电涡流传感系统在压缩机中的应用

孙腾

摘要：本文叙述了电涡流传感系统的构成、工作原理、安装及校核等内容。本文结合压缩机中该系统的使用情况，对其在实际工作中经常出现的由于测头的安装、损坏和线路等原因引起的故障进行了分析，并提出了解决方案。

关键词：电涡流传感系统；压缩机；应用

压缩机是一种用于增压、输气的机器，是化工行业中的一种重要装置。压缩机的轴向振动和轴向位移是反映机组工作状况的主要指标，因此，实时监控压缩机的轴向振动和轴向位移，对于确保压缩机的安全可靠运转shiy。电涡流传感系统是一种能对上述各项指标进行长时间、实时监控的技术。

1系统的组成与原理

电涡流传感系统是一种用于测量金属线和探针端部之间相对位置的仪器，它的测量方法是无接触、高灵敏度和高可靠性，在压缩机系列产品中得到了广泛的使用。如图1所示，电涡流传感系统由趋近式探头、延伸电缆和前置器组成。

图1电涡流传感系统的组成

电涡流传感系统以电涡流为基础，并以此为基础进行了研究。所述电涡流传感系统中所述的前级电路在所述前级电路中，所述前级电路中的所述电流经所述延长线缆传递至所述接近型探测器的所述线圈，所述线圈的所述周边即形成所述高频率磁场；当探针靠近被测量金属导线的表面时，将会感生一电涡流，根据楞次定律，感应电流的方向将会导致其所生成的磁场与原磁场相抵触；因此，在金属导线中，电流所形成的磁场与探针线圈所形成的磁场反向，从而使线圈的阻抗发生变化，而这种变化又与探针端面与金属表面之间的距离有关。在此基础上，利用前级电路实现了对线圈的阻抗改变，并将其转化为电压和电流。

2监测内容

2.1振动监测

压缩机机组的振动监控是通过安装在机组支座附近的一条轴测振皮带来完成的。前部和后部分别装有两个感应器，它们以90度的角度放置，也就是测得了轴心的横向和纵向。振动监测器是指对轴承的径向振动进行监控，从而了解轴承的运行状况。造成轴系振动的原因是多方面的，而造成轴系振动的主要原因有：转子异心、联轴节安装不当、轴套间隙过小等。也有运行方面的因素，例如油压波动，喘振，油温过低，机械不正常等。振动联锁通常是指在压缩机中，在 X/Y方向上，任一方向上的测量仪的量值达到联锁值后，通过编程向高压电源输出一个动作信号，从而使机组跳闸联锁。在真实的工作环境中，由于外界因素的影响，比如有员工在现场操作，这些因素会对发射机的输出造成很大的影响。为避免因错误信号而导致不必要的联锁，可以采取适当的措施减少误动作，例如可以设置动作延时（通常可设定为1 S）、根据机组上一次运行的数据相应地减小联锁值，还可以制定一些管理措施，如在操作现场不允许使用对讲机等。在安装振动传感器时，除按一般要求设定初始间隙值、调整零点外，还需留出足够的有效间距，若要将两台或多台电涡流传感系统同时安装于同一位置，则需考虑相互影响，两台传感器必须间隔一段安全距离，且被测物体的表面面积必须大于传感器直径的3倍；通常选择中空直径为8 mm的换能器。

2.2位移监测

轴向位移是检测过程中非常重要的一项指标，通常由位于推力盘两端的主、副推力瓦来控制，主、副推力瓦通常为米歇尔型。米歇尔推力瓦具有两个非同心性的半弧形结构，运行中能自动对中，并能有效地抑制主轴轴向的过载。轴向位移过大，轴向推力过大，造成压缩机进、出口压力波动过大，转速波动过大，止推轴承磨损；由于机组出现喘振和抽气现象，造成压缩机轴的位移较大。压缩机中，在转子推力端部设置有位移传感器，并设有两个。在两个传感器之间，通过“二取二”的方式实现了两个传感器的互锁，只有在两个传感器都能输出互锁数值的情况下，才能启动互锁保护。与振动传感器不同，位移传感器的安装方法是在安装之前，先用百分表测量出转子的轴向串量，再把转子推进到串量的中点位置（也就是转子的物理中点位置），然后开始安装位移传感器，确保此时的转子中点与传感器输出的中点一致。也可以把转子推向任一端，通过对传感器灵敏度的分析，求出中点上的电压值，从而实现了位移传感器的安装。本特利3300是最常见的位移传感器，它的灵敏度是7.87 V/毫米，通过对最靠近和最远处的一根轴线进行敲击，然后将两根轴线的电压差值除以7.87就可以获得间隙。再次将转轴调至中位，测得前级输出电压，若为9.75 V，就表示已安装完毕。压缩机轴位移值（0.125± C/2) mm时，自动报警；（0.3± c/2）毫米时，连锁停机（C值指的是每个单元在实际工作中所测得的轴串量，以及相应的轴承间隙值）。

