前 言

当泵专业人员讨论基于状态的维护（CBM）或预测性维护（PdM）时，通常会想到振动监测。虽然振动监测可能是一个热门的讨论话题，但它可以说是目前人们最不了解的PdM技术。这是一门复杂的科学，由于关注工具而不是使用工具的根本原因，它变得更加复杂。

围绕振动监测的许多讨论都集中在不同的技术可以提供什么和不能提供什么，而忽略了一个可以改善旋转设备动态状况的全面维护计划的重要性。

在与有兴趣启动振动监测计划的泵专业人员会面时，我首先要问以下问题：你获得振动监测计划背后的动机是什么？你希望这种PdM技术能完成什么任务？

我很乐意听到人们说：“我想监测我的旋转设备的动态状况，并随着时间的推移改善机器的整体状况。这将通过最大限度地降低故障的概率来提高我的预期。这是对良好维护实践的投资。”

相反，这是我经常听到的：“我想找到坏的轴承”。

少数给出第一个答案的人可能具有一种预防或减轻故障的管理机制。那些给出第二个答案的人通常处于被动状态。在这一点上，他们并不希望防止故障或延长使用寿命；他们只是想围绕设备故障制定一个时间表。

第二个答案背后的态度在国际范围内占主导地位，跨越了所有行业的学科。

当CBM/PdM监测目标是基于故障时，该技术只能提供部分好处。由于检测故障的目标有限，运营商只能通过管理生产中断来维持盈利能力。换言之，一个设施仍然有相同数量的停机，唯一的好处是减少了计划外事件。

然而，将故障预防作为一项业务目标，可以延长使用寿命，并使设施能够减少停机数量。这一目标提高了盈利能力。

无论设施的目标是故障预防还是故障检测，了解以下振动监测技术的分类可以帮助用户在监测设备和培训方面节省大量资金。这使设施能够将其资源集中在制定有组织的和有效的维护计划上。

请注意，以下讨论的重点是使用滚动元件轴承的设备以及在轴承箱处测量振动的情况。这种讨论并不适用于使用套筒式轴承（即滑动轴承）的机器，其中轴振动通常使用趋近式探头直接测量。

虽然轴承类型和测量位置因应用而异，但关于测量技术的讨论通常仍然适用。

振动监测技术分为两个基本频率范围：低频和高频。

该频谱范围用于确定设备状况。具体来说，在这个范围内确定了对中、平衡和结构缺陷（包括共振）。这些情况会缩短轴承寿命、导致轴承箱变形/出现裂纹，并引起人体工程学问题。

一般来说，在机器使用寿命的早期（例如，在启动或验收时，在安装后）完成该频率范围内的全面频谱分析。任何纠正的缺陷都被认为是一次性的努力。

在对机器或其相关系统进行大修和改造后，应每半年完成一次全面的快速检查【峰值或均方根（RMS）信号振幅，通常称为宽带或（滤波器）滤出】。此任务确保任何材料变化不会无意中引起振动问题。只有在检测到总体上有较大的振动时，才需要重复进行彻底或全面的频谱分析。

有几种技术是专门针对这个频率范围的。两种主要的商业技术是冲击脉冲和高频包络（信号解调）。两者都是基于脉冲理论的。简单地说，脉冲理论着眼于由时域中的单个脉冲引起的无限频率范围内的恒定振幅。

使用这些技术监测这一频谱范围是专门用于识别滚动元件轴承缺陷的，在某些情况下，可能适用于齿轮传动系统故障。根据所使用的技术，轴承故障最早可以在发出实际声音指示前12个月检测到。

冲击脉冲和简单的包络振幅监测易于教学，与正式的润滑程序配合良好，并适合大多数自主维护工作。至少应每月使用其中一种技术来评估轴承状况一次。

下一个需要理解的重要概念是可以在这些频率范围内进行监测的不同类型的设备。

对于低频监测，有两种基本选择：数字设备或模拟设备。在成本、培训和使用每种工具所需的经验方面都有很大的差异。

还应注意的是，大多数现有的与振动相关的国家和国际共识标准（ISO、ASME、ANSI、AMCA、HI、API）有助于定义工厂和现场验收以及性能标准，这些标准都基于模拟设备的使用。许多标准从来都不是为数字世界编写或设计的。

