Comprensione delle sonde di spostamento
A sonda di spostamento - chiamato anche sonda di prossimità, sensore di spostamento o sensore di posizione senza contatto, misura lo spazio tra la sua punta e una superficie di destinazione senza toccarla, producendo un segnale proporzionale a spostamento, tipicamente in micrometri o mils. In vibrazione monitoraggio, le sonde di spostamento sono montate in modo permanente nell'involucro della macchina e puntate sull'albero rotante per misurarne la posizione radiale, posizione assiale, e vibrazioni dinamiche, con una risposta piatta dalla corrente continua (posizione statica) fino a diversi kilohertz. Il tipo più comune è di gran lunga il sonda a correnti parassite, il sensore standard per la protezione di turbomacchine critiche.
1. Definizione: Che cos'è una sonda di spostamento?
Le sonde di spostamento si guadagnano il posto sulle macchine di alto valore perché misurano la movimento effettivo dell'albero, non il movimento del supporto del cuscinetto. Esse forniscono la posizione dell'albero rispetto al montaggio della sonda (il supporto del cuscinetto), che, una volta riferita al gioco noto del cuscinetto durante la configurazione, supporta il monitoraggio del gioco e funziona in modo affidabile ad alte temperature e in ambienti oleosi e contaminati dove i sensori a contatto fallirebbero. Questa combinazione — misura diretta dell'albero, capacità DC e robustezza — è il motivo per cui dominano i sistemi di monitoraggio permanenti costruiti secondo standard quali API 670.
2. Tipi per tecnologia di rilevamento
Diversi principi fisici possono misurare una distanza senza contatto. Quattro sono utilizzati nell'industria:
- Sonde a correnti parassite (le più comuni): inducono correnti parassite in un bersaglio conduttivo e rilevano la conseguente variazione dell'impedenza della bobina. Sono lo standard dell'industria delle turbomacchine, con un campo lineare tipico di circa 0,5-5 mm, una risposta in frequenza da DC a 10+ kHz e un funzionamento a circa 350 °C.
- Sonde capacitive: misurano la capacità tra la sonda e il bersaglio. Offrono una risoluzione estremamente elevata (fino al nanometro) e funzionano su bersagli non conduttivi, ma sono utilizzati principalmente in applicazioni di precisione e di ricerca.
- Sensori di spostamento laser: utilizzano la triangolazione ottica o l'interferometria per misurare senza contatto su un raggio potenzialmente lungo e con un'elevata precisione. Sono costosi e meno robusti, quindi vengono utilizzati principalmente per la ricerca e la risoluzione dei problemi.
- Sensori di spostamento a ultrasuoni: utilizzare il rilevamento a tempo di volo su distanze fino a diversi metri, con una risoluzione inferiore rispetto agli altri tipi, per applicazioni specializzate a lunga distanza.
3. Vantaggi principali
Misura diretta dell'albero
Poiché la sonda è puntata direttamente verso l'albero, essa riporta movimento del rotore rispetto al supporto del cuscinetto anziché la vibrazione del supporto filtrata e attenuata (la misura del moto assoluto dell'albero richiede inoltre un sensore sismico sul supporto). È questo che rende la sonda di spostamento essenziale per una seria dinamica del rotore dove la grandezza di interesse è il movimento dell'albero stesso all'interno dei suoi spazi.
Risposta in CC (frequenza zero)
La sonda misura la posizione statica a 0 Hz, in modo da poter seguire le derive lente, la crescita termica e la posizione media dell'albero nel tempo. Questo è un aspetto che un accelerometro fondamentalmente non è possibile, poiché gli accelerometri rispondono solo al cambiamento del movimento.
Posizione relativa dell'albero e gioco
Poiché la sonda è fissata nel supporto del cuscinetto, riporta la posizione dell'albero rispetto a tale supporto; una volta riferito il traferro al gioco noto del cuscinetto durante la configurazione, ciò supporta il monitoraggio del gioco e rivela gli spostamenti del rotore causati da usura dei cuscinetti, e può guidare una protezione soglia di allarme quando lo spostamento diventa eccessivo.
4. Installazione standard
Configurazione della sonda XY
La disposizione classica prevede due sonde a 90° l'una dall'altra, di solito una orizzontale e una verticale. Insieme rilevano la posizione dell'albero in due direzioni perpendicolari, il che permette di analisi dell'orbita e una vera immagine bidimensionale del movimento dell'albero. La coppia XY è lo standard per il monitoraggio di turbomacchine API 670.
Sonda assiale (di spinta)
Una sonda assiale è rivolta verso l'estremità dell'albero o un collare reggispinta per misurare la posizione assiale e le prestazioni del sistema di spinta cuscinetto reggispinta, proteggendo da un eccessivo movimento assiale. Si possono montare una o due sonde, la seconda delle quali è ridondante.
5. Applicazioni e confronto
La sede principale della sonda è monitoraggio permanente di turbine a vapore e a gas, grandi compressori e generatori e pompe critiche (API 610), dove fornisce una sorveglianza continua con funzioni di allarme e intervento per la protezione dei macchinari. In test sulla dinamica del rotore viene utilizzato per identificare velocità critiche, analizzare l'avviamento e il coastdown, determinare le forme di modo e misurare lo smorzamento. In monitoraggio del gioco tiene traccia della posizione dell'albero rispetto alle tenute e ai labirinti, rileva l'usura dei cuscinetti che permette lo spostamento del rotore, segue la crescita termica e aiuta a prevenire contatto rotore-statore.
Per tutti questi motivi, la sonda di spostamento è la scelta migliore per le apparecchiature rotanti critiche. È più costosa e più complessa da installare rispetto a un accelerometro, e si tratta di un'installazione fissa piuttosto che di uno strumento portatile: i tecnici che hanno bisogno di bilanciare o diagnosticare una macchina durante un giro di manutenzione ricorrono più spesso a un analizzatore portatile a due canali come il Balanset-1A con sensori sismici. Ma quando sono richieste risposta DC, posizione relativa dell'albero e misura diretta dell'albero, nient'altro offre lo stesso livello di comprensione e protezione.
