轴系仪表的基本知识与维护.ppt

轴系系仪表的基本知表的基本知识与与维护一、前言 石化企业的生产流程中，旋转机械作为装置的关键设备，往往占据着心脏的主导地，对企业的稳定生产起到至关重要的作用，其高温、高压、易燃、易爆的特点更是对过程控制专业提出了更高的要求。旋转机械在石化工业生产中主要是指各种机泵;以压缩机和大型物料泵为主。在高速旋转机械和往复式运动机械的状态分析中，主要是获取其核心转轴的运行参数，如轴振动、轴向位移、轴承（瓦）温度、转子振动和偏心、与机壳涨差以及转速等，对诸如轴的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，可提供关键的信息。状态监测系统就是用各种仪表对这些参数进行测量和监视，从而了解其运行状态。二、轴系检测仪表的应用 2.1轴承（瓦）温度测量 轴承温度测量包括支撑轴承和推力轴承两个方面，其中支撑轴承由五块瓦块组成，温度探头应安装在垂直于旋转方向的下轴承体的活动瓦块上。一般选用的测量元件为铂热电阻，分度号为Pt100，有些场合也用低温测量的铜一康铜热电偶，分度号为T。轴温测量热电阻/偶需要沿着轴瓦和支撑间的间隙引出，主要特点是测温元件集成化、引线电缆细长柔性化。2.21 轴瓦温度探头的安装 轴瓦温度探头一般采用埋入式安装。每块需要测温的轴瓦上都有加工好的测温孔，安装时必须将探头插到底，并用胶固定防止其在孔内活动，引出线则沿着轴瓦侧面固定的预留引线槽缝隙引出到设备外壳的接线盒内。轴瓦温度元件的安装需要仪表、机械专业的密切配合。在设备回装轴支撑架、轴瓦盖时，很容易把温度元件的引出线压坏、压断，是项需要细心、耐心加手巧的细活。二、轴系检测仪表的应用 二、轴系检测仪表的应用 序号问题对策1探头容易掉出测温孔1.固定用线缆卡子使用弹簧垫并靠近插入孔2.对孔深超过探头高度的使用防油耐热密封胶填埋2测温引线与轴盘磨损1.热电阻引线引出点弯曲半径尽可能小2.加大瓦盖上原有引出口，用线卡子固定3壳体引出线接头漏油1.使用隔油式接线盒，用隔板隔离进出口端子连接2.使用光面热电阻引线，采用锥形压封形式的橡胶垫3.多路引线和带网格护套引线将钢铠一段用在密封引出处4.低端水平接头使用密封胶密封时用麻绳凝固4延长线过长多余部份盘成圈状，用金属线绑扎到一个固定位置轴瓦温度探头安装存在的主要问题入下表：二、轴系检测仪表的应用 下图是由于轴瓦温度安装不牢固，热电阻从轴瓦的测温孔掉出，热电阻与轴摩擦，系统显示该点轴瓦温度波动。二、轴系检测仪表的应用2.2.2 压缩机轴承（轴瓦）超过正常温度的原因所在：1）、轴承与轴颈贴合不均匀或接触面过小（配合间隙过小），单位面积上的比压过大，这种情况大部分发生在新机器试运转或换新轴瓦后2）、轴承偏斜或曲轴弯曲、扭曲；3）、轴瓦质量不好，润滑油质量不符（粘度小），或油路堵塞。齿轮油泵供油压力太低，以及供油中断，造成轴瓦缺油，产生干摩擦；4）、轴承有杂物或润滑油过多，或润滑油太脏；5）、轴瓦有不均匀的过度磨损；6）、压缩机安装时主轴与电动机（或汽轮机）主轴联轴器没有找正，误差太大，致使两轴倾斜。二、轴系检测仪表的应用2.2 振动测量仪表 测量振动用传感器分为两种，就是接触传感器和非接触传感器。前者包括速度传感器、加速度传感器等，直接安装在机泵外侧指定测量缸体机壳振动的位置，用于旋转轴的振动容易传递给轴承和外壳的旋转机械上;非接触传感器不直接和被测物体接触，用于装有平面滑动轴承和旋转轴的旋转机械监测转动部件的运行状态，最常用的是电涡流式趋近传感器。二、轴系检测仪表的应用2.3 位移量测量 位移量主要是指移动部件与固定部件之间的间隙变化，主要包括压缩机和汽轮机的转子轴向位移量测量；汽轮机启动停止过程中由于受热或重力等原因引起的转子弯曲程度的偏心测量；由于膨胀系数不同而造成的转子热膨胀与壳体膨胀的胀差测量以及往复压缩机的活塞杆偏离和活塞缸磨损的下垂量测量等。