超声在轴承故障诊断中的应用

一、概述

经过几年的应用，超声可以发现振动测试无法发现的问题。

超声波检测仪工作原理是：利用设备在特定的工作状态下可以产生超声波的特性，采集时忽略现场各种嘈杂的有声信号，而只捕捉超声信号，并通过比较超声信号的大小判断设备运行状态。需要注意的是，设备在各种工作状态下产生的声波，有时是有声信号和超声信号同时存在，有时是只有超声信号（相对而言），因此，可能会有这种情况发生，我们听到的声音很大，但仪器采集到的信号却很弱；有时我们基本上听不到声音，但仪器采集到的信号却很强，这是很正常的。

产生超声波的物理现象：当两个物体之间尤其是金属物体之间产生磨擦或碰撞时，就会产生频域很宽的声波，其中，包括超声波；任何气体、液体在有节流现象发生时，就会产生频域很宽的声波，其中，包括超声波；当有电弧或电火花产生时，就会产生频域很宽的声波，其中，包括超声波。本文重点介绍如何利用超声波准确有效的检测出轴承故障。

二、数据采集

首先要确定超声波检测范围，根据近几年来的经验总结，超声波在滚动轴承上检测效果较为明显，在滑动轴承上检测效果不是很好；在磨煤机上检测效果较差，因为我厂是钢球磨煤机，其本身存在较大的冲击，杂音较大，不能很好的区分这声音是来自轴承本身的，还是来自其他部位的；在送风机、引风机本体上检测效果也较差，因为不论是送风机、引风机，测点本身离轴承较远，并且内部有风流过，不能区分检测到的声音是风在风机内的摩擦碰撞声，还是轴承声音。

其次，需要在软件上根据测试的设备进行针对性的建模，选择采集探头，我厂使用的是能够采集动态和静态数据的探头。

最后，现场采集要注意的问题：

• 设备确定后，每次检测的位置要固定，并且干净；

• 如果测试中发现冲击较高，有可能是由于测量过程中手持不稳或其它原因造成的假冲击，需要重新测量，或者在进行分析时要注意区分；

• 现场测量时发现红灯闪烁或出现上下箭头时要进行微调，我发现，如果声音确实异常，轻微的调整放大比例对RMS值没有影响，如果测试过程中出现了红灯闪烁，说明出现了异常，需要重新测试。
  

三、诊断分析

主要从两个方面进行分析，一是横向对比分析和纵向对比分析；二是看波形中是否有冲击信号。

1. 横向对比分析

就是将同一类设备，同一部位的超声测试结果进行分析，主要对比RMS值，在设备均匀磨损的情况下，不会产生较为明显的冲击，但RMS值会比同类设备偏大。同时在振动测试中，其振动幅值及速度值不一定很明显，有时候加速度值也反应不是很明显，但超声RMS值会明显偏大。

例如，我厂的3B排粉机在振动测试中，其振动幅值、速度值均较小，低于2.8mm/s，但超声RMS值在40左右，同类设备状态良好的轴承其RMS值在20左右。但电机振动较大，检修部门一直怀疑是电机振动问题，在更换3次电机后，振动故障依然无法排除，振动较大，更换排粉机轴承后，振动正常，说明振动故障发生在排粉机轴承上，但振动测试仪没有发现明显的故障，却被超声检测出来了。

3B排粉机4点超声

1D排粉机4点超声

3B排粉机振动通频值

以上图中可以看出3B排粉机4点超声达到40左右，3B排粉机超声仅仅20左右，3B排粉机振动通频值正常，3B排粉机轴承解体后发现了较为严重的故障。

2. 纵向对比

即同一台设备，对比历史测量结果，如果一次比一次变大，说明设备出现了故障，同时如果超声一直偏大，但突然测试降低，也要仔细询问，查明原因，否则就是轴承损坏了。如下图所示，2D排粉机在2018年5月30日测量中，超声从19增加到43，说明已经出现了故障。

2D排风机4点超声

3. 波形分析

在超声软件的动态图谱中，如发现了不均匀的、高幅度的冲击，也说明轴承出现了故障。如我厂一台润滑油泵的一个轴承损坏，在振动频谱中，低频及解调谱中没有明显的异常，高频中有随机成分，在超声频谱中，RMS值不大，但出现了明显的冲击。

2机组交流润滑油泵3点高频成分

以上频谱图显示高频存在随机冲击，轴承存在磨损、润滑问题，低频幅值不高，振动正常。

2机组交流润滑油泵3点超声动态波形

以上超声波形图显示轴承已经出现严重故障，随机冲击较为突出，轴承解体后发现一个轴承完好，另外一个轴承保持架磨损严重。

四、总结

利用好超声检测仪器，能够有效的检测出轴承故障，特别是振动检测无法做出比较准确的判断时，超声检测是一个非常实用的辅助手段，但需要长期的、持之以恒的跟踪监测，不断的进行归纳总结。