Peakvue技術在軸承故障診斷中的應用

中國石油大港石化公司 李建勤 胡玉榮

中國石油大港油田煉達公司 胡繼輝

中國石油大港油田第二礦區(qū)管理處 申 強

通過實例介紹CSI2130雙通道數(shù)據(jù)采集器中的Peakvue技術以及在滾動軸承故障診斷中的應用。

滾動軸承是機器的易損件之一，據(jù)不完全統(tǒng)計，旋轉機械的故障約有30%是因滾動軸承引起的。而滾動軸承的故障原因十分復雜，需重視其診斷工作。

Peakvue技術是近年來國外發(fā)展起來的一項新的信號采集與處理技術，它可以有效診斷滾動軸承和齒輪的早期故障。大量監(jiān)測實踐表明：與傳統(tǒng)的共振解調技術相比，它具有顯著的優(yōu)點，能發(fā)現(xiàn)更多的設備問題。Peakvue是一種捕捉給定時間間隔里時域波形峰值的振動信號分析方法。當出現(xiàn)金屬對金屬的撞擊時，會出現(xiàn)應力波。早期的疲勞剝落、齒輪和軸承缺陷、摩擦磨損和沖擊等都會產生應力波。高級專利技術PeakVue正是通過采集和監(jiān)測這些短暫的應力波，獲得其峰值及出現(xiàn)的頻率，并轉換為頻譜進行分析。在監(jiān)測滾動軸承時，關注的重點是早期發(fā)現(xiàn)故障，并監(jiān)控故障的發(fā)展情況，Peakvue技術可以檢測出軸承的早期故障及軸承或齒輪的潤滑狀態(tài)，并可以準確地預測出故障的嚴重程度，跟蹤Peakvue趨勢就可以準確地判斷出軸承故障的發(fā)展進程，也能夠幫助洞察發(fā)展中的裂紋和其他的結構缺陷。

一、Peakvue技術簡介

一般情況下，采樣時間間隔通常由分析帶寬決定，絕大多數(shù)分析儀或數(shù)據(jù)采集器的采樣時間間隔為2.56fmax的倒數(shù)。Peakvue分析方法采用高速采樣技術，對于高通濾波后的信號采樣點數(shù)量為1×105/s。此后再對這些波形進行處理，得到Peakvue波形和頻譜。

Peakvue信號處理過程如下：（1）高通濾波。應力波是短時的瞬態(tài)事件，特點是分布頻帶寬。加速度傳感器獲得的沖擊信號要進行高通濾波（1kHz以上），把沖擊引起的特征振動與誘發(fā)的常規(guī)振動信號分離開；（2）包絡檢波處理；（3）高速采樣處理，得到峰值波形。對峰值波形采樣并進行FFT處理，得到Peakvue波形和頻譜。

相比其他軸承檢測方法，Peakvue技術具有以下優(yōu)點：（1）直接拾取金屬沖擊造成的沖擊脈沖（峰值），真實反映沖擊大小；（2）數(shù)字高頻采樣，不受采樣定律限制；（3）有針對性地測試應力波信號，例如疲勞裂縫、摩擦、磨損或故障早期的沖擊，運用Peakvue技術可測量頻率并同時獲得準確的幅值；（4）不僅故障得到預先的警告，而且故障嚴重程度也可以進行趨勢測量；（5）Peakvue提供早期準確的檢測，更加利于檢修和更換的計劃性，降低成本，避免停機，減少備件。

二、典型案例分析

1.強制循環(huán)熱水泵電機軸承保持架故障(軸承型號6319/Z2)

測點布置圖見圖1。監(jiān)測過程及故障現(xiàn)象：2009年12月10號，監(jiān)測三聯(lián)合強制循環(huán)熱水泵P-2103/1時，發(fā)現(xiàn)該泵電機軸承雜音大，測試中有明顯的沖擊，電機遠端軸承（測點1位置）的Peakvue值從之前的0.2突然長到2.5，存在明顯的軸承保持架故障特征頻率，如圖2所示。

圖1 P-2103/1測點布置簡圖

圖2 電機遠端軸承Peakvue值趨勢、頻譜及時域波形

由圖2看出，軸承Peakvue值由12月9日的0.2突然增大到2.5，頻譜圖上顯示19.51Hz及其倍頻，經(jīng)計算為軸承6319/Z2保持架故障特征頻率。

