【摘要】本文從構(gòu)成、原理、安裝等方面介紹了本特利轉(zhuǎn)速、位移、振動等軸系儀表的應(yīng)用，并結(jié)合催化機組運行中出現(xiàn)的問題就如何用好、用對軸系儀表進行了總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】本特利；電渦流；磁感應(yīng)

1.系統(tǒng)簡介

本特利系統(tǒng)主要包括探頭、延伸電纜、前置器等。

1.1探頭

通常探頭由線圈、頭部、殼體、高頻電纜、高頻接頭組成，線圈是探頭的核心，它是整個傳感器系統(tǒng)的敏感元件，線圈的物理尺寸和電氣參數(shù)決定傳感器系統(tǒng)的線性量程以及探頭的電氣參數(shù)穩(wěn)定性。線圈直徑?jīng)Q定傳感器系統(tǒng)的基本性能——線性量程，傳感器系統(tǒng)的線性量程大致是探頭頭部直徑的1/2～1/4。

催化機組中選用的振動、位移探頭為8mm探頭，靈敏度為7.874V/mm。

1.2延伸電纜 延伸電纜用來連接探頭與前置器，選擇延伸電纜的長度應(yīng)該使延伸電纜長度加探頭電纜長度與配套前置器所要求的長度一致（5m或9m）。

1.3前置器 一方面前置器為探頭線圈提供高頻交流電流；另一方面，前置器感受探頭前面由于金屬導(dǎo)體靠近引起探頭參數(shù)的變化，經(jīng)過前置器的處理，產(chǎn)生隨探頭端面與被測金屬導(dǎo)體間隙線性變化的輸出電壓信號。

從前置器到3500監(jiān)測器的最大長度為305米。

2.系統(tǒng)的工作原理

2.1電渦流原理

圖2-1 電渦流原理

傳感器系統(tǒng)的工作機理是電渦流效應(yīng)如上圖2-1。

當接通電源時，在前置器內(nèi)產(chǎn)生高頻電流信號，該信號通過延伸電纜送到探頭頭部線圈，在周圍產(chǎn)生交變磁場H1。如果有金屬導(dǎo)體材料接近，則交變磁場H1將在導(dǎo)體表面產(chǎn)生電渦流場，該電渦流場也會產(chǎn)生一個方向與H1相反的交變磁場H2。由于H2的反作用，會改變探頭線圈高頻電流的幅度、相位，即改變了線圈的有效阻抗Z。當導(dǎo)體的磁導(dǎo)率μ、電導(dǎo)率σ、尺寸因子r，激勵電流強度I和頻率ω等參數(shù)不變時，阻抗Z就成為線圈與金屬導(dǎo)體距離δ的單值函數(shù)，在一定范圍內(nèi)可以近似為電壓與探頭到金屬體距離的單值線性函數(shù)。

3.傳感器的典型應(yīng)用

電渦流位移傳感器系統(tǒng)主要用于機組軸的徑向振動、軸向位移、軸轉(zhuǎn)速在線測量和安全保護。

3.1軸的徑向振動測量 對于被測面表面粗糙度Ra要求在0.4μm～0.8μm之間。

測量軸的徑向振動時，每個測點應(yīng)在同一平面垂直安裝兩個傳感器探頭，通常將兩個探頭分別安裝在垂直中心線每一側(cè)45°，定義為 X探頭（水平方向）和Y探頭（垂直方向）。

通常將軸的徑向振動測量探頭安裝在傳感器的線性范圍中點，對應(yīng)的前置器輸出電壓-10V左右。即探頭固定好時應(yīng)用萬用表測得前置器輸出電壓應(yīng)為-10V。

3.2軸向位移測量 測量軸向位移時，測量面是以探頭中心線為中心，寬度為 1.5倍探頭頭部直徑的圓環(huán)。

安裝原則：1、由于指示儀表的濾波效應(yīng)或平均效應(yīng)，被測表面粗糙度Ra不超過0.8μm～1.6μm。2、鉗工確定軸的串量，即能移動的最大距離。3、軸處于其軸向竄動量的中心位置時，調(diào)整探頭位置使前置器輸出電壓為-10V。因此探頭與被測軸面間距為10/7.874=1.27mm。

但此種安裝方式存在不合理之處，下文我們將分析，在此不再贅述。

3.3轉(zhuǎn)速測量 在軸的測量圓周上設(shè)置多個凹槽標記，當軸的凹槽對準探頭時等于探測距離突變，傳感器產(chǎn)生一個脈沖信號，軸每轉(zhuǎn)一圈會產(chǎn)生與凹槽數(shù)量相等的脈沖信號。

頻率轉(zhuǎn)換器根據(jù)脈沖數(shù)與凹槽標記數(shù)即可算出軸轉(zhuǎn)速。如果每秒鐘計數(shù)N 個，標記的數(shù)量K個，則轉(zhuǎn)速V按下式計算：

V=60N/K r/min（每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)）

安裝原則：所測轉(zhuǎn)軸直徑要滿足至少大于探頭直徑的3倍，否則靈敏度就會下降，一般當被測面大小與探頭頭部直徑相同時，靈敏度會下降至70%左右。

對于磁感應(yīng)式探頭要求探頭距測速齒輪牙端距離在0.25-1.02mm之間，保證測得電壓大于1V，太近會打壞探頭，太遠測得感應(yīng)電壓會過小。凹槽要足夠大，以使得產(chǎn)生的脈沖峰峰值不小于 5V，若采用φ8 探頭，則這一凹槽寬度應(yīng)大于7.6mm、深度或高度應(yīng)大于1.5mm（推薦采用2.5mm以上）、長度應(yīng)大于10mm。凹槽應(yīng)平行于軸中心線，其長度盡量長，以防止當軸產(chǎn)生軸向竄動時，探頭還能對著凹槽。

