振動分析是設(shè)備故障診斷***重要***常用的方法,各種振動分析儀器采集故障設(shè)備的振動信號,通過對振動信號的波形、頻譜、相位進(jìn)行分析,診斷出設(shè)備的故障部位、類型及嚴(yán)重程度,以便據(jù)此采取相應(yīng)的措施。滾動軸承是旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備中較易損壞的部分,對其振動分析,可以診斷出軸承的運行狀況,及時采取相應(yīng)措施。

　　1 　滾動軸承振動分析

　　1. 1 　滾動軸承故障發(fā)展的4 個階段***階段,即軸承開始出現(xiàn)故障的萌芽階段,這時溫度正常,噪聲正常,振動速度總量及頻譜正常,但尖峰能量總量及頻譜有所征兆,反映軸承故障的初始階段。這時真正的軸承故障頻率出現(xiàn)在超聲段大約20～60kHz 范圍。

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　　第二階段,溫度正常,噪聲略增大,振動速度總量略增大,振動頻譜變化不明顯,但尖峰能量有大的增加,頻譜也更加突出。這時的軸承故障頻率出現(xiàn)在大約500Hz～2kHz 范圍。

　　第三階段,溫度略升***,可耳聽到噪聲,振動速度總量有大的增加,且振動速度頻譜上清晰可見軸承故障頻率及其諧波和邊帶,另振動速度頻譜上“噪聲地平”明顯升***,尖峰能量總量相比第二階段

　　變得更大、頻譜也更加突出。這時的軸承故障頻率出現(xiàn)在大約0～1kHz 范圍。建議于第三階段后期予以更換軸承,此時應(yīng)該已經(jīng)出現(xiàn)肉眼可以看到的磨損等滾動軸承故障特征。

　　第四階段,溫度明顯升***,噪聲強度明顯改變,振動速度總量和振動位移總量明顯增大,振動速度譜上軸承故障頻率開始消失,被更大的隨機的寬帶***頻“噪聲地平”取代;尖峰能量總量迅速增大,

　　并可能出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的變化。絕不能讓軸承在故障發(fā)展的第四階段中運轉(zhuǎn),否則將可能發(fā)生災(zāi)難性破壞。

　　1. 2 　滾動軸承的故障頻率

　　對應(yīng)滾動軸承的結(jié)構(gòu)組成,滾動軸承有4 種故障頻率:滾動軸承保持架故障頻率(FTF) ,滾動軸承滾動體故障頻率(BSF) ,滾動軸承外圈故障頻率(BPFO) ,滾動軸承內(nèi)圈故障頻率(BPFI) 。對于這些

　　軸承故障頻率的求取,有專門的數(shù)學(xué)計算公式,其中精確的計算公式不僅算起來比較麻煩,而且也沒太大的必要,所以一般采用估算公式:

　　滾動軸承外圈故障頻率(BPFO) ≌N(0. 5n - 1. 2)

　　滾動軸承內(nèi)圈故障頻率(BPFI) ≌N(0. 5n + 1. 2)

　　滾動軸承滾動體故障頻率(BSF) ≌N(0.2n - 1.2/ n)

　　滾動軸承保持架故障頻率(FTF) ≌N(0.5n - 1.2/ n)

　　N = 軸的轉(zhuǎn)速,n = 滾動體數(shù)目

　　注:計算頻率時要求1、滾動軸承沒有滑動;2、滑動軸承幾何尺寸沒有變化;3、軸承外環(huán)固定不旋轉(zhuǎn)。

　　不過在實際工作中計算還是比較麻煩,較方便的方法是利用專門的軟件獲取,CMXA70 振動檢測分析儀附帶的軟件SKF Microlog Analyzer 中就帶有該功能,只要輸入軸承型號及生產(chǎn)廠***等信息,就可得到對應(yīng)的各種軸承故障頻率。

　　1. 3 　尖峰能量

　　振動尖峰能量(gSE) 指的是短瞬間內(nèi)金屬碰撞和隨機振動所產(chǎn)生的通過機器的結(jié)構(gòu)外傳的振動能量,主要用于監(jiān)測診斷滾動軸承和齒輪的缺陷。

