В предыдущей статье, мы рассказали вам что такое датчики вибрации, каких видов они бывают и подробнее познакомили с первой группой вибропреобразователей — датчиками абсолютной вибрации.
В данной статье мы расскажем вам о второй группе — датчиках относительной вибрации. Чем они отличаются от датчиков абсолютной вибрации и какие задачи выполняют? Можно ли использовать их для анализа вибрации агрегата? Также вы узнаете принцип их работы и познакомитесь с разработками нашей компании.
Принцип работы датчика относительной вибрации
Напомним, датчики относительной вибрации измеряют зазор между валом машины и торцом датчика, жестко закрепленным в корпусе машины.
Поэтому их часто называют датчиками вибрации вала, а также токовихревыми или вихретоковыми датчиками.
Если с первым названием понятно, то почему "токовихревые/вихретоковые"?
Это связано с принципом работы датчика. Работа датчика основана на токах Фуко, названых по имени французского физика Ж. Б. Л. Фуко, который подробно исследовал и открыл явление вихревых токов.
Токи Фуко — это вихревые замкнутые электрические токи в массивном проводнике, которые возникают при изменении пронизывающего его магнитного потока. Вы можете самостоятельно создать вихревые токи если будете использовать катушку из медной проволоки. Пустите через нее переменный ток, и он создаст магнитное поле внутри и вокруг нее.
К примеру, если поместить внутрь катушки массивный металлический сердечник и пропустить по катушке переменный ток, который очень часто изменяет своё направление, то сердечник сильно нагреется. Это происходит из-за непрерывного изменения магнитного потока, пронизывающего сердечник. По этой технологии, например, работает обычная индукционная плита, которая скорее всего стоит у вас на кухне.
Вихретоковый датчик вибрации - та же катушка. На катушку подается очень малый, но высокочастотный переменный электрический ток, в результате чего возникает электромагнитное поле. При приближении датчика к металлическому объекту, вихревые токи в катушке датчика начинают взаимодействовать с металлом и менять свои показатели. По изменению этих показателей можно судить и об изменении расстояния до металла.
И сейчас мы подходим к очень важному моменту: по сути вихретоковый датчик измеряет не вибрацию, а расстояние между собой и контролируемой поверхностью! И в этом его отличие от датчика абсолютной вибрации, который колеблется вместе с агрегатом и измеряет суммарную общую вибрацию. Датчик относительной вибрации измеряет вибрацию вала относительно корпуса и при этом вибрацию самого корпуса, машины, фундамента, помещения и земли он не "чувствует".
Размеры датчика также имеют значение. Существует множество конфигураций вихретоковых систем, отличающихся диаметром и конструкцией катушки, длиной кабеля, параметрами выходного сигнала и характером измеряемой величины. Диаметр катушки определяет диапазон измерения и площадь взаимодействия электромагнитного поля с контролируемым объектом. Чем больше диаметр, тем больше величина измеряемого зазора (максимально возможное расстояние между датчиком и контролируемой поверхностью), шире диапазон измерения и сильнее глубина проникновения вихревых токов. Но при этом выше и погрешность. Поэтому для каждой локальной задачи зачастую необходим конкретный тип датчика.
Роль вихретоковых датчиков в вибродиагностике
Вихретоковые датчики вибрации нужны для бесконтактного измерения осевого сдвига, виброперемещения, фазы и частоты вращения электропроводящих объектов. Они применяются для диагностики состояния промышленных турбин, компрессоров, электромоторов. Измеряя перемещение вала, датчики могут обнаружить изменения, которые указывают на дефекты в машине, например, дисбаланс или несоосность.
Датчики нашего производства измеряют следующие параметры:
- Зазор в плоскости;
- Максимальное значение измерения зазора;
- Размах виброперемещения;
- Мгновенный зазор;
- Фазу сигнала;
- Частоту вращения.
Проиллюстрируем два примера измерений: размах виброперемещения и измерение частоты оборотов.
