本文討論了1,250噸（4,400千瓦）空調(diào)冷水機(jī)組外部軸承缺陷的一個(gè)例子。使用現(xiàn)成的便攜式振動(dòng)分析硬件和軟件檢測缺陷。該機(jī)器是單級離心壓縮機(jī)，在電機(jī)自由端帶有滾動(dòng)元件推力軸承，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)端帶有套筒軸承。本文討論了使用振動(dòng)譜作為軸承狀況指標(biāo)來診斷和趨勢軸承缺陷的方法。所涵蓋的診斷方法普遍適用于具有滾動(dòng)軸承的其他類型的機(jī)器（泵，風(fēng)扇，齒輪）。

振動(dòng)分析工具
在過去的25年中，用于測量振動(dòng)的工具得到了顯著改善。工業(yè)機(jī)械上大多數(shù)振動(dòng)數(shù)據(jù)采集的***選傳感器是加速度計(jì)。顧名思義，輸出與加速度成正比; 但是，它通常被集成為以速度為單位顯示。使用圖2中所示的三軸加速度計(jì)簇收集該案例歷史中顯示的所有數(shù)據(jù)。

圖1.冷卻器顯示電機(jī)軸承座上的振動(dòng)測試位置。

圖2.三軸加速度計(jì)組（左圖）的示意圖，其安裝在青銅盤安裝墊（右下）上。該集群包含三個(gè)加速度計(jì)，每個(gè)加速度計(jì)與其他加速度計(jì)相互垂直。使用條形碼激活振動(dòng)數(shù)據(jù)采集，條形碼自動(dòng)設(shè)置數(shù)據(jù)采集器，收集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

凹口安裝墊剛性地粘附到電機(jī)軸承殼體上，三軸組件安裝在螺栓上，允許同時(shí)收集所有三個(gè)軸。條形碼和安裝配置允許每次收集準(zhǔn)確且可重復(fù)的數(shù)據(jù)，而不管進(jìn)行數(shù)據(jù)收集的人員的技能如何。只要測試條件相對一致，如果機(jī)械條件保持不變，測試數(shù)據(jù)也應(yīng)該是一致的。

振動(dòng)分析員使用的信號處理技術(shù)根據(jù)所需的細(xì)節(jié)水平而變化。在例行預(yù)測性維護(hù)程序中，通常收集兩種類型的數(shù)據(jù)。

總體水平：總體水平是在很寬的頻率范圍內(nèi)的總振動(dòng)幅度的度量。整體振動(dòng)測量，也稱為寬帶水平，是一種相對容易且收集，處理，分析和趨勢便宜的單一值。

窄帶：使用快速傅里葉變換（FFT）算法，振動(dòng)信號被分解為多個(gè)離散頻率，并顯示為幅度與頻率的二維頻譜圖。在該案例歷史中示出的所有三軸光譜具有800線分辨率的頻率標(biāo)度。換句話說，每個(gè)光譜由800個(gè)單***的峰組成，這些峰定義了特定頻率的幅度。

振動(dòng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)
1,250噸（4400千瓦）冷水機(jī)組的可接受振動(dòng)水平是多少？冷水機(jī)制造商使用0.25英寸/秒（峰值）的通過/失敗寬帶規(guī)格。振動(dòng)公差或規(guī)格通常表示為絕對或相對標(biāo)準(zhǔn)。表1中總結(jié)的IRD通用機(jī)械振動(dòng)嚴(yán)重性圖表是絕對標(biāo)準(zhǔn)的***常見示例，對于機(jī)器上沒有任何歷史數(shù)據(jù)的工程師來說是一個(gè)很好的指南。機(jī)械狀態(tài)的每個(gè)增量由振動(dòng)速度的因子2的變化表示。第三列提供了英寸/秒（峰值）與常用的速度分貝對數(shù)單位（VdB）之間的簡單轉(zhuǎn)換。請注意，6 dB也表示變化兩倍， 

