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?
Virvelstrømsonder er standarden for permanent vibrasjonsovervåking av kritisk turbomaskineri - dampturbiner, gassturbiner, store kompressorer og generatorer. Det er tre grunner til at de har fått denne rollen: De måler den faktiske akselbevegelsen i stedet for lagerhusbevegelsen, de gir absolutt posisjonsinformasjon som er nyttig for klaringsovervåking, og de fungerer pålitelig i tøffe omgivelser (høy temperatur, oljetåke, forurensning) der kontaktsensorer raskt svikter. En enkelt sonde gir deg både et langsomt likestrømsbegrep - den gjennomsnittlige akselposisjonen innenfor lagerklaringen - og et dynamisk vekselstrømsbegrep 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 gapet.
- Produksjon: det endelige spenningssignalet representerer den øyeblikkelige avstanden mellom aksel og sonde.
Forholdet mellom gap og spenning
- Utgangsspenningen stiger når gapet lukkes, og synker når det åpnes - tettere aksel, 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 skaftet:
- Direkte måling av akselen: den avleser ekte rotorbevegelse, upåvirket av lagerstivhet eller monteringsstrukturen - skillet mellom faktiske og overførte vibrasjoner som er så viktig i rotordynamikk.
- 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 oppstartsbedrifter og kystned arbeid.
- Absolutt posisjon: den rapporterer hvor akselen befinner seg i forhold til lagerets senterlinje, slik at den kan overvåke klaring til tetninger og labyrinter, oppdage rotorforskyvning eller lagerslitasje og drive en beskyttende tur på 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 (horisontal og vertikal) måler akselposisjonen i begge retninger og mates med en bane display - 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: huset må holdes fast i huset, være vinkelrett på akselen og ha en spalte til midten av 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 stativ med alarm- og utløserreléer - beskytter maskiner over ca. 1000 HK og kontinuerlig mating 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 vibrasjonene i huset med et akselerometer og bruker et optisk turteller som fasereferanse, og utfører deretter enkelt- og toplan feltbalansering rett i maskinens egne lagre - ingen permanent installerte nærhetssonder er nødvendig. Kort sagt er virvelstrømsonder gullstandarden for akselbevegelser på instrumenterte turbomaskiner, mens foringsrørbaserte bærbare verktøy dekker det store antallet maskiner der det verken er praktisk eller berettiget å bore inn en sonde.
