机组探头本特利传感器

1、机组BENTLY探头概述、故障处理及3500系统的基本应用,广东茂化建集团惠州分公司 凌立平,简要介绍二部压缩机,二部的大型机组包括汽轮压缩机和往复式压缩机 其中：汽轮压缩机4台 往复式压缩机9台 富气压缩机1台（电机驱动）,6HF/3型压缩机,内容,1、涡流趋近式传感器的作用 2、趋近式传感器的组成及原理、相关知识 3、本特利涡流传感器系统的组成、测量信号 4、本特利3300XL探头特性 5、本特利3300XL探头选型及系统匹配 6、本特利探头的安装及要求 7、本特利探头的校验 8、探头安装的命名、如何安装探头 9、如何查找故障 10、实际案例分析,涡流趋近式传感器的作用,涡流传感器就是能静

2、态和动态地非接触、高线性度、高分辨力的测量被测金属导体距探头表面的距离。它能准确的测量被测金属导体与探头端面之间静态和动态的相对位移的变化。在对高速旋转机械和往复式运动机械状态分析，即振动研究、分析测量中，非接触的高精度振动、位移信号测量，能连续准确的采集到转子振动状态的多种参数，如轴的径向振动、振幅以及轴向位置。 从转子动力学、轴承学的理论分析，大型旋转机械的运动状态主要取决于其核心-转轴，而涡流传感器能直接非接触测量转轴的状态，对诸如转子的不平衡、不对中、轴承磨损、轴裂纹及发生摩擦等机械问题的早期判定，提供关键的信息。,趋 近 式 传 感 器,趋 近 式 传 感 器(proximity)

3、系 统 组 成,趋近式传感器系统组成,探头 传感器探头是系统的一个必要组成部分，它是采集、感受被测信号的重要部位，它能精确的探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。通常探头由线圈、头部保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接头组成。,其中线圈是探头的核心部分，它是整个传感器系统的敏感元件，线圈的电气参数和物理几何尺寸决定传感器系统的线性量程及传感器的稳定性。现场使用的探头外径有8mm和11mm之分；不同外径的探头其线性量程不一样。8mm探头的线性量程是2mm;11mm探头的线性量程是4mm。探头的长度有0.5m和1.0m之分。 对于0.5m长探头，从中心导体到外部导体的阻抗为7.450.5（8m

4、m）； 对于1.0m长探头，从中心导体到外部导体的阻抗为7.590.5 （8mm）、5.90.5 （11mm）,涡流传感器系统组成及测量原理,延伸电缆 作为系统的一个组成部分，延伸电缆用来联接和延长探头与前置器之间的距离，选择延伸电缆的长度应该使延伸电缆长度加探头长度与配置前置放大器所要求的长度一致。采用延伸电缆的目的是为了减短探头所带电缆的长度。延伸电缆的两端接头不同，带阳螺纹的接头（转接头）与探头联接，带阴螺纹的接头与前置放大器联接。 延伸电缆的直流阻抗 4.0M 从中心导体到中心导体的阻抗为0.88 0.13 ,从同轴导体到同轴导体的阻抗为0.26 0.05 (8mm)；从中心导体到中心

5、导体的阻抗为1.0 0.25 ,从同轴导体到同轴导体的阻抗为0.3 0.1 (11mm); 4.5M 从中心导体到中心导体的阻抗为0.99 0.15 ；从同轴导体到同轴导体的阻抗为0.30 0.06 (8mm)； 8M 从中心导体到中心导体的阻抗为1.76 0.26 ；从同轴导体到同轴导体的阻抗为0.53 0.11 (8mm);从中心导体到中心导体的阻抗为2.0 0.5 ；从同轴导体到同轴导体的阻抗为0.60 0.2 (11mm),涡流传感器系统组成及测量原理,前置放大器 前置放大器是一个电子信号处理器。一方面前置放大器为探头线圈提供高频交流电流；另一方面，前置放大器感受探头前面由于金属导体靠

