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总结,永久监测是用来关闭机器的,以应对突然的变化,因此主要用于重要和昂贵的机器避免灾难性的失败。它是基于监测相对简单的参数变化和通常使用近距离探测的快速反应的加速度计。间歇monitorin用于给长期发展中的故障预警,是用在避免更多的机器产生的经济损失而不是机器本身的成本。它通常在加速计加速度信号分析的基础上,可以从一个计量点移动到另一个。
1.5 振动传感器
测量传感器存在三个横向振动的参数可以表示,即位移、速度和加速度。然而,唯一可行的(状态监测)传感器测量位移,接近探头,测量相对位移而非绝对位移,而最常见的速度和加速度传感器测量绝对运动。如图1.1所示,它显示了一个轴承座配备一个水平加速度计和两个距离探测器在90◦夹角上。后者,虽然称为垂直和水平,通常会位于plusmn;45◦的垂直,以免干扰通常联接法兰的水平径向轴承的平面(图1.2)。
1.5.1
接近探针测量轴之间的相对运动的套管或轴承箱(如图1.1)。重要的是要意识到,这从轴承箱的绝对运动给了非常不同的信息,所谓的“地震传感器”是一种加速度计。这两个参数可能是不同的温度和压力值,尽管有时是相关的。
相对运动,特别是流体膜轴承,是最密切相关的是油膜厚度、油膜压力分布,因此,要计算雷诺兹方程[14]。因此在转子动力学的计算也很重要,因为这些Y探针常常有轴承属性。在第二章详细讨论了这些问题,来进一步引用流体膜轴承和转子动力学。然而,流体膜轴承是一个非线性弹簧,因此相对振动的振幅不便于直接测量轴和轴承。静载荷的增加,例如,导致油膜变薄,和轴承变硬,减少振动振幅,尽管较高的负载更有可能导致失败。
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X探针 |
加速度计
图1.1说明绝对与相对振动
轴承箱的绝对运动,另一方面,响应直接影响由轴轴承施加的力的大小(这些是相同的,因为惯性的油膜可以忽略不计),由于机器结构倾向于线性弹性性能,振动幅值将直接与力成正比变化,独立于静载荷。
图1.2距离探测器安装在涡轮轴承盖。
换句话说,轴颈轴承的刚度和阻尼特性,即动态轴承力,最直接相关的是相对位置和运动轴的轴承,但应对这些力量的最直接表示是绝对运动。近距离探测的一个优势是,他们可以测量轴承的轴的绝对位置和周围的振动位置。直流电(DC)加速度计确实存在,但很少用于机器监控,因为它仍然不可能直接把信号确定因为缺乏速度和位移积分常数。因此加速度计用来测量一个均值为零的加速度的波动。这可以集成绝对速度和位移(波动),但不包括零频率。
其他对比不同类型的传感器依靠动态范围的技术规格,频率范围,等等,所以每种类型将依次讨论。
1.5.2距离探测
距离探测器的测量探头尖端与另一个表面之间的相对距离。他们可以测量基于电容式或磁性测量电路的差距,但迄今为止最无处不在的距离探测器是以基于电路的电感变化带来的差距变化为原理。这样的调查公司开创于本特利内华达。图1.2显示了典型的安装在轴承盖的涡轮机的距离探测器。
其中必须有一个高介电值的差距,但可以是空气或其他气体,例如石油流体膜轴承。被测表面的探针针尖的距离必须是导电的,从而允许通过产生的感应涡流。一个信号是由一个“proximitor”(振荡器/解调器)在一个较高的频率和振幅的大小直接取决于探针和测量表面之间的差距。振幅解调技术用于检索信号。一个典型的探针的合理的线性测量范围从0.25到0.25毫米的差距在0.025毫米的最大偏离线性(满刻度的1.1%)敏感性200 mV /毫升(7.87 V /毫米)。因此,在这个意义上的比率的最大最小值,动态范围小于20分贝。
线性不是唯一限制有效测量的动态范围的因素。到目前为止,最大的限制是跳动,本特利内华达[16]叫做“故障”。跳动测量的信号没有实际的“机械跳动”和“电子跳动”。机械偏转是由于机械轴表面的偏差，来自一个圆,与旋转轴同心的问题,这些包括低频组件,如偏心,轴弓和不圆度,和更短的组件从划痕,毛刺和当地其他损伤。电偏转是由于局部表面电和磁性质的变化,可以影响残余磁性,甚至残余应力,以及隐藏缺陷。有很多事情可以用来做来最小化输出轴[16],但一般来说不太可能最高的动态范围测量组件和最高输出组件将超过30分贝。可以使用“跳动减法”补偿在某种程度上的跳动,但好处是非常有限的。原则上,机电跳动,可以测量慢滚的条件下(lt; 10%的正常操作速度),当它可以假设振动可以忽略不计时,可以去测量高速度。这是最有效的第一谐波(基频)的旋转和通常可以通过向量减法的监测系统。它不太可能在有效的临界转速以上测量临界转速以下,至少偏转是由于轴弓造成时。跳动减法可能失效的另一个原因是,在大机器,热膨胀从低到高负载/速度意味着慢滚的轴测量的部分是由于探测器在正常操作条件下保持不一致。需要一些机器运行一年或多年,监测轴上的位置是通过推力轴承的磨损可能会发生的变化。接近探头实际上是用于监测转子轴向的位置。
