加速度包絡(luò)技術(shù)在狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用探討

王永順

（中海石油技術(shù)檢測中心，天津 塘沽 300452）

近年來加速度包絡(luò)技術(shù)在狀態(tài)監(jiān)測中廣泛應(yīng)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(fā)揮了重要作用。

一、加速度包絡(luò)應(yīng)用機(jī)理

加速度包絡(luò)技術(shù)采用了放大、濾波手段增強(qiáng)調(diào)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(lì)作用產(chǎn)生的共振及其調(diào)制作用，使周期信號更加明顯。在經(jīng)過檢波或希爾伯特變換后，再解調(diào)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(diǎn)，使其與其他振動得以區(qū)分。

近年來，筆者根據(jù)包絡(luò)技術(shù)的作用機(jī)理，在除診斷軸承故障特征頻率、齒輪故障外，探討該技術(shù)在其他故障診斷中的應(yīng)用取得一定效果。如由于軸承游隙的變化，使螺桿壓縮機(jī)的螺桿之間（非嚙合傳動）、螺桿與殼體之間產(chǎn)生以工頻為主的高頻激勵(lì)振動。滾動軸承的同軸度出現(xiàn)偏差，在包絡(luò)譜中有時(shí)會出現(xiàn)工頻及其諧波（軸承部件的自振頻率受工頻的調(diào)制）。滾動軸承的滑動摩擦（滾動體、內(nèi)外環(huán)滑動）問題、滑動副之間的間隙過大、轉(zhuǎn)子系缺陷等引起的機(jī)組共振等。并使多數(shù)在實(shí)踐中得到驗(yàn)證，在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)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(luò)譜中得到反映。

二、應(yīng)用實(shí)例

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

2.加速度包絡(luò)技術(shù)在摩擦方面的應(yīng)用。摩擦是一種寬頻帶激勵(lì)，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(xù)或周期的局部摩擦?xí)?lì)傳感器或零部件產(chǎn)生共振，使摩擦故障信號放大，在加速度譜中高頻段會產(chǎn)生成簇的振動峰值，在加速度包絡(luò)譜中會產(chǎn)生地腳能量較高的特點(diǎn)，由此可判斷軸承潤滑不良。當(dāng)間斷性摩擦發(fā)展成連續(xù)摩擦后，軸承將主要以工頻為主。由共振的調(diào)制是否存在工頻信號，了解轉(zhuǎn)子系是否存在早期磨損。而只有當(dāng)摩擦較嚴(yán)重時(shí)，才能夠在低頻段顯示出來。某電機(jī)軸承潤滑不良與潤滑良好時(shí)的頻譜圖見圖2，通過補(bǔ)充潤滑脂后，頻譜發(fā)生了較大變化。

某真空泵葉輪與端板發(fā)生摩擦?xí)r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(xiàn)跑圈或軸承滾動體出現(xiàn)滑行運(yùn)動狀態(tài)，在加速度包絡(luò)譜中將有工頻產(chǎn)生并伴有一定的地腳能量。某臺電機(jī)軸承發(fā)生跑外圈現(xiàn)象的頻譜圖見圖4。

3.加速度包絡(luò)值診斷軸承松動沖擊。在一些加速度包絡(luò)譜中往往會出現(xiàn)這樣的情況，地腳能量很高，但其潤滑狀態(tài)良好，沒有出現(xiàn)常見的缺油現(xiàn)象。這時(shí)一般和軸承松動沖擊或軸承所受載荷較大有關(guān)。軸承松動沖擊是指因軸承內(nèi)部或外部松動，配合間隙過大，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受回轉(zhuǎn)機(jī)件不平衡力或其他振動的激勵(lì)迫使軸承發(fā)生的振動沖擊。游隙過大時(shí)由于負(fù)荷區(qū)滾道接觸的滾動體數(shù)量減少，軸承的應(yīng)力集中。卸載的滾動體經(jīng)過的弧增加，在保持架和保持架槽上會產(chǎn)生額外的負(fù)荷，另外卸載區(qū)滾動體作用在滾道的負(fù)荷會減小，若小于軸承要求的最小負(fù)荷時(shí)就會產(chǎn)生滑動摩擦的現(xiàn)象。這種狀態(tài)會使軸承磨損速度加快，軸承間隙更大。某電機(jī)軸承因長時(shí)間運(yùn)行，軸承磨損，軸承游隙增大，頻譜特征上表現(xiàn)為較高的地腳能量，通過補(bǔ)充潤滑脂，頻譜中并無明顯變化（圖5）。

4.加速度包絡(luò)技術(shù)診斷泵氣蝕或工況不穩(wěn)造成的振動沖擊。某臺離心泵發(fā)生氣蝕時(shí)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(shè)備發(fā)生氣蝕情況下葉片頻率不會出現(xiàn)，只是以較高地腳能量為主。此時(shí)借助對速度頻譜的分析，能夠?qū)收线M(jìn)行更準(zhǔn)確的判斷。