声发射技术在压缩机故障检测中的应用

    1 引言

    压缩机在线检测中通常采用加速度传感器拾取壳体振动信号的方法,存在着一定的不足,主要是:环境的低频扰动信号会被加速度传感器拾取,影响测试结果而导致误判;传统的加速度传感器在结构上难以将电荷放大器集成到传感器中,在实际应用时尚需电荷放大器等附属设备,给应用带来不便;电荷放大器灵敏的过载保护功能,常常影响压缩机在线的连续检测速度。

    为了解决上述问题,本文将探讨声发射传感器在压缩机故障检测中的应用。

    2 声发射检测与振动检测的比较

    压缩机等高速旋转类机械,除存在振动信号外,其内部也含有丰富的声发射源。当压缩机因润滑不良导致金属间摩擦时,材料表面在外载荷作用下因晶格的滑移变形而产生声发射。当压缩机存在阀片敲击故障时,在冲击力作用下,会使阀板产生局部变形,释放出弹性波;当冲击性周期力过大时,还会使阀片产生裂纹,甚至断裂。当压缩机存在电磁振动时,由于磁拉力增大,会使转子偏心,当磁拉力过大时,会使转子和定子线圈产生碰撞和摩擦;不平衡的磁拉力也会使滑动轴承和止推轴承处的法向载荷增大,从而破坏轴承的正常润滑条件,出现金属间的碰撞和摩擦。

   压缩机内部声发射源发出的声信号以弹性波的形式通过固体和空气媒介向四周传播,并经过中间媒介从压缩机壳体传播到传感器接受晶体片上转变为电信号,由声发射仪器接收并进行处理,最后将数据显示出来。声发射信号的检测原理见图1。

    声发射传感器分为接触型和非接触型两类。接触型声发射传感器的主要优点是灵敏度较高。考虑到压缩机壳体上传感器安装较为方便和压缩机中声发射信号的能量比较低的特点,采用接触型声发射传感器。和利用加速度计检测低频声发射相比,专门研制的声发射传感器可以针对特定的检测对象调整接收信号的敏感频段和灵敏度,不需附加的信号放大设备,抗振动和冲击的能力较强,可以在压缩机装配线上进行连续快速检测。

    声发射传感器和振动加速度传感器都是利用压电晶体片来实现物理量和电量的转化,但二者的区别主要在于:

    (1)加速度传感器是利用晶体片的线性频段工作,而声发射传感器则利用晶体片自身的谐振特性来工作,所以,通常声发射传感器可以实现在较高频率范围的信号检测,对环境的低频振动信号的抗干扰能力也较强。

    (2)两种传感器的力学模型也不同,声发射传感器的典型力学模型为一阶系统,而加速度传感器的典型力学模型为二阶系统。