6、近引起探头参数的变化，经前置放大器的处理，产生随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压。前置放大器上弹性压紧式接线端子使得现场接线时不再需要特殊的安装工具。前置器检测电路检测探头线圈的感抗变化。再经放大电路将感抗变化量变换放大成相应电压变化信号输出。经监测仪进行转换，根据测量的要求将其输出电压的直流部分用做位移量的检测，交流部分用做振动值的检测,趋 近 式 传 感 器 工 作 原 理,当 探 头 顶 部 的 线 圈 加 上 高 频 电 流 并 与 一 导 电 表 面 靠 近 时， 由 于 线 圈 磁 力 线 的 作 用， 使 导 电 物 体 表 面 产 生 涡 流，该电涡流场也会产生一个

7、相反的交变磁场，由于反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，从 而 使 线 圈 的 电 感 量 减 小。线 圈 特 性 的 这 个 变 化 被 转 换 为 直 流 电 压 信 号 输 出。,比 例 因 数（Scale factor）,趋 近 式 传 感 器 系 统 采 用 比 例 因 数 来 将 系 统 输 出 转 换 成 位 移 值。 趋 近 式 系 统 在 一 个 很 宽 的 位 移 范 围 内 保 证 比 例 因 数 不 变。 在 系 统 线 性 范 围 内， 才 能 用 比 例 因 数 计 算 位 移 值。 计 算 公 式： 位 移 电 压 变 化/ 比 例 因 数,趋 近

8、式 传 感 器 系 统 线 性 范 围(Linear Range),决 定 系 统 输 出 的 因 素（ 探 头 和 被 测 表 面 距 离 不 变）,线 圈 频 率 被 测 表 面 导 电 性 被 测 表 面 导 磁 性,趋 近 式 传 感 器 特 点,优 点： 可 以 测 量 轴 的 振 动 和 位 置 非 接 触 的 直 接 测 量 轴 的 运 动 提 供 转 速 和 键 相 位 参 考 信 号 长 时 间 使 用 可 靠 性 高 提 供 慢 转 动 信 息 校 验 简 单,趋 近 式 传 感 器 特 点,缺 点 对 被 测 材 料 性 质 敏 感 对 被 测 物 表 面 状 况 敏 感

9、 安 装 较 为 复 杂， 可 能 需 要 在 机 壳 上 钻 孔,基 于 安 装,传 感 器 安 装 位 置 测 轴 位 移 的 传 感 器 应 尽 可 能 靠 近 推 力 轴 承 测 径 向 振 动 的 传 感 器 安 装 在 同 一 轴 向 平 面 内 两 个 传 感 器 正 交 分 布 考 虑 安 装 空 间 的 限 制,本特利趋近传感器系统,三部分组成: 探头 延长电缆 前置器,Extension Cable,Probes,Proximitor,Mounting Bases,趋近传感器系统 - Proximitor,电长度： 探头电缆 + 延长电缆 = 整个系统电长度 电长度必须和前

10、置器名牌电长度匹配,供电端子,信号公共端,信号输出端子,100mil,RF SIGNAL,线性范围,趋近传感器系统 - Eddie Current,导 电 材 料,电 涡 流,RF 信 号,只要前置器送电，就能生成特定频率的RF信号，并送到探头。频率与探头线圈电感和延伸电缆电容有关。,趋近传感器系统 Gap Signal,RF SIGNAL,0,RF SIGNAL,0,RF SIGNAL,0,小间隙 幅度变小,大间隙 幅度变大,变化的间隙，幅度调制,趋近传感器系统 Prox Output,DEMODULATOR INPUT,PROXIMITOR OUTPUT,0,0,RF SIGNAL,0,调

