Разработка и производство автоматизированных систем контроля вибрации и механических величин (АСКВМ) – основное направление деятельности ООО НПП «Вибробит». В статье представлены новые датчики линейки «Вибробит» со встроенной электроникой и различным принципом действия, применяющиеся для построения АСКВМ. Перечислены конструктивные особенности устройств, объяснен их принцип действия, приведены технические характеристики.
ООО НПП «Вибробит», г. Ростов‑на-Дону
Надежная и безаварийная эксплуатация промышленного оборудования требует наличия непрерывного стационарного контроля и диагностики общего состояния машин и механизмов. При этом важными для анализа являются параметры динамического движения (вибрация) и статического положения узлов агрегатов.
Основным направлением деятельности ООО НПП «Вибробит» является разработка и производство автоматизированных систем контроля вибрации и механических величин (АСКВМ), информационно-технических (ИТ) систем, предназначенных для непрерывного стационарного измерения и контроля параметров механического состояния паровых и газовых турбин, турбокомпрессоров, центробежных насосов и других машин во время их эксплуатации.
Активное сотрудничество с отечественными и зарубежными производителями турбин – АО «Уральский турбинный завод», АО «Силовые машины», АО «Калужский турбинный завод», ОАО «Турбоатом» и другими – дает возможность построения оптимальных, полностью совместимых систем контроля вибрации АСКВМ «Вибробит» с учетом механических и технических характеристик контролируемого оборудования.
Широкая номенклатура продукции и услуг, предоставляемых предприятием «Вибробит», позволяет укомплектовать систему стационарного контроля вибрационного состояния оборудования аппаратурой одного производителя. В числе этого оборудования:
- датчики, первичные усилители и преобразователи, механизмы установки, аксессуары, проверочные стенды;
- измерительные и вспомогательные вторичные модули, сервисное оборудование;
- программно-технический комплекс (ПТК) «Интегрированная система вибрационного мониторинга (ИСВМ) «Вибробит Web.Net.Monitoring»;
- ПТК «Автоматизированная система вибрационной диагностики (АСВД) «Вибробит Web.Net.Diagnostics»;
- ПТК «Автоматизированная система динамической балансировки (АСДБ) «Вибробит Web.Net.Balancing».
Поддерживая в актуальном техническом состоянии аппаратуру, выпускаемую предприятием длительное время (датчики и преобразователи аппаратуры «Вибробит 100», модули аппаратуры «Вибробит 300», цифровые преобразователи аппаратуры «Вибробит 400»), ООО НПП «Вибробит» завершило разработку новой продукции, которая на текущий момент находится на следующих этапах по утверждению типа средств измерений:
- датчики пьезоэлектрические абсолютной вибрации со встроенной электроникой – получено свидетельство об утверждении типа средств измерений;
- вихретоковые датчики смещений (виброперемещений) со встроенной электроникой – в процессе утверждения типа;
- емкостные датчики воздушного зазора – в процессе утверждения типа;
- прецизионные датчики угла наклона – в процессе утверждения типа;
- датчики контроля частоты вращения – планируется утверждение типа;
- малогабаритные модули (2U) контрольно-измерительной аппаратуры «Вибробит 500» – завершающий этап процесса утверждения типа.
Также ООО НПП «Вибробит» ведет активную исследовательскую деятельность по следующим направлениям:
- оптимизация алгоритмов цифровой обработки вибрационных сигналов, применяемых в измерительных модулях;
- повышение достоверности выявляемых дефектов в контролируемом оборудовании системой автоматизированной вибрационной диагностики;
- создание технических средств перспективных методов измерений (крутильные колебания, изгибная форма ротора и др.), направленных на повышение точности оценки технического состояния роторного оборудования.
ООО НПП «Вибробит» предлагает технические решения по построению автоматизированных систем вибрационного контроля и диагностики как для небольших агрегатов (насосов, вентиляторов и т. д.), так и для турбоагрегатов большой мощности, с многочисленным вспомогательным роторным оборудованием.
Датчики со встроенной электроникой
Состав аппаратуры производства ООО НПП «ВИБРОБИТ» пополнился серией новых датчиков со встроенной электроникой, размещаемой в корпусе датчика или в соединительном разъеме. Совмещение чувствительного элемента и нормирующего усилителя в одном корпусе (или в разъеме) позволяет:
- улучшить метрологические характеристики датчиков;
- расширить диапазон измерения по амплитуде и частоте;
- повысить степень защиты оболочки;
- повысить надежность;
- уменьшить габаритные размеры;
- упростить монтаж датчиков.
В зависимости от исполнения датчиков выходной сигнал представлен унифицированным током 4–20 мА или напряжением в соответствии со стандартом IEPE (подобный ICP).
Кабель датчика в зависимости от исполнения защищается металлорукавом либо плетенкой из нержавеющей стали.