表1. IRD通用機(jī)械振動(dòng)嚴(yán)重性圖表是對通過/失敗標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)，例如冷卻器制造商使用的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗峁┝藵u變的機(jī)器狀態(tài)。圖表中的公差適用于1.6到1667赫茲之間的頻率，適用于大多數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械。

雖然絕對標(biāo)準(zhǔn)適用于驗(yàn)收測試，但需要更敏感的標(biāo)準(zhǔn)來作為預(yù)測性維護(hù)計(jì)劃的一部分進(jìn)行準(zhǔn)確診斷。如果您的目標(biāo)是準(zhǔn)確診斷機(jī)器健康狀況，則相對標(biāo)準(zhǔn)***佳。通過平均在幾臺(tái)相同機(jī)器上進(jìn)行的振動(dòng)測量來定義相對標(biāo)準(zhǔn)，所有這些都在類似的操作條件下進(jìn)行測 對于這種情況歷史，通過平均來自12個(gè)相同冷卻器的光譜測量值來構(gòu)建驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

將青銅盤安裝墊安裝在每臺(tái)機(jī)器的相同位置，并且在冷卻器以約80％額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)收集數(shù)據(jù)。在手動(dòng)檢查數(shù)據(jù)后，測試光譜被發(fā)展成平均基線光譜數(shù)據(jù)，因此每個(gè)測試顯示機(jī)器處于相當(dāng)好的狀態(tài)。由于樣品中機(jī)器之間測試數(shù)據(jù)的變化，計(jì)算了標(biāo)準(zhǔn)偏差（sigma）。

然后，計(jì)算平均加一西格瑪光譜掩模。據(jù)統(tǒng)計(jì)，大約85％的振動(dòng)幅度應(yīng)低于平均值加上一個(gè)西格瑪面罩。與供應(yīng)商定義的通過/未通過標(biāo)準(zhǔn)或絕對標(biāo)準(zhǔn)（如IRD圖表）不同，相對標(biāo)準(zhǔn)允許機(jī)器本身定義可接受的內(nèi)容。圖3是在該案例歷史中使用的相對接受標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)軸的示例。圖4顯示了低和***范圍數(shù)據(jù)的所有三個(gè)軸的平均和平均加西格瑪水平。如果800線譜中的一個(gè)或多個(gè)峰超過平均加西格瑪振幅標(biāo)準(zhǔn)，則僅這一事實(shí)并不表示存在嚴(yán)重問題（參見診斷策略部分）。
 

圖3.通過對來自12個(gè)相同冷卻器的光譜進(jìn)行平均，專門針對1,250噸冷水機(jī)生成相對驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。顯示的平均值（藍(lán)色底部光譜）和平均值加上一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差（紅??色頂部光譜）標(biāo)準(zhǔn)是徑向軸。IRD嚴(yán)重程度圖標(biāo)準(zhǔn)被疊加用于比較。

圖4.來自兩個(gè)***立設(shè)施的平均基線數(shù)據(jù)：植物A（前6個(gè)光譜）和植物B（后6個(gè)光譜）。每個(gè)工廠有18個(gè)相同的模型冷水機(jī)組。Plant B數(shù)據(jù)的運(yùn)行速度反映了不同的平均運(yùn)行速度（2,982 rpm），這反映了歐洲常見的50 Hz輸入線路頻率。這個(gè)平均值和平均加西格瑪數(shù)據(jù)來自自由端電機(jī)軸承。

抗摩擦軸承問題
軸承問題是振動(dòng)分析程序診斷出的一些***常見的故障類型。在早期階段，有缺陷的軸承會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)分量，其頻率不是軸轉(zhuǎn)速的倍數(shù)。這些非同步頻率的精確值基于軸承幾何形狀。如果比賽和滾子尺寸已知，則可以計(jì)算它們。在實(shí)踐中，大多數(shù)設(shè)施工程師沒有記錄機(jī)械中軸承的制造商和型號，因此必須依靠其他方法來確定軸承頻率。用于確定軸承音頻率的近似值的一組規(guī)則如下：

