轉(zhuǎn)動設備狀態(tài)監(jiān)測應用方案(聲發(fā)射監(jiān)測應用）

應用介紹

原理

轉(zhuǎn)動機械的典型故障狀態(tài)：

早期故障狀態(tài)：磨損、開裂、潤滑劣化。

晚期事故故障狀態(tài)：破損、斷裂等現(xiàn)象。

當軸承發(fā)生磨損，潤滑劑污染劣化等故障時，隨著軸承的旋轉(zhuǎn)，軸承內(nèi)的滾動體與內(nèi)外圈相互碰撞時產(chǎn)生的聲發(fā)射信號有效電壓（RMS）或能量出現(xiàn)不規(guī)則和高峰值的特點。安裝在轉(zhuǎn)動設備上的傳感器接收這個聲波，RAEM2采集器進行系統(tǒng)分析處理，計算出聲發(fā)射源的特征參數(shù)，識別提取有效的故障信號，物聯(lián)網(wǎng)云平臺遠程監(jiān)測轉(zhuǎn)動設備狀態(tài)。

過程可視化

365天在線聲發(fā)射監(jiān)測檢測，物聯(lián)網(wǎng)遠程操作使用，手機藍牙巡檢APP實現(xiàn)人工巡檢，全過程自動分析結(jié)果。

自動給出檢測監(jiān)測診斷結(jié)果；

在線和歷史數(shù)據(jù)屏幕顯示；

軸承故障報警信息主動推送。

適用范圍

對主要依靠旋轉(zhuǎn)動作完成特定功能的機械設備（即低速軸承設備）的狀態(tài)監(jiān)測(損傷狀態(tài)、潤滑狀態(tài)等)。

例如風力發(fā)電機軸承、磨床、發(fā)電機、卷揚機、液壓機械、轉(zhuǎn)向軸承、礦山機械等各類低速軸承，廣泛應用于石油化工、能源、機械加工、交通運輸?shù)阮I域。

解決方案

原理

轉(zhuǎn)動設備運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生聲波，包括人耳可聽見的聲波和人耳不能聽見的音頻范圍外的聲波，這個聲波對不同的狀態(tài)（正常運轉(zhuǎn)，磨損，潤滑劑污染劣化，等）對應有不同的聲波波譜，安裝在轉(zhuǎn)動設備上的RAEM2接收這個聲波定性定量分析得到對應的狀態(tài)，物聯(lián)網(wǎng)云平臺遠程監(jiān)測轉(zhuǎn)動設備狀態(tài)。

設備介紹

RAEM2聲波（聲發(fā)射）檢測儀

內(nèi)置傳感器版本	外置傳感器版本
通道組合	單通道信號輸入
采集方式	連續(xù)采集模式、間隔采集模式、定時采集模式（注：Lora版本只有間隔采集模式）
輸入頻率	10KHz-400KHz
采樣精度	16位
采樣率	可選200k/s,500k/s,1000k/s,2000k/s
系統(tǒng)噪聲（幅度）	內(nèi)置傳感器優(yōu)于40dB，外置傳感器優(yōu)于30dB
傳感器	150KHz（60KHz-400KHz）/40KHz（15KHz-70kHz）可選
前置放大器供電輸出	28V40dB/12V34dB/5V26dB
數(shù)字濾波器	128階
數(shù)據(jù)輸出	參數(shù)（幅度，RMS，功率，ASL）、波形
通訊方式	4G/LoRa，RS485
4G支持頻段	LTE-FDD：B1/B3/B5/B8 LTE-TDD：B34/B38/B39/B40/B41
手機巡檢	藍牙
藍牙最遠通訊距離范圍（米）	無遮擋物區(qū)域內(nèi)最遠13.0m
使用溫度	-20℃~+60℃
供電方式	多種方式可選： 1、 外部8.4VDC供電 2、 內(nèi)置充電電池（3000mAh@8.4V） 3、 內(nèi)置低自放電率的鋰亞電池(7000mAh@8.4V，不可充電)
充電電壓	8.4V
防護等級	IP65
采樣長度(us)	2000Ksps：500us~15000us 1000Ksps: 1000us~30000us 500Ksps：2000~60000us 200Ksps：5000~150000us
觸發(fā)方式	時間觸發(fā)
動態(tài)范圍	內(nèi)置傳感器60dB，外置傳感器70dB
最大信號	100dB
定時采集休眠時間精度	±1min (注：Lora版本：2min)
定時采集模式電池壽命	每天喚醒1次，每次1秒鐘的情況下最大可工作：理論下3年（使用鋰亞電池）、理論下1年（使用充電電池）
連續(xù)采集模式電池壽命	15h（使用充電電池）、24h（使用鋰亞電池）
尺寸	直徑φ60mm，高度105mm（含150k傳感器不含天線）；高度117mm（含40k傳感器不含天線） 外置傳感器：直徑φ60mm，高度105mm（不含天線）
重量（含電池、磁鐵、天線）	＜500g
備注：Lora網(wǎng)關參數(shù)信息僅供Lora版本RAEM2聲發(fā)射系統(tǒng)參考
Lora網(wǎng)關理論最大連接RAEM2設備數(shù)量	200臺
Lora網(wǎng)關最遠通訊距離	空曠無遮擋的海平面最遠10km
Lora網(wǎng)關入網(wǎng)方式	有線以太網(wǎng)、WI-FI、4G
Lora網(wǎng)關工作頻率	EU433、CN470-510、 CN779-787、 EU863-870、 US902-928、 AU915-928、AS923、 KR920-923