二、轴系检测仪表的应用 以上参数都可采用电涡流趋近传感器，技术指标同振动传感器中涡流趋近传感器近似，主要区别在于振动测量范围窄，只有零点几个毫米，而位移测量范围宽，可以达到几十个毫米。随着范围的增加，探头的直径增大，灵敏度下降。二、轴系检测仪表的应用2.4 键相位和转速测量 键相测量就是通过在被测轴上设置一个凹槽或凸键，称键相标记。当这个凹槽或凸键转到探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号，轴每转一圈，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期中的位置。因此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速；通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定振动的相位角，用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与诊断等方面。键相测量采用电涡流式趋近传感器。二、轴系检测仪表的应用 对于所有旋转机械而言，都需要监测旋转机械轴的转速，转速是衡量机器正常运转的一个重要指标。旋转测量通常有以下几种传感器可选：电涡流转速传感器、无源磁电转速传感器、有源磁电转速传感器等。需要选择那类传感器，则要根据转速测量的要求转速等，转速发生装置有以下几种：用标准的渐开的线齿数（如60P/r）作转速发生信号，在转轴上开一键槽、在转轴在转轴上开孔眼、在轴转上凸键等转速发生信号装置。二、轴系检测仪表的应用 电涡流传感器测转速，通常选用3mm、4mm、5mm、8mm、10mm的探头。下面表一 三种振动传感器的比较表：二、轴系检测仪表的应用型号涡流式趋近传感器磁电式速度传感器压电式加速度传感器原理靠近高频振荡线圈的金属表面产生电涡流，大小与距离有关，它影响线圈的阻抗金属导体作切割磁力线的运动，会产生一个与它运动速度成正比的电动势。石英晶体受力后产生电荷输出，而作用在压电元件的力的大小与加速有关。构成平绕在固体支架上的铂金丝线圈及壳体同轴电缆和延长电缆由弹性元件和线圈组成固有频率很低的惯性质量系统产生恒定磁场的磁铁产生与加速度方向一致的作用力的质量块石英晶体用途旋转机械的相对振动检测传感器是一种位移仪表可用来检测主轴的位置或转速中低速旋转机械或轴承和外壳的绝对振动检测用单件组成绝对振动检测在轴承和轴承座上进行绝对加速度振动检测用于绝对速度振动检测和用两支传感器组成绝对位移振动检测主要特性参数线性范围：2000um或更大灵敏度：787mV/100um频率响应:DC到lOkHz电源:-24VDC系统电缆长度:5m或9m最大振幅:2.5mm(峰一峰值)灵敏度:3.94mV/mm/s(峰值)频率响应:13Hz到1kHz电源:不需要测量范围:50g(峰值)灵敏度:100mV/g(峰值)频率响应:1Hz到lOkHz士3dB电源:18-30VDC,2一lOmA二、轴系检测仪表的应用 无源磁电转速传感器是针对测速齿轮而设计的发电型传感器.(无源)，不需要供电，测速齿轮旋转引起的磁隙变化，在探头线圈中产生感生电动势，其幅度与转速有关，转速越高输出电压越大，输出频率与转速成正比。二、轴系检测仪表的应用 另外一种有源型磁电式转速传感器需要外部提供+512V电源，输出波形为经过整形的矩形波具有一定的负载驱动能力，有PNP，NPN和射随器三种输出方式。三、电涡流传感测量系统 由于电涡流传感测量系统广泛应用于石化行业，而且我们公司的机组大多使用了本特利内华达的电涡流传感测量系统，如3300系列，3500系列。