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前 言

當(dāng)泵專業(yè)人員討論基于狀態(tài)的維護(hù)（CBM）或預(yù)測性維護(hù)（PdM）時(shí)，通常會(huì)想到振動(dòng)監(jiān)測。雖然振動(dòng)監(jiān)測可能是一個(gè)熱門的討論話題，但它可以說是目前人們最不了解的PdM技術(shù)。這是一門復(fù)雜的科學(xué)，由于關(guān)注工具而不是使用工具的根本原因，它變得更加復(fù)雜。

圍繞振動(dòng)監(jiān)測的許多討論都集中在不同的技術(shù)可以提供什么和不能提供什么，而忽略了一個(gè)可以改善旋轉(zhuǎn)設(shè)備動(dòng)態(tài)狀況的全面維護(hù)計(jì)劃的重要性。

在與有興趣啟動(dòng)振動(dòng)監(jiān)測計(jì)劃的泵專業(yè)人員會(huì)面時(shí)，我首先要問以下問題：你獲得振動(dòng)監(jiān)測計(jì)劃背后的動(dòng)機(jī)是什么？你希望這種PdM技術(shù)能完成什么任務(wù)？

我很樂意聽到人們說：“我想監(jiān)測我的旋轉(zhuǎn)設(shè)備的動(dòng)態(tài)狀況，并隨著時(shí)間的推移改善機(jī)器的整體狀況。這將通過最大限度地降低故障的概率來提高我的預(yù)期。這是對良好維護(hù)實(shí)踐的投資。”

相反，這是我經(jīng)常聽到的：“我想找到壞的軸承”。

少數(shù)給出第一個(gè)答案的人可能具有一種預(yù)防或減輕故障的管理機(jī)制。那些給出第二個(gè)答案的人通常處于被動(dòng)狀態(tài)。在這一點(diǎn)上，他們并不希望防止故障或延長使用壽命；他們只是想圍繞設(shè)備故障制定一個(gè)時(shí)間表。

第二個(gè)答案背后的態(tài)度在國際范圍內(nèi)占主導(dǎo)地位，跨越了所有行業(yè)的學(xué)科。

當(dāng)CBM/PdM監(jiān)測目標(biāo)是基于故障時(shí)，該技術(shù)只能提供部分好處。由于檢測故障的目標(biāo)有限，運(yùn)營商只能通過管理生產(chǎn)中斷來維持盈利能力。換言之，一個(gè)設(shè)施仍然有相同數(shù)量的停機(jī)，唯一的好處是減少了計(jì)劃外事件。

然而，將故障預(yù)防作為一項(xiàng)業(yè)務(wù)目標(biāo)，可以延長使用壽命，并使設(shè)施能夠減少停機(jī)數(shù)量。這一目標(biāo)提高了盈利能力。

無論設(shè)施的目標(biāo)是故障預(yù)防還是故障檢測，了解以下振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的分類可以幫助用戶在監(jiān)測設(shè)備和培訓(xùn)方面節(jié)省大量資金。這使設(shè)施能夠?qū)⑵滟Y源集中在制定有組織的和有效的維護(hù)計(jì)劃上。

請注意，以下討論的重點(diǎn)是使用滾動(dòng)元件軸承的設(shè)備以及在軸承箱處測量振動(dòng)的情況。這種討論并不適用于使用套筒式軸承（即滑動(dòng)軸承）的機(jī)器，其中軸振動(dòng)通常使用趨近式探頭直接測量。

雖然軸承類型和測量位置因應(yīng)用而異，但關(guān)于測量技術(shù)的討論通常仍然適用。

振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)分為兩個(gè)基本頻率范圍：低頻和高頻。

該頻譜范圍用于確定設(shè)備狀況。具體來說，在這個(gè)范圍內(nèi)確定了對中、平衡和結(jié)構(gòu)缺陷（包括共振）。這些情況會(huì)縮短軸承壽命、導(dǎo)致軸承箱變形/出現(xiàn)裂紋，并引起人體工程學(xué)問題。

