PeakVue技术在滚动轴承故障诊断中的应用

张 军，陆 晨

（兰州石化公司设备维修公司，甘肃兰州 730060）

0 引言

设备状态监测与故障诊断技术是一种了解和掌握设备运行状态，发现设备早期故障，确定故障部位，预测故障发展趋势的技术。

滚动轴承在旋转机械中发挥着重要作用。旋转机械的故障约有30%是因滚动轴承引起[1]。因此，在设备状态监测中，及时发现并正确判断轴承故障，对于预知性维修具有重要作用。PeakVue技术能够在单位时间内收集振动波形峰值，并对此进行分析，能依靠振动信号对轴承实现无损检测。通过PeakVue技术可以检测到机械振动的异常信号，对于早期轴承故障具有敏锐的判断能力。当因金属之间相互撞击产生应力波时，会由于正常撞击与出现部件缺陷撞击产生的应力波之间的差异，依靠PeakVue进行采集，获得其峰值及出现的周期，并转换成频谱进行分析，进而推知缺陷的类型和严重情况[2]。

1 PeakVue技术简介

PeakVue是Peak Value的缩写，即峰值的意思。PeakVue是一种测量金属部件上应力波运动的分析技术。应力波的产生与冲击、摩擦、疲劳断裂、润滑故障等等有关，可以在各种部件上产生，比如滚动轴承和齿轮。应力波在机器表面传播产生波纹，对运动传感器产生一个输入响应，比如加速度传感器。应力波属于短时瞬态事件，其持续时间从微秒到几毫秒，频率范围（1～15）kHz，甚至可以扩展到 50 kHz。PeakVue信号处理过程如下。

（1）高通滤波。PeakVue技术使用高通滤波器将低频高幅值的常规振动（不平衡、不对中、松动等）滤去，保留高频的应力波信号。

（2）高频采样。PeakVue使用一个固定的采样频率102.4 kHz，此采样率与最大分析频率无关。高频采样可以捕捉和分析非常高频率的应力波，对于一些低转速设备，其应用效果也很显著。

（3）峰值抽取和全波整流。PeakVue技术将一个采样周期内采集到的所有峰值数据点进行分组对比，并且每组抽取其中的最大值作为波形的一个数据点，直至分析所需要的全部波形数据点记录完成，之后再经过全波整流，便生成了分析需要的PeakVue波形。

（4）包络检波处理及FFT。将PeakVue时域波形信号通过包络检波器，提取出周期信号，经过快速傅立叶变换（FFT）处理，得到PeakVue频谱。

2 典型案例分析

兰州石化公司炼油厂500万t/年常减压装置泵P106/1（悬臂泵，型号：EAP50K3_315，转速：2950 r/min，功率：36.1 kW，介质：常一线油，温度：200℃）在运行过程中，巡检监测人员发现其非驱动端轴承有异响，对其进行振动监测分析（图1）。从图1看出，泵非驱动端振动值为1.913 mm/s，按照ISO 10816绝对振动标准，300kW以下的中型机器，振动值≤1.12 mm/s为优 秀 ，1.12 mm/s＜振动值≤2.8 mm/s为良好，2.8 mm/s＜振动值≤7.1 mm/s为可接受，7.1 mm/s＜振动值为不可接受，需要停机。因此，按照振动速度有效值来判断，只能说明该泵整体运行良好，并不能准确判断轴承的运行状态是否良好。

图1 泵非驱动端速度频谱

图2 泵非驱动端加速度波形

从图2分析，非驱动端加速度波形存在周期性的冲击，且加速度幅值较大，说明该泵的内部结构部件有碰摩现象，可能是轴承缺陷导致，但从普通的波形中不能判断出缺陷的具体部位。

利用CSI2130的PeakVue技术，采集轴承运行过程中的应力波冲击峰值波形，将峰值波形转换为频谱，与轴承故障特征频率进行比对，便能准确判断出轴承故障部位，峰值波形还能直接反应故障严重程度。从图3看出，泵非驱动端轴承NU309E内圈故障频率BPFI=389.5Hz，及其2倍谐波频率，分别与PeakVue频谱图中的390.34 Hz，780.71 Hz线相吻合，并且在390.34Hz频率周围还存在转速频率49.77 Hz的边带，符合轴承内圈故障的频谱特征。进一步计算轴承NU309E的内圈特征频率。

图3 泵非驱动端PeakVue频谱

式中Z—— 滚动体个数

D— 轴承节径，mm

d— 滚动体平均直径，mm

∂— 接触角，0°

f—— 轴承内圈旋转频率，Hz

本例中，Z=13，D=72.5 mm，d=13.75 mm，∂=0°，f=49.77 Hz，将这些数值代入式（1），经过计算，NU309E型轴承内圈特征频率f（BPFI）约为387 Hz，与CSI轴承数据库中的NU309E型轴承内圈特征频率BPFI=389.50 Hz基本吻合。进一步判断该轴承内圈出现故障。

PeakVue技术优点之一是直接拾取金属冲击造成的脉冲峰值，并直接反映冲击大小[3]。从图4中看出，轴承冲击值（Pk+）达到了22.70 G's。对于转速为3000 r/min的转动设备，滚动轴承PeakVue波形的冲击幅值大约在30 G's左右，就能用肉眼观察到明显的故障缺陷[4]。轴承拆卸情况如图5所示，从实际拆检情况看，轴承内圈滚道表面有严重缺陷，存在明显的长条状压痕。

图4 泵非驱动端PeakVue时域图

检修后，从图6和图7看出，PeakVue频谱中轴承故障频率消失，波形中的冲击幅值明显降低，冲击值（Pk+）降低为2.65 G's，轴承运行情况良好。

图5 轴承内圈

图6 检修前后泵非驱动端PeakVue频谱对比图

图7 检修后泵非驱动端PeakVue时域图

3 结束语

PeakVue技术是一种依靠应力波及时发现滚动轴承早期故障的技术。依靠判断PeakVue波形峰值的变化趋势，辅助以频谱分析、自相关分析，可以对轴承故障部位和故障严重程度做到准确判断，对轴承的使用寿命进行预测。PeakVue分析技术相较于速度频谱分析具有明显优势，对于及时排除设备故障隐患，降低检修成本，提高设备预知性维修具有重要作用。

［1］盛兆顺等.设备状态监测与故障诊断技术及应用［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［2］徐英博，韩东方，朱善安.基于Peakvue技术的轴承故障检测［J］.传感器与微系统，2010（7）：115-117，123.

［3］李建勤，胡玉荣，胡继辉，等.Peakvue技术在轴承故障诊断中的应用［J］.中国设备工程，2012（1）：17-19.

［4］陆晨.Peakvue技术在电机轴承故障诊断中的应用［J］.设备管理与维修，2012（3）：53-55.