在重要的泵組應(yīng)用中，如何針對推力軸承磨損做出有效并且可靠的監(jiān)控正在成為工廠儀表工程師面臨的一個應(yīng)用技術(shù)難題。Sensonics有限公司的總經(jīng)理Russell King闡述了如何通過預(yù)先的檢測維護來避免故障停工造成的損失。
圖1. Clyde泵業(yè)公司的多級桶狀殼體鍋爐給
水泵剖面圖 （ Clyde Pumps公司, 英國格
拉斯哥）
由于泵在一些至關(guān)重要的應(yīng)用中時常持續(xù)運轉(zhuǎn)，通常只有在有計劃斷電的情況下才允許設(shè)備停運。為此，就有必要通過預(yù)測磨損來確定更換止推墊的時機。由于泵以3000 rpm和7000 rpm的高速運轉(zhuǎn)，防止泵設(shè)備出現(xiàn)潛在的損壞也同樣重要。推力軸承的過度磨損不但有可能破壞軸承組部件而且還有可能殃及葉輪，工廠便很有可能因此遭受6個月或更久的停工損失。
Sensonics公司與各工廠的儀表工程師已合作多年，通過其提供的設(shè)備和服務(wù)為工廠定制了有效的測量策略。此文介紹的就是Sensonics所提供的推力軸承監(jiān)控方案及其實施過程。
加壓的流體與高壓鍋爐給水泵（BFP）的推力軸承直接接觸，通常止推墊片所允許的總磨損在0.75 mm-1.25 mm之間，若超出這一范圍，就需要進行相關(guān)的檢測并更換部件。較陳舊的BFP設(shè)計中采用由葉輪驅(qū)動的水力（水）潤滑系統(tǒng)。而通常較新的BFP設(shè)計中出現(xiàn)的是傾斜墊推力軸承，它利用高壓水力油供給的水力實現(xiàn)最低程度的磨損。該設(shè)計克服了額定轉(zhuǎn)速下會出現(xiàn)的流體動力效應(yīng)，因此在啟動或低轉(zhuǎn)速的情形下尤為奏效。
止推墊片的磨損狀況通常可以為潤滑效果的優(yōu)劣提供頗有價值的信息反饋。如果在軸承組部件周圍出現(xiàn)油壓或油量不足的現(xiàn)象，就有可能需要通過測量判斷是否出現(xiàn)了過度磨損。平衡裝置的磨損會在軸承上產(chǎn)生不均勻的力，也會導(dǎo)致以上的情況發(fā)生。磨損速率與震動測量相結(jié)合可以為泵的最佳能效點的確定提供有益的幫助。此外，推力監(jiān)控也是確保設(shè)備在超出安全運行極限后能夠自動停轉(zhuǎn)的主要防護措施。
就在最近，在一個350 MW透平泵組中，Sensonics的推力監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了BFP的安全停運，避免了軸承損壞和透平組長時間的停工。
通過監(jiān)控驅(qū)動軸端來調(diào)整止推墊片的厚度其實格外簡易，主要包括以下測量內(nèi)容：
圖2. 探頭有直探針或平面探針兩類，適用
于直接或借助軸襯環(huán)安裝的場合
◆ 軸相對于機殼的膨脹
◆軸組件的整體軸向位移
◆目標(biāo)的幾何形狀和尺寸
要同時兼顧機械膨脹和軸向位移在軸向范圍上確定取點位置，并確保相關(guān)磨損數(shù)據(jù)采集的精確，測量的難度顯而易見。Sensonics公司的電渦流位移探頭是應(yīng)用在此類測量中的一系列有效產(chǎn)品。PRS04具有8 mm長探針，靈敏度為探針長度的一半，即4 mm (4 mV/um)的范圍。如果需要測量更大的范圍，推薦使用靈敏度為8 mm的探頭（探針直徑20mm）。
