摘 要：隨著機(jī)械工業(yè)化的快速發(fā)展，自動化的發(fā)展也突飛猛進(jìn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械的振動越來越引起人們的重視，振動監(jiān)測對旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備具有極其重要作用。而振動檢測在原理與結(jié)構(gòu)上具有很大差別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用合適的振動傳感器設(shè)備，是在進(jìn)行某個量的測量時首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。本文主要介紹了振動的檢測標(biāo)準(zhǔn)及其測量方式，提出了振動傳感器和測量儀表的選擇方案。
引言
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械工業(yè)化的程度也飛速提高，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的機(jī)械設(shè)備正逐步走向復(fù)雜化、高速化、自動化。為了掌握設(shè)備運行狀態(tài)，避免事故的發(fā)生，對生產(chǎn)中的關(guān)鍵機(jī)組實行在線監(jiān)測和故障診斷，越來越引起人們的重視。
對于旋轉(zhuǎn)機(jī)械，目前主要的分析信號來自振動信號。對于泵來講，泵發(fā)生故障的重要特征是機(jī)器伴有異常的振動和噪聲。其振動信號能實時的反映水泵故障信息。因此泵的振動檢測的方法和振動傳感器的選擇具有至關(guān)重要的意義。
項目介紹：
APA 主給水泵是太平嶺核電站 1/2 號機(jī)組常規(guī)島主給水泵。該機(jī)組包括前置泵、電機(jī)、耦合器和主給水泵等設(shè)備。該項目主給水泵設(shè)計流量為 4025m3/h，轉(zhuǎn)速 5240r/min，進(jìn)水壓力 3.41MPa，出水壓力 8.84MPa，揚程 625m，進(jìn)口管道Φ559X16mm，出口管道Φ559X28mm。
1 振動檢測執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)
旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動測量和評定標(biāo)準(zhǔn)有 ISO 7919(GB/T11348)系列“旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動的測量和評定” 和 ISO/TC10816(GB/T6075)系列“在非旋轉(zhuǎn)部件上測量與評價機(jī)器的機(jī)械振動 ” 兩 個 標(biāo) 準(zhǔn) 。 ISO 7919(GB/T11348) 系 列 測 量 與 評 價 的 是 軸的 振 動 位 移 ;
ISO/TC10816(GB/T6075)系列測量與評定的是軸承座的振動烈度。作為評價產(chǎn)品動態(tài)性能的依據(jù)，這兩個系列標(biāo)準(zhǔn)幾乎覆蓋了各類旋轉(zhuǎn)機(jī)械，為機(jī)器設(shè)備的振動狀態(tài)檢測和診斷奠定了基礎(chǔ)。
GB/T 11348 系列“旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動測量和評定” 提出了采用在旋轉(zhuǎn)軸上直接測量的方法了測量和評定機(jī)械振動的總則。確定軸振動的目的與振動特性的變化、過大的動力負(fù)荷和徑向間隙監(jiān)測問題有關(guān)：
GB/T 6075 系列 “在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機(jī)器的機(jī)械振動” 規(guī)定了在整機(jī)的非旋轉(zhuǎn)或非往復(fù)式部件上測量和評價機(jī)器振動的通用條件及方法。本標(biāo)準(zhǔn)說明了振動幅值和振動變化與運行監(jiān)測和驗收測試的關(guān)系