11、制器的操作,前置器解调过程,解调电路对快速或慢速的变化信号的振幅的处理是相同的。当被测对象不振动，如轴向位移的探头，前置器的输出为直流电压。当被测对象振动时，前置器的输出是交流电压信号：该信号可以分解为两部分：直流电压（位移）部分和交流电压（振动）部分。,前置器的供电,前置器通过振荡器电路生成无线电频率信号（RF信号） 前置器通过解调器电路从无线电频率信号（RF信号）提取有用的数据 前置器供电电压的变化范围是17.5VDC至26.5VDC 前置器供电电压推荐为24VDC,趋近传感器系统 Measurements,径 向 运 动,轴 向 运 动,X Y Probe Application,Thr

12、ust Application,涡 流 探 头 用 为 Keyphasor,运行二部本特利系统介绍,二部汽轮机、压缩机、往复机均使用本特利3300XL涡流趋近式传感器系统。 探头类型有 8mm和11mm。 探头长度有0.5m和1m。 延伸电缆有4m、4.5m、8m。 传感器系统有5m和9m。,3300XL系列,3300XL 8mm 3300 XL 8mm探头、延长电缆、前置放大器 与non-XL 3300系列兼容和互换 径向振动、轴位移、转速和 keyphasor 频率响应 0 to 10 kHz 线性范围 2 mm (80 mils)， 0.25 to 2.3 mm (10 to 90 mi

13、ls) (approximately 1 to 17 Vdc). 灵敏度（SF） 7.87 V/mm (200 mV/mil) 1M / 5M / 9M 系统,3300XL系列,3300 XL 11mm 3300 XL 11mm探头、延长电缆、前置放大器 轴位移、转速、 keyphasor、斜坡胀差、Rod Position/Rod Drop 频率响应 0 to 8 kHz 线性范围4.0 mm (160 mils) 0.5 to 4.5 mm (20 to 180 mils) (approximately 1 to 17 Vdc) 灵敏度（SF） 3.94 V/mm (100 mV/mil)

14、 5M / 9M系统,Proximitor 传感器系统选型 （Probe),330103(直径/铠装/螺纹规格)-A(无螺纹长度)XX-B(探头长度)XX-C(总长度)XX-D(接头)XX-EXX 330103-00-05-05-02-05,Proximitor 传感器系统选型 （Extension Cable),330130-A(长度)XXX-B(接头)XX-CXX 330130-045-00-05,Proximitor 传感器系统选型 (Sensor),前置器 330180-A(长度5m/9m)XX-BXX,DIN 安装部件 (part number 138493-01),Panel 安装

15、部件 (part number 138492-01),330180-51-05,Proximitor Sensor 安装,DIN导轨安装,面板安装,传感器系统_ Proximitor 接线示意,Vt: -24DC COM: 公共端 OUT: 输出信号,Vt: -24DC COM: 公共端 OUT: 输出信号,传感器系统_ Proximitor 性能,传感器系统_ Proximitor 性能,温度 探头及延伸电缆: -51C to + 177C 传感器: -35C to + 85C 相对湿度 100% 冷凝 危险区域 CSA Ex ia IIC T5; Class I Zone 0 or Exi

16、a IIC T5 for Class 1 Division 1; GroupsA, B, C, and D with zener barriers or isolators 使用齐纳栅或隔离器达到本安气体防爆标 准，可放置在0区,BASEEFA/CENELEC in Europe EExia IIC T5 for Zones 0, 1 and 2, when installed with intrinsically safe zener barriers or isolators,传感器系统_ Proximitor 环境参数,传感器系统_ Proximitor Probe 安装5mm & XL

17、8mm,最小靶面面积,边界尺寸,探头互扰,探 头 之 间 的 串 扰,侧 边 间 隙 过 小 的 影 响,靶 面 尺 寸 的 影 响,YES,NO,涡 流 传 感 器 系 统 的 性 能 校 验,校 验 图,24,OUTPUT (- Vdc),PROBE GAP (mils),0,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,涡 流 传 感 器 的 校 验 设 备,校 验 设 备 的 调 整,灵 敏 度 的 计 算,平 均 的 灵 敏 度 (ASF) 等 于:,灵 敏 度 的 计 算,

