基于AI-TEK阿泰克转速传感器一些故障的深入研究

因转速仪表导致的一些故障举例2012 年 5 月，加氢裂化装置在开高压进料泵的液力透平时，转速传感器 SE3603A 因安装距离过近被高速转动的齿轮盘将探头打碎，停机检修约 2个月。2014 年 9 月，加氢裂化装置在开液力透平时，三台转速仪表均无指示，在线调整安装距离后正常显示。2015 年 12 月，加氢改质装置#氢机在试机过程中发现转速传感器由于安装距离过近被打坏，停机检修。2016 年 6 月，三催化装置主风机在开车过程中转速仪表 SE1421A 无显示，经检查为传感器安装距离较远导致。2016 年 7 月，加 氢 裂 化 装 置 液 力 透 平 转 速SE3602A、SE3603A 转速无规律波动，两台仪表同时到高高联锁值导致透平三取二联锁停机。经检查，是传感器安装距离较远，传感器产生的交流电压工作在变送器的临界值边缘，受到的干扰较大，变送器输出不稳定所致。2016 年 8 月，加氢改质装置进料泵液力透平转速 SE6001A 无规律波动，经检查是转速变送器现场的转速变送器安装接线箱内温度过高，变送器失效导致。将变送器移位至控制室内后故障消失。2016 年 9 月，加氢改质装支进料泵液力透平转速 SE6003A 无规律波动，经检查是转速传感器安装距离较近，导致传感器产生的交流电压较大，而变送器设定的门槛滤波电压较低，信号干扰较大导致。重新设定门槛电压后故障消失。通过对近一段时间内的故障进行总结可以发现，传感器安装距离不当导致的故障占到了 6 项，转速变送器的故障占 2 项。由于 AI－TEK 传感器的安装没有可视化的安装标准，都是凭现场施工人员的施工经验进行安装的，故障率较高。因此，我们从传感器的工作原理及设备的规格参数入手，深入研究传感器应该如何安装才能满足不同的设计及系统要求，避免故障的发生。AI－TAK 转速传感器是电磁式速度传感器，以电磁感应为基本原理来实现转速测量的，属于变磁阻式速度传感器的一种3。电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势。当机泵运行时，转动的轴带动齿轮高速转动，齿轮与传感器的间隙周期性的变化，引起磁通量的周期性变化，产生了周期性的交变电压。产生的交流电压的波形与齿轮中齿的宽度、形状、高度以及齿轮的齿数有关系。如图 1 所示。图 1不同类形式的齿轮在经过电磁式转速传感器时所产生的不同波形产生的交流电压有两重要的技术指标:频率和交流电压峰值。其中频率直接被用来转化为轴的转速，而交流电压的波形及电压峰值及则决定了其信号能否被采集以及其抗干扰能力的大小。电压峰值的大小与传感器的型号、传感器和齿轮的间隙 d、齿轮盘的齿数 n 以及齿轮盘转动时的线速度 IPS 有关。当传感器型号以及齿数 n 固定时，峰值电压与线速度成正比关系，与间隙 d 成反比关系，即 V = K* IPS/d。虽然不同型号的传感器电压特性不同，但电压与转速关系的计算方法是相同的。我们通过实验室的转速校验设备以及一台已知规格参数的传感器 AI－TEK /70085－1010－412 的规格参数来进行实验计算，其计算方法可以推广到所有 AI－TEK 的无源传感器上。AI －TEK /70085 － 1010 － 412的规格参数校验台齿轮直径:d= 4．720inch;校验台齿轮盘齿数:30;转速传感器:AI－TEK /70085－1010－412;传感器螺纹间距:1/18inch说明:实验所使用的 4 组间隙 d 的数值分别是以AI－TEK /70085－1010－412 的传感器与齿轮 0．5/1/1．5/2 倍的螺纹间距为基础进行实验的。根据该传感器的说明书可以知道其螺纹间距为 1/18" ，由此得出这四组间隙数值分别为:0．027" /0．056" /0．056" /0．绘制曲线图如图 3 所示。图 3电压与转速关系曲线图2变送器分控制系统厂家频率卡的

