Comprensione delle sonde a correnti parassite
Un sonda a correnti parassite — noto anche come sonda di prossimità, sensore di spostamento senza contatto o trasduttore a correnti parassite — è un sensore che misura la distanza tra la propria punta e una superficie conduttiva senza mai toccarla. In vibrazione , il dispositivo di monitoraggio viene montato attraverso l'involucro della macchina, puntato verso l'albero rotante, dove rileva direttamente la posizione radiale e il movimento dell'albero come spostamento in micrometri o mil. Poiché rileva l'albero stesso anziché l'involucro, occupa un posto speciale nella famiglia dei sensori senza contatto sonde di spostamento utilizzate su apparecchiature rotanti di alto valore.
1. Definizione: Che cos'è una sonda a correnti parassite?
Le sonde a correnti parassite sono lo standard per il monitoraggio permanente delle vibrazioni sulle turbomacchine critiche — turbine a vapore, turbine a gas, grandi compressori e generatori. Meritano questo ruolo per tre motivi: misurano direttamente il movimento dell'albero (rispetto al montaggio della sonda) invece del movimento dell'alloggiamento del cuscinetto, forniscono informazioni sulla posizione relativa dell'albero utili per il monitoraggio dei giochi e continuano a funzionare in modo affidabile negli ambienti gravosi (alta temperatura, nebbia d'olio, contaminazione) dove i sensori a contatto si guastano rapidamente. Una singola sonda fornisce sia un termine DC a variazione lenta — la posizione media dell'albero entro il gioco del cuscinetto — sia un termine AC dinamico che è la vibrazione stessa.
2. Principio di funzionamento
L'effetto delle correnti parassite
La sonda funziona inducendo minuscole correnti circolanti nell'albero e osservando come queste alimentano la propria bobina:
- Eccitazione RF: una piccola bobina situata nella punta della sonda viene alimentata da un campo di radiofrequenza ad alta frequenza, in genere di 1–2 MHz.
- Induzione a correnti parassite: quel campo induce correnti parassite nella superficie conduttiva dell'albero rivolta verso la sonda.
- Interazione di campo: le correnti parassite generano un proprio campo magnetico opposto.
- Variazione dell'impedenza: il campo opposto modifica l'impedenza della bobina, e l'entità della variazione dipende dalla distanza dell'albero.
- Condizionamento del segnale: un driver (spesso denominato "proximitor" o "oscillatore-demodulatore") converte tale impedenza in una tensione continua proporzionale alla distanza.
- Uscita: Il segnale di tensione finale rappresenta la distanza istantanea tra l'albero e la sonda.
Il rapporto distanza-tensione
- La tensione di uscita aumenta man mano che la distanza si riduce e diminuisce man mano che aumenta: minore è la distanza, maggiore è la tensione.
- L'intervallo lineare utilizzabile è in genere compreso tra circa 0,5 e 2,0 mm (20–80 mil).
- La sensibilità è calibrata in µm/V o mil/V; un valore comune è di circa 7,87 V/mm (200 mV/mil).
- Poiché la risposta dipende dalle proprietà elettriche e magnetiche del bersaglio, la sonda viene calibrata in base alla lega specifica dell'albero che dovrà analizzare.
3. Vantaggi principali
I punti di forza della sonda derivano direttamente dal fatto che opera senza contatto e che permette di osservare direttamente l'albero:
- Misurazione diretta dell'albero: legge il movimento dell'albero rispetto all'alloggiamento del cuscinetto, invece della vibrazione trasmessa attraverso il cuscinetto alla carcassa: la distinzione tra vibrazione dell'albero e vibrazione della carcassa che conta così tanto in dinamica del rotore. (Per misurare il movimento assoluto dell'albero è inoltre necessario un sensore sismico sull'alloggiamento.)
- Risposta in corrente continua e ad alta frequenza: misura da 0 Hz (posizione statica) fino a oltre 10 kHz, rilevando le oscillazioni lente, i transienti e le risonanze senza quella attenuazione delle basse frequenze che limita un accelerometro. Questo lo rende ideale per l'avviamento e arresto per inerzia lavoro.
- Posizione relativa dell'albero: indica dove si trova l'albero entro il gioco del cuscinetto, rispetto al montaggio della sonda nell'alloggiamento, così — una volta referenziato durante la configurazione — può monitorare i giochi verso tenute e labirinti, rilevare spostamenti del rotore o usura del cuscinetto e comandare un soglia di allarme sull'eccessivo spostamento.
- Resistenza alle condizioni ambientali estreme: Privo di parti mobili soggette a usura e con una temperatura di esercizio fino a circa 350 °C, non risente della presenza di impurità sull'albero e garantisce un funzionamento affidabile in presenza di nebbia d'olio, vapore e polvere.
4. Installazione tipica
Le sonde non vengono quasi mai utilizzate singolarmente su una macchina critica. La configurazione classica prevede una coppia su ciascun cuscinetto più una sulla superficie di spinta:
- Coppie di sonde XY: due sonde disposte a 90° l'una dall'altra (orizzontale e verticale) rilevano la posizione dell'albero in entrambe le direzioni e trasmettono un orbita display — la configurazione standard delle turbomacchine.
- Sonda di posizione assiale: puntato verso l'estremità dell'albero, rileva la posizione assiale e vibrazione assiale, watching cuscinetto reggispinta condizione e protezione contro lo spostamento assiale del rotore.
- Requisiti di montaggio: il corpo deve essere fissato saldamente nell'alloggiamento, perpendicolarmente all'albero, e regolato al centro della sua corsa lineare; il passaggio dei cavi e la messa a terra devono seguire le indicazioni del produttore e API 670 norme per evitare il rumore.
Regolare e verificare la tensione di polarizzazione sul campo è un'operazione complessa, e basta un piccolo errore per spostare il punto di funzionamento fuori dalla parte lineare della curva. Il nostro Calcolatore della tensione di traferro della sonda di prossimità converte la sensibilità desiderata e il traferro desiderato nella tensione di polarizzazione da impostare.
5. Applicazioni e ambiti di impiego degli strumenti portatili
Sistemi a correnti parassite con cablaggio fisso — sonde XY su ciascun cuscinetto più una sonda assiale, tutte collegate a un API 670-compliant rack con relè di allarme e trip — protegge le turbomacchine critiche ovunque la specifica dell'acquirente o del progetto lo richieda, e alimenta continuamente critical-speed identificazione, analisi dell'orbita e diagrammi di Bode. Sono inoltre utili per la ricerca dei guasti: confrontando il movimento dell'albero con quello dell'involucro, un analista può stabilire se il guasto sia da ricercarsi nel rotore o nella struttura.
Non tutte le macchine sono però dotate di questa strumentazione. La maggior parte delle pompe, dei ventilatori e dei motori per uso generico viene bilanciata e sottoposta a diagnosi dall'esterno, sul corpo del cuscinetto, utilizzando un analizzatore portatile. Uno strumento a due canali come il Balanset-1A rileva le vibrazioni dell'involucro tramite un accelerometro e utilizza un tachimetro ottico come riferimento di fase, quindi esegue la bilanciatura a un piano e a due piani bilanciamento in situ direttamente nei cuscinetti della macchina stessa — senza bisogno di sensori di prossimità fissi. In breve, le sonde a correnti parassite rappresentano lo standard di riferimento per il monitoraggio del movimento dell'albero nelle turbomacchine strumentate, mentre gli strumenti portatili basati sull'involucro coprono la stragrande maggioranza delle macchine in cui la foratura per l'installazione di una sonda non è né pratica né giustificata.
