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1、兰州石化仪表基础理论知识兰州石化仪表基础理论知识培训班培训班兰州石化电仪事业部王铁民兰州石化电仪事业部王铁民兰州石化电仪事业部王铁民兰州石化电仪事业部王铁民旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统n n旋转机械在石油、化工、机械、冶金、电力等行业应运非常广泛，常见的旋转机械有：鼓风机、压缩机、离心机、汽轮机、发电机、电动机等。n n一般来说，化工企业应用较多的是压缩机、离心机、汽轮机等状态检测系统，需要监测轴振信号、轴位移、振动加速度等与振动相关的工艺信号。（包括转速、压力、温度、风量等）旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机
2、械状态检测系统1、状态检测系统的基本 概念: 旋转机械状态检测与故障诊断技术包括：识别旋转机械状态和预测发展趋势两个方面内容。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统1.1 1.1 旋转机械常用检测参数旋转机械常用检测参数n n振幅：是表示机械振动剧烈程度的一个重要参数。振幅：是表示机械振动剧烈程度的一个重要参数。 （单位。峰（单位。峰- -峰。密耳峰。密耳.mil .mil （1mil=0.001in=0.0254mm1mil=0.001in=0.0254mm）n n频率。频率。n n轴心位置轴心位置n n相位：是描述转子某一瞬间所在位置的一个参数相位
3、：是描述转子某一瞬间所在位置的一个参数n n振动形式（分为时基波形和轴心轨迹）振动形式（分为时基波形和轴心轨迹）n n轴向位置（轴位移）轴向位置（轴位移）n n其他参数：轴承温度，润滑油温度、介质压力、介质其他参数：轴承温度，润滑油温度、介质压力、介质 流量等。流量等。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统1.2 1.2 旋转机械常见故障旋转机械常见故障 n n转子不平衡转子不平衡n n油膜波动油膜波动n n旋转机械摩擦旋转机械摩擦n n旋转机械不对中旋转机械不对中n n旋转机械裂纹转子旋转机械裂纹转子n n旋转机械气体介质波动旋转机械气体介质波动n
4、n喘振等故障喘振等故障旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统2、传感器系统n n旋转机械状态检测系统中采用的传感器分为：n n接触传感器接触传感器n n非接触传感器非接触传感器旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统2.1 2.1 传感器按测量参数分类传感器按测量参数分类n n加速度传感器（输出电量与加速度成正比）加速度传感器（输出电量与加速度成正比）n n压电式（电荷输出型；电压输出型压电式（电荷输出型；电压输出型内置放大电路）内置放大电路）n n应变式应变式n n速度传感器（输出与速度成正比）速度传感器（输出
5、与速度成正比）n n接触式（动圈式、动磁式、压电式接触式（动圈式、动磁式、压电式内置积分内置积分放大器）放大器）n n非接触式（变间隙式）非接触式（变间隙式）旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统n n位移传感器n n接触式接触式 （电阻式、应变式）（电阻式、应变式）n n非接触式（电容式、电涡流式）非接触式（电容式、电涡流式）n n温度传感器n n压力传感器旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统2.2 2.2 传感器按工作原理分类传感器按工作原理分类传感器按工作原理分类传感器按工作原理分类 一、电阻式一、电阻
6、式n n变阻式（测量直线位移，角位移等）变阻式（测量直线位移，角位移等）n n应变式（测量位移、力、压力、扭矩、加速度等）应变式（测量位移、力、压力、扭矩、加速度等）n n固态压阻式（测量压力、加速度等）固态压阻式（测量压力、加速度等） 二、电感式二、电感式n n自感式（可变磁阻自感式（可变磁阻-用于测量较大位移等，涡流用于测量较大位移等，涡流式式测量液位、转速、零件计数等）测量液位、转速、零件计数等）n n互感式（测量直线位移、压力、重量等）互感式（测量直线位移、压力、重量等）旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统 三、电容式三、电容式n n极距变化