《泵的振動測量與評價方法》，標(biāo)準(zhǔn)號為 JB/T8097-1999，該標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)內(nèi)容與國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 10816 等效，對于含有撓性轉(zhuǎn)子的一些泵在非旋轉(zhuǎn)部件上測量是不完全合適的， 則按照 ISO 7919 給出軸振動的補(bǔ)充。
2 振動檢測方法的選擇
根據(jù)上述振動檢測執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，一般大型的石油化工用泵選擇三個互相垂直的方向(水平、垂直、軸向)進(jìn)行振動測量，大型的石油化工泵大多采用軸振動。而大多數(shù)的鍋爐給水泵一般只選擇水平和垂直兩個方向的軸承振動。通常給水泵檢測點應(yīng)選在選在泵軸承座、底座和
出口法蘭處振動能量向彈性基礎(chǔ)或系統(tǒng)其他部件進(jìn)行傳遞的地方。泵軸承座處和靠近軸承處的測點稱為主要測點，把底座和出口法蘭處的測點稱為輔助測點。根據(jù)現(xiàn)場的實際情況要求，太平嶺核電站常規(guī)島 APA 機(jī)組前置泵和主給水泵振動檢測點為前置泵和主給水泵驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承體處均設(shè)置 XY 方向振動檢測點。
典型泵的主要測點位置的選擇如下圖：
圖 1 為單級或兩級懸臂泵，主要測點選在懸架(或托架)的軸承座部位。
圖 2 為雙吸離心泵(包括各種單級、兩級兩端支承是離心泵、多級離心泵(包括雙殼體多級泵)，兩個主要測點在兩端軸承座處。根據(jù)實際經(jīng)驗，對于軸振動，這兩種泵的軸振主要測點經(jīng)常選在兩端軸承托架處。
3 測量儀器的選則
振動的測量儀器通常包括傳感器、延長電纜，前置器、變送器(儀表)。根據(jù)測量方法的不同，振動的傳感器的選擇也不同。根據(jù)輸出信號的不同要求，測量所選用的儀器也有明顯的差別。
3.1 傳感器的選擇
目前大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動傳感器有電渦流型、速度型、加速度型等。電渦流傳感器測量的是位移量(間隙變化)，振動速度傳感器測量的是速度，振動加速度傳感器測量的是加速度。速度經(jīng)過一次積分可以成為位移，加速度經(jīng)過 1、2 次積分可以變成速度和位移，但積分通常會引起誤差。
該項目 APA 機(jī)組前置泵和主給水泵振動檢測為驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承體振動，下面著重介紹一下振動速度傳感器和振動加速度傳感器。
3.1.1 振動速度傳感器
速度傳感器是利用磁電感應(yīng)原理把振動信號轉(zhuǎn)換成電信號。它主要有磁路系統(tǒng)、線圈組件、彈簧阻尼等部分組成。在傳感器殼體中剛性的固定有兩個線圈組件，磁鋼用彈簧懸掛于殼體。當(dāng)傳感器在工作頻率范圍內(nèi)工作時，線圈與磁鋼產(chǎn)生相對運動，線圈切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，該電壓正比于機(jī)殼的振動速度。這種傳感器屬于結(jié)構(gòu)型傳感器。由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機(jī)械系統(tǒng)慣性質(zhì)量的限制，其固有頻率低工作頻率范圍窄。
速度傳感器具有安裝簡單，可適用于絕大數(shù)機(jī)器的環(huán)境條件，以及不需外加電源，振動信號不經(jīng)任何處理可以傳送到需要的地方的優(yōu)點，但其活動部件易損壞，低頻響應(yīng)不好。一般速度傳感器在 15Hz 以下，將產(chǎn)生較大的振幅和相位誤差
3.1.1 振動加速度傳感器
