加速度包络技术用于检测轴承损伤
简介
在任何制造或加工厂中，机器故障都会产生严重后果。生产力和盈利能力通常会受到影响，同时还会带来健康和安全风险。然而出人意料的是，故障原因却很少被查明。相反，受损和失效的轴承往往只是被简单地更换，寄希望于它们下次能撑得久一点。.
然而，轴承不会无缘无故地失效。它们失效总是有原因的，通常归结为以下几种情况之一：机器在不平衡、不对中或临界转速下运行；轴承安装不当；润滑过多或不足；或者使用了错误的润滑剂。.
振动分析
当工业设备中出现诸如此类的问题时，会使用高灵敏度的加速度计来检测和分析振动。这项技术被称为振动分析，它能够在极早期识别出轴承故障，例如滚道上出现微观缺陷时。.
这使得能够在机器发生故障之前检测到问题，并可以采取积极主动的措施来将资产损害降到最低。不过，这种技术有一个重要的问题需要注意：识别信号通常会被机器产生的其他所有噪音所淹没。.
什么是加速度包络分析
尽早发现轴承缺陷至关重要，以防止其演变成更严重的问题，而实现这一目标的方法之一就是使用一种称为加速度包络的信号处理技术。.
它的工作原理是逐步滤除振动频谱中不需要的部分，直到可以清晰地看出轴承故障的信号。.
加速度包络技术最常用于滚动轴承系统，但也适用于电动机和齿轮箱等领域。它是状态监测维修计划成功实施的关键因素。.
如果没有加速度包络技术，维护团队和工程人员只有在总体振动加剧、润滑剂受到污染以及温度上升时，才会发现损伤和故障。到那时，失效机械部件的剩余可用寿命可能已经很短，且损伤程度可能比更早检测到故障时更为严重。.
在最坏的情况下，轴承可能会失效，导致机器在操作人员发现或解决问题之前发生故障。.
加速度包络是如何工作的
加速度包络是一个两阶段过程。.
第一步是对故障轴承未滤波波形的低频与高频混合信号应用带通滤波器。这仅隔离出包含目标信号的频率。.
过滤后的输出将识别出重复的高频信号。这些是滚动体撞击旋转轴承缺陷产生的冲击。.
该过程的第二步是将过滤后的输出通过一个包络器，该包络器通过将负向部分反转为正向来对波形进行整流，并提取能量突发脉冲的重复率。.
这个包络线现在被用作真实的振动信号，帮助它从背景噪声中脱颖而出。.
包络有助于包含规则间隔的信号（例如滚道上的单个缺陷），而其他噪声源（如轴摩擦）则是随机的，不会产生均匀间隔的峰值。.
需要注意的是，确保该过程中的步骤正确完成需要一定的经验，特别是在选择正确的高通和低通频率时。.
加速度包络技术应用实录
加速度包络技术最常用于滚动轴承系统，但也可应用于电动机和齿轮箱等领域。.
事实证明，它是状态监测维修项目成功的一个关键因素。虽然它主要用于加速度频谱信号，但也可用于改善其他测量，例如冲击脉冲。.
应用示例：风力涡轮机中的加速度包络分析
平均一台风力涡轮机拥有大约八千个不同的部件。其中，有相当一部分与传动系统有关，而传动系统已被公认为是导致设备长时间停机的主要原因。.
齿轮箱和轴承的磨损已知会引发问题并导致昂贵的维修费用。定期的振动监测可以防止这些问题的发生。.
典型风力涡轮机的复杂性给振动监测带来了挑战。主涡轮机、齿轮箱和发电机等部件会产生具有不同幅度和频率的独特振动特征，这些特征很难分离，并且可能会被周围系统产生的噪声所掩盖。.
这就是加速度包络技术发挥关键作用的地方。.
风力应用传感器的选择与安装
为了发挥有效作用，加速度计应安装在涡轮机的所有关键旋转部件上。这些部件包括主轴承、行星齿轮级、中速和高速齿轮级、发电机，以及理想情况下的机舱横向和轴向运动部件。.
应根据包络信号的频率来选择加速度计。在风力涡轮机传动系统上，特别是发电机输出轴，转速可能相对较低，可能需要灵敏度在每g一百毫伏到每g五百毫伏之间的专用低频交流加速度计。.
每个加速度计都必须牢固地安装在清洁且坚固的底座上，并尽可能靠近被监测的部件。通常使用标准的 M8 安装方式。.
应定期且持续地收集数据，以便尽早识别出运行条件的变化或随时间推移产生的趋势。.
可以使用配有能够自动计算包络加速度软件的手持式数据采集器在现场收集数据，也可以将其传输到远程监测中心进行后续分析。.
解读加速度包络数据
信号经过滤波后，可以使用数据采集器从加速度计中收集信息，并由专家进行审查。.
基于这些数据，可以决定是需要立即进行维护工作、将其作为例行计划的一部分进行安排，还是当时无需采取任何行动。.
加速度包络技术的局限性
尽管包络加速度看起来是检测轴承故障的决定性方法，但在某些情况下它可能并非最佳选择。.
该技术可以检测涉及重复金属间相互作用的故障。任何掩盖这一现象的因素（如垫片或减振器）都可能使机器超出加速度包络技术的适用范围。.
成功关键因素
如果某个应用适合进行加速度包络分析，有几个因素有助于确保获得最佳结果。.
必须根据具体应用在正确的频率范围内仔细选择加速度计。经验丰富的供应商可以协助在交流加速度计和四到二十毫安加速度计之间进行选择。.
加速度计必须正确安装，靠近被监测的部件，并安装在平坦、清洁的表面上，以确保结果的一致性。安装不良会降低可靠性，并可能使收集的数据变得多余。.
一旦安装并完成校准，应定期读取数据，以便进行准确的趋势分析。这有助于在轴承损坏恶化之前识别并处理持续恶化的状况。.
必须理解，振动数据并不能提供简单的“是”或“否”的答案，需要丰富的经验才能正确解读。在某些情况下，尽管设备恶化仍在继续，但振幅可能会随时间而减小。.
将加速度包络技术作为更广泛战略的一部分
加速包络分析的益处显而易见，但不应将其作为单一的技术来依赖。.
为了获得最可靠的结果，应将加速度包络分析作为更广泛的监测和分析制度的一部分来实施。结合本文档中的指导，它可以帮助工程师保障机器的健康状况、性能和生产力，同时防止故障和产量损失。.
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