Peakvue技术在轴承故障诊断中的应用

中国石油大港石化公司 李建勤 胡玉荣

中国石油大港油田炼达公司 胡继辉

中国石油大港油田第二矿区管理处 申 强

通过实例介绍CSI2130双通道数据采集器中的Peakvue技术以及在滚动轴承故障诊断中的应用。

滚动轴承是机器的易损件之一，据不完全统计，旋转机械的故障约有30%是因滚动轴承引起的。而滚动轴承的故障原因十分复杂，需重视其诊断工作。

Peakvue技术是近年来国外发展起来的一项新的信号采集与处理技术，它可以有效诊断滚动轴承和齿轮的早期故障。大量监测实践表明：与传统的共振解调技术相比，它具有显著的优点，能发现更多的设备问题。Peakvue是一种捕捉给定时间间隔里时域波形峰值的振动信号分析方法。当出现金属对金属的撞击时，会出现应力波。早期的疲劳剥落、齿轮和轴承缺陷、摩擦磨损和冲击等都会产生应力波。高级专利技术PeakVue正是通过采集和监测这些短暂的应力波，获得其峰值及出现的频率，并转换为频谱进行分析。在监测滚动轴承时，关注的重点是早期发现故障，并监控故障的发展情况，Peakvue技术可以检测出轴承的早期故障及轴承或齿轮的润滑状态，并可以准确地预测出故障的严重程度，跟踪Peakvue趋势就可以准确地判断出轴承故障的发展进程，也能够帮助洞察发展中的裂纹和其他的结构缺陷。

一、Peakvue技术简介

一般情况下，采样时间间隔通常由分析带宽决定，绝大多数分析仪或数据采集器的采样时间间隔为2.56fmax的倒数。Peakvue分析方法采用高速采样技术，对于高通滤波后的信号采样点数量为1×105/s。此后再对这些波形进行处理，得到Peakvue波形和频谱。

Peakvue信号处理过程如下：（1）高通滤波。应力波是短时的瞬态事件，特点是分布频带宽。加速度传感器获得的冲击信号要进行高通滤波（1kHz以上），把冲击引起的特征振动与诱发的常规振动信号分离开；（2）包络检波处理；（3）高速采样处理，得到峰值波形。对峰值波形采样并进行FFT处理，得到Peakvue波形和频谱。

相比其他轴承检测方法，Peakvue技术具有以下优点：（1）直接拾取金属冲击造成的冲击脉冲（峰值），真实反映冲击大小；（2）数字高频采样，不受采样定律限制；（3）有针对性地测试应力波信号，例如疲劳裂缝、摩擦、磨损或故障早期的冲击，运用Peakvue技术可测量频率并同时获得准确的幅值；（4）不仅故障得到预先的警告，而且故障严重程度也可以进行趋势测量；（5）Peakvue提供早期准确的检测，更加利于检修和更换的计划性，降低成本，避免停机，减少备件。

二、典型案例分析

1.强制循环热水泵电机轴承保持架故障(轴承型号6319/Z2)

测点布置图见图1。监测过程及故障现象：2009年12月10号，监测三联合强制循环热水泵P-2103/1时，发现该泵电机轴承杂音大，测试中有明显的冲击，电机远端轴承（测点1位置）的Peakvue值从之前的0.2突然长到2.5，存在明显的轴承保持架故障特征频率，如图2所示。

图1 P-2103/1测点布置简图

图2 电机远端轴承Peakvue值趋势、频谱及时域波形

由图2看出，轴承Peakvue值由12月9日的0.2突然增大到2.5，频谱图上显示19.51Hz及其倍频，经计算为轴承6319/Z2保持架故障特征频率。

监测效果：根据故障现象判断，该泵电机远端轴承保持架有损坏，建议车间停泵修理。对拆检后的轴承进行检查，发现轴承保持架已经松脱，引起轴承保持架碰磨轴承内圈，产生明显的边缘磨损卷边。与监测得到的结论一致。

2.分馏塔底泵300-P-203A电机轴承内、外滚道面故障（轴承型号6316）

测点布置图见图3。监测过程及故障现象：2009年12月31日，监测发现二联合车间分馏塔底泵300-P-203A的电机靠联轴器侧（测点2位置）的振动有明显的增长趋势，且伴有轴承杂音，泵侧振动基本无变化。

图4 泵300-P-203A电机靠联轴器侧振动趋势图

图4中，最高点为2009年12月31日振动值，2010年1月5日为电气更换润滑脂后的数值，从图中可以看出该处径向和轴向的振动变化趋势一致，换油后对振动改善不大。

图5 电机更换润滑脂前后的波形变化图

图5显示，对比电机更换润滑脂前后的时域波形，发现冲击值没有明显改善，换油后冲击仍然很大，且图形上更清晰的显示出振动冲击，排除了缺油故障。

图6、7显示轴承存在明显的故障特征频率，153Hz为该轴承的外滚道故障特征频率，244Hz为该轴承的内滚道故障特征频率。

图6 6316轴承外滚道故障特征频率

图7 6316轴承内滚道故障特征频率

监测效果：综上判断，该泵电机内侧轴承内外滚道面存在缺陷，引起电机侧振动增长，建议更换轴承。轴承拆检后，看到明显的轴承内、外滚道面故障。

3.三联合车间粗汽油泵P-2203/2泵出口端（轴承型号7314）润滑油质脏

测点布置图见图8。监测过程及故障现象：2009年12月30日，测试发现三联合车间P-2203/2泵出口端轴承（测点4位置）突然出现明显的冲击信号，Peakvue值突然增大，从0.4到0.7，冲击能量值从3突然涨到8，但振动基本无变化。

图8 P-2203/2测点布置简图

监测效果：泵侧振动无明显的变化，时域波形自相关后无明显的周期冲击信号，不存在轴承的特征频率，判断该故障可能来自于润滑故障，通知车间彻底更换润滑油，12月31日再次检测，Peakvue值恢复至0.4，保持架故障特征频率消失。证明故障为润滑不良造成的。

三、总结

对于该种技术，没有强制标准确定多大的数值视为部件失效，在实际工作中总结几点体会供参考。

（1）通过趋势变化去发现可能存在的异常。

（2）加速度时域波形中PK-PK大于6g's应注意振动情况变化。

（3）Peakvue频谱图中注意轴承特征频率成分。

（4）注意振动频谱中出现轴承特征频率成分变化。

在实际应用中，当振动频谱中出现明显的轴承特征频率成分、加速度时域波形中PK-PK大于20g's 或更高、Peakvue加速度有效值大于2.5g's时，进行轴承更换。每次拆检轴承时可见明显缺陷，实际监测中没有出现因为轴承故障引起的恶性事故。

综上所述，Peakvue是一项能及时发现早期滚动轴承故障的技术，通过监控Peakvue振动的趋势变化，就可以发现滚动轴承的早期故障。辅助之于频谱分析和自相关分析则可使故障诊断更加准确，取得较准确的诊断结果。

[1]钟秉林，黄仁.机械故障诊断学[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2]高景俊，孔胜军，张宝海，张元策.PeakVue高级专利数据技术在轴承故障诊断中的应用[J].中国设备工程，2007（11）.