振动的动态特征图谱。结合频谱分析与趋势分析，实现设备状态监测和异常预警。

五、应用原理

斜向振动是沿非正交方向发生的振动，其物理本质是三个轴向振动叠加后的矢量结果。利用三轴加速度测量值进行欧氏矢量合成，得到总振动矢量模长，同时通过空间几何计算获得矢量方向角。能量分解通过傅里叶变换提取频谱特征，再映射到空间方向域，形成振动能量空间分布图，实现“振动行为—方向—能量”的一体化解读。

六、功能特点

七、硬件清单

系统主要包含：三轴振动加速度传感器、信号调理模块、边缘计算采集终端、通信模块（4G/以太网）、工业电源模块、远程可视化平台等组成部分。

八、硬件参数（量程、精度）

加速度测量范围：±50 g，分辨率≤0.01 g；
频响范围：1 Hz～10 kHz；
方向角计算精度：±1°；
矢量模长计算误差≤±2%；
数据采样频率：≥10 kHz，支持同步时钟触发。

九、方案实现

十、数据分析

平台可展示三轴原始波形、合成矢量波形、频谱图、方向角动态曲线、能量方向分布图等分析内容。通过设置阈值与斜向震动识别模型，结合运行历史趋势进行趋势判断。系统支持AI学习模型对非典型异常进行识别与智能标记。

十一、预警决策

当斜向振动总矢量超过设定阈值，或振动方向角出现突变时，系统立即发出报警。可根据设定的震动等级、频谱特征自动判断故障等级，形成预警报告，并向维护人员推送通知。报警信息可联动SCADA系统或第三方维保系统执行闭环处置。

十二、方案优点

十三、应用领域

该方案广泛适用于火电厂汽轮机、发电机、电动机、鼓风机、泵类、压缩机等旋转设备的振动在线监测，亦适用于轨道交通、电梯、风电机组、冶金轧机等涉及复杂动态载荷工况的设备状态监控场景。

十四、效益分析

部署本系统可显著提升振动监测的空间精度，避免遗漏斜向振动所带来的隐性故障风险。提高运维响应效率，降低人工巡检频率，延长设备使用寿命，降低非计划停机次数，助力企业实现设备状态管理与预测性维护，提升整体运维水平与经济效益。

十五、国标规范

十六、参考文献

十七、案例分享

在某大型钢铁企业轧钢车间，主轧机电机频繁出现非典型振动，传统监测系统无法准确判断。采用本斜向振动矢量分解在线监测系统后，在电机运行中识别出方向角持续偏离正常轴心，结合频谱分析识别出“早期轴承偏载”问题。现场更换轴承后问题消除。该系统连续监控数据超过12个月，无故障率运行，显著提升了设备健康水平和维护决策效率。