模拟振动计是一种低频振动测量装置，基本上是一种简单的电压表，设计用于监测廉价加速度计的输出。该仪表使用运算放大器将加速度与速度（第一次积分）和位移（第二次积分）进行积分。

这些仪表通常提供峰值、峰-峰和RMS值。通过使用一个简单的低通滤波器，频率范围被限制在1至2 kHz。

其中一些基于模拟的仪表可能包括用于高频监测的信号调节。这种仪表基于其电路简单和有限的显示选项，价格低廉，易于训练。

数字振动分析仪是一种计算装置，它将模拟交流信号数字化，然后通过软件或固件提供该交流信号（时域）的可视化再现。通过快速傅立叶变换（FFT）算法，该设备提供在所选带宽（频域）内频率的可视化表示。该装置可编程为提供峰值、峰-峰和RMS总值，并计算加速度、位移和速度之间的转换。

这种数字振动分析仪可以与各种输入设备一起使用，几乎可以与任何交流电压输入一起使用。其中一些分析仪包括信号解调（包络）电路。

换句话说，该装置可以包括模拟高通或带通滤波器加上整流电路作为用于高频监测的交流信号调节器。

这种类型的仪表，基于数字化信号、处理器、存储器、显示器和通常的专有固件的声卡，价格昂贵，可能是模拟设备价格的10倍。此外，任何相关的软件通常都是授权给每个用户的。

这些仪表还需要进行专门的训练（至少40小时）和许多小时的经验。

高频仪表的两种变体是冲击脉冲装置和包络装置。

冲击脉冲装置基本上是一种测量宽带背景噪声的模拟电压表。通过机械调谐的加速度计（安装在弹簧上的加速度计），该仪表还可以测量轴承中球与滚道冲击（脉冲）引起的电压峰值。

脉冲提高了整个频谱的噪声基线（固有的噪声水平），激励加速度计组件产生共振，并给出瞬时更高的电压指示。

加速度计组件的共振频率约为32 kHz，远高于一般设备运行的噪声（振动）基线。

包络装置是一种基于AM无线电技术的高频解调装置。

该装置是一个基本的模拟电压表，用于测量来自标准加速度计的交流信号。

模拟信号通过高通滤波器和整流器进行处理。通常，这些装置上的高通滤波器只允许监测5kHz以上的频率。

来自滚珠撞击的噪声被过滤、放大并作为电压幅值测量。与冲击脉冲装置一样，滤波后的频率范围远高于一般设备运行的噪声（振动）基线。

随着信号幅度的增加，一般轴承状况和噪声（电压）之间可以假设存在相关性。

基于电路简单和有限的显示选项，冲击脉冲和包络装置都很便宜（价格与模拟振动计相似），并且易于训练。

虽然这些概述也有例外，但所列出的通常是手持和安装监控技术方面可用的装置。

表1：振动技术总结

对于那些开发振动监测程序的人来说， 17,500美元的单用户许可证镀铬数字分析仪可能不是最好的选择。相反，一个1,700美元的低频模拟仪表和1,700美元的高频轴承检查器可能是更好的初始投资。

要启动一个项目，使用关键业务设备进行监控，并使用Excel工作簿对数据进行趋势分析并没有错。

对于那些坚持一个程序来“发现坏轴承”的人来说，两到三个高频轴承检查仪，对整个维护人员进行四个小时的培训，以及一个Excel工作簿来存档数据，这就是你所需要的 - 一个开放的（多用户）轴承故障检测PdM程序，价格不到5,000美元，这不到一个数字分析仪成本的三分之一。

虽然振动监测应该不仅仅是“发现坏轴承”，但这个例子表明，越多并不总是越好。无论您的总体维护目标是什么，对可用技术的基本了解可以帮助您的设施提高利润。

致力于改善旋转设备的状况，并实施有效的预测性维护计划，是实现最大节约的必要条件。