風機振動監(jiān)視器的校驗

胡海軍

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東　珠海　519060)

風機振動監(jiān)視器的校驗

胡海軍

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東珠海519060)

分析了風機振動監(jiān)視器校驗的計算方法，分別說明了對風機振動傳感器、監(jiān)視器以及回路的校驗方法，介紹了誤差分析和校驗合格的判斷標準。

風機振動監(jiān)視器;振動峰值;振動有效值

火力發(fā)電廠的六大風機包括2臺送風機、2臺一次風機和2臺引風機，是火力發(fā)電廠重要的輔機設備，其安全可靠運行是保證火力發(fā)電廠正常運行的重要保證，而對風機進行連續(xù)在線振動監(jiān)測是保證風機系統(tǒng)正常運行的重要手段。因此在機組每次大修期間，必須對六大風機的振動監(jiān)視器進行校驗，確保風機振動監(jiān)測的準確和保護動作的可靠［1］。筆者介紹振動監(jiān)視器的校驗方法，保證校驗的有效和準確，使得振動監(jiān)視器指示正確和保護動作可靠，確保風機的安全運行。

1　振動監(jiān)視器系統(tǒng)的構(gòu)成

風機振動監(jiān)視器系統(tǒng)由振動傳感器和振動監(jiān)視器兩部分組成。對振動監(jiān)視器系統(tǒng)的校驗應包括對振動傳感器、振動監(jiān)視器和振動監(jiān)視器回路三個部分的校驗。

風機振動監(jiān)視器通常監(jiān)視風機的軸承振動，傳感器采用軸承振動傳感器，這是一種接觸式傳感器。傳感器又可分為壓電式速度傳感器、磁電式速度傳感器和壓電式加速度傳感器三種形式。風機振動監(jiān)視器接受振動傳感器的信號，并對輸入的振動信號進行處理后輸出振動的測量值。通常振動測量值可根據(jù)振動量化單位的不同分為:振動位移值(μm)、振動速度值(mm/s)、振動加速度值(mm/s2)三種量化單位來進行描述，其中振動速度值還可采取振動單峰值(PK)和有效值(RMS)來進行衡量。

2　風機振動傳感器的校驗

風機振動傳感器一般采用接觸式的振動傳感器。由于火電廠使用的風機屬于低速旋轉(zhuǎn)機械，一般不采用振動的加速度值來衡量風機振動的大小［2］，很少使用壓電式加速度傳感器。因此筆者僅討論壓電式速度傳感器和磁電式速度傳感器這兩種傳感器的校驗。

2.1壓電式速度傳感器的特性

有些材料如石英晶體或羅謝爾晶體(Rochelle)，在這些材料上施加一個外界的力，就會產(chǎn)生電荷的移動，電荷移動后會產(chǎn)生電動勢，其大小與所受的外界力成比例的單值函數(shù)，方向與所受外界力的方向(拉伸或壓縮)相對應，這種現(xiàn)象稱為晶體的壓電效應，而此種晶體就被稱為壓電晶體或壓電元件。如果有一個帶有電極的壓電元件，其兩端接觸并固定在機組的殼體上，當機組發(fā)生振動時，壓電晶體就會反復地被拉伸和壓縮，產(chǎn)生一個與振動加速度信號成比例的電動勢，如果在傳感器的內(nèi)部內(nèi)置一個積分電路，對振動的加速度信號進行積分處理后即可得到振動的速度信號(見圖1)。

2.2磁電式速度傳感器的特性

磁電式速度傳感器工作原理:如果有一導體作切割磁力線的運動，它會產(chǎn)生一個與它運動速度成比例的電動勢。彈簧片、線圈骨架和線圈組成了一個二階慣性質(zhì)量系統(tǒng)，如果其固有頻率很低(一般為10～20 Hz)，那么當機組的振動頻率在這個慣性質(zhì)量系統(tǒng)的固有頻率之上時，線圈相對于空間靜止，而傳感器的磁鐵棒是剛性地固定在機殼上，所以磁鐵與機組的振動是完全一致的，這樣就相當于磁鐵在線圈內(nèi)運動，在線圈內(nèi)產(chǎn)生與振動速度信號成比例的電壓信號(見圖2)。

2.3傳感器的校驗方法

2.3.1傳感器的接線

壓電式速度傳感器由于其傳感器內(nèi)置了積分回路，因此傳感器采用了兩線制方式。接線方式見圖3，將振動傳感器固定在振動試驗臺上，+24 V電源通過恒流二極管連接至振動傳感器，萬用表連接到傳感器的輸出端，測量傳感器的交流電壓輸出。

