除了已提到的传统监测技术,当前用于转轴组件的先进监测技术,核心是通过更精准的物理信号捕捉、非侵入式检测和智能化数据分析,实现对微小故障(如早期裂纹、微观磨损)的提前识别,进一步提升监测的时效性和准确性。
这些先进技术多围绕 “更早发现故障” 和 “减少停机检测” 两大目标,尤其适用于高价值、高可靠性要求的旋转机组(如燃气轮机、大型发电机)。
声发射技术通过捕捉转轴组件内部因微观损伤(如裂纹扩展、摩擦) 释放的弹性波,实现对隐性故障的早期预警,是传统振动监测的重要补充。
技术原理:当转轴发生早期裂纹、轴承滚动体剥落或齿轮齿面磨损时,会产生微弱的应力波(声发射信号)。通过安装在机体上的声发射传感器,可实时采集这些信号,并通过信号特征(如幅值、频率、能量)判断损伤类型和严重程度。
核心优势:能在故障萌芽阶段(如裂纹长度仅 0.1mm 时)发现问题,远早于振动监测(通常需裂纹扩展到一定程度才会引发明显振动);且不受机组正常振动信号的干扰,检测精度更高。
适用场景:重点用于监测转轴疲劳裂纹、轴承早期磨损、动静部件碰摩等故障。
光纤传感技术利用光的传输特性变化(如光强、相位、偏振态)来感知转轴的物理参数,具备抗电磁干扰、耐高温、体积小的核心优势。
技术原理:将特制光纤传感器(如光纤光栅传感器、分布式光纤传感器)直接粘贴或埋入转轴表面 / 内部,当转轴发生振动、温度变化或应变(如弯曲、扭转)时,光纤内传输的光信号会发生对应变化。通过分析光信号的变化量,可反推转轴的实时状态。
核心优势:抗电磁干扰能力极强,适合用于高压、强电磁环境下的机组(如大型发电机转轴);分布式光纤传感还可实现对转轴全长的连续监测,而非单点监测,覆盖范围更广。
适用场景:监测转轴的动态应变(如扭矩、弯曲应力)、局部温度场分布、微小振动位移。
此处的红外热成像技术,是在传统红外测温基础上的升级,通过高分辨率热像仪捕捉转轴组件的温度场分布,而非单一测温点,可更直观地定位发热故障源。
技术原理:利用红外热像仪对转轴、轴承座、联轴器等关键部位进行实时热成像扫描,生成温度场图像。通过对比正常工况与异常工况下的温度场差异(如轴承局部过热、轴颈与密封件摩擦发热区域),精准定位故障位置。
核心优势:非接触式检测,无需停机安装传感器;可直观看到温度分布梯度,快速判断发热是否由局部故障(如轴承内圈损坏、润滑脂局部失效)引起,避免传统单点测温的局限性(如无法确定发热范围)。
适用场景:监测轴承温度分布、转轴与密封件的摩擦发热、联轴器不对中的局部过热。
传统油液分析多为离线取样检测,而先进的油液在线监测技术可实现实时采集油液数据,动态跟踪油液中磨粒、污染物的变化趋势,间接反映转轴组件的磨损状态。
技术原理:在机组润滑油路中安装在线油液监测传感器(如磨粒传感器、油液品质传感器),实时检测油液中的金属磨粒浓度(如铁、铜元素含量,对应转轴、轴承的磨损)、油液黏度、水分含量和污染度。数据直接传输至控制系统,当磨粒浓度突然升高时,立即触发报警。
核心优势:无需人工取样,实现 24 小时连续监测;可通过磨粒的成分和尺寸(如大尺寸铁磨粒可能来自转轴裂纹,小尺寸铜磨粒可能来自轴承磨损),初步判断故障部件和类型。
适用场景:适用于以润滑油为介质的旋转机组,如汽轮机、压缩机的转轴 - 轴承系统磨损监测。
数字孪生与 AI 的融合,是当前最高阶的监测技术,通过虚拟模型与实时数据的联动,实现对转轴组件状态的 “预测性维护” 而非 “故障后报警”。
技术原理:首先构建转轴组件的数字孪生模型(精确复刻几何结构、材料属性、力学特性),然后将实时采集的传感器数据(振动、温度、应变等)输入模型,通过 AI 算法(如深度学习、机器学习)对模型进行动态校准,使虚拟模型与真实转轴的运行状态完全同步。基于此,可通过模型模拟不同工况下转轴的应力变化,预测未来一段时间内可能出现的故障(如预测 30 天后轴承磨损将达到临界值)。
核心优势:从 “被动监测” 升级为 “主动预测”,可提前制定维护计划,避免非计划停机;通过 AI 算法不断优化诊断模型,随着数据积累,故障预测准确率会持续提升。
适用场景:用于高价值、高复杂度的旋转机组,如航空发动机转轴、大型风电主轴的全生命周期健康管理。