本课程就主要根据本特利内华达的电涡流传感器进行介绍安装、调校方法和常见问题的处理 三、电涡流传感测量系统3.1 电涡流传感器的工作原理 根据法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。而根据电涡流效应制成的传感器称为电涡流式传感器。三、电涡流传感测量系统 前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗）。因此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。三、电涡流传感测量系统高频震荡电流感应电涡流电涡流传感器原理图：三、电涡流传感测量系统3.2 本特利内华达的电涡流传感测量探头型号的介绍3.2.1 非XL 的3300系列的探头：一般是3300 5 mm/8 mm 电涡流传感器系统，现在经过升级为3300 XL 8 mm电涡流传感器。8 mm XL 探头、电缆和前置器和旧的 3300 系列产品具有互换性。当8 mm探头的端部直径和相应的螺纹尺寸不适用时，也可以使用5 mm探头。有多种螺纹尺寸、探头配置和安装附件可供选择。三、电涡流传感测量系统3.2.2 3300 XL 8 mm 电涡流传感器系统：3300 XL 8 mm 电涡流传感器系统由以下几部分组成：n3300 XL 8 mm 探头n3300 XL 8 mm 延伸电缆n3300 XL 8 mm 前置放大器 这种电涡流传感器系统提供最大80 mils(2 mm)线性范围和200 mV/mil的输出。它在大多数机械监测应用中用于径向振动、轴向（侧向）位移、转速和相位(Keyphasor)测量。三、电涡流传感测量系统 8mm 探头的灵敏度：7.87V/mm。8mm 探头的线性范围：从被测靶面约0.25mm处开始，从0.25mm至2.3mm，间隙电压约1至17Vdc。三、电涡流传感测量系统 当8mm探头引线或延长电缆在应用的环境温度超过177时，可以采用大温度范围的探头和延伸电缆。大温度范围的探头和延伸电缆最高温度可以达到260。大温度范围的探头、延伸电缆同标准温度范围的探头、延伸电缆是兼容的，可以将大温度范围的探头与标准温度范围的延伸电缆合用。三、电涡流传感测量系统3.2.3 3300 XL 11 mm 电涡流传感器系统：这种电涡流传感器系统专门用于当我们8 mm 传感器的80 mil(2 mm)线性范围不能满足要求时的场合。11 mm 电涡流传感器系统提供最大180 mils(4 mm)的线性范围和3.94V/mm(100 mV/mil)的输出，主要取代7200系列的11mm和14mm传感器系统，用于要求大线性范围的以下测量：n轴向（推力）位移测量；n蒸汽轮机的斜面差胀测量；n往复式压缩机活塞杆位置（下落）测量。n转速计和零转速测量；n相位参考（键相位）测量三、电涡流传感测量系统n11mm 探头的灵敏度：3.94V/mm。n11mm 探头的线性范围：从被测靶面约0.5mm处开始，从0.5mm至4.5mm。三、电涡流传感测量系统3.2.4 3300 16 mm 高温电涡流传感器系统：这种电涡流传感器系统用于最高350 C(662 F)的高温环境，如温度超过我们标准电涡流探头和电缆能够承受的极限的某些燃气和蒸汽轮机应用。高温传感器系统探头端部直径为16 mm，提供最大160 mils(4 mm)的线性范围。3.2.5 3300 XL 25 mm 差胀传感器系统：差胀(DE)为主要用于发电行业的大中型蒸汽透平提供转子与壳体之间的相对膨胀/收缩测量。这种传感器系统专门用于满足用户在恶劣的蒸汽和温度环境中对差胀进行测量的需要。三、电涡流传感测量系统3.2.6 50 mm 差胀传感器：这种大范围的传感器专门用于要求最大范围28 mm(1.1 inches)的差胀测量。它是所有标准的电涡流传感器系统中线性范围最大的一种。