对于轴振动监测的主要标准,有趣的是,美国石油学会API 670[15],没有校正跳动显示振动水平。它还指出,总输出不应超过最大允许峰振动振幅的25%。这仅仅对应于minus;12 dB的距离探测器测量的动态范围是最佳的有效指标。即使跳动减法可以成功实施,改善动态范围也将不太可能超过10 dB,对于从30到40分贝,这主要在低次谐波,谐波越高,波长越短,因此,就有更大的可能性影响测量跳动时由于热膨胀或磨损的小的轴向位移。
近距离探测的有效频率范围通常是10 kHz,但这是不对的,因为实际的限制可能是由一定数量的轴转速的谐波,由于动态范围的限制造成的。在第四章部4.2.1分进行了解释,准备机械振动光谱往往处于大致均匀的速度,从而降低位移为1 / f,f是频率。不太可能有超过10左右的谐波会限制效动态范围内的跳动。这个严格限制了接近探针的诊断功能,特别是造成长期预警的初期失败,是这本书的主要部分的主要内容是致力于分析加速度计信号,使其具有更大的活力和频率范围,1.5.4部分中解释)。
限制的一个典型的例子是给出接近探头测量的频率范围在图1.3中,比较了光谱的信号从一个距离探测器和一个加速度计同时在同一台机器上。作者记录的在加拿大的化工厂信号监测系统的离心压缩机的信号。
接近探测信号的频谱(图1.3(a))是完全来自谐波的轴转速(133 Hz)的。然而,只有前两个或三个可能是有效的,因为更高的谐波相当均匀。在加速度计信号的频谱(图1.3(b)),已经集成(绝对)更容易比较(相对)位移的prox.探测器的信号,前两个或三个谐波上方发出了噪音。然而,在更高的频率有四个叶片通过频率的谐波(叶片11)可见,这可能有助于诊断的目的 。
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Blv |
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暂停 coi |
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限制轴向运动 |
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10 lt; f lt; 1000 Hz |
图1.4实现速度传感器的原理图(Brueluml;amp; Kjaelig;r)。2.2.4章2节)。没有什么显著的相同的谐波prox.探测器的光谱。注意,即使加速度计信号包含更多的来自气体流的噪音,后者可以被同步将轴转速的谐波平均(见第三章)的操作。另一方面,这不能用来消除prox.探测器的信号偏心影响,因为它们是与轴的转速呈完美的周期性。
1.5.3速度传感器更正
传感器确实存在提供一个信号与绝对速度成正比。他们实际上与一个扬声器线圈相反,通常有一个振动悬浮线圈的磁场传感器的永磁附着在壳体上(如图1.4所示),线圈严格依附于壳体上。当换能器的住房(或传感器)是连接到一个振动物体时,它与安装组件之间的相对运动(上方悬挂共振频率)等于物体的绝对运动空间。为了避免过度反应的问题激发附近的频率共振,悬架的阻尼通常是相当高的,通常有70%的临界阻尼,这也意味着振幅响应的传感器有着相当统一的共振频率。图1.5(从[17])显示了广义振动传感器的频率响应描述的类型,对于不同的阻尼值,对于频率比率对悬架的固有频率,发现临界阻尼比zeta;= 0.7,振幅比接近1的频率范围(即输出等于输入)是尽可能广泛的。另一方面,阻尼值,相位偏差从180◦(理想的渐近值)延伸到很高的频率。这意味着信号的振幅谱捕获这样的传感器会很准确。
图1.5地震的频率响应停止振动计[17]:(一)振幅characteris-tic;(b)阶段characteristic.zeta;=临界阻尼比(复制许可,培生教育南亚Pte Ltd)
一定遵循原。将从第三章的傅里叶分析其中理论,复制重复冲动,例如,所有谐波必须在阶段时发生,如果他们用这样一个传感器测量范围的低谐波相位失真。
