1. 旋转设备振动测点布置与传感器选型
任务对象与约束
以一台典型卧式离心泵机组为对象：电机额定转速 2980 r/min（约 49.7 Hz），通过联轴器驱动单级离心泵，泵两端为滚动轴承支撑，电机侧为深沟球轴承。监测目标覆盖三类典型故障：转子不平衡/不对中、滚动轴承缺陷、联轴器松动。测点布置与传感器选型必须围绕"故障力传递路径最短、敏感方向对齐、频带覆盖充分"三个原则展开。
测点位置与方向决策
旋转机械的故障振动具有明显的方向性：不平衡力主要在径向（水平/垂直），不对中在径向与轴向均有体现，松动则常表现为轴向与垂直方向的高次谐波。因此每个轴承座应至少布置两个正交径向测点，关键轴承座补充一个轴向测点。
- 泵驱动端轴承座（P-DE）：水平径向 + 垂直径向 + 轴向，共 3 点。该处直接承受叶轮不平衡力与轴承缺陷冲击。
- 泵非驱动端轴承座（P-NDE）：水平径向 + 垂直径向，共 2 点。用于对比两端振动差异，判断不平衡还是不对中。
- 电机驱动端轴承座（M-DE）：水平径向 + 轴向，共 2 点。轴向测点对联轴器不对中敏感。
- 电机非驱动端轴承座（M-NDE）：水平径向，共 1 点。作为参考测点。
测点应安装在轴承座刚性表面，尽量靠近轴承承载区，传感器磁座或螺柱安装面需平整、无油漆剥落。水平方向定义为垂直于轴线且平行于安装基础面，垂直方向为竖直向上，轴向为平行于轴中心线方向。
传感器类型与参数选择
根据转速范围与故障频带确定传感器类型与关键参数：
| 测点 | 方向 | 传感器类型 | 灵敏度 | 频率范围 | 选型依据 |
|---|---|---|---|---|---|
| P-DE | 水平径向 | IEPE 加速度计 | 100 mV/g | 0.5–10 kHz | 覆盖轴承高频冲击与转频谐波 |
| P-DE | 垂直径向 | IEPE 加速度计 | 100 mV/g | 0.5–10 kHz | 与水平正交，捕捉不平衡垂直分量 |
| P-DE | 轴向 | IEPE 加速度计 | 100 mV/g | 0.5–10 kHz | 不对中与松动敏感方向 |
| P-NDE | 水平径向 | IEPE 加速度计 | 100 mV/g | 0.5–10 kHz | 与 P-DE 对比判断故障位置 |
| P-NDE | 垂直径向 | IEPE 加速度计 | 100 mV/g | 0.5–10 kHz | 正交冗余 |
| M-DE | 水平径向 | IEPE 加速度计 | 100 mV/g | 0.5–10 kHz | 电机轴承与气隙故障监测 |
| M-DE | 轴向 | IEPE 加速度计 | 100 mV/g | 0.5–10 kHz | 联轴器不对中敏感 |
| M-NDE | 水平径向 | IEPE 加速度计 | 100 mV/g | 0.5–10 kHz | 参考测点 |
选择 IEPE 加速度计而非速度传感器或位移传感器，原因如下：转速 2980 r/min 对应转频约 49.7 Hz，滚动轴承缺陷特征频率通常在 1–5 kHz 范围，加速度计具有更宽的动态范围与高频响应；IEPE 内置电荷放大电路，抗干扰能力强，适合工业现场长电缆传输。灵敏度 100 mV/g 是通用工业监测的折中选择，兼顾低频分辨率与高频不饱和风险。
若现场存在强电磁干扰或长距离传输（>30 m），优先选用 IEPE 加速度计并采用双绞屏蔽电缆，屏蔽层单端接地。若需同时监测低速不平衡分量，可补充速度传感器或对加速度信号积分，但积分会引入低频噪声，需在采集端设置高通滤波。
测点布置与信号链示意
选型依据与验证要点
完成布置后，需通过以下方式验证测点与传感器选择是否合理：
- 频带覆盖检查：滚动轴承外圈缺陷特征频率 BPFO 约为 3–5 倍转频，内圈 BPFI 约为 5–7 倍转频，保持架 FTF 约 0.4 倍转频。以 49.7 Hz 转频计算，BPFO 约 150–250 Hz，BPFI 约 250–350 Hz，但轴承缺陷冲击会激发轴承座高频共振（通常 1–5 kHz），因此传感器频率上限需覆盖 5 kHz 以上。所选 0.5–10 kHz 满足要求。
- 方向敏感性验证：在已知不平衡的转子上，水平与垂直测点应同时出现 1× 转频峰值，且水平通常大于垂直（卧式机组水平刚度较低）。若轴向 1× 峰值异常突出，则优先怀疑不对中。
- 安装共振检查：传感器磁座安装后，用敲击法检查安装共振频率，应高于 10 kHz，避免高频段测量失真。若磁座共振低于 5 kHz，改用螺柱安装。
- 本底噪声评估：在机组停机状态下采集 10 s 数据，计算各通道 RMS 本底噪声。100 mV/g 加速度计在 10 kHz 带宽内本底噪声应低于 0.01 g RMS，若明显偏高，检查电缆屏蔽与接地。
测点位置一旦确定，后续所有趋势数据必须基于同一位置与同一安装方式。更换传感器或改变安装扭矩会引入测量偏差，导致趋势误判。建议在轴承座表面打样冲眼标记安装点，并记录安装扭矩值。
快速执行清单
| 检查项 | 要求 | 判断依据 |
|---|---|---|
| 测点数量 | 泵两端各 2–3 点，电机两端各 1–2 点 | 覆盖所有轴承座，关键轴承座含轴向 |
| 方向正交性 | 水平与垂直测点夹角 90°±5° | 用角度尺或水平仪确认 |
| 传感器类型 | IEPE 加速度计，灵敏度 100 mV/g | 频带 0.5–10 kHz，覆盖轴承高频冲击 |
| 安装方式 | 螺柱或磁座，安装共振 > 10 kHz | 敲击法验证 |
| 电缆屏蔽 | 双绞屏蔽，屏蔽层单端接地 | 本底噪声 < 0.01 g RMS |
| 通道映射 | 8 通道同步采集，每通道独立 IEPE 供电 | 采集卡恒流源 4 mA，量程 ±5 V |