PeakVue技術在滾動軸承故障診斷中的應用

張 軍，陸 晨

（蘭州石化公司設備維修公司，甘肅蘭州 730060）

0 引言

設備狀態監測與故障診斷技術是一種了解和掌握設備運行狀態，發現設備早期故障，確定故障部位，預測故障發展趨勢的技術。

滾動軸承在旋轉機械中發揮著重要作用。旋轉機械的故障約有30%是因滾動軸承引起[1]。因此，在設備狀態監測中，及時發現并正確判斷軸承故障，對于預知性維修具有重要作用。PeakVue技術能夠在單位時間內收集振動波形峰值，并對此進行分析，能依靠振動信號對軸承實現無損檢測。通過PeakVue技術可以檢測到機械振動的異常信號，對于早期軸承故障具有敏銳的判斷能力。當因金屬之間相互撞擊產生應力波時，會由于正常撞擊與出現部件缺陷撞擊產生的應力波之間的差異，依靠PeakVue進行采集，獲得其峰值及出現的周期，并轉換成頻譜進行分析，進而推知缺陷的類型和嚴重情況[2]。

1 PeakVue技術簡介

PeakVue是Peak Value的縮寫，即峰值的意思。PeakVue是一種測量金屬部件上應力波運動的分析技術。應力波的產生與沖擊、摩擦、疲勞斷裂、潤滑故障等等有關，可以在各種部件上產生，比如滾動軸承和齒輪。應力波在機器表面傳播產生波紋，對運動傳感器產生一個輸入響應，比如加速度傳感器。應力波屬于短時瞬態事件，其持續時間從微秒到幾毫秒，頻率范圍（1～15）kHz，甚至可以擴展到 50 kHz。PeakVue信號處理過程如下。

（1）高通濾波。PeakVue技術使用高通濾波器將低頻高幅值的常規振動（不平衡、不對中、松動等）濾去，保留高頻的應力波信號。

（2）高頻采樣。PeakVue使用一個固定的采樣頻率102.4 kHz，此采樣率與最大分析頻率無關。高頻采樣可以捕捉和分析非常高頻率的應力波，對于一些低轉速設備，其應用效果也很顯著。

（3）峰值抽取和全波整流。PeakVue技術將一個采樣周期內采集到的所有峰值數據點進行分組對比，并且每組抽取其中的最大值作為波形的一個數據點，直至分析所需要的全部波形數據點記錄完成，之后再經過全波整流，便生成了分析需要的PeakVue波形。

（4）包絡檢波處理及FFT。將PeakVue時域波形信號通過包絡檢波器，提取出周期信號，經過快速傅立葉變換（FFT）處理，得到PeakVue頻譜。

2 典型案例分析

蘭州石化公司煉油廠500萬t/年常減壓裝置泵P106/1（懸臂泵，型號：EAP50K3_315，轉速：2950 r/min，功率：36.1 kW，介質：常一線油，溫度：200℃）在運行過程中，巡檢監測人員發現其非驅動端軸承有異響，對其進行振動監測分析（圖1）。從圖1看出，泵非驅動端振動值為1.913 mm/s，按照ISO 10816絕對振動標準，300kW以下的中型機器，振動值≤1.12 mm/s為優 秀 ，1.12 mm/s＜振動值≤2.8 mm/s為良好，2.8 mm/s＜振動值≤7.1 mm/s為可接受，7.1 mm/s＜振動值為不可接受，需要停機。因此，按照振動速度有效值來判斷，只能說明該泵整體運行良好，并不能準確判斷軸承的運行狀態是否良好。

圖1 泵非驅動端速度頻譜

圖2 泵非驅動端加速度波形

從圖2分析，非驅動端加速度波形存在周期性的沖擊，且加速度幅值較大，說明該泵的內部結構部件有碰摩現象，可能是軸承缺陷導致，但從普通的波形中不能判斷出缺陷的具體部位。

利用CSI2130的PeakVue技術，采集軸承運行過程中的應力波沖擊峰值波形，將峰值波形轉換為頻譜，與軸承故障特征頻率進行比對，便能準確判斷出軸承故障部位，峰值波形還能直接反應故障嚴重程度。從圖3看出，泵非驅動端軸承NU309E內圈故障頻率BPFI=389.5Hz，及其2倍諧波頻率，分別與PeakVue頻譜圖中的390.34 Hz，780.71 Hz線相吻合，并且在390.34Hz頻率周圍還存在轉速頻率49.77 Hz的邊帶，符合軸承內圈故障的頻譜特征。進一步計算軸承NU309E的內圈特征頻率。

圖3 泵非驅動端PeakVue頻譜

式中Z—— 滾動體個數

D— 軸承節徑，mm

d— 滾動體平均直徑，mm

?— 接觸角，0°

f—— 軸承內圈旋轉頻率，Hz

本例中，Z=13，D=72.5 mm，d=13.75 mm，?=0°，f=49.77 Hz，將這些數值代入式（1），經過計算，NU309E型軸承內圈特征頻率f（BPFI）約為387 Hz，與CSI軸承數據庫中的NU309E型軸承內圈特征頻率BPFI=389.50 Hz基本吻合。進一步判斷該軸承內圈出現故障。

PeakVue技術優點之一是直接拾取金屬沖擊造成的脈沖峰值，并直接反映沖擊大小[3]。從圖4中看出，軸承沖擊值（Pk+）達到了22.70 G's。對于轉速為3000 r/min的轉動設備，滾動軸承PeakVue波形的沖擊幅值大約在30 G's左右，就能用肉眼觀察到明顯的故障缺陷[4]。軸承拆卸情況如圖5所示，從實際拆檢情況看，軸承內圈滾道表面有嚴重缺陷，存在明顯的長條狀壓痕。

圖4 泵非驅動端PeakVue時域圖

檢修后，從圖6和圖7看出，PeakVue頻譜中軸承故障頻率消失，波形中的沖擊幅值明顯降低，沖擊值（Pk+）降低為2.65 G's，軸承運行情況良好。

圖5 軸承內圈

圖6 檢修前后泵非驅動端PeakVue頻譜對比圖

圖7 檢修后泵非驅動端PeakVue時域圖

3 結束語

PeakVue技術是一種依靠應力波及時發現滾動軸承早期故障的技術。依靠判斷PeakVue波形峰值的變化趨勢，輔助以頻譜分析、自相關分析，可以對軸承故障部位和故障嚴重程度做到準確判斷，對軸承的使用壽命進行預測。PeakVue分析技術相較于速度頻譜分析具有明顯優勢，對于及時排除設備故障隱患，降低檢修成本，提高設備預知性維修具有重要作用。

［1］盛兆順等.設備狀態監測與故障診斷技術及應用［M］.北京：化學工業出版社，2003.

［2］徐英博，韓東方，朱善安.基于Peakvue技術的軸承故障檢測［J］.傳感器與微系統，2010（7）：115-117，123.

［3］李建勤，胡玉榮，胡繼輝，等.Peakvue技術在軸承故障診斷中的應用［J］.中國設備工程，2012（1）：17-19.

［4］陸晨.Peakvue技術在電機軸承故障診斷中的應用［J］.設備管理與維修，2012（3）：53-55.