电涡流位移传感器如何在轴瓦位移监测中应用?

一、 核心工作原理:非接触式测量

电涡流传感器基于电磁感应原理:

  1. 探头内含一个精密线圈,通以高频交流电,从而在探头端部产生一个高频交变磁场。

  2. 当这个磁场靠近导电的金属目标(在此应用中通常是转子轴颈表面)时,会在其表层感应出涡流

  3. 该涡流会产生一个与原始磁场方向相反的新磁场,反作用于探头线圈,导致线圈的阻抗和电感发生变化。

  4. 传感器内部的电子电路(前置器)将这种阻抗变化转换为与探头端面到目标表面距离成正比的线性直流电压信号

关键点:被测物(轴颈)必须是导电金属(通常为钢)。间隙越小,涡流效应越强,输出信号越强。

二、 在轴瓦位移监测中的具体应用场景

在旋转机械中,传感器通常安装在轴瓦(轴承座) 上,探头对准转子轴颈或轴上的光滑平整表面,测量两者间的动态间隙。主要监测以下几个关键参数:

  1. 径向振动监测

    • 应用:在轴承的垂直和水平方向(X和Y方向,通常呈90°安装)各安装一个传感器。

    • 目的:监测转子在轴承内的径向跳动(振动)。通过两个正交方向的信号,可以合成轴心轨迹图,分析转子的振动特性、不平衡、不对中、油膜涡动/振荡等故障。

  2. 轴向位移监测

    • 应用:在轴端或轴肩的推力环附近安装传感器,测量转子沿轴向的窜动。

    • 目的:监测推力轴承的磨损情况,防止因过大的轴向力(如蒸汽/燃气推力)导致转子与静止部件发生摩擦碰撞(“蹭缸”),这是极其危险的故障。

  3. 轴心位置监测

    • 应用:同样是利用径向安装(X, Y)的传感器,但监测其直流(DC)分量

    • 目的:反映转子在轴承油膜中的静态平均位置。轴心位置的突然变化可能预示着:

      • 轴承磨损、巴氏合金脱落

      • 油温或油压异常

      • 负荷变化

      • 基础沉降或对中变化

  4. 差胀监测

    • 应用:在大型汽轮机等设备中,测量转子与气缸之间的热膨胀差。

    • 目的:确保启动、停机或变负荷过程中,转子和静子的膨胀匹配,避免内部碰撞。

三、 安装与系统集成要点

  1. 目标区域准备:轴颈被测区域必须光滑、洁净、无划痕、镀层均匀且材质一致。通常需要留出比探头直径大3倍以上的平整区域。

  2. 探头安装

    • 必须牢固地安装在轴承座或支架上,确保与轴瓦一体。

    • 通常使用专用支架,避免因支架共振影响测量。

    • 初始间隙(探头端面到轴颈表面的平均距离)必须设置在传感器线性量程的中段,以获得最佳灵敏度和双向测量能力。

  3. 系统集成

    • 传感器输出的模拟信号(如-24V ~ -2V DC或4-20mA)接入监测仪表DCS/PLC系统

    • 系统会设定报警值(Alert)和停机值(Danger)。当位移/振动值超过这些阈值时,会自动触发声光报警甚至紧急停机,保护设备。

    • 信号也用于状态监测和预测性维护系统,进行长期趋势分析。

四、 优势与局限性

显著优势:

  • 非接触测量:无磨损,不影响转子运行,适合高速旋转机械。

  • 高分辨率和高频响:能捕捉微米级的静态位移和数千赫兹的动态振动,精度极高。

  • 对环境不敏感:耐油、耐水、耐高温(配合高温探头和电缆),适合恶劣的机内环境。

  • 绝对测量:直接测量间隙,无需参考点,能同时提供静态(位置)和动态(振动)信息。

局限性及注意事项:

  • 被测体材质影响:对不同的金属材料(如钢、不锈钢、铝)和表面处理(镀铬、喷涂)的灵敏度不同,需要现场标定或使用相同材质的试件标定

  • 被测体尺寸与形状:需要足够大的平整区域,边缘效应会影响测量。

  • 温度影响:虽然探头耐高温,但被测体(轴)温度变化会引起其电磁特性微变,对超高精度测量需要考虑温度补偿。

  • 电磁干扰:探头电缆需远离强电磁场,且必须使用原厂屏蔽电缆并规范接地。


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