監(jiān)測效果：根據(jù)故障現(xiàn)象判斷，該泵電機遠端軸承保持架有損壞，建議車間停泵修理。對拆檢后的軸承進行檢查，發(fā)現(xiàn)軸承保持架已經(jīng)松脫，引起軸承保持架碰磨軸承內圈，產生明顯的邊緣磨損卷邊。與監(jiān)測得到的結論一致。

2.分餾塔底泵300-P-203A電機軸承內、外滾道面故障（軸承型號6316）

測點布置圖見圖3。監(jiān)測過程及故障現(xiàn)象：2009年12月31日，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)二聯(lián)合車間分餾塔底泵300-P-203A的電機靠聯(lián)軸器側（測點2位置）的振動有明顯的增長趨勢，且伴有軸承雜音，泵側振動基本無變化。

圖4 泵300-P-203A電機靠聯(lián)軸器側振動趨勢圖

圖4中，最高點為2009年12月31日振動值，2010年1月5日為電氣更換潤滑脂后的數(shù)值，從圖中可以看出該處徑向和軸向的振動變化趨勢一致，換油后對振動改善不大。

圖5 電機更換潤滑脂前后的波形變化圖

圖5顯示，對比電機更換潤滑脂前后的時域波形，發(fā)現(xiàn)沖擊值沒有明顯改善，換油后沖擊仍然很大，且圖形上更清晰的顯示出振動沖擊，排除了缺油故障。

圖6、7顯示軸承存在明顯的故障特征頻率，153Hz為該軸承的外滾道故障特征頻率，244Hz為該軸承的內滾道故障特征頻率。

圖6 6316軸承外滾道故障特征頻率

圖7 6316軸承內滾道故障特征頻率

監(jiān)測效果：綜上判斷，該泵電機內側軸承內外滾道面存在缺陷，引起電機側振動增長，建議更換軸承。軸承拆檢后，看到明顯的軸承內、外滾道面故障。

3.三聯(lián)合車間粗汽油泵P-2203/2泵出口端（軸承型號7314）潤滑油質臟

測點布置圖見圖8。監(jiān)測過程及故障現(xiàn)象：2009年12月30日，測試發(fā)現(xiàn)三聯(lián)合車間P-2203/2泵出口端軸承（測點4位置）突然出現(xiàn)明顯的沖擊信號，Peakvue值突然增大，從0.4到0.7，沖擊能量值從3突然漲到8，但振動基本無變化。

圖8 P-2203/2測點布置簡圖

監(jiān)測效果：泵側振動無明顯的變化，時域波形自相關后無明顯的周期沖擊信號，不存在軸承的特征頻率，判斷該故障可能來自于潤滑故障，通知車間徹底更換潤滑油，12月31日再次檢測，Peakvue值恢復至0.4，保持架故障特征頻率消失。證明故障為潤滑不良造成的。

三、總結

對于該種技術，沒有強制標準確定多大的數(shù)值視為部件失效，在實際工作中總結幾點體會供參考。

（1）通過趨勢變化去發(fā)現(xiàn)可能存在的異常。

（2）加速度時域波形中PK-PK大于6g's應注意振動情況變化。

（3）Peakvue頻譜圖中注意軸承特征頻率成分。

（4）注意振動頻譜中出現(xiàn)軸承特征頻率成分變化。

在實際應用中，當振動頻譜中出現(xiàn)明顯的軸承特征頻率成分、加速度時域波形中PK-PK大于20g's 或更高、Peakvue加速度有效值大于2.5g's時，進行軸承更換。每次拆檢軸承時可見明顯缺陷，實際監(jiān)測中沒有出現(xiàn)因為軸承故障引起的惡性事故。

綜上所述，Peakvue是一項能及時發(fā)現(xiàn)早期滾動軸承故障的技術，通過監(jiān)控Peakvue振動的趨勢變化，就可以發(fā)現(xiàn)滾動軸承的早期故障。輔助之于頻譜分析和自相關分析則可使故障診斷更加準確，取得較準確的診斷結果。

[1]鐘秉林，黃仁.機械故障診斷學[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000.

[2]高景俊，孔勝軍，張寶海，張元策.PeakVue高級專利數(shù)據(jù)技術在軸承故障診斷中的應用[J].中國設備工程，2007（11）.