Понимание принципа действия датчиков смещения
A датчик смещения — также называемый датчиком приближения, датчиком смещения или бесконтактным датчиком положения — измеряет расстояние между своим наконечником и поверхностью объекта, не касаясь её, и генерирует сигнал, пропорциональный перемещение, как правило, в микрометрах или милах. В вибрация для целей мониторинга датчики смещения устанавливаются на постоянной основе в корпусе станка и направляются на вращающийся вал с целью измерения его радиального положения, осевое положение, а также динамические колебания, с ровной характеристикой от постоянного тока (статическое положение) до нескольких килогерц. Безусловно, наиболее распространенным типом является вихретоковый датчик, стандартный датчик для обеспечения надежной защиты турбомашин.
1. Определение: что такое датчик смещения?
Датчики смещения заслуженно используются в высокотехнологичном оборудовании, поскольку они измеряют фактическое перемещение вала, а не движение корпуса подшипника. Они обеспечивают определение положения вала относительно крепления датчика (корпуса подшипника), что — при привязке к известному зазору в подшипнике во время настройки — поддерживает мониторинг зазора, и они надёжно работают при высоких температурах и в масляных, загрязнённых средах, где контактные датчики бы вышли из строя. Это сочетание — прямое измерение вала, возможность измерения постоянного тока и надёжность — является причиной того, почему они доминируют в системах постоянного мониторинга, построенных в соответствии со стандартами, такими как API 670.
2. Типы по технологии датчиков
Существует несколько физических принципов, позволяющих измерять зазор без контакта. В промышленности используются четыре из них:
- Датчики вихревого тока (наиболее распространенные): вызывают вихревые токи в проводящей заготовке и регистрируют возникающее в результате изменение импеданса катушки. Они являются стандартом в отрасли турбомашиностроения, с типичным линейным диапазоном измерения около 0,5–5 мм, частотной характеристикой от постоянного тока до более 10 кГц и рабочей температурой до примерно 350 °C.
- Емкостные датчики: измеряют ёмкость между зондом и объектом. Они обеспечивают чрезвычайно высокое разрешение (до нанометра) и работают с непроводящими объектами, однако в основном используются в прецизионных и научно-исследовательских целях.
- Лазерные датчики перемещения: используют оптическую триангуляцию или интерферометрию для бесконтактных измерений на потенциально больших расстояниях с высокой точностью. Эти приборы дорогостоящие и менее прочные, поэтому они в основном применяются при поиске и устранении неисправностей, а также в научных исследованиях.
- Ультразвуковые датчики смещения: используют измерение расстояния по времени прохождения сигнала на расстояниях до нескольких метров с меньшим разрешением, чем другие типы, для специальных задач, требующих большого расстояния до цели.
3. Основные преимущества
Прямое измерение вала
Поскольку датчик направлен прямо на вал, он сообщает движение ротора относительно корпуса подшипника, а не отфильтрованную, ослабленную вибрацию корпуса (для измерения абсолютного движения вала дополнительно требуется сейсмический датчик на корпусе). Именно это делает датчик смещения незаменимым для серьёзной динамика ротора работы, в которой нас интересует то, как сам вал перемещается в зазорах.
Характеристика на постоянном токе (нулевой частоте)
Датчик измеряет статическое положение при частоте 0 Гц, что позволяет отслеживать медленные смещения, тепловое расширение и среднее положение вала с течением времени. Это то, что акселерометр этого принципиально невозможно, поскольку акселерометры реагируют только на изменение движения.
Положение относительно вала и зазор
Поскольку датчик закреплён в корпусе подшипника, он сообщает положение вала относительно этого корпуса; как только зазор привязан к известному зазору в подшипнике во время настройки, это поддерживает мониторинг зазора, выявляет смещения ротора, вызванные износ подшипников, а также может активировать защиту аварийное отключение когда смещение становится чрезмерным.
4. Стандартная установка
Конфигурация зонда XY
В классической схеме два датчика располагаются под углом 90° друг к другу — как правило, один горизонтально, а другой вертикально. Вместе они фиксируют положение вала в двух перпендикулярных направлениях, что позволяет анализ орбиты и достоверную двумерную картину движения вала. Пара координат XY является стандартом для мониторинга турбомашин в соответствии со стандартом API 670.
Осевой (упорный) датчик
Осевой датчик устанавливается напротив торца вала или упорного кольца для измерения осевого положения и рабочих характеристик опорный подшипник, предотвращающий чрезмерное осевое смещение. Устанавливаются один или два датчика, причем второй служит в качестве резервного.
5. Приложения и их сравнение
Основное место базирования зонда — постоянный мониторинг паровых и газовых турбин, крупных компрессоров и генераторов, а также критически важных насосов (API 610), где она обеспечивает непрерывный мониторинг с функциями сигнализации и отключения для защиты оборудования. В испытания динамики ротора он используется для идентификации критические скорости, анализировать запуск и затухание, определять формы колебаний и измерять демпфирование. В мониторинг расстояний он отслеживает положение вала относительно уплотнений и лабиринтов, выявляет износ подшипников, приводящий к смещению ротора, контролирует тепловое расширение и помогает предотвратить контакт ротора со статором.
По всем этим причинам датчик смещения является оптимальным выбором для критически важных вращающихся механизмов. Он стоит дороже и сложнее в установке, чем акселерометр, и представляет собой стационарное устройство, а не портативный инструмент — инженеры, которым приходится выравнивать или диагностировать машину в ходе планового технического обслуживания, чаще всего используют портативный двухканальный анализатор, такой как Balanset-1A с сейсмическими датчиками. Но там, где требуется отклик постоянного тока, положение относительно вала и прямое измерение вала, ничто другое не обеспечивает такого же уровня понимания и защиты.
