加速度包絡技術在狀態監測中的應用探討

王永順

（中海石油技術檢測中心，天津 塘沽 300452）

近年來加速度包絡技術在狀態監測中廣泛應用，并取得良好效果，尤其在滾動軸承的早期故障診斷、軸承潤滑不良、齒輪故障診斷過程中發揮了重要作用。

一、加速度包絡應用機理

加速度包絡技術采用了放大、濾波手段增強調制信號，濾去低頻干擾信號，并充分利用故障早期缺陷對零部件或傳感器的激勵作用產生的共振及其調制作用，使周期信號更加明顯。在經過檢波或希爾伯特變換后，再解調成低頻信號。由于所采集的振動信號是在較高的頻率范圍（通過帶通濾波）使低頻干擾得到有效抑制，又因利用了軸承、齒輪等部件的工作頻率及固有頻率較高的特點，使其與其他振動得以區分。

近年來，筆者根據包絡技術的作用機理，在除診斷軸承故障特征頻率、齒輪故障外，探討該技術在其他故障診斷中的應用取得一定效果。如由于軸承游隙的變化，使螺桿壓縮機的螺桿之間（非嚙合傳動）、螺桿與殼體之間產生以工頻為主的高頻激勵振動。滾動軸承的同軸度出現偏差，在包絡譜中有時會出現工頻及其諧波（軸承部件的自振頻率受工頻的調制）。滾動軸承的滑動摩擦（滾動體、內外環滑動）問題、滑動副之間的間隙過大、轉子系缺陷等引起的機組共振等。并使多數在實踐中得到驗證，在設備狀態監測工作中起到很大作用。另外流體的喘動等高頻振動都可在加速度包絡譜中得到反映。

二、應用實例

1.由于對設備故障的判斷思路正確，解決了不少實際問題。如通過對螺桿式空氣壓縮機的故障分析找出故障產生機理，制定相應措施，使生產單位工藝控制（定期清理進口過濾器，防止進口壓力過低造成螺桿受力不均）、設備裝配工藝采取必要措施控制裝配間隙，使螺桿壓縮機易碰摩問題從根本上得以解決，該類型設備檢修次數大幅度下降。某單位螺桿壓縮機更換進口空氣濾器前后的頻譜見圖1。

2.加速度包絡技術在摩擦方面的應用。摩擦是一種寬頻帶激勵，它的影響范圍從低頻到高頻都存在。尤其在初期，較輕微的連續或周期的局部摩擦會激勵傳感器或零部件產生共振，使摩擦故障信號放大，在加速度譜中高頻段會產生成簇的振動峰值，在加速度包絡譜中會產生地腳能量較高的特點，由此可判斷軸承潤滑不良。當間斷性摩擦發展成連續摩擦后，軸承將主要以工頻為主。由共振的調制是否存在工頻信號，了解轉子系是否存在早期磨損。而只有當摩擦較嚴重時，才能夠在低頻段顯示出來。某電機軸承潤滑不良與潤滑良好時的頻譜圖見圖2，通過補充潤滑脂后，頻譜發生了較大變化。

某真空泵葉輪與端板發生摩擦時的頻譜圖見圖3，頻譜中的峰值是葉輪葉片的通過頻率及其諧波。

軸承出現跑圈或軸承滾動體出現滑行運動狀態，在加速度包絡譜中將有工頻產生并伴有一定的地腳能量。某臺電機軸承發生跑外圈現象的頻譜圖見圖4。

3.加速度包絡值診斷軸承松動沖擊。在一些加速度包絡譜中往往會出現這樣的情況，地腳能量很高，但其潤滑狀態良好，沒有出現常見的缺油現象。這時一般和軸承松動沖擊或軸承所受載荷較大有關。軸承松動沖擊是指因軸承內部或外部松動，配合間隙過大，運轉時受回轉機件不平衡力或其他振動的激勵迫使軸承發生的振動沖擊。游隙過大時由于負荷區滾道接觸的滾動體數量減少，軸承的應力集中。卸載的滾動體經過的弧增加，在保持架和保持架槽上會產生額外的負荷，另外卸載區滾動體作用在滾道的負荷會減小，若小于軸承要求的最小負荷時就會產生滑動摩擦的現象。這種狀態會使軸承磨損速度加快，軸承間隙更大。某電機軸承因長時間運行，軸承磨損，軸承游隙增大，頻譜特征上表現為較高的地腳能量，通過補充潤滑脂，頻譜中并無明顯變化（圖5）。

4.加速度包絡技術診斷泵氣蝕或工況不穩造成的振動沖擊。某臺離心泵發生氣蝕時的頻譜圖見圖6，頻譜中250Hz的峰值為葉片通過頻率，但在有些設備發生氣蝕情況下葉片頻率不會出現，只是以較高地腳能量為主。此時借助對速度頻譜的分析，能夠對故障進行更準確的判斷。