振动峰值能量的测量与应用

　　　峰值能量分析技术是上世纪70年代后期为检测滚动轴承故障而开发的一种检测技术。所谓峰值能量是指滚动轴承的滚珠在滚道上因各种原因造成的冲击所引起的周期性脉动振动能量。据此设计的振动测量仪既可测量一般的振动位移、速度或加速度，又可测量振动峰值能量gSE，根据峰值能量gSE的特征，可以判断运行中的轴承是否存在某种缺陷。

　　锦州石化公司设备研究院是在1993年末开展旋转机械状态监测工作的，先后引进了美国恩泰克公司的预测维修系统以及配套的FASTTRACK和DP1500数据采集器。这些数据采集器都是集数据采集和频谱分析为一体的便携式仪器，它们除了能完成现场转机振动的位移、速度、加速度等参量的数据采集和频谱分析外，还提供了峰值能量分析的功能，供轴承、齿轮等部件故障诊断用。经过近10年的现场使用，收到了不错的效果。

　　是峰值能量信号处理过程。振动信号加速度传感器测量到振动信号频带滤波器进行过滤，滤除一些低频率的振动信号，如不平衡、不对中和机械（世界机械制造业发展四大趋势）松动等故障造成的信号。这是因为轴承故障造成的振动信号频率较高但幅值通常比上述低频振动信号的幅值低得多。不经过过滤，轴承的故障信号不易检出；高通滤波的阀值可调，例如有100，200，500，1000，2000和5000Hz可供选择。滤波后的检测信号通过一个峰峰值检波器，输出信号是一锯齿形信号波形，再进一步处理，可得到峰值能量的通频幅值和峰值能量谱。

　　滚动轴承故障的发展过程一般有4个阶段，在第一阶段，轴承故障出现在超声2060kHz，峰值能量在0.25gSE以下。第二阶段，轻微的轴承故障开始敲击出轴承的固有频率段（0.52kHz），峰值能量在0.250.5gSE之间。第三阶段，轴承出现磨损故障频率和谐波出现振动峰值能量继续增大（0.51.0gSE）.第四阶段，故障将影响1倍频分量并引起其他倍频分量例如2倍频和3倍频的增大。轴承故障频率和固有频率消失被随机振动或噪音代替，高频量和峰值能量值很大。一般情况下在第三阶段轴承就开始出现故障，为进一步判断轴承故障，分别计算出外环（BPFO），内环（BPFI），轴承保持架（FTF）和滚动体旋转（BSF）故障频率，当机组轴承处gSE谱中出现以上某一故障频率，就可知该轴承哪一部位产生故障。

　　轴承故障一般总是先出现在轴承的外环或内环上，在测检中，通常先发现轴承外环和内环故障频率处出现信号；随后出现的保持架故障的信号不在基频上，而是以边带形式或边带差频形式出现在轴承外环或内环故障频率两侧。当发生较为严重的轴承故障时，轴承外环或内环故障频率两侧会被1倍频转速频率边带族环绕；当出现轴承故障频率的谐波频率且其两侧伴有1倍频转速频率边带，则指示更为严重的损坏，应尽快更换该轴承。

　　澳大利亚堪培拉BHP钢铁公司积累了大量数据，形成了自己的gSE判断经验准则。

　　不同转速下对应的gSE峰值判断标准也不同。对于3000r/min电机，通常当峰值能量峰值小于0.6gSE时认为运行良好，而在0.62.2gSE之间认为正常，当振动峰值能量超过2.2gSE，轴承故障形成，应及时更换，防止抱轴（实测数值与测试位置和机械转速有关）.

　　给水泵功率为440kW，转速为2980r/min，电机用318单列向心滚珠轴承，有8个滚珠，根据式（1）-式（4）计算得出该轴承的4个故障频率为：内环故障频率（BPFI）246Hz，外环故障频率（BPFO）151Hz，滚动体故障频率（BSF）98Hz，保持架故障频率（FTF）18Hz.

　　对热电厂进行巡检时，测得C点轴承峰值能量谱有明显的轴承外环故障频率及其大量的谐频，光标处是轴承外环故障频率的6倍谐频，在其周围围绕着1倍频转速边带，更为严重的是1倍频转速频率及其谐频的出现（与速度谱不同，正常情况下不会出现），预示着轴承故障已经发展十分严重，随时都可能彻底失效导致停机事故。

　　停机解体检查发现，轴承外滑道表面点蚀严重，并有明显微裂纹出现，如不及时更换轴承有烧毁电机恶性事故发生的可能性。更换轴承后，故障频谱消失，电机运行恢复正常。

　　采用峰值能量技术可判断滚动体、内环、外环的工作表面的不规则损伤，如剥落、电蚀、裂纹、擦伤或滚道中进入异（包括轴承损坏失落物）和保持架的磨损偏心等。但对于轴承存在的某些缺陷（如均匀的表面磨损或腐蚀等）的判断还有局限性。

　　使用峰值能量谱进行轴承故障诊断时应注意以下几点：（1）保证始终使用同样的传感器、测量位置和固定方式，最好采用加速度传感器、螺栓或强磁座连接的固定方式；（2）峰值能量应用最多的是通过观察通频幅值读数的变化趋势来判定机器的工作状态，应注意必须是同一种机器、用同样的测量方法，才能借鉴关于幅值界限的经验值；（3）仅限滚动轴承，要注意区分非轴承内部产生的冲击振动引起的峰值能量谱线。

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