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上海圓馨能源科技有限公司
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基于AI-TEK阿泰克轉速傳感器一些故障的深入研究
2021-12-16 閱讀(1587)
因轉速儀表導致的一些故障舉例2012 年 5 月，加氫裂化裝置在開高壓進料泵的液力透平時，轉速傳感器 SE3603A 因安裝距離過近被高速轉動的齒輪盤將探頭打碎，停機檢修約 2個月。2014 年 9 月，加氫裂化裝置在開液力透平時，三臺轉速儀表均無指示，在線調整安裝距離后正常顯示。2015 年 12 月，加氫改質裝置#氫機在試機過程中發(fā)現轉速傳感器由于安裝距離過近被打壞，停機檢修。2016 年 6 月，三催化裝置主風機在開車過程中轉速儀表 SE1421A 無顯示，經檢查為傳感器安裝距離較遠導致。2016 年 7 月，加 氫 裂 化 裝 置 液 力 透 平 轉 速SE3602A、SE3603A 轉速無規(guī)律波動，兩臺儀表同時到高高聯鎖值導致透平三取二聯鎖停機。經檢查，是傳感器安裝距離較遠，傳感器產生的交流電壓工作在變送器的臨界值邊緣，受到的干擾較大，變送器輸出不穩(wěn)定所致。2016 年 8 月，加氫改質裝置進料泵液力透平轉速 SE6001A 無規(guī)律波動，經檢查是轉速變送器現場的轉速變送器安裝接線箱內溫度過高，變送器失效導致。將變送器移位至控制室內后故障消失。2016 年 9 月，加氫改質裝支進料泵液力透平轉速 SE6003A 無規(guī)律波動，經檢查是轉速傳感器安裝距離較近，導致傳感器產生的交流電壓較大，而變送器設定的門檻濾波電壓較低，信號干擾較大導致。重新設定門檻電壓后故障消失。通過對近一段時間內的故障進行總結可以發(fā)現，傳感器安裝距離不當導致的故障占到了 6 項，轉速變送器的故障占 2 項。由于 AI－TEK 傳感器的安裝沒有可視化的安裝標準，都是憑現場施工人員的施工經驗進行安裝的，故障率較高。因此，我們從傳感器的工作原理及設備的規(guī)格參數入手，深入研究傳感器應該如何安裝才能滿足不同的設計及系統(tǒng)要求，避免故障的發(fā)生。AI－TAK 轉速傳感器是電磁式速度傳感器，以電磁感應為基本原理來實現轉速測量的，屬于變磁阻式速度傳感器的一種3。電磁感應現象是指放在變化磁通量中的導體，會產生電動勢。此電動勢稱為感應電動勢。當機泵運行時，轉動的軸帶動齒輪高速轉動，齒輪與傳感器的間隙周期性的變化，引起磁通量的周期性變化，產生了周期性的交變電壓。產生的交流電壓的波形與齒輪中齒的寬度、形狀、高度以及齒輪的齒數有關系。如圖 1 所示。圖 1不同類形式的齒輪在經過電磁式轉速傳感器時所產生的不同波形產生的交流電壓有兩重要的技術指標:頻率和交流電壓峰值。其中頻率直接被用來轉化為軸的轉速，而交流電壓的波形及電壓峰值及則決定了其信號能否被采集以及其抗干擾能力的大小。電壓峰值的大小與傳感器的型號、傳感器和齒輪的間隙 d、齒輪盤的齒數 n 以及齒輪盤轉動時的線速度 IPS 有關。當傳感器型號以及齒數 n 固定時，峰值電壓與線速度成正比關系，與間隙 d 成反比關系，即 V = K* IPS/d。雖然不同型號的傳感器電壓特性不同，但電壓與轉速關系的計算方法是相同的。我們通過實驗室的轉速校驗設備以及一臺已知規(guī)格參數的傳感器 AI－TEK /70085－1010－412 的規(guī)格參數來進行實驗計算，其計算方法可以推廣到所有 AI－TEK 的無源傳感器上。AI －TEK /70085 － 1010 － 412的規(guī)格參數校驗臺齒輪直徑:d= 4．720inch;校驗臺齒輪盤齒數:30;轉速傳感器:AI－TEK /70085－1010－412;傳感器螺紋間距:1/18inch說明:實驗所使用的 4 組間隙 d 的數值分別是以AI－TEK /70085－1010－412 的傳感器與齒輪 0．5/1/1．5/2 倍的螺紋間距為基礎進行實驗的。根據該傳感器的說明書可以知道其螺紋間距為 1/18" ，由此得出這四組間隙數值分別為:0．027" /0．056" /0．056" /0．繪制曲線圖如圖 3 所示。圖 3電壓與轉速關系曲線圖2變送器分控制系統(tǒng)廠家頻率卡的