磁電式速度傳感器是直接在線圈內(nèi)產(chǎn)生，與振動速度信號成比例的電壓信號，無需外接電源。將振動傳感器固定在振動試驗臺上，萬用表直接連接到傳感器的輸出端，測量傳感器的交流電壓輸出(見圖4)。

2.3.2校驗方法

使用上海發(fā)電設備成套設計研究院生產(chǎn)的VVB-1型便攜式振動試驗臺，可根據(jù)現(xiàn)場所使用的風機振動監(jiān)視器的指示單位來設置振動的速度峰值或振動的速度有效值。被校驗的振動傳感器靈敏度的計算公式為:

式中:S為被測傳感器的靈敏度，mV/(mm·s－1); V為萬用表測量值，mV;Mrms為振動臺試驗給定振動的速度有效值，mm/s;Mpk為振動試驗臺給定振動的速度峰值，mm/s。

利用標準振動試驗臺產(chǎn)生振動的標準信號，測量傳感器的輸出電壓，一般情況下，調(diào)整標準振動試驗臺的輸出，按照量程的大小，設置5～10個標準輸出信號，并記錄5～10個振動傳感器的輸出電壓。根據(jù)所記錄的輸出電壓數(shù)據(jù)，計算出傳感器的靈敏度。國內(nèi)壓電式速度傳感器比較常用的型號有日本新川公司生產(chǎn)的CV-861系列和美國BN公司生產(chǎn)的330500系列振動傳感器，其輸出靈敏度為3.94 mV/(mm·s－1)，允許靈敏度誤差為±10%。

被測傳感器靈敏度誤差計算公式為:

式中:ΔE為被測傳感器靈敏度誤差;S標為傳感器標準靈敏度。

給定各點振動速度值，記錄各點測量電壓值，并計算靈敏度和靈敏度誤差，確認各點均在允許誤差范圍之內(nèi)。

3　風機振動監(jiān)視器的校驗

風機振動監(jiān)視器接受傳感器的輸出信號，經(jīng)監(jiān)視器內(nèi)部量化處理后，顯示振動的測量值，輸出對應于量程的模擬量(4～20 mA或1～5 V)，并比對設定值進行報警和跳機的保護輸出。由此可見，監(jiān)視器的性能必須有保證，才能確保風機振動監(jiān)測的正確性和可靠性。因此需要對風機振動監(jiān)視器進行定期校驗。

3.1校驗方法

利用上海發(fā)電設備成套設計研究院生產(chǎn)的VMB-1智能TSI校驗儀，模擬標準傳感器輸出，可方便地進行監(jiān)視器的校驗。將校驗儀輸出接入至監(jiān)視器，觀察并記錄監(jiān)視器的實際測量值和模擬量輸出值，計算與理論值的誤差，確認誤差值是否在允許誤差范圍之內(nèi);調(diào)整VMB-1智能TSI校驗儀的輸出達到報警和跳機值，觀察并記錄實際動作值，計算與理論值的誤差，確認誤差值是否在允許誤差范圍之內(nèi)。

接線方式見圖5。

火電廠的風機振動監(jiān)視器通常有3種測量值的量化單位，即振動速度峰值、振動速度有效值、振動位移值。

當測量值是振動速度峰值時，標準信號計算公式為:

式中:Vrms為信號發(fā)生器輸出電壓有效值，mV; S為標準傳感器靈敏度，mV/(mm·s－1);Mb為目標測量值，mm/s。

當測量值是振動速度有效值時，標準信號計算公式為:

式中:Vrms為信號發(fā)生器輸出電壓有效值，mV; S為標準傳感器靈敏度，mV/(mm·s－1);Mb為目標測量值，mm/s。

當測量值是振動速度位移值時，由于傳感器輸入是速度信號，所以在監(jiān)視器內(nèi)部需要增加一個積分環(huán)節(jié)，校驗算法推導為:

式中:S為傳感器靈敏度;Vrms為萬用表所測量傳感器的輸出交流電壓(有效值);A為振動速度單峰值;W為振動的位移單峰值;Mb為目標測量值。

將式(6)、式(7)代入式(8)得到:

由式(9)可得出標準信號計算公式為:

式中:Vrms為信號發(fā)生器輸出電壓有效值，mV; S為標準傳感器靈敏度，mV/(mm·s－1);Mb為目標測量值，μm;F為信號發(fā)生器交流信號頻率，Hz。

測量值誤差的計算公式均為:

式中:ΔE為實測測量值誤差;Ms為實測測量值; Mr為監(jiān)視器量程。

3.2風機振動監(jiān)視器校驗軟件操作

打開軟件界面，輸入軟件界面中的相關內(nèi)容，根據(jù)被校驗監(jiān)視器測量值的量化單位，輸入測量值的量程和單位。軟件界面見圖6。

啟動監(jiān)視器校驗程序，便攜式電腦根據(jù)需要的仿真目標振動測量值，計算出需要輸出的電壓值Vrms，VMB-1智能TSI校驗儀會自動給出輸出信號，并自動采集被校驗監(jiān)視器的模擬量輸出，自動計算出系統(tǒng)誤差，并自動生成校驗報告，判斷是否在允許誤差范圍之內(nèi)。