7、型（测量位移、速度、加速度等）极距变化型（测量位移、速度、加速度等）n n面积变化型（测量大直线位移、角位移等）面积变化型（测量大直线位移、角位移等）n n介质变化型（测量液位）介质变化型（测量液位） 四、压电式四、压电式n n压电式速度传感器（电荷输出型压电式速度传感器（电荷输出型内置放大电路；内置放大电路；电压输出型）电压输出型）n n压电式速度型传感器（内置积分放大电路）压电式速度型传感器（内置积分放大电路）旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统五、磁电式n n动圈式（测量振动速度、位移、加速度等）n n磁阻式（测量转速）六、光电式（测量转速）七
8、、热电式（测量温度）八、红外式（测量温度）旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统2.3 2.3 电涡流传感器的测量原理电涡流传感器的测量原理电涡流传感器的测量原理电涡流传感器的测量原理 加图。加图。加图。加图。 一、电涡流传感器根据电磁场原理。在趋近线一、电涡流传感器根据电磁场原理。在趋近线圈中通入高频电流后，线圈周围会产生高频磁场，圈中通入高频电流后，线圈周围会产生高频磁场，该磁场穿过靠近它的转轴表面时，会在其中感应该磁场穿过靠近它的转轴表面时，会在其中感应产生一个电涡流。产生一个电涡流。 二、这个变化的电涡流，又会在它的周围产生二、这个变化的电涡流
9、，又会在它的周围产生一个电涡流磁场，其方向和原线圈磁场方向相反，一个电涡流磁场，其方向和原线圈磁场方向相反，这两个磁场叠加将改变原线圈的阻抗。这两个磁场叠加将改变原线圈的阻抗。 三、线圈阻抗在磁导率、激励电流强度，频率三、线圈阻抗在磁导率、激励电流强度，频率等参数不变时，可把阻抗看作是探头到金属表面等参数不变时，可把阻抗看作是探头到金属表面间隙的单质函数，即二者之间出曾比例关系。间隙的单质函数，即二者之间出曾比例关系。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统 四、设置四、设置
10、测量变换电路。将阻抗的变化转换测量变换电路。将阻抗的变化转换成电压或电流，通过显示仪表反映出间隙的变化，成电压或电流，通过显示仪表反映出间隙的变化，从而得到轴振动和轴位移。从而得到轴振动和轴位移。 技术参数：技术参数：n n 3300XL 8mm 3300XL 8mm 的探头线圈的探头线圈 阻值阻值 7.6 7.6 欧姆欧姆n n 7200SERIES 5mm 7200SERIES 5mm的探头线圈的探头线圈 阻值阻值 4.2 4.2 欧姆欧姆 n n 7.87 +- 0.43 V DV/mm 7.87 +- 0.43 V DV/mm 平均值平均值n n 电源：电源：24VDC 24VDC n
11、 n 交流交流 LVDT 2.3 V LVDT 2.3 V 有效值有效值/ 3400Hz / 3400Hz 正弦波正弦波旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统2.3.1 电涡流传感器的组成电涡流传感器的组成n n由探头、延伸电缆、前置器三部分组成一、一套典型的探头通常由一、一套典型的探头通常由 线圈、头部、壳体、高频线圈、头部、壳体、高频电缆、高频接头组成。电缆、高频接头组成。线圈线圈是探头的核心，是探头的核心，它是它是整个传感器系统的敏感元件。线圈的物理尺寸和整个传感器系统的敏感元件。线圈的物理尺寸和电气参数决定传感器系统的线性，量程以及探头电气参数
12、决定传感器系统的线性，量程以及探头的电气参数的稳定。的电气参数的稳定。二、延伸电缆。传感器尾部电缆是用于连接到延伸电二、延伸电缆。传感器尾部电缆是用于连接到延伸电缆，在通过延伸电缆与前置放大器连接。传感器缆，在通过延伸电缆与前置放大器连接。传感器总长（包括尾部电缆）由总长（包括尾部电缆）由0.5m0.5m、0.8m0.8m、1m1m等多种。等多种。一般延伸电缆有一般延伸电缆有5m5m、10m10m。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统三、前置放大器2.4 前置放大器的工作原理 它是本特利公司的一种信号调制器，它将一个无线电频率信号输给一个电涡流趋近式
13、探头，对探头输出信号进行解调。它即可提供正比与探头平均间隙的信号，又可提供正比于振动大小的信号。也称为振动解调器。（简称前置器）旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统n n它是一个物体相对参考测量系统的距离或位置的它是一个物体相对参考测量系统的距离或位置的变化。机械振动的位移，一般是用测量被观察运变化。机械振动的位移，一般是用测量被观察运动的峰动的峰- -峰值表示。常用的单位是微米。电涡流趋峰值表示。常用的单位是微米。电涡流趋近式探头用来直接测量位移，对速度信号，必须近式探