　　1. 4 　SKF CMXA70 振動分析儀

　　Microlog CMXA70 是SKF 新一代的數(shù)據(jù)采集及分析儀,可以簡易的采集設(shè)備的時域及頻譜振動信號,其***有的GE 值信號采集及分析系統(tǒng)可以發(fā)現(xiàn)軸承的早期故障,并且可以通過連續(xù)的數(shù)據(jù)采集形成設(shè)備的振動劣化趨勢圖。

　　杭鋼設(shè)備處引進(jìn)了由SKF 公司生產(chǎn)的CMX2A70 振動檢測分析儀,經(jīng)過一段時間的摸索使用,于2009 年4 月9 日對轉(zhuǎn)爐廠精煉爐除塵風(fēng)機進(jìn)行了振動檢測。

　　2 　故障實例

　　杭鋼轉(zhuǎn)爐廠3、4 號精煉爐除塵風(fēng)機2009 年4月9 日被發(fā)現(xiàn)風(fēng)機側(cè)軸承座振動異常,設(shè)備處檢測人員接到診斷通知后,在實地了解情況的基礎(chǔ)上,利用SKF CMXA70 振動檢測儀進(jìn)行振動檢測分析

　　2. 1 　風(fēng)機機組參數(shù)

　　(3A) 振動值達(dá)到18. 455mm/ s ,按照******標(biāo)準(zhǔn)GB/ T6075. 1 - 1999 ,300KW - 50MW 風(fēng)機電機振動速度值應(yīng)處于4. 5mm/ s 以下為正常運行,4. 5～7. 1mm/ s為超標(biāo)但可以繼續(xù)運行一段時間直到找到合適的停機檢查時間,超過7. 1mm/ s 以后則很可能引起機器的破壞,因此該3A 點的振動嚴(yán)重超標(biāo),而且從數(shù)據(jù)上看其它測點的的振動值都不大,結(jié)合3A 測點的振動頻譜圖如圖3。

　　其中BSF 為該點滾動軸承滾動體故障頻率,BPFO 為滾動軸承外圈故障頻率,BPFI 滾動軸承內(nèi)圈故障頻率,X為轉(zhuǎn)速頻率值。

　　從頻譜圖中看到該點振動中存在大量明顯的***頻振動分量,并未出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)速頻率的振動,其中較為明顯的波峰都與該軸承22340CC 的固有頻率及其轉(zhuǎn)速邊帶頻率相吻合,初步判斷該軸承座的振動由滾動軸承故障引起,并且其狀況已經(jīng)到了軸承磨損的第三階段。

　　2. 4 　檢修情況

　　2009 年4 月27 日,對此風(fēng)機進(jìn)行停機檢修,拆開該滾動軸承,發(fā)現(xiàn)其滾動體及內(nèi)外圈滾道存在非常嚴(yán)重的磨損、剝落情況,與診斷結(jié)論相吻合,如圖4、圖5 所示。

　　3 　結(jié)語

　　1) 振動分析是先進(jìn)的故障診斷的手段之一,通過對檢測數(shù)據(jù)和頻譜的分析,結(jié)合滾動軸承故障發(fā)展的4 個階段特征判斷滾動軸承更換周期,從而便于維修管理人員實行定點經(jīng)濟(jì)維修,縮短檢修時間,降低檢修成本。對設(shè)備的運行管理也帶來一定指導(dǎo)性,可相應(yīng)的采取一些針對措施,實施狀態(tài)控制。

　　2) 振動故障診斷命中率的提***,需要故障診斷的不斷實踐和振動分析理論素養(yǎng)的學(xué)習(xí)提***,由于振動分析工作剛剛展開,在實踐經(jīng)驗上還有很大的欠缺,當(dāng)振動分析的理論面對復(fù)雜的實際情況時,需要更多的實際案例的積累才能準(zhǔn)確的進(jìn)行故障分析。