硬件參數對比目前 AI－TEK 的傳感器頻率信號主要有兩種信號轉換方式:(1)通過變送器轉換成 4～ 20mA 信號進入控制系統(tǒng)的 AI 卡;(2) 傳感器產生的頻率信號直接進入控制系統(tǒng)的頻率卡。通過變送器及頻率卡廠家的硬件參數，在使用實驗室設備的情況下可以計算出相應的設備在典型傳感器的安裝距離時所能測得的轉速范圍。2．1轉速變送器 T77530－10 的硬件參數4不同信號轉換設備對傳感器的安裝要求傳感器的安裝應在機泵靜態(tài)的情況下行安裝，而 AI－TEK 的轉速傳感器大多為無源傳感器，在齒輪盤靜止的情況下沒有電壓輸出，也就沒有可視化的安裝標準，只能通過使用塞尺測量傳感器的安裝距離或憑借經驗將傳感器旋轉至與齒輪盤接觸，再往回旋轉相應的螺紋間距(圈數)進行安裝。然而廠家對傳感器的安裝要求是傳感器與齒輪間隙 d 越 小 越 好，其 建 議 安 裝 距 離 為 0. 005" ，以70085－1010－412 傳感器為例，其安裝距離為 1/10 倍螺紋間距。然而，在現場的實際應用中，傳感器安裝時齒輪盤是靜止狀態(tài)，當齒輪盤高速轉動后，機泵的軸和齒輪盤都會在一定范圍內振動;同時，由于機泵運行后，軸與軸瓦之間將會有一定的油封，這會導致實際的齒輪盤向與傳感器接近的方向移動，類似被油封托起的狀態(tài)。以上的這些原因，都會導致在設備運行后傳感器與齒輪盤的距離比設備靜止時的安裝距離縮短。若傳感器與齒輪盤的距離過近將會導致告訴運轉的齒輪盤將傳感器打碎并飛濺至機泵內的各個角落，成為一次較嚴重的停機事件。通過第一部分的案例可以看到，有兩起安裝距離過近造成的停機事件，對機泵都造成了較大的影響。因此0. 005" 的安裝距離不具有實際現場可操作性。通過對儀表施工及維護人員的咨詢，我們得到了這樣的經驗:傳感器與齒輪盤的最小安裝距離應保持在 0．5mm 以上。對于現場傳感器的安裝來說，安裝的距離越遠越能保證傳感器的安全，但其產生的峰峰值電壓則越小，導致其信號可能無法被信號轉換設備檢測到。因此傳感器的安裝應根據傳感器的型號、設計的轉速范圍及信號轉換設備的可識別電壓范圍來計算出相應傳感器的安裝距離范圍。我們根據無源轉速傳感器的現場安裝及一般的機械設計經驗可以得出如下結論:
(1) 現場安裝探頭實際距離以 1 倍螺紋間距左右為宜，過近則可操作性降低，過遠則信號較弱，大多數設備無法識別;
(2)需要測量轉速的離心式轉動設備一般為裝置內較為重要的設備，根據一般生產經驗對能夠在控制系統(tǒng)上顯示出來的轉速要求為 500rpm。
我們根據以上的安裝要求以 AI －TEK /70085 －1010－412 探頭為例對比以上的幾種轉速信號轉換設備，則可得出如結論如表 2 所示。轉速傳感器故障的難點在于對傳感器安裝間隙的確定以及信號的抗干擾能力。轉速傳感器的安裝既要考慮到信號轉換設備的電壓識別范圍、設計的轉速測量范圍以及信號的抗干擾能力從而盡量減小安裝間隙 d，又要保證傳感器的安全而盡量增加安裝間隙。要想找到最合適的安裝間隙不但需要有著豐富的安裝經驗和精確操作，又需要對傳感器及信號轉換設備有著深入的了解。同時，通過文中的計算我們可以看出，有些頻率卡件甚至不適合用于進行轉速信號的測量。我們在對轉速傳感器進行安裝時，不但要使安裝具有實際的可操作性，而且要根據相應的信號轉換設備進行相應的調整。對于無法滿足傳感器現場安裝要求的信號處理設備我們則要制定相應的計劃進行改造。而對于新建的裝置和機組，我們也可以利用相同的方法去檢驗其設計所采用的信號轉換設備是否合適，及時發(fā)現設計及施工問題，盡早發(fā)現隱患。只有真正理解了傳感器的信號特性，深入掌握了相關設備的規(guī)格參數，才能在現場工作中及時的發(fā)現隱患，有效的避免故障，保證機組及裝置的長周期平穩(wěn)運行。