14、头用来直接测量位移，对速度信号，必须进行一次积分才能得到位移，而对加速度信号则进行一次积分才能得到位移，而对加速度信号则要进行二次积分才能得到位移量。要进行二次积分才能得到位移量。n n探头与物体（轴）趋近时，波峰升高，送到解调探头与物体（轴）趋近时，波峰升高，送到解调器进行调解。解调后的信号再进入放大器进行放器进行调解。解调后的信号再进入放大器进行放大，再到交流转换成直流脉冲信号。最后处理成大，再到交流转换成直流脉冲信号。最后处理成直流电压输出。送到显示指示器进行显示距离或直流电压输出。送到显示指示器进行显示距离或位置的变化量。位置的变化量。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状
15、态检测系统旋转机械状态检测系统2.5 2.5 72007200系列轴振动前置放大器系列轴振动前置放大器系列轴振动前置放大器系列轴振动前置放大器n n7200 SERIES.PROXIMITOR (7200 SERIES.PROXIMITOR (出厂编号出厂编号) ) n n规格规格: 5mm. PROXIMITOR: 5mm. PROXIMITORn n该前置放大器内部电路塑封该前置放大器内部电路塑封, ,属本质安全火化型。属本质安全火化型。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统2.6 3300监视系统由安装在框架中的 下列卡件组成：旋转机械状态检测系
16、统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统n n采用面板式安装采用面板式安装. .。电源卡件和框架接口卡件，必。电源卡件和框架接口卡件，必须安装在组件面板的最左边的位置上。其余九个须安装在组件面板的最左边的位置上。其余九个卡件位置可由任意一个卡件占用或扩展。卡件位置可由任意一个卡件占用或扩展。n n 电源卡件。即有交流型（电源卡件。即有交流型（ACAC）. .也有直流型也有直流型（DCDC）. .可以在框架中安装一个或两个电源卡件，可以在框架中安装一个或两个电源卡件，每个卡件均可独立对整个框架供电。每个卡件均可独立对整个框架供电。n n 3300/ 3300/是数据管理接口
17、。正确是测点是是数据管理接口。正确是测点是4 4个，背面个，背面有，有，4 4个个“ “九眼九眼” ”接口，它的主要功能是接口，它的主要功能是 与计算与计算机，本特利内华达公司的通讯处理器以及框架中机，本特利内华达公司的通讯处理器以及框架中其他卡件通信，它还可以管理系统事件列表和报其他卡件通信，它还可以管理系统事件列表和报警事件列表。也可以与数据采集系统警事件列表。也可以与数据采集系统/DDE/DDE服务器服务器软件系统相连接。软件系统相连接。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态
18、检测系统n n轴是金属材料，受环境温度和开车前与投用使用轴温度上升（约7080）受热膨胀，冷缩的影响。所以安装调试中，注意温度变化对基准点漂移的影响。加。 旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统3 常见故障分析处理常见故障分析处理3.1 探头安装的常见错误形式：n n在安装探头时，测量不构准确。n n在机器壳体上钻的 孔，对于轴的中心偏出一个角度n n探头被用来探测有鍍鉻表面。联轴器凸绿上的 皱缩处，导致探头信号的读数不稳定。n n测量轴向位移远离止推轴承，探头无法反映轴位
19、置变化。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统n n安装探头支架的安装探头支架的 刚度不够，形成共振会使探头有刚度不够，形成共振会使探头有很大的很大的 推幅的振动，振动信号读数没有意义。推幅的振动，振动信号读数没有意义。n n探头安装间隙探头安装间隙1.0mm(40miL)1.0mm(40miL)因为它有因为它有2.0mm,(80miL)2.0mm,(80miL)的线性范围，应处在线性范围的中的线性范围，应处在线性范围的中部，开始于部，开始于0.25mm(10miL)0.25mm(10miL)的地方并不是的地方并不是0mm0mm处。处。n n探头所带电