Серия датчиков с электронным узлом, размещенным на кабеле, имеет цифровой интерфейс 1‑Wire, который позволяет считывать диагностические параметры работы встроенной электроники и при необходимости корректировать коэффициенты преобразования, смещения и др. (например, для вихретоковых датчиков – при существенном отличии марки металла на объекте контроля).
Применение встроенной в датчик электронной схемы позволило существенно увеличить длину кабельных линий связи (до 400 м) без применения промежуточных коробок с преобразователями.
Датчики пьезоэлектрические абсолютной вибрации, серия «ВИБРОБИТ AV100»
Пьезоэлектрические датчики со встроенной электроникой (рис. 1, табл. 1) предназначены для измерения виброускорения, виброскорости, виброперемещения, НЧ виброскорости, СКЗ виброскорости.
Рис. 1. Основные типы пьезоэлектрических датчиков: внешний вид
Таблица 1. Основные технические характеристики датчиков вибрации
Датчики абсолютной вибрации являются датчиками инерционного типа. Их чувствительным элементом является пьезоэлектрический элемент, преобразующий действующую на него силу в электрический заряд.
Все датчики имеют встроенный электронный узел (электронную схему), в котором электрический заряд пьезоэлектрического элемента усиливается, интегрируется, фильтруется, преобразуется в унифицированный выходной сигнал по току (4–20 мА) либо по напряжению (стандарт IEPE). Датчики изготавливаются с нормированным коэффициентом преобразования, это упрощает их замену и использование в любых измерительных системах.
По размещению электронного узла датчики подразделяются на два основных типа:
- с электронным узлом, расположенным в корпусе самого датчика;
- с электронным узлом, расположенным на конце кабеля в компактном соединительном разъеме.
Размещение электронного узла в коммутационном разъеме датчика со степенью защиты IP67 позволило расширить температурный диапазон чувствительного элемента до +180 °C без сокращения срока службы датчика.
Датчики выпускаются в двух основных исполнениях, различающихся типом корпуса и креплением пьезопреобразователя к объекту контроля:
- треугольное фланцевое основание, крепление на трех винтах М4, расположенных по окружности диаметром 30,6 мм и сдвинутых друг относительно друга на угол 120 градусов (код крепления Ф3М4);
- шестигранное основание, крепление в одно монтажное отверстие М8 через переходную площадку. Затяжка посредством фиксирующей гайки (код крепления Ш24М8).
Вихретоковые датчики перемещений, серия «ВИБРОБИТ S100»
Вихретоковые датчики (рис. 2, табл. 2) со встроенной электроникой предназначены для измерения относительных перемещений, размаха виброперемещения, частоты вращения.
Рис. 2. Основные типы вихретоковых датчиков: внешний вид
Таблица 2. Основные технические характеристики датчиков перемещений
Датчики представляют собой бесконтактные вихретоковые измерители, создающие высокочастотное электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве и создает в металле вихревые токи, приводящие к его ослаблению. Ослабление происходит обратно пропорционально величине воздушного зазора между датчиком и металлом (объектом контроля). Собственно датчиком является катушка индуктивности, расположенная непосредственно возле объекта контроля (или штока) и связанная с электрической схемой преобразователя, встроенного в корпус или разъем датчика.
Выходной величиной датчика является мгновенное значение тока, пропорциональное измеряемому параметру. То есть изменение параметра в пределах диапазона измерения вызывает пропорциональное изменение выходного тока в диапазоне от 4 до 20 мА.
По размещению электронного узла вихретоковые датчики перемещений подразделяются на два основных типа:
- с электронным узлом, расположенным в корпусе самого датчика;
- с электронным узлом, расположенным на конце кабеля в компактном соединительном разъеме.
Датчики уклона, серия S170C
Датчики уклона (рис. 3, табл. 3) предназначены для прецизионного измерения абсолютного наклона деталей и узлов промышленного оборудования и конструкций. Разрешающая способность датчиков данного типа соответствует значению 0,01 мм/м.
Рис. 3. Датчик уклона: внешний вид
Таблица 3. Основные технические характеристики датчиков уклона
Датчик разработан на основе высокочувствительной, прецизионной интегральной микросхемы измерения статического ускорения, выполненной по технологии MEMS. Применение современных электронных компонентов позволило разработать прецизионный датчик со встроенной электроникой (в корпусе самого датчика) и широким диапазоном рабочих температур: от –40 до +120 °C.
Начальное смещение угла наклона при установке датчика в рабочее положение может быть скомпенсировано путем цифровой подстройки по интерфейсу 1‑wire.
Выходной величиной датчика является значение тока, пропорциональное углу наклона поверхности. То есть изменение параметра в пределах диапазона измерения вызывает пропорциональное изменение выходного тока в диапазоне от 4 до 20 мА.
