Forstå virvelstrømsonder
En virvelstrømssonde - også kalt en nærhetssonde, En berøringsfri forskyvningssensor, eller virvelstrømssensor, er en sensor som måler avstanden mellom spissen og en ledende måloverflate uten å berøre den. I vibrasjon overvåking er den montert gjennom maskinhuset, rettet mot den roterende akselen, hvor den rapporterer akselenes radiale posisjon og bevegelse direkte som en forskyvning i mikrometer eller mils. Fordi den registrerer selve akselen i stedet for huset, inntar den en spesiell plass i familien av berøringsfrie fortrengningssonder brukes på roterende utstyr av høy verdi.
1. Definisjon: Hva er en virvelstrømsonde?
Virvelstrømprober er standarden for permanent vibrasjonsovervåking på kritisk turbomaskineri — dampturbiner, gassturbiner, store kompressorer og generatorer. De har denne rollen av tre grunner: de måler akselbevegelsen direkte (relativt til probefestet) snarere enn bevegelsen i lagerhuset, de gir informasjon om akselrelativ posisjon som er nyttig for klaringsovervåking, og de fortsetter å fungere pålitelig i krevende miljøer (høy temperatur, oljetåke, forurensning) der kontaktsensorer raskt svikter. Én enkelt probe gir deg både et langsomt DC-ledd — gjennomsnittlig akselposisjon inne i lagerklaringen — og et dynamisk AC-ledd som er selve vibrasjonen.
2. Driftsprinsipp
Virvelstrømeffekten
Sonden fungerer ved å indusere små sirkulerende strømmer i akselen og se hvordan de belaster dens egen spole:
- RF-eksitasjon: en liten spole i probespissen drives med et høyfrekvent radiofrekvent felt, vanligvis 1-2 MHz.
- Induksjon med virvelstrøm: at feltet induserer virvelstrømmer i den ledende akseloverflaten som vender mot sonden.
- Samspill i felten: virvelstrømmene genererer sitt eget motsatte magnetfelt.
- Impedansendring: motfeltet endrer spolens impedans, og hvor stor endringen er, avhenger av hvor langt unna akselen er.
- Signalbehandling: en driver (ofte kalt proximitor eller oscillator-demodulator) konverterer impedansen til en likespenning som er proporsjonal med avstanden
- Utgang: det endelige spenningssignalet representerer den øyeblikkelige avstanden mellom aksel og sonde.
Forholdet mellom gap og spenning
- Utgangsspenningen stiger når avstanden minker, og synker når den øker - mindre avstand, høyere spenning.
- Det anvendelige lineære området er vanligvis på ca. 0,5-2,0 mm (20-80 mils).
- Følsomheten kalibreres i µm/V eller mils/V; et vanlig tall er rundt 7,87 V/mm (200 mV/mil).
- Fordi responsen avhenger av målets elektriske og magnetiske egenskaper, kalibreres sonden mot den spesifikke aksellegeringen den skal observere.
3. Viktige fordeler
Sondens styrke ligger i at den er berøringsfri og ser selve akselen:
- Direkte måling av akselen: den leser akselbevegelse relativt til lagerhuset, snarere enn vibrasjon som overføres gjennom lageret til kapslingen — skillet mellom aksel- og kapslingsvibrasjon som betyr så mye i rotordynamikk. (Måling av absolutt akselbevegelse krever i tillegg en seismisk sensor på huset.)
- Likestrøm til høyfrekvent respons: den måler fra 0 Hz (statisk posisjon) og opp til 10 kHz, og fanger opp sakte rulling, transienter og resonanser uten den lavfrekvente avsmalningen som begrenser en akselerometer. Det gjør den ideell for oppstart og friløp arbeid.
- Akselrelativ posisjon: den rapporterer hvor akselen befinner seg innenfor lagerklaringen, relativt til probefestet i huset, slik at den — når den er referert under oppsett — kan overvåke klaringer til tetninger og labyrinter, oppdage rotorforflytning eller lagerslitasje, og drive et beskyttende utløsning ved overdreven forskyvning.
- Kapasitet for tøffe miljøer: uten bevegelige deler som kan slites og drift opp til ca. 350 °C, er den upåvirket av forurensning på akselen og forblir pålitelig i oljetåke, damp og støv.
4. Typisk installasjon
Prober brukes nesten aldri enkeltvis på en kritisk maskin. Det klassiske arrangementet er å plassere et par ved hvert lager pluss en ved en trykkflate:
- XY-sondepar: to prober 90° fra hverandre (horisontalt og vertikalt) bestemmer akselposisjonen i begge retninger og mates til en bane visning - standardkonfigurasjonen for turbomaskiner.
- Sonde for aksial posisjon: rettet mot akselenden, sporer den aksial posisjon og aksial vibrasjon, ser på trykkbærende tilstand og beskyttelse mot aksial rotorforskyvning.
- Krav til montering: sondekroppen må holdes stivt i huset, stå vinkelrett på akselen og stilles inn midt i det lineære området; kabelføring og jording må følge produsentens og API 670 regler for å unngå støy.
Det er vanskelig å stille inn og verifisere gapspenningen i feltet, og en liten glipp flytter driftspunktet utenfor den lineære delen av kurven. Vår Kalkulator for spenningsgap i nærhetssonde gjør målfølsomheten og ønsket gap om til den forspenningen du bør stille inn.
5. Bruksområder og hvor bærbare verktøy passer inn
Permanent kablede virvelstrømsystemer - XY-sonder ved hvert lager pluss en aksial sonde, alle ført til en API 670-kompatibelt rack med alarm- og utkoblingsreleer — beskytter kritisk turbomaskineri der kjøperen eller prosjektspesifikasjonen krever det, og forsyner kontinuerlig kritisk hastighet identifikasjon, baneanalyse og Bode-plott. De er også til hjelp ved feilsøking: Ved å sammenligne akselbevegelsen med husets bevegelse kan en analytiker avgjøre om feilen ligger i rotoren eller i konstruksjonen.
Det er imidlertid ikke alle maskiner som har denne instrumenteringen. De fleste vanlige pumper, vifter og motorer balanseres og diagnostiseres fra utsiden, på lagerhuset, med en bærbar analysator. Et tokanalsinstrument som f.eks. Balanset-1A leser husvibrasjon med et akselerometer og bruker et optisk turtellersignal som fasereferanse, og utfører deretter én- og toplans feltbalansering rett i maskinens egne lagre - ingen permanent installerte nærhetssonder er nødvendig. Kort sagt er virvelstrømsonder gullstandarden for akselbevegelse på instrumenterte turbomaskiner, mens husbaserte bærbare verktøy dekker det store antallet maskiner der det verken er praktisk eller berettiget å bore for en sonde.
