Nihkesondide mõistmine
A nihkeandur — mida nimetatakse ka lähedusanduriks, nihkeanduriks või kontaktivabaks asendianduriks — mõõdab oma otsa ja sihtmärgi pinna vahelist vahemaad seda puudutamata, tekitades signaali, mille tugevus on võrdeline suurusega — nihe, tavaliselt mikromeetrites või milides. Just vibratsioon nõuab pidevat jälgimist, mistõttu nihkeandurid paigaldatakse püsivalt masina korpusesse ja suunatakse pöörlevale võllile, et mõõta selle radiaalset asendit, aksiaalne asend, ning dünaamilist vibratsiooni, millel on tasane sageduskarakteristik alates alalisvoolust (staatiline asend) kuni mitme kilohertsini. Kaugelt kõige levinum tüüp on pöörisvooluandur, standardandur kriitilise tähtsusega turbiinmasinate kaitseks.
1. Mõiste: Mis on nihkeandur?
Nihkeandurid on kõrge väärtusega masinates olulised, sest need mõõdavad võlli tegelikku liikumist, mitte laagrikorpuse liikumist. Need annavad võlli asendi anduri kinnituse suhtes (laagrikorpus), mis — viidatuna seadistamise ajal teadaolevale laagri lõtkule — toetab lõtku seiret, ning need töötavad usaldusväärselt kõrgel temperatuuril ja õlistes, saastunud keskkondades, kus kontaktandurid ei toimiks. See kombinatsioon — võlli otsene mõõtmine, DC-võimekus ja vastupidavus — on põhjus, miks need domineerivad püsivates seiresüsteemides, mis on ehitatud selliste standardite järgi nagu API 670.
2. Tüübid anduritehnoloogia järgi
Mitmed füüsikalised põhimõtted võimaldavad mõõta vahet ilma füüsilise kontaktita. Tööstuses kasutatakse neist nelja:
- Pöörisvooluandurid (kõige levinumad): tekitavad juhtivas sihtmärgis pöörisvoolusid ja registreerivad sellest tuleneva muudatuse mähise impedantsis. Need on turbiinimasinate tööstuses standardiks, mille tüüpiline lineaarne mõõtevahemik on umbes 0,5–5 mm, sagedusvahemik alates alalisvoolust kuni üle 10 kHz ning töötemperatuur kuni umbes 350 °C.
- Mahtuvusandurid: mõõdavad sondi ja sihtmärgi vahelist mahtuvust. Need pakuvad äärmiselt kõrget eraldusvõimet (kuni nanomeetri täpsusega) ja sobivad kasutamiseks mittetulejuhivatel sihtmärkidel, kuid neid kasutatakse peamiselt täppis- ja teadustöö rakendustes.
- Laseri nihkeandurid: kasutavad optilist triangulatsiooni või interferomeetriat, et teostada suure täpsusega kontaktivaba mõõtmist potentsiaalselt suurel vahemaal. Need seadmed on kallid ja vähem vastupidavad, mistõttu kasutatakse neid peamiselt rikete otsimisel ja teadustöös.
- Ultraheli nihkeandurid: kasutavad lennuaja mõõtmist kuni mitme meetri kaugusel, madalama eraldusvõimega kui muud tüübid, spetsiaalsetes suure mõõtekaugusega rakendustes.
3. Peamised eelised
Võlli otsemõõtmine
Kuna andur vaatab otse võllile, näitab see rootori liikumine laagrikorpuse suhtes, mitte filtreeritud ja summutatud korpuse vibratsiooni (võlli absoluutse liikumise mõõtmiseks on lisaks vaja korpusel olevat seismilist andurit). Just see muudab nihkeanduri hädavajalikuks tõsise rootori dünaamika töö, kus huvipakkuvaks on see, kuidas võll ise liigub oma liikumisruumis.
DC-vastus (nullsagedus)
Andur mõõdab staatilist asendit sagedusel 0 Hz, mistõttu suudab ta jälgida aeglasi nihkeid, soojuspaisumist ja võlli keskmist asendit aja jooksul. See on midagi, mida kiirendusmõõtur ei ole põhimõtteliselt võimalik, kuna kiirendusandurid reageerivad ainult muutuvale liikumisele.
Võlli suhteline asend ja lõtk
Kuna andur on kinnitatud laagrikorpusesse, näitab see võlli asendit selle korpuse suhtes; kui vahe on seadistamise ajal viidatud teadaolevale laagri lõtkule, toetab see lõtku seiret ja paljastab rootori nihked, mida põhjustab laagri kulumine, ja suudab käivitada kaitsemehhanismi lülitus kui nihke suurus muutub liiga suureks.
4. Standardne paigaldus
XY-anduri konfiguratsioon
Klassikalise paigutuse puhul asetatakse kaks andurit 90° nurga all üksteisest eemale – tavaliselt üks horisontaalselt ja teine vertikaalselt. Koos mõõdavad need võlli asendit kahes risti asetsevas suunas, mis võimaldab orbiidi analüüs ning tõelise kahemõõtmelise pildi võlli liikumisest. XY-koordinaatide paar on API 670 turbiinmasinate seire standard.
Aksiaalne (tõukejõu) andur
Aksiaalandur on suunatud võlli otsa või tõukekrae poole, et mõõta aksiaalasendit ja jälgida, kuidas toimib tõukelaager, mis kaitseb liigse telgsuunalise liikumise eest. Paigaldatakse üks või kaks andurit, millest teine tagab varunduse.
5. Rakendused ja nende võrdlus
Sondi peamine asukoht on pidev seire auru- ja gaasiturbiinide, suurte kompressorite ja generaatorite ning kriitilise tähtsusega pumbade (API 610) puhul, kus see tagab seadmete kaitseks pideva järelevalve koos häire- ja väljalülitusfunktsioonidega. Selles rootori dünaamika katsetamisel seda kasutatakse selleks, et tuvastada kriitilised kiirused, analüüsida käivitumist ja aeglustumist, määrata kindlaks võnkevormid ning mõõta summutust. Kolmandaks valdkonnaks on lõtku jälgimine mille käigus jälgitakse võlli asendit tihendite ja labürintide suhtes, tuvastatakse laagrite kulumist, mis võib põhjustada rootori nihkumist, jälgitakse soojuspaisumist ja aidatakse vältida rootori ja staatori kokkupuutepunkt.
Kõigi nende põhjuste tõttu on nihkeandur parim valik kriitilise tähtsusega pöörlevate seadmete puhul. See on kallim ja paigaldamisel keerulisem kui kiirendusandur ning tegemist on pigem püsipaigaldisega kui kaasaskantava seadmega – insenerid, kes peavad hooldusringi käigus masinaid tasakaalustama või diagnoosima, kasutavad sagedamini kaasaskantavat kahekanalilist analüsaatorit, nagu näiteks Balanset-1A seismiliste anduritega. Kuid seal, kus on vaja DC-reaktsiooni, võlli suhtelist asendit ja võlli otsest mõõtmist, ei anna miski muu samal tasemel ülevaadet ega kaitset.