三、电涡流传感测量系统3.3 电涡流传感器探头的校验 电涡流传感器探头需要校验静态特性与动态特性。使用的校验工具有：TK3、万用表。3.3.1 静态校验就是测量探头随着间隙的递增刻 度，探头的输出灵敏度是否满足要求，找出测量的线性段。静态校验可以连着监视仪表如3300、3500系统，由监视系统供电，配套着前置放大器、延伸电缆、探头校验。也可以在室内离线校验，校验连接示意图如下：三、电涡流传感测量系统三、电涡流传感测量系统n校验步骤：1将探头固定在TK3上，且初始位置为零；供电-24VDC，调节TK3上的千分尺，以0.25mm的 间隔增大间隙，并记录其相应的电压值，至直电压无大的变化；调节TK3上的千分尺，以0.25mm的 间隔减小间隙，并记录其相应的电压值，至直电压无大的变化；作静态特性曲线，看探头校验时的递增刻度系数是否满足探头的灵敏度要求，如7.870.79V/mm，系统平均刻度系数是否满足7.870.43 V/mm，如果同时满足，则探头静态特性较好。如下的一张校验数据表格：三、电涡流传感测量系统三、电涡流传感测量系统 根据记录的数据，绘得该探头的静态曲线图：如图看到，探头的上行、下线曲线重叠得很好。探头的线性段的中心范围在1.41.5mm处，间隙电压在910V。那么我们在下一步安装探头时，就可以把探头用电气法测量电压确定探头的安装间隙。三、电涡流传感测量系统三、电涡流传感测量系统n3.3.2 探头的动态校验 先在TK-3上用千分表量出TK-3振动模拟盘的振动值范围，并标记好每个振动值，摆臂的对应位置。如图：振动范围摆臂刻度标记千分表三、电涡流传感测量系统 在TK-3振动测试仪安装好探头，调整间隙电压到-9V左右，开动振动模拟装置，将摆臂调到所需测试的振动值位置，分3点或5点校验0100量程的振动值，在二次监视系统上观察读数，给定值应与测试值相一致。如果探头的静态校验线性不好或静态曲线与上次的曲线发生了变化，则探头不能再使用。如果探头的动态校验测试值偏差太大，就算静态曲线好，该探头也不能再继续使用。四、探头的安装1、安装步骤 1)、探头插入安装孔之前，应保证孔内无杂物，探头能自由转动而不会与导线缠绕。2）、为避免擦伤探头端部或监视表面，可用测隙规或塞尺测定探头的间隙。但通常由于受设备安装空间的限制，现场安装时不多使用这方法。3）、也可用连接探头导线到延伸电缆及前置器的电气方法整定探头间隙，即根据探头静态曲线的线性段好的中间点的间隙电压值确定安装探头间隙。四、探头的安装 当探头间隙调整合适后，旋紧防松螺母。此时应注意，过分旋紧会使螺纹损坏。探头被固定后，探头的导线也应牢固。延伸电缆的长度应于前置器所需的长度一致。任意的加长或缩短均会导致测量误差。延伸电缆尽量对应的探头校验时配套的安装，以减少误差。前置器应置于铸铝的盒子内，以免机械损坏及污染。不允许盒子上附有多余的电缆，在不改变探头到前置器电缆长度的前提下，允许在同一个盒内装有多个前置器，以降低安装成本，简化从前置器到监视器的电缆布线。采用适当的隔离和屏蔽接地，将信号所受的干扰降至最低限度。四、探头的安装2、延伸电缆的安装 延伸电缆作为连接探头和前置器的中间部分，是涡流传感器的一个重要组成部分，所以延伸电缆的安装应保证在使用过程中不易受损坏，应避免延伸电缆的高温环境。探头与延伸电缆的连接处应锁紧，接头用热缩管或绝缘胶、四氟带等包裹好，这样可以避免接地并防止接头松动。在盘放延伸电缆时应避免盘放半径过小而折坏电缆线。一般要求延伸电缆盘放直径不得小于55mm.四、探头的安装3、前置器的安装 前置器是整个传感器系统的信号处理部分，要求将其安装在远离高温环境的地方，其周围环境应无明显的蒸汽和水珠、无腐蚀性的汽体、干燥、振动小、前置器周围的环境温度与室温相差不大的地方。安装时前置器壳体金属部分不要同机壳或大地接触。安装时必须避免有其他干扰信号影响测量电路。