多數(shù)加速度傳感器是根據(jù)壓電效應(yīng)的原理來工作的。所謂的壓電效應(yīng)就是 "對于不存在對稱中心的異極晶體加在晶體上的外力除了使晶體發(fā)生形變以外，還將改變晶體的極化狀 態(tài)，在晶體內(nèi)部建立電場，這種由于機(jī)械力作用使介質(zhì)發(fā)生極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng) "。一般加速度傳感器就是利用了其內(nèi)部的由于加速度造成的晶體變形這個特性。由于這個變形會產(chǎn)生電壓，只要計算出產(chǎn)生電壓和所施加的加速度之間的關(guān)系，就可以將加速度轉(zhuǎn)化成電壓輸出。壓電式振動傳感器是利用晶體的壓電效應(yīng)來完成振動測量的，當(dāng)被測物體的振動對壓電式振動傳感器形成壓力后，晶體元件就會產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，電荷數(shù)即可換算為振動參數(shù)。這種傳感器屬于物性型傳感器，它具有響應(yīng)時間短，工作頻率寬的特性。因它采用晶體形式嵌入積分電路，沒有移動部件，所以不會產(chǎn)生磨損和退化，使用壽命長，并且可垂直、水平或以任何角度安裝。加速度傳感器體積小，重量輕。可以適用于某些受附加在質(zhì)量影響較大的振動測試系統(tǒng)中，但其安裝方法和導(dǎo)線敷設(shè)方式，對測量結(jié)果有較大的影響壓電式傳感器用于測量軸承箱體、殼體或結(jié)構(gòu)的絕對振動。
3.1.2 電渦流傳感器
電渦流式傳感器屬于電感式傳感器的一種，是利用被測量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致線圈電感量改變這一物理現(xiàn)象來實現(xiàn)測量的。
電渦流傳感器要求被測體必須是導(dǎo)體。傳感器探頭里有小型線圈，由控制器控制產(chǎn)生震蕩電磁場，當(dāng)接近被測體時，被測體表面會產(chǎn)生感應(yīng)電流，而產(chǎn)生反向的電磁場。 這時電渦流傳感器根據(jù)反向電磁場的強(qiáng)度來判斷與被測體之間的距離。
3.2 測量儀表的選擇
目前測量儀表有很多種——智能的與非智能的，單通道的或雙通道的，盤式的還是掛壁式的。
一般智能式的儀表參數(shù)設(shè)置可以實現(xiàn)全面板操作，帶 LCD 表頭，具有報警指示和危險開關(guān)輸出，具有 4-20mA 輸出等。對于具有雙通道的儀表，由于一臺泵通常有 4 個振動測點， 所以采用 4 個探頭,2 塊儀表就實現(xiàn)了振動的檢測。
對于無需數(shù)字顯示的儀表，一般選擇振動變送器，這種變送器結(jié)構(gòu)簡單，可輸出 4-20mA 信號。
電渦流傳感器一般需要接前置器，但是前置器只能輸出電壓信號。如果沒有電流信號輸出的要求，那么軸振動選擇電渦流傳感器、延長電纜和前置器就可以了。但是如果輸出4-20mA，就必須得再接儀表，方可實現(xiàn)功能。對于本特利的 3300XL 探頭，如果輸出 4-20mA 信號，需要在前置器輸出后，接入 1900/65，但是 1900/65 是四通道儀表，一臺儀表可以實現(xiàn)四點振動的測量。這種測量方式測量范圍寬，可以用軟件任意組態(tài)，有利于振動分析。本特利比較經(jīng)濟(jì)且能輸出 4-20mA 的振動檢測方案可以用 3300 NSV 探頭，直接接振動變送器。也可以實現(xiàn)電流輸出，但是測量范圍窄。
通常根據(jù)傳感器的選擇、輸出信號的要求及其安裝條件來考慮測量儀表的種類。國內(nèi)大多數(shù)廠商生產(chǎn)的傳感器和其所帶的變送器出廠校驗時是整體的，不具有互相替代性。所以最初選擇了哪種測振裝置，一旦有其中的一部分需要更換，則整套裝置都需替換。目前國內(nèi)有些廠家已經(jīng)生產(chǎn)出了可以互相替代的產(chǎn)品，這也是一種發(fā)展趨勢。而進(jìn)口的本特利產(chǎn)品一直具有可替代性。
4 結(jié)論：
在振動測試中合理地選擇檢測方法和測量儀器，不但可以獲得滿意的測試結(jié)果，也可節(jié)
省勞力和時間，而且對于盡快查明振動故障原因，提高轉(zhuǎn)子平衡精度和減少機(jī)器起停次數(shù)， 都有著重要作用。
參考資料：
[1] 《泵的振動測量與評價方法》JB/T 8097-1999[S].國家機(jī)械工業(yè)局，1999,2-5
[2] 常健生.《檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》第 3 版[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005,125-155
韓寶鳳
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