特點：時間觸發(fā)、連續(xù)信號采集、遠程監(jiān)測，長期監(jiān)測診斷、低功耗低成本。

GI40窄頻帶內(nèi)置前放一體化聲發(fā)射傳感器

安裝

設備安裝在軸承的固定位置（軸承座）上，多臺監(jiān)視器可組成多通道監(jiān)視系統(tǒng)，對大型設備進行實時監(jiān)視。/p>

例如對游樂設施等轉(zhuǎn)動構(gòu)件整體監(jiān)測時，傳感器應盡量遠離螺栓連接、支座等位置；局部監(jiān)測時被測部分應盡量位于傳感器陣列中間。

藍牙巡檢APP

遠程配置：參數(shù)在線設置、遠程控制設備啟停、定時參數(shù)配置。

在線實時參數(shù)、波形顯示；歷史波形、歷史參數(shù)查詢: 參數(shù)可選幅度、平均信號電平、功率、RMS；日期的選擇可精確到分鐘。

清誠云

數(shù)據(jù)上傳到云端物聯(lián)網(wǎng)平臺（清誠云）顯示分析。AE特征參數(shù)：幅度、平均信號電平、功率、RMS。

遠程配置：遠程配置參數(shù)、定時配置。

SWAE軟件

SWAE聲發(fā)射系統(tǒng)軟件是實時采集分析和事后分析軟件的集合，此外還可使用SWAE軟件進行深度分析和處理以詳細了解缺陷詳細情況，如參數(shù)分析、定位分析、相關圖分析、波形分析、快速傅里葉變換、小波變換等。

方案案例

原理：
轉(zhuǎn)動設備運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生聲波，包括人耳可聽見的聲波和人耳不能聽見的音頻范圍外的聲波。這個聲波對不同的狀態(tài)（正常運轉(zhuǎn)，磨損，潤滑劑污染劣化，等）對應有不同的聲波波譜。安裝在轉(zhuǎn)動設備上的RAEM2聲發(fā)射采集器傳感器接收這個聲波，采集器和物聯(lián)網(wǎng)云平臺定性定量分析得到對應的狀態(tài)。

1）軸承故障

案例：每隔4個月對某轉(zhuǎn)動設備的滾動軸承進行在線聲波（聲發(fā)射）監(jiān)測，對設備軸承狀態(tài)進行監(jiān)測

根據(jù)現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析驗證，得到轉(zhuǎn)動設備不同故障等級判據(jù)（該案例中使用RMS進行判斷），設置3個等級：完好(1級)，軸承潤滑不良(2級)，軸承元件損傷(3級)

云平臺圖1：1號機械設備qc_raem2_001通道監(jiān)測期間的時間-RMS圖：

云平臺圖2：1號機械設備RAEM2_001通道在0、4、8、12、16個月后對應的強度級別分別為：1，1，1，2，2

據(jù)云平臺數(shù)據(jù)可知，1號機械設備RAEM2_001通道在2022-03-01觸碰2級報警線，當前傳感器附近發(fā)生軸承潤滑不良，需要考慮檢查維修（報警推送）。

2）軸承潤滑狀態(tài)

案例2：每4個月對某轉(zhuǎn)動設備某軸承潤滑狀態(tài)進行一段時間的在線潤滑狀態(tài)聲波（聲發(fā)射）監(jiān)測，對軸承潤滑狀態(tài)進行評估。(用對潤滑狀態(tài)變化較為敏感的數(shù)據(jù)來評價，該案例中使用能量參數(shù)結(jié)合活度進行綜合評級得出潤滑狀態(tài))

云平臺圖1：1號機械設備qc_raem2_4g_89通道和qc_raem2_4g_90通道在2022-03-01某段時間的的能量顯示

兩個通道（位置）的潤滑狀態(tài)有差異，qc_raem2_4g_89通道處潤滑狀態(tài)異常。

云平臺圖2：1號機械設備qc_raem2_4g_89通道在監(jiān)測期間的潤滑狀態(tài)評級。

據(jù)云平臺數(shù)據(jù)可知，1號機械設備qc_raem2_4g_89通道，在2022-03-01觸碰3級報警線，此處潤滑狀態(tài)為中等，需要考慮檢查維修（報警推送）。

3）軸承損傷狀態(tài)

