融合兩種分析技術提高故障診斷準確率

摘要：本文主要介紹在狀態監測中將融合兩種分析技術提高故障分析準確率，為今后在該領域進一步探索打下堅實的基礎，具有一定的指導意義。

關鍵詞：沖擊脈沖技術；頻譜分析技術

1 前言

頻譜分析技術是故障診斷中最常用、最直觀的分析手段，由譜圖的變化規律及故障頻率即可診斷一般性故障類型。沖擊脈沖技術是由瑞典SPM公司在上世紀70年代最先提出的一套系統監測方法，專門用于滾動軸承的運行狀態監測，簡稱SPM技術，該方法通過采集運轉狀態下滾動軸承產生的沖擊脈沖量，可以定量判斷滾動軸承的滾道狀況和潤滑油膜厚度，給出軸承運行狀態的綠、黃、紅區和軸承損壞時的劣化趨勢，并可診斷軸承的安裝情況以及判別是否有高頻干擾等故障，該方法已在世界各國工業領域取得廣泛應用。幾年來，我們經過現場監測診斷案例總結，認為只有把兩種分析技術融合，才能提高故障準確率。

2 頻譜分析技術的基本原理

頻譜分析（也稱頻率分析）是頻率領域內信號分析的基礎，它是將復雜的信號分解為簡單信號的疊加，通過傅里葉變換，可以將復雜信號分解為有限或無限個頻率的簡諧分量；也就是將一個組合振動分解為它的各個頻率分量.把各次諧波按其頻率大小從低到高排列起來就成了頻譜。

3 沖擊脈沖技術的基本原理

我們知道，滾動軸承的滾動體與滾道表面并不是絕對光滑的，在軸承轉動時，\"粗糙\"的表面使兩者之間的潤滑油產生波動并對外滾道產生強度較小、但頻率較高的沖擊，同時，滾動體滾過某一位置時則會產生一個相對強度較大、但頻率較低的沖擊，這種沖擊會隨著滾動體或滾道表面產生的缺陷而明顯增大，這好比用一個錘子以很低的頻率敲擊一口鐘，鐘發出的聲波是以它的固有頻率振動，而幅值逐漸衰減下去，沖擊脈沖法就是采用特殊的振動傳感器，將以上信號放大后加以采集，經過分析處理后確定滾動軸承的運行狀態。

4 融合兩種分析技術特點

沖擊脈沖技術廣義上屬于振動監測技術的領域，但與狹義的振動頻譜分析法相比在信號分析、評價標準上則有本質的區別。兩者相比沖擊脈沖技術的兩個顯著特點是：高頻振動特性和信號的衷減性。才使SPM技術在許多應用場合顯現出獨特的優勢。

沖擊脈沖A30選用的加速度傳感器與其頻譜分析它加速度傳感器不同，它不是選用線性頻段（通常小于20KHz）而是選用32K Hz的諧振頻段。在32 K Hz上高頻沖擊與傳感器產生諧振，高頻分量被放大，而低頻分量則被自動濾除的特點。

在齒輪箱的監測中，由于多個軸承和齒輪在同一個齒輪箱內，各部件之間振動信號的疊加，以及各部件特征頻率的接近，造成在頻譜上無法確區分，特別是輸入軸和輸出軸轉速相差不大時，更加難以判斷，而用沖擊脈沖法的衰減性，可以解決這一問題。在軸承隔板支撐上最靠近軸承承載區的位置安裝傳感器，使此軸承的信號被放大采集，而其它部件的沖擊經過衰減后對采集信號影響較小，從而確定故障。

我們在高溫水泵監測中，氣蝕現象經常發生且造成的危害較大，同時氣蝕產生的高頻信號與軸承的沖擊脈沖量十分接近，容易誤診，區分氣蝕和軸承故障的有效方法，用耳機確認沖擊脈沖的波形。當探頭傳感器若

測得的高頻量在接近軸承位置較大，而泵殼體處較小，可判為軸承故障，反之則為氣蝕的高頻干擾。

5 融合兩種技術的現場分析實例

實例一例如：硫銨裝置P917A熱風機，轉速2390RPM，功率18.5KW，該風機振值上升較快，用VM63測得振值風機前水平0.42cm/s ，前垂直0.56cm/s，為不滿意狀態。從頻譜圖上分析除基頻分量外，還有很大的倍頻分量，特別是3-10倍頻，存在松動故障，可能原因有軸承故障和對輪膠圈故障。我們又利用滾動軸承的沖擊脈沖A30儀器進行監測結果為：CODE 表述為A、良好狀態。LUB值為4、潤滑良好，排除了軸承故障。最后綜合分析為對輪膠圈故障。停機后檢修發現對輪膠圈老化，驗證分析的準確性。檢修前頻譜圖見圖1：

實例二例如：丁辛醇裝置D3241A循環泵，轉速1440RPM，功率15KW，前軸承型號為：7311B，周檢中發現該泵雜音很大，本周監測數據與上周監測數據相比振值泵前水平增長0.06cm/s ，前垂直0.12cm/s。立即采集頻譜分析，從頻譜圖上我們所需要的監測信號受到噪聲的干擾而湮沒其中，因此不能獲得完整清晰的頻譜圖象，分析可能存在軸承故障。用沖擊脈沖檢測：CODE表述D為紅區，COND為 35，有損壞趨勢。經過耳機判定沖擊脈沖產生的源頭，前軸承處分貝沖擊值為62dbsv ，而殼體處分貝沖擊值為42dbsv，說明是脈沖源頭在軸承箱，綜合分析為軸承故障。停機檢修發現前軸承內圈有一處點蝕，四個滾動體有剝落坑。分析與檢修一致。檢修前頻譜圖見圖2：

實例三例如：丙烯腈裝置P107B為T-101上段循環泵，轉速1488RPM，功率85.6KW，前后軸承型號為：6313，葉輪形式：閉式，葉輪片數：5片。周檢中發現該泵振值有上升趨勢，本周監測數據為0.46cm/s ，前垂直0.32cm/s，狀態為亞健康。立即采集頻譜分析，從頻譜圖上高頻區域有峰群生出，表明有疲勞成分，分析可能存在軸承故障。用沖擊脈沖檢測：CODE表述D為紅區，狀態代碼COND為 28，表明軸承開始有損壞趨勢。綜合分析為軸承故障。停機檢修發現前軸承內外圈有各一處剝落坑。分析與檢修一致。檢修前頻譜圖見圖3：

6 采用兩種分析方法提高了診斷的準確率

通過上面的實例中可以看到，在進行振動診斷時，采用各種信號分析技術的綜合運用，充分提取故障特征，把容易混淆的故障區分開來，為確診故障提供了準確的信息。頻譜分析作為振動分析的經典方法，在故障診斷中有廣泛的應用；但是，它也存在某些不可隱晦的缺陷，在故障診斷中的作用仍然是有限的。有時，僅靠頻譜分析難以作出確切的判斷，甚至有可能造成誤判。我們利用沖擊脈沖技術和頻譜分析技術的綜合應用，取得良好效果，提高了診斷的準確率，為分析運轉設備故障原因提供了有力依據。