在速度传感器的情况下,相对运动的磁铁线圈提供一个电压信号与速度成正比(此为绝对速度)。动态范围(最大最小可测信号的比值)的传感器是大约60 dB。频率下限通常设置为(通过调整悬架共振频率)10赫兹,而有限的内部组件最高可衡量的共振频率是1 - 2 kHz。大部分的数据以VDI 2056和ISO 2372为标准(部分4.2.1)准备了这种速度传感器和频率限制的主要原因是因为这些频率变成了10 Hz 或1 kHz。
这将在下一节所示,一个加速度计加积分器是一个更好的速度传感器。
加速度计传感器产生的信号与加速度成正比。到目前为止最常见类型用于压电accelerom-eters机器状态监测,主要利用某些晶体和陶瓷的压电性能。此类压电元素生成与一个电荷成正比的压力。在一个典型的设计如图1.6(a),所谓的“压缩”类型,压电元素是夹在一个外壳和底座之间,会通过弹簧夹将其压缩。这样的安排也可以被认为是一种可以表示一般振动传感器的频率特性的方法。如图1.5所示,除了它是用来操作下面的固有频率暂停元素。
图1.6典型的加速度计的设计:(一)压缩类型;(b)剪切类型(由Brueluml;amp; Kjaelig;r)。
（在图1.5)加速度计”。当加速度计的底座连接到一个振动物体时,质量是遵循基本的运动规律元素的。不同质量的惯性力使压电元素略微变形,与应变加速度的变化成正比。他们产生的电与加速度成正比,所以他们的敏感读是引用毫库伦每米每秒的平方,pC /(s2)为单位。如下面所讨论的,这个必须转换为电压电荷放大器。夹紧弹簧,虽然非常硬,硬的远低于压电元素,但是它的力量仍然为有效常数,但应在组装时保持积极的压缩力。
图1.6(b)显示了一个替代设计的压电元素在剪切变形时的变化(他们必须极化,产生一个正比于剪切而不是压缩的应变)。这种设计是由Brueluml;amp; Kjaelig;r的专利设计而来的,即装配的机械性能有各向同性,没有优先方向。在这种情况下是一个圆柱夹紧弹簧,其他元素和中心柱之间保持积极的压力量。剪切设计存在,其中压电元素固定在一个方向上对一个矩形的中心,但这不同的横向reso-nance频率的缺点在不同的方向。另一个各向同性设计采用圆柱形元素和形状,但这些必须要紧固在一起,给予较低的结构完整性和温度限制。
电路包括的压电元件阻抗很高,会产生许多问题,如传感器信号的电磁辐射。电缆连接器的类型,如图1.6所示,一个所谓的“微粒的连接器”,可以提供最好的实验室测量结果,但相关的标准微粒的电缆不是非常适用于常规测量。一种更粗的double-shielded微粒的电缆解决了其中一些问题,但与更粗的部分会使其他类型的电缆连接器或同等可能发现的定期监测设备的重复性和频率范围略有退化。
如果传感器直接连接到一个电压表,相对应的电压生成的电荷是直接受到电路的阻抗的影响,特别是电容加速度计的电缆,随其长度变化。由于这个原因通常需要使用加速度计与电荷放大器,它将一个给定的电荷在高阻抗输入端与一个低阻抗的输出端的电压成比例。一个典型的设计转换1 pC输入输出为1 mV。在输出端电缆长度不会影响灵敏度和噪声传感器的影响可以忽略不计。高阻抗电路的另一个问题是“摩擦电噪声的敏感性,或生成静态电荷由内导体与护套之间的摩擦,摩擦电噪声通常是使用一个低摩擦最小化聚四氟乙烯护套和内导体与护套之间的石墨润滑剂。
高阻抗电路的问题可以通过构建到电荷放大器传感器减少到最低限度,电子电路的小型化使这成为可能,它解决了许多实际问题如特殊电缆,电气干扰,等等。它有一个缺点,那就是它更难检测输入电路的过载。单独的电荷放大器通常有一个过载指标能改变增益之前或之后的过滤、整合,等等。它应该总是记住输入电路必须应对全部传感器产生的信号,甚至由高和低通滤波器得到的频率范围外的部分。压电加速度计内部阻尼较低,这是相当普遍的。谐振增益如图1.5(a)30 dB。高于线性工作范围的价值。共振频率通常是30千赫,但是在一些机器,如燃气涡轮机,可以有显著的激励频率。这可能导致输入放大器的过载,即便在10 - 20 kHz信号的低通滤波(测量的最大有效频率)放大器中。
加速度计的横向运动的共振频率通常低于主要测量方向,尤其是压缩类型的加速度计,尽管只有一小部分横向灵敏度,如果横向共振产生信号也可成功的扭曲。解决这个问题的最好方法(以及激励的主要轴向共振),,是安装加速度计的机械过滤器，在那里可以得到高的强有力的激励频率。这包含了一个弹性层有一个弹簧常数,这样结合安装共振传感器的质量,三分之一的换能器本身,同时提供良好的阻尼,以减少之间
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