案例3：每5個月對某轉(zhuǎn)動設備某軸承進行一段時間狀態(tài)監(jiān)測，對軸承損傷程度進行評估。
云平臺：機械設備1號軸承qc_raem2_4g_01通道在0、5、10、15、20個月后對應級別分別為：1，1，1，2，3

據(jù)云平臺數(shù)據(jù)可知，1號軸承qc_raem2_4g_01通道在2022-09-01觸碰3級報警線，當前軸承存在明顯局部損傷，剩余1/3壽命，需要考慮維修（報警推送）。

對上述案例，都可設置手機同步報警推送（郵箱、短信、小程序、APP等方式）。

也可使用清誠的SWAE軟件進行深度分析，詳細了解數(shù)據(jù)情況。
如對監(jiān)測組處于不同潤滑狀態(tài)的兩個通道的數(shù)據(jù)進行通道-能量圖分析：

（通道-能量圖中可看出，該組潤滑狀態(tài)監(jiān)測中能量對變化較為敏感，可用來評價潤滑狀態(tài)）

實際案例

1）游樂園設施軸承聲發(fā)射監(jiān)測

①升降機卷揚機主軸軸承監(jiān)測：儀器布置采用電池供電，同時增加了通訊模塊，將報警信號上傳到云服務器，并推送到手機。

監(jiān)測現(xiàn)場示意圖

數(shù)據(jù)顯示示意圖

②波浪翻滾項目主軸軸承聲發(fā)射監(jiān)測：
監(jiān)測位置是兩側(cè)受力最集中的部位--旋轉(zhuǎn)主軸軸承，傳感器布置在軸承外圈座上。

2）低速滾動軸承損傷聲發(fā)射檢測監(jiān)測
低速滾動軸承損傷檢測（類工控機聲發(fā)射）

現(xiàn)場監(jiān)測示意圖1

現(xiàn)場監(jiān)測示意圖2

3）江蘇射陽風電軸承在線監(jiān)測（BT軸承）

BT軸承是雙列圓錐滾子軸承，具有一個雙滾道的外圈和兩個內(nèi)圈，兩內(nèi)圈之間有一隔圈。可以通過改變隔圈厚度來調(diào)整軸承游隙。該類型的軸承可以在承受徑向載荷的同時承受雙方向的軸向載荷，可在軸承的軸向游隙方位內(nèi)限制軸和外殼的軸向位移，主要用于承受以徑向載荷為主的徑向與軸向聯(lián)合載荷，具有承載能力大，極限轉(zhuǎn)速低的特點。

結(jié)構(gòu)示意圖

BT軸承介于轉(zhuǎn)動軸與定軸中間，位于主軸前端位置，聲發(fā)射傳感器后端有信號線與主機相連，只能布置在定軸內(nèi)側(cè)，靠近BT軸承位置。

傳感器及采集器安裝布置

“好”軸承時域與頻域圖

“壞”軸承時域與頻域圖

4）低速軸承聲發(fā)射監(jiān)測

風電軸承聲發(fā)射監(jiān)測基本測試流程：
①傳感器、放大器、檢測儀主機等硬件安裝；
②通過人工模擬源對各通道靈敏度標定，通道響應盡可能一致；
③通過施加人工模擬源在各結(jié)構(gòu)件上，大致評估信號情況，如信號傳導路徑、衰減等；
④需要做定位分析時，需要用已知模擬源和定位源情況做誤差分析；
⑤儀器傳感器自標定測試（用于監(jiān)測過程中判定儀器狀態(tài)，尤其是傳感器）；
⑥通過測試噪聲確定門檻值；
⑦長時間大數(shù)據(jù)采集，記錄運行情況，載荷情況、環(huán)境情況（天氣、檢修等）；
⑧儀器設備拆卸前，再次模擬源對各通道進行靈敏度標定，記錄差異，分析數(shù)據(jù)時加以考慮。

場景實操圖

數(shù)據(jù)處理的基本方法（單臺數(shù)據(jù)）：
①單臺監(jiān)測對象聲發(fā)射數(shù)據(jù)結(jié)合載荷情況縱向?qū)Ρ龋ǖ谝慌_選取的3月27日和4月5日凌晨數(shù)據(jù)）；
②參數(shù)歷程圖看趨勢和分布規(guī)律，結(jié)合分析的軸承故障特征，判斷故障點結(jié)構(gòu)；
③參數(shù)的相關性，大致判定是信號類型和種類，如：幅度-ASL、持續(xù)時間-上升時間、振鈴計數(shù)-上升計數(shù)、幅度-能量等可大致判斷是裂紋還是摩擦信號；
④典型時域信號與其頻譜對照分析歸類；
⑤異常特征參數(shù)與波形信號關聯(lián)分析，符合性鑒定，如高能量高幅度的信號不一定是裂紋信號，主要是對第3條做驗證（參數(shù)分析叫波形分析效率高）；
⑥時差定位分析（均勻結(jié)構(gòu)件效果好，準確度高，但對通道一致性要求高）。

審核編輯 黃宇