20、缆以及延伸电缆车有机械破坏可能的探头所带电缆以及延伸电缆车有机械破坏可能的危险地区没有足够保护容易被破坏。危险地区没有足够保护容易被破坏。n n延伸电缆的导管密封不当，进油或凝结现象。延伸电缆的导管密封不当，进油或凝结现象。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统n n在安装探头时，所带电缆把探头拧进，电缆会使在安装探头时，所带电缆把探头拧进，电缆会使被损坏。被损坏。n n安装时，加到探头壳体上的扭矩过大，导致探头安装时，加到探头壳体上的扭矩过大，导致探头壳体或螺纹破坏。壳体或螺纹破坏。n n延伸电缆电长度，型号与探头所带电缆和前置器延伸电缆电长度，型号
21、与探头所带电缆和前置器不匹配，导致读数或者很高或者很低不能准确。不匹配，导致读数或者很高或者很低不能准确。n n正确的探头安装，要求轴上被观测部分表面应该正确的探头安装，要求轴上被观测部分表面应该是规则的光滑，没有剩磁，若有就会导致测量有是规则的光滑，没有剩磁，若有就会导致测量有误差。误差。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统n n3.2一般故障分析及处理 当传感器系统发生故障，要检查发生的可能原因，按照分段，分部件，标定错误，采用数字万能表去完成电压和电阻的测定。旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统一、前
22、置器公共端（、前置器公共端（COM）与其它电源）与其它电源Vt终终端之间其电压不在端之间其电压不在17.526VDC.D的的范围内。（如可用安供器则为范围内。（如可用安供器则为2326VDC。 可能原因及处理方法：n n电源错误（更换电源）n n电源与前置器之间的连线错误。（更换连线）n n前置器有问题（更换前置器）旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统二、前置器和公共端之间的电压保持在、前置器和公共端之间的电压保持在0VDC 可能原因和处理方法：可能原因和处理方法：n n电源电压不对（准确检查）电源电压不对（准确检查）n n现场接线短路，接地（检查绝
23、缘）现场接线短路，接地（检查绝缘）n n接到前置器输出端的仪表短路接地（检查绝接到前置器输出端的仪表短路接地（检查绝缘）缘）n n前置器有问题（更换绝缘）前置器有问题（更换绝缘）旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统三、前置器输出端与公共端之间电压保持在三、前置器输出端与公共端之间电压保持在三、前置器输出端与公共端之间电压保持在三、前置器输出端与公共端之间电压保持在01.0VDC01.0VDC之间但不等于之间但不等于之间但不等于之间但不等于0VDC0VDC 可能原因及处理方法：可能原因及处理方法：n n电源电压不对（确定电源电压不对（确定a a的错误不
24、存在）的错误不存在） n n前置器有问题前置器有问题( (更换更换) )n n探头短路或开路（探头脏，清洁）探头短路或开路（探头脏，清洁）n n延伸电缆短路或开路（更换处理）延伸电缆短路或开路（更换处理）n n探头短路或开路（应是探头短路或开路（应是8.730.708.730.70）n n在探头顶部与被测表面之间的在探头顶部与被测表面之间的 间隙小于间隙小于0.25mm(10miL)0.25mm(10miL)n n探头探测到的是安装探头的埋头孔或机壳而不是轴表面探头探测到的是安装探头的埋头孔或机壳而不是轴表面旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统四、前
25、置器输出电后与电源端之间电压相差前置器输出电后与电源端之间电压相差 几伏之间。几伏之间。 可能原因和处理方法：n n探头与被观测表面之间，间隙太大（拆电探头与被观测表面之间，间隙太大（拆电缆，输出压应在缆，输出压应在0.40.41.1V1.1V说明间隙不说明间隙不正确）正确）n n前置器有问题（更换）前置器有问题（更换）旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统五、前置器输出和公共之间电压与电源端之前置器输出和公共之间电压与电源端之间电压保持相等间电压保持相等 可能原因和处理方法：n n电源电压不对（确定a故障不存在）n n前置器输出和电源Vt终端之间短路（更换连线）n n前置器失效（更换）六、3300或或3500接口模块问题接口模块问题 旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统旋转机械状态检测系统
