压电振动传感器如何在离心式压缩机监测上会遇到什么问题?

一、传感器自身与安装相关问题

  1. 安装“失真”问题(最常见且关键):

    • 安装共振:传感器通过安装底座(如磁座、粘接)与壳体连接时,会形成一个“弹簧-质量”系统。其固有频率可能落入监测频带内(通常几百Hz到几千Hz),导致在该频率附近信号被严重放大或衰减,产生虚假读数或掩盖真实故障频率。刚性螺纹安装是首选,但并非所有测点都允许打孔。

    • 接触不良/松动:长期运行下,螺栓松动、胶水老化、磁座位移等会导致接触刚度下降,使高频信号(如轴承故障特征)严重衰减甚至丢失,丧失早期预警能力。

    • 安装方向误差:传感器敏感轴方向与待测振动方向不平行,会导致测量值小于实际值(余弦误差)。

  2. 传感器选型不当

    • 频率范围不匹配:离心压缩机故障频率范围宽。低频(如不对中、喘振)需要低频响应好的传感器;高频(如轴承点蚀、齿轮啮合)需要高频响应好的传感器。选型错误会导致关键频段信号失真。

    • 量程与灵敏度矛盾:为捕捉微小故障需要高灵敏度,但压缩机启停或突发喘振时会产生极大冲击加速度,可能超量程导致信号“削顶”饱和。

    • 环境适应性不足:压缩机壳体和管道表面温度可能很高(超过100°C),普通工业传感器(如80°C上限)会失效或漂移,必须选择高温型。

二、恶劣运行环境带来的挑战

  1. 高温与温度梯度

    • 如前所述,高温直接影响传感器寿命和输出稳定性(热漂移)。

    • 壳体上剧烈的温度变化(如启停、工况切换)会导致传感器底座与壳体膨胀/收缩不一致,产生额外的热应力,甚至松动,并引入热噪声。

  2. 强电磁干扰

    • 压缩机通常由大功率电机或汽轮机驱动,周围存在强大的电磁场。传感器信号线若屏蔽不良,易引入工频及其谐波干扰(如50/60Hz),污染频谱,干扰诊断。

  3. 油、水、化学腐蚀与机械冲击

    • 传感器可能暴露在润滑油、冷凝水或工艺气体泄漏的环境中,导致电气接头腐蚀、短路或物理损坏。

    • 压缩机附近的强机械冲击(如阀门开闭、榔头敲击)会产生瞬时高幅值信号,可能被误报警为机械故障。

三、信号与数据分析的难点

  1. 信号复杂性与背景噪声高

    • 离心压缩机是复杂的多转子系统,振动信号中包含转子不平衡、齿轮啮合、叶片通过频率、气流激振、轴承特征、电机槽谐波等多种成分,相互叠加,难以分离

    • 流体动力噪声(气流/油流)和结构噪声会形成强大的背景噪声,淹没早期的微弱故障特征(如轴承的初期剥落)。

  2. 故障特征提取困难

    • 早期故障(如微小裂纹、轻微碰摩)的特征能量极低,且常被调制到高频共振带上,需要采用包络解调、小波分析等高级信号处理技术,对人员技能和系统算法要求高。

    • 压缩机变工况运行(转速、负荷变化)会导致特征频率“漂移”,传统的固定频率段分析可能失效,需要采用阶次分析等转速跟踪技术。

  3. 喘振与旋转失速监测的特殊性

    • 喘振是剧烈的瞬态过程,对传感器的动态响应范围和系统的采样速度要求极高。普通的巡检式或慢速采样系统可能捕捉不到关键细节。

    • 喘振前的旋转失速征兆非常微弱,容易被常规振动报警阈值忽略。

四、系统集成与维护管理问题

  1. 测点布置的局限性

    • 由于结构限制,传感器往往只能安装在轴承箱外部壳体上,而非最理想的轴承套或转轴上。振动信号传递路径长,经过多层界面(油膜、轴承座、垫片、壳体),会发生衰减和形态改变,降低诊断灵敏度。

  2. 有线传输的弊端

    • 传统有线传感器布线复杂、成本高,在大型机组上线路易受损,且难以在旋转部件上安装。无线传输技术正在应用,但仍面临供电、长期稳定性、实时性和抗干扰能力的挑战。

  3. 误报警与报警管理

    • 如何设置合理的报警阈值是一大难题。阈值过严会导致大量误报警,产生“狼来了”效应;过松则会漏报。需要结合历史数据、工况和智能算法(如自适应阈值)进行动态管理。

  4. 对专业人员的依赖

    • 系统最终依赖人来解读数据和决策。缺乏既有振动分析知识又懂压缩机原理的复合型人才,是许多工厂面临的核心问题。先进的传感器若没有正确的分析,价值大打折扣。


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