2.3转速监测

测转子系统的转速，实质上就是测转子系统转动产生的周期性振动信号的频率。测速有很多种方法，通常都是用计数法来测定，也就是在给定的时间段里，通过被测信号的循环次数来计算转速。在安装转速传感器的时候，需要在主轴上加工出凸起或者凹槽，通常情况下，凸起或者凹槽被加工在主轴的径向位置，可以用多个凸起或者凹槽的设置，来提高测量的精度。在主轴每转一周的时候，就会在凸起或者凹槽上发生一次高低电压，从而产生一个脉冲信号，对前置器上的高低电压频率进行检测，再通过与二次仪表的连接，将赫兹频率信号转换成4~20 mA标准电流信号输出。通过对转速传感器输出的脉冲信号和主轴的径向振动信号进行对比，可以获得主轴的相位角。通过对压缩机机组运行过程中的动平衡进行了分析，并对机组故障进行了分析。目前普遍使用的速度传感器是本特利公司生产的电涡流传感系统3300系列，并与本特利公司生产的2300/20系列监视器相结合。但其不足之处在于，不适用于非常高频的情况，例如安装在60个齿数、转速超过20000转/分的测速盘上，其精度就会降低。在安装传感器的时候要注意：在对传感器的安装间隙电压进行调试的时候，要特别注意凸起或者凹槽的位置，如果将传感器安装在凹槽处，那么在实际工况下，就会导致传感器与轴承的距离过近；易损坏传感器。

3电涡流传感系统的安装

在实际应用中，通常采用机械间隙安装和电间隙安装两种方式。机械测隙安装法是在探头端面与被测金属导体表面之间放置一个设置了安装间隙的塞尺，使探头靠近被测金属导体表面，当二者间隔等于塞尺的厚度时，将探头固定；安装完毕。电测隙安装方法：将探针、延长线与前置装置相连，通电后，用万用表对前置装置的输出电压或电流进行测量，然后调节探针末端与被测金属导线表面之间的距离，在万用表示值与校准数据表中的标准安装间隙相一致时，再将探针固定，安装完毕。现将压缩机中常用的轴向振动仪、轴向位移仪的安装方法及注意事项作一简要说明。在进行轴心径向振动测试时，每一测点应有两根测针，两根测针之间间隔90度，误差可达±5度。通常，选用两根测针以45度角固定于轴心的每一侧。从压缩机的驱动端部来看，在轴线竖直中心线右边的探测器被称作x方探测器，在轴线竖直中心线左边的探测器被称作 y方探测器，见图2。

在图3中，典型地，轴向振动探测器被安装在传感器的线性范围的中间点上，即，当振动探测器被利用电间隙安装方法安装时；当万用表征的预置电压或电流为-10伏或12毫安，则为探针放置的最优位置。

在测量轴的轴向位移时，探头安装在与轴为一个整体的测量端面上（图4)，一般采用两个探头检测一个测点，这两个探头既可以安装在测量端面的同侧，也可以安装在不同侧。应注意，当压缩机处于静态状态时，为了确保压缩机开机后，传感器工作在直线段的中点，其间隙应略大于传感器直线段的中点。

探针与延长线的连接处应该用热收缩胶带包起来，以加强密封和保护。延长线一般以软管或硬管形式敷设，延长线的长度应符合前置装置所需的长度。因为前冲装置对工作条件有很高的要求，所以一般都需要一个专门的前冲装置安装箱。图5显示了电涡流传感系统的典型接线方法。

图2压缩机振动探头的安装角度

图3压缩机振动探头的安装方式

图4压缩机位移探头的安装方式

图5电涡流传感系统典型连接方式

4电涡流传感系统的校验

电涡流传感系统在长期停机、长时间使用或出现故障维修后，都有必要对其进行校准。校验所需要的仪器包括：TK3校验仪，数字电压表，直流稳压电源等。在图6中，说明了该传感器检查系统的连接方法。

图6传感器校验系统连接方式

通过转动微米调整旋钮，将测针紧贴在被测样品上，然后将测针与被测样品之间的空隙调节至与传感器的线性开始距离。开启电源，转动千分尺调节旋钮，让探头与试件保持一定距离，以十分之一量程为间隔，对传感器的输出电压进行记录，并绘制间隙-电压曲线，找到传感器的线性范围，用线性范围内的电压增量（单位 V）除以间隙增量（单位 mm)，计算出传感器的灵敏度，从而对传感器的灵敏度进行判定，从而判断传感器的灵敏度是否符合实际要求。

5结语

利用电涡流传感系统，实时监控压缩机的轴向振动和轴向位移，并对该压缩机的工作状态进行了分析，为该机组的长时间、平稳运转奠定了坚实的基础。对电涡流传感系统的构成，原理，安装进行了详细的介绍；对压缩机的校准方法及常见故障有了深刻的认识，才能确保其安全、长期稳定地运转。

参考文献

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