压电振动传感器如何在离心式压缩机监测上应用?

一、核心工作原理

压电传感器利用压电效应:当传感器内部的压电晶体受到机械应力(振动)时,会产生与振动加速度成正比的电荷信号。该信号经过放大和转换,可精确测量振动的加速度、速度或位移,尤其擅长捕捉高频动态信号。


二、在离心式压缩机上的关键监测点

  1. 轴承部位(径向与止推轴承)

    • 监测因不平衡、不对中、磨损或润滑不良引起的振动。

    • 高频加速度信号可早期发现轴承的点蚀、剥落等缺陷。

  2. 齿轮箱(如有增速齿轮)

    • 捕捉齿轮啮合频率及其边频带,诊断齿面磨损、断齿等故障。

  3. 转子轴

    • 通过非接触式涡流探头(常与压电传感器互补使用)监测轴的相对振动(位移),而压电传感器则监测壳体振动(绝对振动)。

    • 联轴器附近:监测不对中、松动等问题。

  4. 壳体与基座

    • 检测结构共振、管道应力或基础松动引起的振动。


三、典型应用场景与故障诊断

  1. 早期故障预警

    • 不平衡:振动频率以1×转频为主,幅值随转速升高而增大。

    • 不对中:产生2×转频的高幅振动,常伴轴向振动增大。

    • 松动:产生丰富的高频谐波,振动信号中出现多倍频成分。

  2. 滚动轴承故障诊断

    • 通过分析加速度信号中的高频共振频带(如包络解调技术),可提取轴承内/外圈、滚动体、保持架的特征频率(BPFO、BPFI、FTF等),实现早期损伤识别。

  3. 喘振与旋转失速监测

    • 喘振发生时,振动幅值会急剧突变,同时伴有低频成分(通常低于转频)的显著上升。高频加速度传感器可快速捕捉这种瞬态冲击。

  4. 叶片通过频率(BPF)监测

    • 离心压缩机叶轮的叶片通过频率(叶片数×转频)的振动变化,可指示叶片磨损、结垢或气流激振问题。

  5. 摩擦与碰撞

    • 转子与静止件摩擦时,振动信号会出现高频抖动、削波或混沌特征


四、系统实施要点

  1. 传感器选型与安装

    • 选择适合高温环境(压缩机排气侧可能温度高)的工业级加速度传感器。

    • 安装方式:优先采用螺纹刚性连接,保证高频响应;磁吸座可用于临时诊断。

    • 方向:通常需安装径向(垂直/水平)与轴向多个传感器。

  2. 信号处理与分析

    • 时域分析:查看振动峰值、有效值(RMS)、峰值因子(预警冲击故障)。

    • 频域分析(FFT频谱):定位故障特征频率,是最核心的诊断工具。

    • 包络分析:用于提取轴承和齿轮的早期微弱故障信号。

    • 趋势分析:长期跟踪振动值变化,预测维护时机。

  3. 系统集成

    • 与在线监测系统(如Bently Nevada、SKF等)集成,实现实时数据采集、报警与远程诊断。

    • 可结合过程参数(压力、流量、温度)进行综合分析,区分机械故障与工艺扰动。


0.477034s