沖擊傳感器的應(yīng)用研究-工業(yè)控制
沖擊傳感器的應(yīng)用研究 2011-05-27 19:26:48來源:互聯(lián)網(wǎng)
0 引 言
往復(fù)壓縮機的機械故障診斷是一個引起廣泛關(guān)注的研究課題。往復(fù)式壓縮機的工況與旋轉(zhuǎn)式壓縮機有很大差別，用于離心機的傳統(tǒng)振動監(jiān)測和分析技術(shù)，不能成功地用于往復(fù)機。美國南加里佛尼亞洲一家工廠有五臺大型往復(fù)壓縮機，幾年前，其中一臺壓縮機發(fā)生連桿斷裂的嚴(yán)重事故，但傳統(tǒng)的振動檢測系統(tǒng)卻沒有發(fā)出預(yù)警信號。國內(nèi)工業(yè)現(xiàn)場大型往復(fù)壓縮機的重大事故也發(fā)生過多起，僅南京某廠從1996年以來，共發(fā)生了12起活塞桿斷裂事故，平均每年發(fā)生一起。往復(fù)壓縮機沒有狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)以及使用不可靠的監(jiān)測系統(tǒng)的狀況不能再繼續(xù)下去，必須尋找一種更好的檢測方法來防止事故重復(fù)發(fā)生。在此提出使用沖擊傳感器來檢測機械松動，進(jìn)而防止因松動進(jìn)一步擴展所帶來的部件裂縫甚至斷裂的嚴(yán)重后果。沖擊傳感器開辟了監(jiān)測往復(fù)機以及類似機器機械故障的一種全新思路，具有很好的發(fā)展前景。
1 IT6810系列沖擊傳感器的工作原理
旋轉(zhuǎn)式壓縮機的振動信號帶有一種相對穩(wěn)定的模式，而往復(fù)機的振動信號含有大量暫態(tài)的、不穩(wěn)定的、瞬變的沖擊成分，試圖準(zhǔn)確分析每一個成分對應(yīng)于什么機理是一件很困難的工作。沖擊傳感器的思路是，所有這些暫態(tài)的、不穩(wěn)定的、瞬變的成分本身能否用來構(gòu)成一種新的有效的監(jiān)測模式，也就是不再沿用旋轉(zhuǎn)式壓縮機檢測穩(wěn)態(tài)模式的方法，而是檢測往復(fù)機所獨有的換向運動所產(chǎn)生的沖擊，通過沖擊的程度來預(yù)示可能存在的螺栓松動、間隙增大、閥片裂縫，以及很多往復(fù)機通?？赡馨l(fā)生的失效形式。
這樣一種假設(shè)是合乎邏輯的：在正常情況下，往復(fù)機應(yīng)當(dāng)具有某種沖擊“模式”。這種沖擊模式是指在一段給定時間內(nèi)發(fā)生沖擊事件的幅度和次數(shù)。偏離正常狀態(tài)時，例如螺栓或配合處發(fā)生松動、運動部件內(nèi)部出現(xiàn)裂縫等，都將導(dǎo)致沖擊模式的明顯變化。正常模式的確定在一定程度上帶有經(jīng)驗數(shù)據(jù)的性質(zhì)，而不是通過理論推算而來，但在實踐中被證明是可行的。在這一點上，很像最初靠富有經(jīng)驗的技術(shù)人員或工人，用一根鐵棒敲敲打打，再用耳朵傾聽機器內(nèi)部的聲音來確定機器的運行狀態(tài)一樣，方法看起來很古老，但卻有效。沖擊傳感器用來感受高幅度、短時間的尖脈沖，這個特點表征了往復(fù)機中存在的大多數(shù)潛在的問題。這些尖脈沖在穩(wěn)定狀態(tài)振動信號的總能量中并不占有明顯的比重，它們在用于檢測旋轉(zhuǎn)式壓縮機的傳統(tǒng)信號處理的過程中往往顯現(xiàn)不出來。而在沖擊傳感器中，專門的峰值檢測電路在規(guī)定的時間長度內(nèi)捕捉和計算超出閾值的沖擊事件的次數(shù)，這種記數(shù)方法在實踐中被證明是非?？煽康模瑥亩纬闪藳_擊傳感器的工作原理。
2 沖擊傳感器的安裝與設(shè)置
2．1 沖擊傳感器選型
南京一大型石油化工股份有限公司芳烴廠的GB302D氫氣壓縮機是一臺二級四缸、臥式、H型對稱平衡往復(fù)式活塞壓縮機。為了檢測包括機械松動以及由此引發(fā)的連桿斷裂等嚴(yán)重事故在內(nèi)的壓縮機不正常工作狀態(tài)，決定安裝美國METRIX公司于2005年推出的沖擊傳感器。由于生產(chǎn)現(xiàn)場有防爆要求，故選用了帶防爆盒的IT6812型傳感器。
2．2 沖擊傳感器安裝
由于沖擊傳感器用來辨別諸如松動、裂縫、斷裂等狀況，故在GB302D往復(fù)壓縮機4個缸的十字頭滑道箱外殼上各布置1個，安裝方向垂直于連桿的運動方向，用以測量往復(fù)機因連桿螺母松動、連桿斷裂等故障所引發(fā)的沖擊烈度。圖1為可供選擇的安裝位置圖，圖2為現(xiàn)場安裝照片。
2．3 沖擊傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)
沖擊傳感器把新的測量方法和常規(guī)4～20 mA回路供電傳感器技術(shù)結(jié)合在一起(見圖3)。
它有一個內(nèi)部壓電晶體敏感元件，并使用一個定時功能作為烈度檢測的一部分。一個沖擊事件計數(shù)器和存儲單元用來記錄達(dá)到預(yù)設(shè)的幅度閾值等級的事件。4～20 mA信號對應(yīng)于在一個稱作復(fù)位時間的預(yù)設(shè)時間窗口內(nèi)發(fā)生的超過閾值等級的沖擊事件的次數(shù)。電流回路負(fù)載電阻的典型數(shù)值是，在用于PLC、監(jiān)視器或DCS的場合中分別為50 Ω，100 Ω或250 Ω。最大電阻值RLmax是供電電壓值的函數(shù)：
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