四、探头的安装4、转速、键相传感器安装间隙的锁定 转速、键相传感器均可采用塞尺测量安装间隙的方法进行安装。在探头端面和被测面之间塞入设定安装间隙厚度的塞尺，传感器的安装间隙范围在12.5mm，建议安装在1.32mm。当探头端面和被测面压紧塞尺时，紧固探头即可。键相标记可以是凹槽，也可以是凸键，标准要求用凹槽的形式。当标记是凹槽时，安装探头要对着轴的完整部分调整初始安装间隙（安装在传感器的线性中点为宜），而不是对着凹槽来调整初始安装间隙。而当标记是凸键时探头一定要对着凸起的顶部表面调整初始安装间隙（安装在传感器的线性中点为宜），不是对着轴的其它完整表面进行调整。否则当轴转动时，可能会造成凸键与探头碰撞，剪断探头。四、探头的安装键相安装、测量原理图如下：凹槽键相标记图四、探头的安装凸健键相标记图四、探头的安装5、轴振动传感器安装间隙的锁定 将探头、延伸电缆、前置器连接起来，并给传感器系统接上电源，用精度较高的万用表监测前置器的输出电压，同时调整探头与被测面的间隙，当前置器的输出电压为静态曲线线性段中间间隙位置的电压值时，如9 VDC，拧紧探头的两个紧固螺母固定探头即可。四、探头的安装6、轴位移探头传感器安装间隙的锁定 机组的轴都有一个适当的轴向窜量，在机组运行中，当工艺条件或机组原因造成轴被推向一端时，就会造成“烧瓦”，损坏推力瓦，轴位移测量的就是轴偏离中心的间隙量。所以轴位移的零点定在轴窜动量的中心位置。在安装位移探头时，应由设备专业人员配合，把轴调到窜动量的中间位置，连接探头和前置器，送上电源，用万用表测量前置器的输出，调整探头与轴的间隙，使前置器的输出为显示仪的零点基准电压为止，固定探头。四、探头的安装 探头装好之后，还需和监视仪核对，看是否指示零。若不指示零，应查明原因进行处理（系仪表原因常调整探头或复校监视仪零位）。由机械检修人员将轴撬到非零位参考位置的两端（或一端）的尽头，分别看监视仪所指示的上下窜量是否和机械检修人员用机械表（千分表）测得的轴窜量一致，若不一致，可从机械、仪表两方面找原因。当监视仪指示和机械表测得的窜量一致，其误差在精度允许范围时，参照振动探头所述安装步骤固定好探头和电缆。五、电涡流传感器的常见故障及处理方法1、常见故障：（1）电涡流探头损坏。断开探头与前置器连接的延伸电缆，通过测量探头直流内阻，线圈的通断，探头的同轴芯与外壳部金属的绝缘性来判断。如8mm探头内外芯电阻约7.459.87左右。11mm探头的内外芯电阻约5.98.5左右。五、电涡流传感器的常见故障及处理方法探头总长度（米）从中心导体到外部导体的阻值（欧姆）0.57.45士0.501.07.59士0.501.57.73士0.502.07.88士0.505.08.73士0.509.09.87士0.508mm 探头的内阻数据入下表：五、电涡流传感器的常见故障及处理方法（2）、探头导线与延伸电缆的连接头松动。（3）、延伸电缆与前置器的连接处松动。（4）、前置器、延伸电缆故障。（5）、延伸电缆接地。（6）、探头导线与延伸电缆的连接头绝缘不好而接 地。（7）、探头安装固定不牢，测量波动。（8）、延伸电缆、信号回路电缆屏蔽接地不符合规 范，干扰进入导致测量波动。五、电涡流传感器的常见故障及处理方法2、处理方法：（1）、更换电涡流探头。（2）、紧固探头导线与延伸电缆的连接头。（3）、紧固延伸电缆与前置器的连接螺丝。（4）、更换前置器、延伸电缆。（5）、更换延伸电缆或将其破损接地部分用绝缘带包好。（6）、将探头导线与延伸电缆的连接头用热缩管、绝缘胶 布或四氟带包裹好。（7）、需要停机开盖，重新安装固定探头。（8）、检查屏蔽接地情况，采取单端接地方式。如果监视 系统柜内存在高压交流干扰源，则信号地与电源的 地要分开。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。