一般來說，在機(jī)器使用壽命的早期（例如，在啟動(dòng)或驗(yàn)收時(shí)，在安裝后）完成該頻率范圍內(nèi)的全面頻譜分析。任何糾正的缺陷都被認(rèn)為是一次性的努力。

在對機(jī)器或其相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行大修和改造后，應(yīng)每半年完成一次全面的快速檢查【峰值或均方根（RMS）信號振幅，通常稱為寬帶或（濾波器）濾出】。此任務(wù)確保任何材料變化不會(huì)無意中引起振動(dòng)問題。只有在檢測到總體上有較大的振動(dòng)時(shí)，才需要重復(fù)進(jìn)行徹底或全面的頻譜分析。

有幾種技術(shù)是專門針對這個(gè)頻率范圍的。兩種主要的商業(yè)技術(shù)是沖擊脈沖和高頻包絡(luò)（信號解調(diào)）。兩者都是基于脈沖理論的。簡單地說，脈沖理論著眼于由時(shí)域中的單個(gè)脈沖引起的無限頻率范圍內(nèi)的恒定振幅。

使用這些技術(shù)監(jiān)測這一頻譜范圍是專門用于識(shí)別滾動(dòng)元件軸承缺陷的，在某些情況下，可能適用于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)故障。根據(jù)所使用的技術(shù)，軸承故障最早可以在發(fā)出實(shí)際聲音指示前12個(gè)月檢測到。

沖擊脈沖和簡單的包絡(luò)振幅監(jiān)測易于教學(xué)，與正式的潤滑程序配合良好，并適合大多數(shù)自主維護(hù)工作。至少應(yīng)每月使用其中一種技術(shù)來評估軸承狀況一次。

下一個(gè)需要理解的重要概念是可以在這些頻率范圍內(nèi)進(jìn)行監(jiān)測的不同類型的設(shè)備。

對于低頻監(jiān)測，有兩種基本選擇：數(shù)字設(shè)備或模擬設(shè)備。在成本、培訓(xùn)和使用每種工具所需的經(jīng)驗(yàn)方面都有很大的差異。

還應(yīng)注意的是，大多數(shù)現(xiàn)有的與振動(dòng)相關(guān)的國家和國際共識(shí)標(biāo)準(zhǔn)（ISO、ASME、ANSI、AMCA、HI、API）有助于定義工廠和現(xiàn)場驗(yàn)收以及性能標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)都基于模擬設(shè)備的使用。許多標(biāo)準(zhǔn)從來都不是為數(shù)字世界編寫或設(shè)計(jì)的。

模擬振動(dòng)計(jì)是一種低頻振動(dòng)測量裝置，基本上是一種簡單的電壓表，設(shè)計(jì)用于監(jiān)測廉價(jià)加速度計(jì)的輸出。該儀表使用運(yùn)算放大器將加速度與速度（第一次積分）和位移（第二次積分）進(jìn)行積分。

這些儀表通常提供峰值、峰-峰和RMS值。通過使用一個(gè)簡單的低通濾波器，頻率范圍被限制在1至2 kHz。

其中一些基于模擬的儀表可能包括用于高頻監(jiān)測的信號調(diào)節(jié)。這種儀表基于其電路簡單和有限的顯示選項(xiàng)，價(jià)格低廉，易于訓(xùn)練。

數(shù)字振動(dòng)分析儀是一種計(jì)算裝置，它將模擬交流信號數(shù)字化，然后通過軟件或固件提供該交流信號（時(shí)域）的可視化再現(xiàn)。通過快速傅立葉變換（FFT）算法，該設(shè)備提供在所選帶寬（頻域）內(nèi)頻率的可視化表示。該裝置可編程為提供峰值、峰-峰和RMS總值，并計(jì)算加速度、位移和速度之間的轉(zhuǎn)換。

這種數(shù)字振動(dòng)分析儀可以與各種輸入設(shè)備一起使用，幾乎可以與任何交流電壓輸入一起使用。其中一些分析儀包括信號解調(diào)（包絡(luò)）電路。