球通過頻率外圈（BPFO）
=滾子數(shù)＃軸速度x 0.4

球通過頻率內(nèi)圈（BPFI）
=滾子數(shù)＃軸速度x 0.6

基本列車頻率（FTF）
=速度x 0.4 

冷水機(jī)制造商表示，這種情況下的滾珠軸承是SKF 7318.軸承表確認(rèn)4.9xM和7.1xM分別是外球和內(nèi)球通過頻率。這些頻率表示為順序，其中后綴“xM”表示“乘以電機(jī)軸轉(zhuǎn)速”。從頻率和經(jīng)驗(yàn)法則來看，很明顯這個(gè)軸承有12個(gè)滾動(dòng)元件。

隨著這些球通頻率峰值的諧波（整數(shù)倍）出現(xiàn)在振動(dòng)頻譜中，滾珠軸承磨損變得越來越明顯。根據(jù)缺陷的性質(zhì)，軸承音或其諧波周圍也可能存在***的1xM邊帶。極端軸承磨損在***范圍光譜中產(chǎn)生異常***的噪聲基底，在軸旋轉(zhuǎn)速率（70xM至100xM）的約70至100倍之間。

常用的診斷策略
在使用振動(dòng)分析評估軸承磨損時(shí)，需要采用一致的方法來收集和分析數(shù)據(jù)。寬帶振動(dòng)計(jì)通常直到后期階段才能檢測到軸承磨損。因此，維護(hù)技術(shù)人員幾乎沒有警告計(jì)劃維修，并且存在災(zāi)難性故障的風(fēng)險(xiǎn)。依賴于諸如沖擊脈沖或超聲能量之類的***頻現(xiàn)象的診斷技術(shù)在軸承磨損的早期檢測中非常有效。然而，它們通常缺乏檢測在較低頻率下振動(dòng)表現(xiàn)出來的許多機(jī)械故障的能力。使用相對驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的三軸窄帶光譜分析可以準(zhǔn)確地提供軸承缺陷的早期預(yù)警。它還可用于診斷各種其他機(jī)械問題，如不平衡，不對中，葉輪間隙問題，松動(dòng)和共振。在這種情況下，使用第三種技術(shù)。

分析所需的窄帶數(shù)據(jù)包括在軸承殼體的剛性部分上的單個(gè)點(diǎn)處測量的兩個(gè)頻率范圍的***分辨率（800線）三軸光譜數(shù)據(jù)。低頻數(shù)據(jù)通常為軸速的0到10階，其中基本軸承音很容易看到。***范圍數(shù)據(jù)通常為0到100個(gè)軸速度，其中可以看到軸承音諧波和***頻噪聲基底。雖然這對于單個(gè)位置來說似乎是一種過度的數(shù)據(jù)，但是安裝方法和條形碼允許簡單有效的數(shù)據(jù)收集。此外，在PC上處理數(shù)據(jù)是快速且自動(dòng)的。

如大多數(shù)基本振動(dòng)分析課程所述，軸承缺陷的窄帶故障模型包括以下四個(gè)條件：

1. 具有非同步基頻的諧波系列峰值。
2. （1）中任何峰值周圍的1xM和/或基本列車頻率（FTF）邊帶。
3. 增加了***頻噪聲基底的幅度。
4. 諧波系列軸轉(zhuǎn)動(dòng)率過大引起軸承松動(dòng)。

振動(dòng)分析（人與計(jì)算機(jī)）
準(zhǔn)確診斷軸承缺陷所需的大量窄帶數(shù)據(jù)要求所有常規(guī)數(shù)據(jù)減少和邏輯功能都由具有專***系統(tǒng)的個(gè)人計(jì)算機(jī)完成。對于人類分析師來說，完成計(jì)算機(jī)可以在幾秒鐘內(nèi)完成的所有日常任務(wù)并非經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。***步是相對于軸轉(zhuǎn)速對光譜進(jìn)行歸一化。下一步是提取主要強(qiáng)迫頻率和測試數(shù)據(jù)中其他峰值的幅度。第三步是使用前面描述的故障模型來識別軸承缺陷的模式。***后一步是確定軸承缺陷的嚴(yán)重程度，因?yàn)槟Ｊ酱嬖凇?/font>