Pochopenie posuvných sond
A snímač posunutia — nazývaný tiež približovací snímač, snímač posunu alebo bezkontaktný snímač polohy — meria vzdialenosť medzi svojou špičkou a povrchom cieľa bez toho, aby sa ho dotýkal, a generuje signál úmerný výchylka, zvyčajne v mikrometroch alebo miloch. V vibrácie Na účely monitorovania sú v skrini stroja natrvalo namontované snímače posuvu, ktoré sú nasmerované na rotujúci hriadeľ s cieľom merať jeho radiálnu polohu, axiálna polohaa dynamické vibrácie s rovnomernou charakteristikou od jednosmerného prúdu (statická poloha) až po niekoľko kilohertzov. Zďaleka najbežnejším typom je sonda vírivých prúdov, štandardný snímač na ochranu kritických turbínových strojov.
1. Definícia: Čo je to posuvná sonda?
Snímače posuvu si získali svoje miesto na drahých strojoch, pretože merajú skutočný pohyb hriadeľa, nie pohyb ložiskového telesa. Poskytujú polohu hriadeľa vzhľadom na montáž snímača (ložiskové teleso), čo — po vztiahnutí na známu vôľu ložiska pri nastavovaní — umožňuje monitorovanie vôle, a spoľahlivo pracujú pri vysokej teplote aj v zaolejovanom, znečistenom prostredí, kde by kontaktné snímače zlyhali. Táto kombinácia — priame meranie hriadeľa, schopnosť merať DC zložku a odolnosť — je dôvodom, prečo dominujú v systémoch trvalého monitorovania vybudovaných podľa noriem, ako sú API 670.
2. Typy podľa snímačovej technológie
Existuje niekoľko fyzikálnych princípov, pomocou ktorých je možné bezkontaktne merať vzdialenosť. V priemysle sa využívajú štyri z nich:
- Snímače na báze vírivých prúdov (najbežnejšie): vyvolávajú vírivé prúdy vo vodivom cieli a snímajú výslednú zmenu impedancie cievky. Predstavujú štandard v odvetví turbínových strojov, pričom majú typický lineárny rozsah približne 0,5 – 5 mm, frekvenčnú charakteristiku od jednosmerného prúdu po viac ako 10 kHz a prevádzkovú teplotu do približne 350 °C.
- Kapacitné sondy: merajú kapacitu medzi sondou a meraným objektom. Ponúkajú mimoriadne vysoké rozlíšenie (až na úrovni nanometrov) a fungujú aj na nevodivých objektoch, využívajú sa však hlavne v presných a výskumných aplikáciách.
- Laserové snímače posunu: využívajú optickú trianguláciu alebo interferometriu na bezkontaktné meranie na potenciálne veľké vzdialenosti s vysokou presnosťou. Sú drahé a menej odolné, preto sa využívajú hlavne pri riešení porúch a vo výskume.
- Ultrazvukové snímače posunutia: využívajú meranie vzdialenosti na základe času letu na vzdialenosti až niekoľkých metrov, s nižším rozlíšením ako ostatné typy, pre špecializované aplikácie s veľkou vzdialenosťou od cieľa.
3. Hlavné výhody
Priame meranie hriadeľa
Keďže snímač je nasmerovaný priamo na hriadeľ, zaznamenáva rotor motion vzhľadom na ložiskové teleso, a nie filtrované, utlmené vibrácie telesa (meranie absolútneho pohybu hriadeľa navyše vyžaduje seizmický snímač na telese). Práve preto je snímač posunu nevyhnutný pre serióznu dynamika rotora prácu, pri ktorej je dôležité, ako sa samotný hriadeľ pohybuje vo svojich vôľach.
Frekvenčná charakteristika pri DC (nulovej frekvencii)
Sonda meria statickú polohu pri frekvencii 0 Hz, takže dokáže sledovať pomalé posuny, teplotnú rozťažnosť a priemernú polohu hriadeľa v priebehu času. To je niečo, čo akcelerometer to akcelerometer v zásade nedokáže, keďže akcelerometre reagujú iba na zmeny pohybu.
Poloha vzhľadom na hriadeľ a vôľa
Keďže snímač je pevne uchytený v ložiskovom telese, udáva polohu hriadeľa’a vzhľadom na toto teleso; keď sa medzera pri nastavovaní vztiahne na známu vôľu ložiska, umožňuje to monitorovanie vôle a odhaľuje posuny rotora spôsobené opotrebenie ložiskaa môže aktivovať ochranu výlet keď je posun príliš veľký.
4. Štandardná inštalácia
Konfigurácia sondy XY
Pri klasickom usporiadaní sú dva snímače umiestnené v uhle 90° – zvyčajne jeden horizontálny a jeden vertikálny. Spoločne zachytávajú polohu hriadeľa v dvoch kolmých smeroch, čo umožňuje analýza obežnej dráhy a skutočný dvojrozmerný obraz pohybu hriadeľa. Dvojica osí XY je štandardom pre monitorovanie turbínových strojov podľa normy API 670.
Axiálna (tlačná) sonda
Axiálna sonda je nasmerovaná na koniec hriadeľa alebo tlačný krúžok, aby merala axiálnu polohu a výkon axiálne ložisko, čím sa zabraňuje nadmernému axiálnemu posunu. Je namontovaná jedna alebo dve sondy, pričom druhá slúži ako záloha.
5. Aplikácie a ich porovnanie
Hlavným domovom sondy je nepretržité monitorovanie parných a plynových turbín, veľkých kompresorov a generátorov, ako aj kritických čerpadiel (API 610), kde zabezpečuje nepretržité monitorovanie s alarmovými a vypínacími funkciami na ochranu strojov. V testovanie dynamiky rotora slúži na identifikáciu kritické rýchlosti, analyzovať rozbiehanie a dobeh, určiť rezonančné tvary a zmerať tlmenie. V monitorovanie voľného priestoru sleduje polohu hriadeľa vo vzťahu k tesneniam a labyrintom, zisťuje opotrebenie ložísk, ktoré spôsobuje posun rotora, sleduje teplotnú rozťažnosť a pomáha predchádzať kontakt medzi rotorom a statorom.
Z všetkých týchto dôvodov je snímač posunutia tou najlepšou voľbou pre kritické rotačné zariadenia. Je drahší a jeho inštalácia je zložitejšia ako v prípade akcelerometra, pričom ide o pevne namontované zariadenie, nie o prenosný nástroj – inžinieri, ktorí potrebujú vyvážiť alebo diagnostikovať stroj v rámci údržbového obchôdzky, siahajú častejšie po prenosnom dvojkanálovom analyzátore, ako je napríklad Balanset-1A pomocou seizmických snímačov. Ak sú však potrebné DC odozva, poloha vzhľadom na hriadeľ a priame meranie hriadeľa, nič iné neposkytuje rovnakú úroveň poznania a ochrany.