硬件参数对比目前 AI－TEK 的传感器频率信号主要有两种信号转换方式:(1)通过变送器转换成 4～ 20mA 信号进入控制系统的 AI 卡;(2) 传感器产生的频率信号直接进入控制系统的频率卡。通过变送器及频率卡厂家的硬件参数，在使用实验室设备的情况下可以计算出相应的设备在典型传感器的安装距离时所能测得的转速范围。2．1转速变送器 T77530－10 的硬件参数4不同信号转换设备对传感器的安装要求传感器的安装应在机泵静态的情况下行安装，而 AI－TEK 的转速传感器大多为无源传感器，在齿轮盘静止的情况下没有电压输出，也就没有可视化的安装标准，只能通过使用塞尺测量传感器的安装距离或凭借经验将传感器旋转至与齿轮盘接触，再往回旋转相应的螺纹间距(圈数)进行安装。然而厂家对传感器的安装要求是传感器与齿轮间隙 d 越 小 越 好，其 建 议 安 装 距 离 为 0. 005" ，以70085－1010－412 传感器为例，其安装距离为 1/10 倍螺纹间距。然而，在现场的实际应用中，传感器安装时齿轮盘是静止状态，当齿轮盘高速转动后，机泵的轴和齿轮盘都会在一定范围内振动;同时，由于机泵运行后，轴与轴瓦之间将会有一定的油封，这会导致实际的齿轮盘向与传感器接近的方向移动，类似被油封托起的状态。以上的这些原因，都会导致在设备运行后传感器与齿轮盘的距离比设备静止时的安装距离缩短。若传感器与齿轮盘的距离过近将会导致告诉运转的齿轮盘将传感器打碎并飞溅至机泵内的各个角落，成为一次较严重的停机事件。通过第一部分的案例可以看到，有两起安装距离过近造成的停机事件，对机泵都造成了较大的影响。因此0. 005" 的安装距离不具有实际现场可操作性。通过对仪表施工及维护人员的咨询，我们得到了这样的经验:传感器与齿轮盘的最小安装距离应保持在 0．5mm 以上。对于现场传感器的安装来说，安装的距离越远越能保证传感器的安全，但其产生的峰峰值电压则越小，导致其信号可能无法被信号转换设备检测到。因此传感器的安装应根据传感器的型号、设计的转速范围及信号转换设备的可识别电压范围来计算出相应传感器的安装距离范围。我们根据无源转速传感器的现场安装及一般的机械设计经验可以得出如下结论:

(1) 现场安装探头实际距离以 1 倍螺纹间距左右为宜，过近则可操作性降低，过远则信号较弱，大多数设备无法识别;

(2)需要测量转速的离心式转动设备一般为装置内较为重要的设备，根据一般生产经验对能够在控制系统上显示出来的转速要求为 500rpm。

我们根据以上的安装要求以 AI －TEK /70085 －1010－412 探头为例对比以上的几种转速信号转换设备，则可得出如结论如表 2 所示。转速传感器故障的难点在于对传感器安装间隙的确定以及信号的抗干扰能力。转速传感器的安装既要考虑到信号转换设备的电压识别范围、设计的转速测量范围以及信号的抗干扰能力从而尽量减小安装间隙 d，又要保证传感器的安全而尽量增加安装间隙。要想找到最合适的安装间隙不但需要有着丰富的安装经验和精确操作，又需要对传感器及信号转换设备有着深入的了解。同时，通过文中的计算我们可以看出，有些频率卡件甚至不适合用于进行转速信号的测量。我们在对转速传感器进行安装时，不但要使安装具有实际的可操作性，而且要根据相应的信号转换设备进行相应的调整。对于无法满足传感器现场安装要求的信号处理设备我们则要制定相应的计划进行改造。而对于新建的装置和机组，我们也可以利用相同的方法去检验其设计所采用的信号转换设备是否合适，及时发现设计及施工问题，尽早发现隐患。只有真正理解了传感器的信号特性，深入掌握了相关设备的规格参数，才能在现场工作中及时的发现隐患，有效的避免故障，保证机组及装置的长周期平稳运行。