4.故障實例分析

在本特利儀表的實際應(yīng)用中出現(xiàn)過一些故障，本章我們列舉幾個典型案例加以分析。

4.1 未知干擾引起振動波動 故障經(jīng)過：2012年11月1日二催化1#主風機徑向軸承XI1435A/XI1436A振動同時波動。

原因分析：對信號電纜絕緣和電纜屏蔽線接地檢查、接線端子氧化檢查、卡件通道測試等均未發(fā)現(xiàn)問題，分析認為振動大系外界干擾造成的可能性最大，因故障無法復(fù)現(xiàn)只能采取預(yù)防性措施。

對策措施：1、對XI1435A/XI1436A振動大聯(lián)鎖增加1秒延時。2、將XI1435A/XI1436A對應(yīng)的3500卡件與波動較小的卡件進行對調(diào)。3、盡量減少現(xiàn)場附近動焊作業(yè)，如需作業(yè)建議將相關(guān)機組聯(lián)鎖切除。

4.2 位移過大 故障經(jīng)過：2013年4月21號一催化煙機C501/1檢修完畢，開機出現(xiàn)位移過大報警。

原因分析：經(jīng)現(xiàn)場仔細檢查發(fā)現(xiàn)為安裝不到位。

安裝時是按4.2.1的要求完成的。即先由鉗工確定串量為0.55mm，再將移至中間位置0.275mm處，調(diào)整探頭位置使前置器輸出為-10V，設(shè)為位移零點。

實際上，上述確定的零點為冷態(tài)零點，煙機開機時需將煙機與風機相連，聯(lián)軸器可能在風機頭方向有一定間隙，在開機時風機軸竄軸，帶著煙機軸產(chǎn)生遠離探頭的位移，導(dǎo)致熱態(tài)零點與冷態(tài)零點不一致，使測得位移偏大。

正確安裝方式：1鉗工嚴格確定串量L。2鉗工將風機軸、煙機軸移向靠近機頭的極限位置，使開機時煙機軸竄量最小。3調(diào)整探頭位置當前置器輸出電壓U=-10-7.874*L/2時，固定探頭。4移動煙機軸使其到達遠離機頭的極限位置，若U=-10+7.874*L/2，可判斷安裝正確。

補救措施：若安裝出錯時煙機無法停機，探頭無法重新安裝只能采取補救措施，可以根據(jù)以往正確的運行數(shù)據(jù)計算出拉偏量，在3500和DCS中將報警值適當增加，以消除報警讓機組正常運行。

4.3 轉(zhuǎn)速失調(diào) 故障經(jīng)過：2012年4月8日，一催化壓縮機C502/C檢修完畢因轉(zhuǎn)速失調(diào)而無法開機。

原因分析：經(jīng)仔細檢查發(fā)現(xiàn)原因有如下了兩點：

1.安裝不到位：該探頭為woodward磁感應(yīng)式22mm探頭，安裝要求為探頭距測速齒輪牙距0.25--1.02mm，

而由于該探頭長度太短，無法滿足以上距離要求，探頭距牙端距離最小僅為1.4mm，因此測得信號衰減嚴重，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速無法測量。

2.探頭與測速齒輪尺寸不匹配：磁感應(yīng)式探頭要求勵磁介質(zhì)即測速齒輪的牙端的橫截面寬度要大于或等于探頭直徑，齒輪的牙間距要大于或者等于探頭末端突起的直徑的三倍。當探頭和齒輪的尺寸關(guān)系偏離以上的規(guī)定時，MPU的電壓輸出波形會變得很差導(dǎo)致測量嚴重不準。

經(jīng)現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)該測速齒輪為60齒，牙端面及牙間距都較小，而探頭直徑又較大，使二者并不嚴格滿足以上尺寸要求，所以轉(zhuǎn)速無法測準。

解決方案：1.更換小直徑、長螺紋探頭，以保證探頭與牙端距離在0.25-1.02mm。2.將60齒更換為30齒齒輪，以滿足上述尺寸要求

4.4 附件故障判斷 1.探頭故障判斷 探頭正常阻值為7-9Ω，若測得阻值>100Ω，則說明開路，若阻值<1Ω則說明短路，需更換探頭。2.前置器故障判斷 若出現(xiàn)如下現(xiàn)象可判斷為前置器故障，需更換。（1）前置器電源電壓不在-17.5～-26VDC之間，且電源、導(dǎo)線均正常。（2）前置器輸出電壓為0V或<1V，監(jiān)測儀接線端子、連接導(dǎo)線、探頭、延伸電纜等無短路，斷開延伸電纜輸出仍不變。（3）前置器輸出電壓很高，但低于電源電壓，將前置器同軸電纜接頭內(nèi)外芯短路，再測輸出電壓，電壓不在0.6～0.8V之間。（4）前置器輸出電壓與電源電壓相同，且前置器OUT和-24V端之間接線未短路。

除上述故障外，在實際運行中還出現(xiàn)過接頭臟、接線端子氧化、3300卡件壞等導(dǎo)致的數(shù)據(jù)波動問題，因故障原因明確，處理簡單再次不做贅述。

結(jié)論

本特利軸系儀表具有壽命長，可靠性高，測量精確等優(yōu)點，在催化裝置應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用于煙機、氣壓機等機組監(jiān)控與保護，在多年的實際運行中很好的保護了機組安全。

參考文獻

[1]馬兵.機組探頭安裝使用手冊，2007

作者簡介

陳樂，男，198709，山東泰安，本科，中國石油大學華東，現(xiàn)有職稱：助理工程師，研究方向：自動化儀表。