4　振動監(jiān)視器回路動態(tài)校驗

因為振動傳感器安裝在風機設備的現(xiàn)場，而振動監(jiān)視器通常安裝于控制室或電子間，通過信號屏蔽電纜進行連接。由于六大風機的物理位置都遠離機組的控制室，通常連接電纜有幾百米，并經(jīng)過電纜橋架和現(xiàn)場端子進行多次轉(zhuǎn)接，可能會產(chǎn)生信號干擾和信號衰減，影響測量精度和可靠性。為了更接近實際使用環(huán)境，需要對風機振動監(jiān)視器回路進行動態(tài)校驗，即把振動試驗臺放置在實際的測點位置，將傳感器安裝于振動試驗臺上，模擬實際的風機振動情況進行仿真。記錄振動監(jiān)視器的輸出指示、監(jiān)視器后端的DCS系統(tǒng)的輸出指示以及報警、跳機信號保護動作輸出的正確性等;并根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)計算測量誤差，判斷誤差是否在允許的范圍之內(nèi)。

在進行振動監(jiān)視器回路動態(tài)校驗時，需要進行兩種方式的校驗，以保證回路動態(tài)校驗的準確性:

(1)定頻多點校驗(測量值動態(tài)校驗)。

將標準振動試驗臺設置在某一個固定的頻率下，調(diào)節(jié)不同的振動幅值(現(xiàn)場給定值)，觀察并記錄監(jiān)視器的測量指示值，同時觀察并記錄DCS系統(tǒng)的指示值，計算測量誤差，并判斷是否在允許誤差范圍之內(nèi)。

(2)定點多頻校驗(頻響動態(tài)校驗)。

將振動試驗臺設置在某一個固定的振動幅值，調(diào)節(jié)不同的振動頻率(給定頻率)，觀察并記錄監(jiān)視器的測量值，同時觀察并記錄DCS系統(tǒng)的指示值，計算測量誤差，并判斷是否在允許誤差范圍之內(nèi)。

誤差計算公式為:

式中:ΔE為實測測量值誤差;Mg為給定振動值; Ms為實測測量值;Mr為監(jiān)視器量程。

5　誤差分析和合格判斷標準

按照API670標準第三版要求(風機振動的標準國內(nèi)基本參照此標準執(zhí)行)，振動傳感器的靈敏度誤差為±10%，振動監(jiān)視器測量值允許誤差為±1%，模擬量輸出允許誤差為±1%;動作值輸出允許誤差為±1%，振動監(jiān)視器回路動態(tài)測量值誤差為±10%。VVB-1型便攜式振動試驗臺精度指標為±1%，即允許誤差為±1%; VMB-1智能TSI校驗儀精度指標為±0.5%，即允許誤差為±0.5%;數(shù)字萬用表型號為17B，其允許誤差為±0.5%，符合校驗所使用的標準儀器的精度需要高于被校驗傳感器、監(jiān)視器的精度的要求。對所取得的數(shù)據(jù)進行誤差計算分析，比對API670標準第三版的誤差要求，判斷被校驗的振動傳感器、振動監(jiān)視器是否合格，對不合格的設備進行替換。

6　結(jié)語

對2臺發(fā)電機組共計12臺風機，每次大修都進行校驗，經(jīng)過校驗后的振動監(jiān)視器運行穩(wěn)定，保證了風機的安全運行。

［1］電力行業(yè)熱工自動化標準化技術委員會.DL/T 1012—2006火力發(fā)電廠汽輪機監(jiān)視和保護系統(tǒng)驗收測試規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2006.

［2］陸文華，程衛(wèi)國，錢安家.機組振動的測量選型及其適用范圍［J］.動力工程，1999，19(2):50-54.

Calibration of Fan Vibration Monitors

Hu Haijun
(Guangdong Zhuhai Jinwan Power Generation Co.，Ltd.，Zhuhai 519060，Guangdong Province，China)

An analysis is presented to the calculation way of vibration monitoring instrument，including specific descriptions to the calibration method for relevant vibration transducers，vibration monitors and monitoring loops，while the main criteria for error analysis and calibration judgment are proposed.

fan vibration monitor;vibration peak;RMS value of vibration

TK223.26

A

1671-086X(2016)01-0024-04

2015-07-13

胡海軍(1980—)，男，工程師，主要從事汽輪機熱控系統(tǒng)維護工作。

E-mail:jinwanhhj@163.com