Hiểu về đầu dò dịch chuyển
A cảm biến độ dịch chuyển — còn được gọi là cảm biến xích gần, cảm biến dịch chuyển hoặc cảm biến vị trí không tiếp xúc — đo khoảng cách giữa đầu của nó và bề mặt mục tiêu mà không cần tiếp xúc, tạo ra một tín hiệu tỷ lệ thuận với sự dịch chuyển, thường tính bằng micromet hoặc mil. Trong rung động giám sát, các cảm biến dịch chuyển được gắn vĩnh viễn trong vỏ máy và hướng về trục quay để đo vị trí xuyên tâm của nó, vị trí trục, và rung động động. Với phản ứng bằng phẳng từ DC (vị trí tĩnh) lên đến nhiều kilohertz. Loại phổ biến nhất là cảm biến dòng xoáy, cảm biến tiêu chuẩn để bảo vệ turbomachinery quan trọng.
1. Định nghĩa: Cảm biến dịch chuyển là gì?
Các cảm biến dịch chuyển có vị trí được đảm bảo trên các máy có giá trị cao vì chúng đo chuyển động thực của trục, chứ không phải chuyển động của vỏ ổ trục. Chúng cung cấp vị trí trục tương đối so với vị trí lắp đầu dò (vỏ ổ trục), điều này — khi được tham chiếu với khe hở ổ trục đã biết trong quá trình thiết lập — hỗ trợ giám sát khe hở, và chúng hoạt động tin cậy ở nhiệt độ cao cũng như trong môi trường dầu mỡ, nhiễm bẩn nơi cảm biến tiếp xúc sẽ thất bại. Sự kết hợp đó — đo trực tiếp trục, khả năng DC và độ bền vững — là lý do chúng chiếm ưu thế trong các hệ thống giám sát thường trực được xây dựng theo các tiêu chuẩn như Tiêu chuẩn API 670.
2. Các loại theo công nghệ cảm ứng
Một số nguyên tắc vật lý có thể đo một khoảng cách mà không tiếp xúc. Bốn trong số đó được thấy trong ngành công nghiệp:
- Cảm biến cảm ứng xoáy (phổ biến nhất): gây ra dòng xoáy trong một mục tiêu dẫn điện và cảm nhận sự thay đổi trở kháng cuộn dây kết quả. Chúng là tiêu chuẩn ngành turbomachinery, với phạm vi tuyến tính điển hình khoảng 0,5–5 mm, phản ứng tần số từ DC đến 10+ kHz và hoạt động lên đến khoảng 350 °C.
- Cảm biến điện dung: đo điện dung giữa cảm biến và mục tiêu. Chúng cung cấp độ phân giải cực cao (xuống đến nanomet) và hoạt động trên các mục tiêu không dẫn điện, nhưng được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng chính xác và nghiên cứu.
- Cảm biến dịch chuyển laser: sử dụng tam giác quang học hoặc giao thoa để đo không tiếp xúc trên phạm vi có khả năng dài với độ chính xác cao. Chúng đắt tiền và kém bền hơn, do đó chúng xuất hiện chủ yếu trong khắc phục sự cố và nghiên cứu.
- Cảm biến độ dịch chuyển siêu âm: sử dụng phạm vi thời gian bay trên khoảng cách lên đến nhiều mét, với độ phân giải thấp hơn các loại khác, cho các ứng dụng không tiếp xúc dài chuyên biệt.
3. Những ưu điểm chính
Đo trực tiếp trục quay
Vì đầu dò nhìn thẳng vào trục, nó báo cáo chuyển động của rôto tương đối với vỏ ổ trục thay vì rung động vỏ đã bị lọc và suy giảm (để đo chuyển động tuyệt đối của trục còn cần thêm một cảm biến địa chấn trên vỏ). Đây chính là điều làm cho đầu dò dịch chuyển trở nên thiết yếu đối với các ứng dụng nghiêm túc về động lực học rôto công việc, trong đó lượng quan tâm là cách trục tự thân chuyển động bên trong khoảng hở của nó.
Đáp ứng DC (tần số không)
Cảm biến đo vị trí tĩnh tại 0 Hz, vì vậy nó có thể theo dõi các dạo động chậm, sự phát triển do nhiệt và vị trí trung bình của trục theo thời gian. Đây là điều mà cảm biến gia tốc về cơ bản không thể làm được, vì gia tốc kế chỉ phản ứng với chuyển động thay đổi.
Vị trí tương đối của trục và khe hở
Vì đầu dò được cố định trong vỏ ổ trục, nó báo cáo vị trí của trục tương đối với vỏ đó; một khi khe hở được tham chiếu với khe hở ổ trục đã biết trong quá trình thiết lập, điều này hỗ trợ giám sát khe hở, phát hiện các dịch chuyển rôto do mòn ổ trụcgây ra, và có thể kích động một bảo vệ chuyến đi khi độ dịch chuyển vượt quá mức cho phép.
4. Lắp đặt tiêu chuẩn
Cấu hình đầu dò XY
Cách sắp xếp cổ điển đặt hai cảm biến cách nhau 90° — thường là một ngang và một dọc. Cùng nhau, chúng nắm bắt vị trí trục theo hai hướng vuông góc, điều này cho phép phân tích quỹ đạo và một bức tranh chuyển động trục thực hai chiều. Cặp XY là tiêu chuẩn cho giám sát turbomachinery API 670.
Đầu dò theo hướng trục (đẩy)
Một cảm biến trục hướng vào đầu trục hoặc một nắp đẩy để đo vị trí trục và hiệu suất của ổ trục đẩy, bảo vệ chống lại chuyển động trục quá mức. Một hoặc hai cảm biến được lắp, cảm biến thứ hai cung cấp dự phòng.
5. Ứng dụng và Cách So sánh
Nơi chủ yếu của cảm biến là giám sát liên tục của các tua bin hơi nước và khí, các máy nén và máy phát điện lớn, và các bơm quan trọng (API 610), trong đó nó cung cấp giám sát liên tục với các chức năng báo động và dừng để bảo vệ máy móc. Trong kiểm tra động lực học rotor nó được sử dụng để xác định tốc độ tới hạn, phân tích khởi động và dừng, xác định các dạng chế độ và đo tắt dần. Trong giám sát độ khoảng cách nó theo dõi vị trí trục tương đối với các lót và mê cung, phát hiện mòn vòng bi cho phép rotor dịch chuyển, theo dõi sự phát triển do nhiệt, và giúp ngăn chặn tiếp xúc giữa rôto và stato.
Vì những lý do này, cảm biến dịch chuyển là lựa chọn cao cấp trên thiết bị quay quan trọng. Nó đắt hơn và phức tạp hơn để lắp đặt so với gia tốc kế, và nó là một cài đặt cố định thay vì một công cụ di động — các kỹ sư cần cân bằng hoặc chẩn đoán một máy trên một vòng bảo trì thường đạt tới một bộ phân tích hai kênh di động như Balanset-1A bằng cảm biến địa chấn. Nhưng ở những nơi cần đáp ứng DC, vị trí tương đối của trục và phép đo trực tiếp trên trục, không có giải pháp nào khác mang lại cùng mức độ hiểu biết và bảo vệ.