18、(-18.0Vdc) - (-2.0Vdc) (90 10) mils = 200 mV/mil or = 7.87 mV/um,组 成 元 件 不 匹 配 的 影 响,PROBE GAP (mils),OUTPUT (-Vdc),SHORT,CORRECT,LONG,24,22,20,18,16,14,12,10,8,6,4,2,0,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,输 入 电 压 的 影 响,-24V SUPPLY,PROBE GAP (mils),-16V SUPPLY,OUTPUT (-Vdc),24,22,20,18,1

19、6,14,12,10,8,6,4,2,0,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,靶 面 材 质 的 影 响,OUTPUT (-Vdc),PROBE GAP (mils),4140 STEEL,TUNGSTEN钨,ALUMINUM,COPPER铜,24,22,20,18,16,14,12,10,8,6,4,2,0,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,100,110,120,130,140,振动传感器方向约定,来自BNC术语表:,标准约定参考: UP 适用于水平安装的机器 NORTH 适用于垂直安装的机器,探头命名约

20、定,驱动端,探头方向,Y 方向 通道1,X 方向 通道2,驱动端,探头方向,X 方向 通道2,Y 方向 通道1,驱动端,探头方向,驱动端,Y 方向 通道1,X 方向 通道2,传 感 器 命 名 和 安 装 角 度,当 从 一 个 约 定 的 观 察 点 看 一 对 正 交 分 布 的 传 感 器，Y 或 垂 直 传 感 器 位 于X 或 水 平 传 感 器 沿 逆 时 针 旋 转90 的 位 置。 这 样， 传 感 器 的 命 名 就 与 轴 旋 转 方 向， 传 感 器 安 装 角 度 无 关,传 感 器 的 命 名 和 安 装 角 度,机 组 观 察 点,机 组 图 举 例传 感 器 标

21、识,轴振动内部安装方式,1,2,3,轴振动内部安装方式,涡流探头外部安装,轴振 键相 轴位移,This gearbox photo shows an XY radial vibration probe pair and a Keyphasor* probe mounted in 21000 housings, and dual axial thrust position probes mounted in a 21022 housing.,Thrust,Radial,Key Phasor,探头的安装,位移探头的安装 位移探头安装前，设备转轴必须先打串量，核实转轴偏移的方向。如果转轴是可以往驱动

22、端和非驱动端活动的，位移探头在安装前，转轴的位置必须在转轴总串量的中间位置（对中），此时安装位移探头，为零位，对应安装电压为探头线性曲线的中间电压，约为-10V.具体零点电压，需要查看校验曲线和校对3500系统中的设定值。如8mm探头，线性范围为2mm，有效距离为0.25-2.3mm,输出电压为-2- -18V.一般零点设定值为1.27mm,灵敏度为7.87那么对应的电压为-10V.,探头的安装,振动探头 振动探头的安装的电压一样与探头的线性范围有关系。需要根据探头的线性范围来约定中间电压。一般为-10左右。,涡流传感器故障查找判断,当故障发生时，首先找到故障发生的地点，根据故障现象检查可能的

23、原因。使用数字万用表测量电压来判断。,涡流传感器故障查找判断,注意：VSIG，VPS和VXDCR均为负电压值。,涡流传感器故障查找判断,第一种故障：VXDCR-17.5 Vdc或VXDCR-26 Vdc 可能的原因： 电源故障 现场接线故障 Proximitor传感器故障,涡流传感器故障查找判断,测量VPS：是否VPS-17.5Vdc或VPS-26Vdc 是：电源故障 否：进入下一步,涡流传感器故障查找判断,测量VXDCR：是否VXDCR-17.5Vdc或VXDCR-26Vdc？ 是：现场接线故障 否：Proximitor传感器故障,涡流传感器故障查找判断,第二种故障2：VSIG = 0 Vd

