太平岭核电站APA给水泵振动检测方法和振动设备的选择

2020-09-08 13:48    核电站  太平岭核电站  广东核电站  核电设备

随着机械工业化的快速发展,自动化的发展也突飞猛进。旋转机械的振动越来越引起人们的重视,振动监测对旋转机械设备具有极其重要作用。


摘 要:随着机械工业化的快速发展,自动化的发展也突飞猛进。旋转机械的振动越来越引起人们的重视,振动监测对旋转机械设备具有极其重要作用。而振动检测在原理与结构上具有很大差别,如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用合适的振动传感器设备,是在进行某个量的测量时首先要解决的问题。当传感器确定之后,与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。本文主要介绍了振动的检测标准及其测量方式,提出了振动传感器和测量仪表的选择方案。

引言

随着科学技术的迅猛发展,机械工业化的程度也飞速提高,现代工业生产的机械设备正逐步走向复杂化、高速化、自动化。为了掌握设备运行状态,避免事故的发生,对生产中的关键机组实行在线监测和故障诊断,越来越引起人们的重视。

对于旋转机械,目前主要的分析信号来自振动信号。对于泵来讲,泵发生故障的重要特征是机器伴有异常的振动和噪声。其振动信号能实时的反映水泵故障信息。因此泵的振动检测的方法和振动传感器的选择具有至关重要的意义。

项目介绍:

APA 主给水泵是太平岭核电站 1/2 号机组常规岛主给水泵。该机组包括前置泵、电机、耦合器和主给水泵等设备。该项目主给水泵设计流量为 4025m3/h,转速 5240r/min,进水压力 3.41MPa,出水压力 8.84MPa,扬程 625m,进口管道Φ559X16mm,出口管道Φ559X28mm。

1 振动检测执行标准

旋转机械振动测量和评定标准有 ISO 7919(GB/T11348)系列“旋转机械转轴径向振动的测量和评定” 和 ISO/TC10816(GB/T6075)系列“在非旋转部件上测量与评价机器的机械振动 ” 两 个 标 准 。 ISO 7919(GB/T11348) 系 列 测 量 与 评 价 的 是 轴的 振 动 位 移 ;

ISO/TC10816(GB/T6075)系列测量与评定的是轴承座的振动烈度。作为评价产品动态性能的依据,这两个系列标准几乎覆盖了各类旋转机械,为机器设备的振动状态检测和诊断奠定了基础。

GB/T 11348 系列“旋转机械转轴径向振动测量和评定” 提出了采用在旋转轴上直接测量的方法了测量和评定机械振动的总则。确定轴振动的目的与振动特性的变化、过大的动力负荷和径向间隙监测问题有关:

GB/T 6075 系列 “在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动” 规定了在整机的非旋转或非往复式部件上测量和评价机器振动的通用条件及方法。本标准说明了振动幅值和振动变化与运行监测和验收测试的关系

《泵的振动测量与评价方法》,标准号为 JB/T8097-1999,该标准的主要技术内容与国际标准 ISO 10816 等效,对于含有挠性转子的一些泵在非旋转部件上测量是不完全合适的, 则按照 ISO 7919 给出轴振动的补充。

2 振动检测方法的选择

根据上述振动检测执行标准,一般大型的石油化工用泵选择三个互相垂直的方向(水平、垂直、轴向)进行振动测量,大型的石油化工泵大多采用轴振动。而大多数的锅炉给水泵一般只选择水平和垂直两个方向的轴承振动。通常给水泵检测点应选在选在泵轴承座、底座和

出口法兰处振动能量向弹性基础或系统其他部件进行传递的地方。泵轴承座处和靠近轴承处的测点称为主要测点,把底座和出口法兰处的测点称为辅助测点。根据现场的实际情况要求,太平岭核电站常规岛 APA 机组前置泵和主给水泵振动检测点为前置泵和主给水泵驱动端和非驱动端轴承体处均设置 XY 方向振动检测点。

典型泵的主要测点位置的选择如下图:

图 1 为单级或两级悬臂泵,主要测点选在悬架(或托架)的轴承座部位。

图 2 为双吸离心泵(包括各种单级、两级两端支承是离心泵、多级离心泵(包括双壳体多级泵),两个主要测点在两端轴承座处。根据实际经验,对于轴振动,这两种泵的轴振主要测点经常选在两端轴承托架处。

3 测量仪器的选则

振动的测量仪器通常包括传感器、延长电缆,前置器、变送器(仪表)。根据测量方法的不同,振动的传感器的选择也不同。根据输出信号的不同要求,测量所选用的仪器也有明显的差别。

3.1 传感器的选择

目前大型旋转机械振动传感器有电涡流型、速度型、加速度型等。电涡流传感器测量的是位移量(间隙变化),振动速度传感器测量的是速度,振动加速度传感器测量的是加速度。速度经过一次积分可以成为位移,加速度经过 1、2 次积分可以变成速度和位移,但积分通常会引起误差。