Датчики частоты вращения, серия N3xxC
Датчики частоты вращения серии N3xxC (рис. 4, табл. 4) предназначены для измерения частоты вращения валов различных агрегатов. Они представляют собой первичный преобразователь, преобразующий частоту вращения зубчатого ферромагнитного колеса, закрепленного на валу агрегата или паза ротора, в электрические импульсы напряжения прямоугольной формы.
Рис. 4. Датчик частоты вращения серии N3xxC: внешний вид
Таблица 4. Основные технические характеристики датчиков частоты вращения на эффекте Холла
Принцип действия датчиков основан на использовании эффекта Холла. Встроенный дифференциальный полупроводниковый чувствительный элемент преобразует изменения магнитного поля, возникающие при прохождении профиля зуба вблизи датчика, в изменение напряжения, а встроенная электронная схема преобразует их в импульсы напряжения прямоугольной формы.
Применение современных электронных компонентов позволило разработать быстродействующий датчик со встроенной электроникой (в корпусе самого датчика) и широким диапазоном рабочих температур: от –40 до +120 °C.
Дифференциальный принцип измерения уменьшает влияние других магнитных полей рассеяния и вибрации машины, при этом датчик частоты вращения требует правильного позиционирования относительно профиля цели. Помогают в этом плоскости позиционирования на задней части датчика.
Датчики частоты вращения, серия N1xxC
Датчики частоты вращения серии N1xxC (рис. 5, табл. 5) предназначены для измерения частоты вращения валов различных агрегатов. Они представляют собой бесконтактные вихретоковые измерители, создающие высокочастотное электромагнитное поле, которое распространяется в пространстве и создает в металле вихревые токи, приводящие к его ослаблению. Встроенная электронная схема путем компарирования первичного сигнала преобразует частоту вращения зубчатого ферромагнитного колеса, закрепленного на валу агрегата или паза ротора, в электрические импульсы тока прямоугольной формы (4–20 мА).
Рис. 5. Датчики частоты вращения серии N1xxC: внешний вид
Таблица 5. Основные технические характеристики вихретоковых датчиков частоты вращения
Применение современных электронных компонентов позволило разработать универсальный датчик со встроенной электроникой (в корпусе самого датчика) и широким диапазоном рабочих температур: от –40 до +120 °C. Для применения датчиков в условиях более высоких температур предусмотрено исполнение с электронным узлом, размещенным во внешнем соединительном разъеме. Датчики такого типа рассчитаны на температуру внешних условий до 180 °C.
Датчик воздушного зазора, серия AGSV‑01-25
Датчик воздушного зазора AGSV‑01-25 (рис. 6, табл. 6) предназначен для измерения воздушного зазора между статором, на котором закреплен датчик, и ротором генератора. Это бесконтактный датчик емкостного типа для измерения расстояния с унифицированным токовым выходом 4–20 мА.
Рис. 6. Датчик воздушного зазора серии AGSV-01-25: внешний вид
Таблица 6. Основные технические характеристики датчиков воздушного зазора
Состоит из чувствительного элемента емкостного типа и нормирующего преобразователя, соединенных между собой триаксиальным кабелем длиной 2 м. Нормирующий преобразователь датчика представляет собой малогабаритный, защищенный электронный узел (размерами не более 58 × 12 × 6 мм), неразъемно размещенный на кабеле датчика. К преобразователю подключен выходной соединительный многожильный кабель длиной 10 м.
Разрешающая способность датчиков этого типа соответствует значению 25 мкм. Диапазон рабочих температур чувствительного элемента находится в диапазоне от –40 до +125 °C.
Линеаризация сигнала датчика, температурная компенсация выполняется с помощью микроконтроллера, встроенного в нормирующий усилитель. Для настройки и калибровки датчика предусмотрена цифровая линия 1‑Wire.
Заключение
Предлагаемые ООО НПП «Вибробит» технические решения соответствуют самым современным техническим требованиям промышленности, а высокий уровень конкурентоспособности предприятия в условиях непрерывно растущих темпов развития контрольно-измерительной аппаратуры обеспечивается в том числе за счет постоянного расширения номенклатуры выпускаемых датчиков, работа над которыми ведется по следующим направлениям:
- увеличение диапазонов измерения параметров;
- расширение условий применения;
- обновление конструктивных исполнений;
- обеспечение взрывобезопасности;
- обеспечение импортозамещения;
- сертификация по специальным условиям применения.
Коллектив ООО НПП «Вибробит» намерен и в дальнейшем продолжать разработку новых аппаратных и программно-технических средств для автоматизированных систем вибрационного контроля в целях повышения надежности и эффективности эксплуатации промышленного оборудования электростанций и других промышленных предприятий.
Опубликовано в журнале ИСУП № 4(88)_2020
А. Г. Добряков, директор,
Г. А. Арушанов, главный инженер,
ООО НПП «Вибробит», г. Ростов‑на-Дону,
тел.: +7 (863) 218‑2475,
e‑mail: info@vibrobit.ru,
сайт: vibrobit.ru
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")