24、c 可能的原因： 电源电压不正确 现场接线短路 Proximitor传感器端子连接短路 Proximitor传感器故障,涡流传感器故障查找判断,是否存在第一种故障情况？ 是：按照第一种故障步骤 否：进入下一步,涡流传感器故障查找判断,测量VSIG：是否VSIG=0 Vdc？ 否：电源电压不正确，或现场接线短路，或Proximitor传感器端子连接短路 是：Proximitor传感器故障,涡流传感器故障查找判断,第三种故障：-1 Vdc VSIG 0 Vdc 可能的原因： 探头间隔不正确(过于接近标靶) 电源电压不正确 Proximitor传感器故障 探头检测非标靶材料(埋孔或外壳) 接头内短路

25、或开路(灰尘或受潮)或接头松动 探头内短路或开路 延长电缆内短路或开路,涡流传感器故障查找判断,是否存在第一种故障情况？ 是：按照第一种故障步骤 否：进入下一步 探头间隙是否正确？埋孔尺寸是否符合规定的最小值？(见探头安装章节) 否：重新设置探头间隙或修改埋孔。重新测试系统 是：进入下一步,涡流传感器故障查找判断,第1步 第2步,原探头/延长电缆,已知性能正确的探头和正确长度的电缆(将探头远离导电材料),涡流传感器故障查找判断,测量VSIG：是否VSIG VXDCR + 2 Vdc？ 否：Proximitor传感器故障 是：进入下一步,涡流传感器故障查找判断,检查接头是否干净：接头是否脏污、生

26、锈或连接不良？ 是：用异丙醇或电气接头去污剂清洗接头，重新接好后再次测试系统。 否：进入下一步,涡流传感器故障查找判断,测量电阻RTOTAL：RTOTAL是否在参数范围内？ 5m系统：7.2 0.9(11mm) 9m系统：8.5 1.2 (11mm) 是：重新测试原系统 否：进入下一步,涡流传感器故障查找判断,测量电阻RPROBE：RPROBE是否在参数范围内(见探头直流电阻值)？ 否：探头故障 是：进入下一步,涡流传感器故障查找判断,测量电阻RJACKET和RCORE：电阻值是否在参数范围内(见延长电缆直流电阻值)？ 否：延长电缆故障 是：重新测试原系统,涡流传感器故障查找判断,第四种故障：

27、VXDCR VSIG VSDCR + 2.5 Vdc 可能的原因： Proximitor传感器故障 探头间隙不正确(距离标靶过远) 是否存在第一种故障情况？ 是：按照第一种故障步骤 否：进入下一步,涡流传感器故障查找判断,测量VSIG：是否-1.2 VSIG -0.3 Vdc？ 否：Proximitor传感器故障 是：重新连接系统。重新设置探头间隙。重新测试系统,涡流传感器故障查找判断,第五种故障：VSIG = VSDCR 可能的原因： 电源电压不正确 Proximitor传感器故障 现场接线故障(Out与VT之间) 是否存在第一种故障情况？ 是：按照第一种故障步骤 否：进入下一步,涡流传感器

28、故障查找判断,测量VSIG：是否VSIG = VSDCR？ 是：Proximitor传感器故障 否：现场接线故障(Out与VT之间短路),108-VISA-63504振动信号处理,一、故障现象描述： 2010年4月28日，仪表专业人员在巡检FAR3机柜时发现108-CCS 3500系统40M卡出现BYPASS报警，OK指示灯不亮的情况。经检查确认，该卡件为K-102汽轮机振动信号的监控卡件，出现该现象说明汽轮机的4个振动信号至少有一个信号出现离线现象。到中控室108CCS操作站检查时发现，108-VISA-63504出现离线报警。,108-VISA-63504振动信号处理,二、故障处理过程： 在开具完相关的联锁摘除变更单及作业票后对该振动信号进行处理。处理过程如下： 将与振动信号108-VISA-63504在同一接线箱的振动联锁信号108-VISA-63501-4旁路，108-XISA-63501-2位移联锁信号旁路； 检查108-VISA-63504前置放大器的信号输出电压Vsig，测量OUT与COM端的电压约为-0.6V,测量信号在-1V VSIG 0之间； 检查延伸电缆与探头的整体电阻值