该项目 APA 机组前置泵和主给水泵振动检测为驱动端和非驱动端轴承体振动,下面着重介绍一下振动速度传感器和振动加速度传感器。

3.1.1 振动速度传感器

速度传感器是利用磁电感应原理把振动信号转换成电信号。它主要有磁路系统、线圈组件、弹簧阻尼等部分组成。在传感器壳体中刚性的固定有两个线圈组件,磁钢用弹簧悬挂于壳体。当传感器在工作频率范围内工作时,线圈与磁钢产生相对运动,线圈切割磁力线,产生感应电动势,该电压正比于机壳的振动速度。这种传感器属于结构型传感器。由于受到结构特性的影响,机械系统惯性质量的限制,其固有频率低工作频率范围窄。

速度传感器具有安装简单,可适用于绝大数机器的环境条件,以及不需外加电源,振动信号不经任何处理可以传送到需要的地方的优点,但其活动部件易损坏,低频响应不好。一般速度传感器在 15Hz 以下,将产生较大的振幅和相位误差

3.1.1 振动加速度传感器

多数加速度传感器是根据压电效应的原理来工作的。所谓的压电效应就是 "对于不存在对称中心的异极晶体加在晶体上的外力除了使晶体发生形变以外,还将改变晶体的极化状 态,在晶体内部建立电场,这种由于机械力作用使介质发生极化的现象称为正压电效应 "。一般加速度传感器就是利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压,只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系,就可以将加速度转化成电压输出。压电式振动传感器是利用晶体的压电效应来完成振动测量的,当被测物体的振动对压电式振动传感器形成压力后,晶体元件就会产生相应的电荷,电荷数即可换算为振动参数。这种传感器属于物性型传感器,它具有响应时间短,工作频率宽的特性。因它采用晶体形式嵌入积分电路,没有移动部件,所以不会产生磨损和退化,使用寿命长,并且可垂直、水平或以任何角度安装。加速度传感器体积小,重量轻。可以适用于某些受附加在质量影响较大的振动测试系统中,但其安装方法和导线敷设方式,对测量结果有较大的影响压电式传感器用于测量轴承箱体、壳体或结构的绝对振动。

3.1.2 电涡流传感器

电涡流式传感器属于电感式传感器的一种,是利用被测量的变化引起线圈自感或互感系数的变化,从而导致线圈电感量改变这一物理现象来实现测量的。

电涡流传感器要求被测体必须是导体。传感器探头里有小型线圈,由控制器控制产生震荡电磁场,当接近被测体时,被测体表面会产生感应电流,而产生反向的电磁场。 这时电涡流传感器根据反向电磁场的强度来判断与被测体之间的距离。

3.2 测量仪表的选择

目前测量仪表有很多种——智能的与非智能的,单通道的或双通道的,盘式的还是挂壁式的。

一般智能式的仪表参数设置可以实现全面板操作,带 LCD 表头,具有报警指示和危险开关输出,具有 4-20mA 输出等。对于具有双通道的仪表,由于一台泵通常有 4 个振动测点, 所以采用 4 个探头,2 块仪表就实现了振动的检测。

对于无需数字显示的仪表,一般选择振动变送器,这种变送器结构简单,可输出 4-20mA 信号。

电涡流传感器一般需要接前置器,但是前置器只能输出电压信号。如果没有电流信号输出的要求,那么轴振动选择电涡流传感器、延长电缆和前置器就可以了。但是如果输出4-20mA,就必须得再接仪表,方可实现功能。对于本特利的 3300XL 探头,如果输出 4-20mA 信号,需要在前置器输出后,接入 1900/65,但是 1900/65 是四通道仪表,一台仪表可以实现四点振动的测量。这种测量方式测量范围宽,可以用软件任意组态,有利于振动分析。本特利比较经济且能输出 4-20mA 的振动检测方案可以用 3300 NSV 探头,直接接振动变送器。也可以实现电流输出,但是测量范围窄。

通常根据传感器的选择、输出信号的要求及其安装条件来考虑测量仪表的种类。国内大多数厂商生产的传感器和其所带的变送器出厂校验时是整体的,不具有互相替代性。所以最初选择了哪种测振装置,一旦有其中的一部分需要更换,则整套装置都需替换。目前国内有些厂家已经生产出了可以互相替代的产品,这也是一种发展趋势。而进口的本特利产品一直具有可替代性。

4 结论:

在振动测试中合理地选择检测方法和测量仪器,不但可以获得满意的测试结果,也可节

省劳力和时间,而且对于尽快查明振动故障原因,提高转子平衡精度和减少机器起停次数, 都有着重要作用。

参考资料:

[1] 《泵的振动测量与评价方法》JB/T 8097-1999[S].国家机械工业局,1999,2-5

[2] 常健生.《检测与转换技术》第 3 版[M].机械工业出版社,2005,125-155

韩宝凤

(沈阳鼓风机集团核电泵业有限公司,沈阳 110869)


深圳核博会

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