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　　摘　要：簡要闡述機械故障診斷振動分析技術，利用SKF振動分析儀對除塵風機故障的診斷分析，探討振動檢測技術在各類旋轉設備故障診斷上的應用。
　　關鍵詞：振動頻譜分析；滾動軸承；故障；診斷
　　0　前言
　　振動分析是設備故障診斷Z重要Z常用的方法，各種振動分析儀器采集故障設備的振動信號，通過對振動信號的波形、頻譜、相位進行分析，診斷出設備的故障部位、類型及嚴重程度，以便據此采取相應的措施。滾動軸承是旋轉機械設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，及時采取相應措施。
　　1　滾動軸承振動分析
　　1.1 滾動軸承故障發展的4個階段
　　階段，即軸承開始出現故障的萌芽階段，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在超聲段大約20～60kHz范圍。
　　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在大約500Hz～2kHz范圍。
　　第三階段，溫度略升高，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”明顯升高，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，此時應該已經出現肉眼可以看到的磨損等滾動軸承故障特征。
　　第四階段，溫度明顯升高，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，振動速度頻譜上軸承故障頻率開始消失，被更大的隨機的寬帶高頻“噪聲地平”取代;尖峰能量總量迅速增大，并可能出現一些不穩定的變化。絕不能讓軸承在故障發展的第四階段中運轉，否則將可能發生災難性破壞。

圖1 滾動軸承典型故障發展過程

　　1.2 滾動軸承的故障頻率
　　對應滾動軸承的結構組成，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），滾動軸承內圈故障頻率（BPFI）。對于這些軸承故障頻率的求取，有專門的數學計算公式，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=軸的轉速，n=滾動體數目
　　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、軸承外環固定不旋轉。
　　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廠家等信息，就可得到對應的各種軸承故障頻率。
　　1.3 尖峰能量
　　振動尖峰能量（gSE）指的是短瞬間內金屬碰撞和隨機振動所產生的通過機器的結構外傳的振動能量，主要用于監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新一代的數據采集及分析儀，可以簡易的采集設備的時域及頻譜振動信號，其獨有的GE值信號采集及分析系統可以發現軸承的早期故障，并且可以通過連續的數據采集形成設備的振動劣化趨勢圖。
　　杭鋼設備處引進了由SKF公司生產的CMX2A70振動檢測分析儀，經過一段時間的摸索使用，于2009年4月9日對轉爐廠精煉爐除塵風機進行了振動檢測。
　　2　故障實例
　　杭鋼轉爐廠3、4號精煉爐除塵風機2009年4月9日被發現風機側軸承座振動異常，設備處檢測人員接到診斷通知后，在實地了解情況的基礎上，利用SKF CMXA70振動檢測儀進行振動檢測分析。
　　2.1 風機機組參數

表1 風機參數表

　　2.2 振動測點分布情況

圖2 風機機組測點分布情況

　　2.3 振動測量值

表2 2009年4月9日9:00振動測量值　（風機轉速約677r/min）

　　從振動測點的數據上看，風機前軸承座的軸向（3A）振動值達到18.455mm/s，按照國家標準GB/T 6075.1-1999，300KW-50MW風機電機振動速度 值應處于4.5mm/s以下為正常運行，4.5～7.1mm/s為超標但可以繼續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點的振動嚴重超標，而且從數據上看其它測點的的振動值都不大，結合3A測點的振動頻譜圖如圖3。

圖3 3A點振動的頻譜圖

　　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滾動軸承內圈故障頻率，X為轉速頻率值。
　　從頻譜圖中看到該點振動中存在大量明顯的高頻振動分量，并未出現明顯的轉速頻率的振動，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，對此風機進行停機檢修，拆開該滾動軸承，發現其滾動體及內外圈滾道存在非常嚴重的磨損、剝落情況，與診斷結論相吻合，如圖4、圖5所示。

圖4 滾動體表面磨損情況

圖5 軸承外圈滾道磨損情況

　　2009年4月28日更換風機兩側的軸承，更換以后其風機側振動恢復正常，其數據如表3。

表3 2009年4月29日振動測量值　（風機轉速約677r/min）

　　3　結語
　　1）振動分析是先進的故障診斷的手段之一，通過對檢測數據和頻譜的分析，結合滾動軸承故障發展的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濟維修，縮短檢修時間，降低檢修成本。對設備的運行管理也帶來一定指導性，可相應的采取一些針對措施，實施狀態控制。
　　2）振動故障診斷命中率的提高，需要故障診斷的不斷實踐和振動分析理論素養的學習提高，由于振動分析工作剛剛展開，在實踐經驗上還有很大的欠缺，當振動分析的理論面對復雜的實際情況時，需要更多的實際案例的積累才能準確的進行故障分析。