拆开关于轴承振动的信封

一种先进的信号 processing 技术可以帮助在早期精准定位轴承故障。Hansford Sensors 总经理 Chris Hansford 对此进行了解释。.

经验丰富的操作员通常能够根据机器的‘声音不对’来判断其是否运转不正常。利用现代电子技术，同样的原理也可以用来确定问题的确切原因。.

敏感的加速度计能够检测并分析工业设备的振动，从而找出诸如对中不良或轴承不平衡等问题。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，例如当滚道上出现微观缺陷时。问题在于，识别信号通常会被机器发出的所有其他噪声所淹没。.

过滤设备

尽早发现此类缺陷至关重要，以防止它们演变成更严重的问题。锁定目标信号并滤除‘噪声’的方法之一，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，直到轴承缺陷的信号清晰可见——从而从周围的噪声中提取出低电平、重复性的振动。.

故障轴承的未滤波波形是低频和高频的混合，没有明显的规律。第一步是应用带通滤波器，它仅隔离出感兴趣的信号所隐藏的频率。需要一些经验才知道如何选择高通和低通频率。.

经过滤波的输出将识别出重复的高频信号，尽管还需要更多步骤来精确定位轴承故障特有的信号。首先，对波形进行整流——将负半周反转为正半周——然后通过描绘整流信号的大致轮廓对其进行包络（或解调）。现在，这个‘包络’被用作真正的振动信号——有助于它从噪声中凸显出来。.

包络有助于包含规则间隔的信号，例如滚道上的单个缺陷。其他噪声成因（如轴摩擦）是随机的——因此不会产生均匀间隔的峰值。.

技术应用

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。它是基于状态的维护 (CBM) 项目成功的一个关键因素。.

虽然包络解调最常用于加速度频谱中的信号，但它也可用于改进其他测量，例如冲击脉冲。.

信号经过滤波后，便可使用数据采集器从加速度计中收集信息，供专家进行审查和解读——专家可以决定是需要立即进行维护工作，还是可以将其作为日常计划的一部分来安排。.

虽然加速度包络分析似乎是检测轴承故障的终极答案，但它不能普遍适用于所有机器。该技术用于检测涉及重复性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）都可能使机器超出其使用范围。.

成功要素

如果某个应用适合进行包络处理，有几个因素将有助于确保获得更好的结果。首先，应仔细选择用于测量低水平信号的加速度计（处于合适的频率范围内），以满足特定机器或应用的需求。.

其次，应正确安装加速度计——靠近被监测的部件，安装在平整、清洁的表面上，以确保结果的一致性。安装不当会降低可靠性，并可能使采集的数据变得多余。.

一旦安装并校准了加速度计，就应在一段时间内按常规间隔进行数据读数，以便进行准确的趋势分析。例如，这可以识别出稳步恶化的状况。.

必须理解，所提供的信息并非简单的‘是/否’答案——这需要一定的技能和经验来解读：例如，随着缺陷变得稍微光滑，病情恶化时的振幅实际上可能会随着时间的推移而减小。.

加速度包络技术的潜在益处显而易见，但仅依赖这一种技术是不明智的。将其作为更广泛监测和分析机制的一部分会有效得多，能够帮助工厂工程师保护其管辖范围内所有资产的健康、性能和生产力。.

加速度包络技术应用实况

根据全球风能理事会的数据，截至2014年底，全球有268,000台风力涡轮机投入运行，每台涡轮机平均有8,000个不同的部件。其中，很大一部分部件与传动系统有关，传动系统已被单独认定为导致停机时间延长的主要原因。特别是齿轮箱和轴承的磨损，已知会引起问题。尽管磨损往往是渐进的而非灾难性的，但它依然会导致昂贵的修理费用；就停机时间以及可能需要重型起重设备、更换齿轮箱或重新缠绕发电机线圈而言，这些费用远远超过了更换轴承或齿轮单元本身的成本。定期振动监测可以防止这些问题的发生。.

然而，典型风力涡轮机的复杂性确实给振动监测带来了挑战。例如，主涡轮机、齿轮箱和发电机通常安装有15个以上的滚动轴承，而齿轮箱包含一系列级，每级都有多个齿轮。这些部件会产生独特的振动特征，具有不同的幅值和频率，彼此之间很难隔离，并且可能会被周围系统的噪声所掩盖。.

这就是加速度包络等技术能够发挥关键作用的地方，它使振动分析师和维修工程师能够分离振动特征并识别信号状况的变化，从而指示出不断加剧的磨损。.

为了达到良好的效果，加速度包络分析需要使用多个加速度计，安装在所有关键的旋转部件上。这些部件包括主轴承、行星齿轮级、中间齿轮级和高速齿轮级、发电机（内侧和外侧轴承），以及理想状态下的机舱横向和轴向运动部件。.

在每种情况下，都有几个必须考虑的关键因素。特别是，每个加速度计必须牢固地安装在清洁且坚固的基座上，并且要尽可能靠近被监测的部件；通常使用标准的 M8 安装方式。持续收集数据也很重要，以便能够在最早阶段准确识别出运行条件或随时间变化的趋势的任何变化。.

还应指出，包络信号的频率与轴的转速直接相关。例如，在风力涡轮机传动系统中，发电机输出轴的转速可能相对较低，因此可能需要使用专用低频交流加速度计，其灵敏度在 100mV/g 到 500mV/g 之间。这些传感器通常通过硬线连接回机舱内的接线盒，然后再连接到安装在地面上的开关盒。信号既可以通过现场使用手持式数据采集器进行监测（该采集器具有能够自动计算加速度包络的软件），也可以传输至远程监测中心进行后续分析。.