為準(zhǔn)確定位和調(diào)整探頭通常需要借助特殊的托架。一般會采用雙冗余系統(tǒng)，這樣在某個探頭出現(xiàn)故障時還能夠做到測量不中斷，確保數(shù)據(jù)的完整性。探頭應(yīng)安裝在軸向上，理想的位置是探頭朝向軸的端部，通常需要在蓋板上鉆孔或攻絲。如果不允許這樣做或者受測量面積限制（測量面積須大于探針直徑的2倍），可以通過在軸承和軸端使用或添加軸襯環(huán)來輔助安裝。這樣做的好處是布點位置更靠近軸承，因此可降低由于機械膨脹和其他軸運動原因造成的測量偏差。
圖3. Sensonics為各種應(yīng)用提供多種推力監(jiān)
控裝置。圖中為ME9601單路推力監(jiān)控裝置
探頭有直探頭或平面探頭兩類（見圖2），適用于直接或借助襯環(huán)安裝的場合。Sensonics公司的電渦流位移探頭符合API 670標(biāo)準(zhǔn)，并有一系列長度的控制電纜可供選擇。探頭和驅(qū)動器/線性化器結(jié)合使用，可提供與間隙成比例的電壓輸出數(shù)據(jù)。
為了處理測量數(shù)據(jù)，還需配置一套推力監(jiān)控和保護單元作為探頭系統(tǒng)的輔助裝置。Sensonics為各種應(yīng)用提供廣泛的推力監(jiān)控裝置。標(biāo)準(zhǔn)型號ME9601單路推力監(jiān)控裝置的主要功能包括：
◆完全可調(diào)的雙級警報
◆局部警報和測量顯示
◆現(xiàn)場可調(diào)推力范圍并自帶清零功能
◆傳感器數(shù)據(jù)完整性警報
◆電壓和電流記錄數(shù)據(jù)輸出
◆可重構(gòu)的警報繼電器
◆IP66獨立單元壁掛式安裝
◆有源供電
監(jiān)控裝置可靠近設(shè)備安裝，并提供密封配件。
圖4. Aegis多路震動、溫度和推力監(jiān)控裝置
在系統(tǒng)調(diào)試時，按已知增量使探頭對應(yīng)在設(shè)定的測量位置上，同時還需檢查測量系統(tǒng)的線性。如果測試目標(biāo)不理想，需要在驅(qū)動裝置上做相應(yīng)的調(diào)整。在未啟動狀態(tài)下，軸和止推墊緊挨著軸承盤，探針放置在與目標(biāo)有一定的間隔的位置（通常是在中間范圍），這樣可覆蓋所有需要測量的范圍，包括軸向位移。需要強調(diào)的是 ：若不考慮軸的所有運行狀態(tài)就進行測量將有可能導(dǎo)致探頭損壞。監(jiān)控單元在測量前需清零。若無法將軸在止推墊上定位，只要知道軸相對于止推墊的標(biāo)準(zhǔn)位置，仍可設(shè)置零點。
一旦運行到額定轉(zhuǎn)速和負(fù)荷，考慮到機械膨脹，可能需要稍稍調(diào)整零點。接下來可以設(shè)置正向或負(fù)向報警級別，止推墊磨損數(shù)據(jù)從調(diào)試開始之時計算。
圖5. 帶IIEC61508 SIL-3選項的Sentry 2003
過速監(jiān)控裝置
其他測試內(nèi)容
除了軸向推力之外，常規(guī)監(jiān)控的內(nèi)容還包括震動、溫度和轉(zhuǎn)速。Sensonics提供大量多通道監(jiān)控及保護裝置，其中包括SIL-3超速監(jiān)控系統(tǒng)。所有設(shè)備均由公司在英國的各分支機構(gòu)生產(chǎn)并提供技術(shù)支持，為總承包項目提供全方位的服務(wù)，涵蓋從項目初期的現(xiàn)場評測、機械（設(shè)備）選型直到設(shè)備調(diào)試的全程支持。 ■
聯(lián)系方式
Russell King
Managing Director
Sensonics Ltd
電話：+44 (0) 1442 876833
E-mail: sales@sensonics.co.uk
www.sensonics.co.uk
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