В первом случае датчик замеряет поперечное или продольное перемещение вала, во втором - количество его оборотов с помощью установленной метки (небольшой выступ или углублении, которое нужно для формирования отклика датчика). Следует отметить, что иногда обе функции выполняет один датчик, а иногда их разделяют по отдельным устройствам.
Вот так это выглядит в реальных условиях:
Использование датчиков вибрации регламентируется следующими ГОСТами:
- ГОСТ ИСО 10817-1-2002. «Вибрация. Системы измерений вибрации вращающихся валов»
- ГОСТ 27165-97 «Агрегаты паротурбинные стационарные. Нормы вибрации валопроводов и общие требования к проведению измерений»
- ГОСТ 32106-2013 «Контроль состояния и диагностика машин. Мониторинг состояния оборудования опасных производств. Вибрация центробежных насосных и компрессорных агрегатов»
Датчики относительной вибрации, также как и абсолютной вибрации, выпускаются во взрывозащищенном исполнении и эксплуатируются во взрывоопасных зонах. Могут использоваться в составе систем вибромониторинга, вибродиагностики и защиты оборудования (например, системы «TIK-RVM»). Технические характеристики большинства преобразователей стандартизированы, что позволяет использовать их для замены аналогичных датчиков в отечественных и импортных системах контроля вибрации и диагностики.
Важную роль в вихретоковом методе играет тип металла контролируемого объекта, поскольку от физических свойств материала (удельной электропроводности и магнитной проницаемости) зависит результат измерений.
Тип выходного сигнала и вихретоковых датчиков может быть следующим:
- Токовая петля, двухпроводный 4-20 мА
- Напряжение (0…+10 В), (-1…-17 В), (-1,6…-17,6 В)
- Комбинированный с отдельным питанием (4-20 мА) / (0…+10 В)
- Цифровой стандарт RS-485
Рабочая температура также может сильно отличаться: например, криогенное исполнение преобразователей TIK-DSA предназначено для работы при температуре до -196 ºC, а высокотемпературное до +180 ºC.
Использование вихретоковых датчиков в системах контроля вибрации и диагностики имеет ряд преимуществ:
- Контроль осуществляется без контакта датчика и объекта, что исключает механическое воздействие и продлевает срок работы датчика;
- На сигнал вихретокового датчика практически не влияют влажность, давление, масло и загрязненность объекта контроля;
- Вихретоковый метод обладает высокой точностью на небольших оборотах, поскольку не имеет нижнего предела по частоте, в отличие от датчиков абсолютной вибрации.
Датчики относительной вибрации НПП "ТИК"
Еще в 2001 году наше предприятие завершило разработку и сертифицировало свои первые датчики вибрации и перемещения – вибропреобразователь DV-1 и вихретоковые преобразователи DS-1 и DS-2. С этого момента все стационарные системы, производимые предприятием комплектовались первичным преобразователями собственного производства.
Хотелось бы отметить преимущества наших датчиков:
- Наличие сертификатов СИ. Датчики зарегистрированы в российском реестре средства измерений и имеют соответствующие сертификаты;
- Вариативность. Мы готовы подобрать оптимальные датчики для различных условий;
- Наличие взрывозащиты. Все наши датчики имеют сертификат взрывозащиты;
- Возможность импортозамещения. Мы выпускаем полные аналоги датчиков европейских, азиатских и американских производителей (Metrix, Emerson, Bruel&Kjaer, Shinkawa, Bently Nevada).
- Наши датчики производятся в России поэтому поставка не будет зависеть от политической обстановки в мире или регионе.
Мы поставляем вихретоковые датчики и системы мониторинга и диагностики на предприятия и холдинги нефтегазовой сферы, электроэнергетики, химического производства и ряда других отраслей. Множество кейсов включают в себя замену импортных каналов и систем, что безусловно способствует укреплению технологического суверенитета России, особенно в критических секторах экономики.
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
Спасибо, что дочитали до конца ♡
Подписывайтесь на наш канал, чтобы не пропустить новые публикации.