換句話說，該裝置可以包括模擬高通或帶通濾波器加上整流電路作為用于高頻監(jiān)測的交流信號調(diào)節(jié)器。

這種類型的儀表，基于數(shù)字化信號、處理器、存儲(chǔ)器、顯示器和通常的專有固件的聲卡，價(jià)格昂貴，可能是模擬設(shè)備價(jià)格的10倍。此外，任何相關(guān)的軟件通常都是授權(quán)給每個(gè)用戶的。

這些儀表還需要進(jìn)行專門的訓(xùn)練（至少40小時(shí)）和許多小時(shí)的經(jīng)驗(yàn)。

高頻儀表的兩種變體是沖擊脈沖裝置和包絡(luò)裝置。

沖擊脈沖裝置基本上是一種測量寬帶背景噪聲的模擬電壓表。通過機(jī)械調(diào)諧的加速度計(jì)（安裝在彈簧上的加速度計(jì)），該儀表還可以測量軸承中球與滾道沖擊（脈沖）引起的電壓峰值。

脈沖提高了整個(gè)頻譜的噪聲基線（固有的噪聲水平），激勵(lì)加速度計(jì)組件產(chǎn)生共振，并給出瞬時(shí)更高的電壓指示。

加速度計(jì)組件的共振頻率約為32 kHz，遠(yuǎn)高于一般設(shè)備運(yùn)行的噪聲（振動(dòng)）基線。

包絡(luò)裝置是一種基于AM無線電技術(shù)的高頻解調(diào)裝置。

該裝置是一個(gè)基本的模擬電壓表，用于測量來自標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)的交流信號。

模擬信號通過高通濾波器和整流器進(jìn)行處理。通常，這些裝置上的高通濾波器只允許監(jiān)測5kHz以上的頻率。

來自滾珠撞擊的噪聲被過濾、放大并作為電壓幅值測量。與沖擊脈沖裝置一樣，濾波后的頻率范圍遠(yuǎn)高于一般設(shè)備運(yùn)行的噪聲（振動(dòng)）基線。

隨著信號幅度的增加，一般軸承狀況和噪聲（電壓）之間可以假設(shè)存在相關(guān)性。

基于電路簡單和有限的顯示選項(xiàng)，沖擊脈沖和包絡(luò)裝置都很便宜（價(jià)格與模擬振動(dòng)計(jì)相似），并且易于訓(xùn)練。

雖然這些概述也有例外，但所列出的通常是手持和安裝監(jiān)控技術(shù)方面可用的裝置。

表1：振動(dòng)技術(shù)總結(jié)

對于那些開發(fā)振動(dòng)監(jiān)測程序的人來說， 17,500美元的單用戶許可證鍍鉻數(shù)字分析儀可能不是最好的選擇。相反，一個(gè)1,700美元的低頻模擬儀表和1,700美元的高頻軸承檢查器可能是更好的初始投資。

要啟動(dòng)一個(gè)項(xiàng)目，使用關(guān)鍵業(yè)務(wù)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，并使用Excel工作簿對數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢分析并沒有錯(cuò)。

對于那些堅(jiān)持一個(gè)程序來“發(fā)現(xiàn)壞軸承”的人來說，兩到三個(gè)高頻軸承檢查儀，對整個(gè)維護(hù)人員進(jìn)行四個(gè)小時(shí)的培訓(xùn)，以及一個(gè)Excel工作簿來存檔數(shù)據(jù)，這就是你所需要的 - 一個(gè)開放的（多用戶）軸承故障檢測PdM程序，價(jià)格不到5,000美元，這不到一個(gè)數(shù)字分析儀成本的三分之一。

雖然振動(dòng)監(jiān)測應(yīng)該不僅僅是“發(fā)現(xiàn)壞軸承”，但這個(gè)例子表明，越多并不總是越好。無論您的總體維護(hù)目標(biāo)是什么，對可用技術(shù)的基本了解可以幫助您的設(shè)施提高利潤。

致力于改善旋轉(zhuǎn)設(shè)備的狀況，并實(shí)施有效的預(yù)測性維護(hù)計(jì)劃，是實(shí)現(xiàn)最大節(jié)約的必要條件。