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1、3300轴系仪表分析第一篇 轴系仪表 轴系仪表是我公司应用较多的机组测量和保护仪表之一，现在我公司主要使用的有3300和3500二大系列，以下我们分别介绍3300轴系仪表和3500轴系仪表 第一章 3300轴系仪表 第一节 系统综述 近年来，电力、石化、冶金、造纸等项目应用各种旋转机械，如汽轮机、发电机压缩机、鼓风机、电动机、水泵等增长很快。同时由振动、位移引起的机械故障也日益增多，振动、位移超标，对设备造成的损伤是很严重的，轻者造成生产停车，重者则会造成机毁人亡的重大事故，所以有许多工程技术人员和仪表制造商都在研究这个问题，并投入了巨大的人力和财力，3300系列仪表是状态检测中应用较为成功的

2、一种仪表，因此得到了较为广泛的应用。它的成功应用，对确保设备安全运行，提高产品质量，节约维修费用，选择合理的维修周期都起到很好的作用，概括起来，选择应用3300系列仪表，有以下优点： 1、避免“过剩维修”，防止因不必要的拆卸使设备精度降低，延长设备寿命。 2、缩短维修时间，降低维修费用，提高生产效率和经济效益。 3、避免重大事故发生，故不仅能获得巨大的经济效益，而且还能获得良好的社会效益。 4、在一定的范围内合理按排维修时间计划，以使停机所造成的经济损失达到最低限。 5、监测方便，利用现代的各种传感器及其二次仪表，可以很方便地监测出设备的振动及 位移等信号。6、 实现在线监测，可以在设备正常运

3、行的情况下运行。7、 不会对监测设备造成损坏。 由于以上这些特点，因此3300系列仪表获得了广泛的应用，它可以测量的基本 量有以下一些。振动参量：振幅，频率，相角，振动形式，振型等。位置参量：位移、胀差、偏心，对中等。其他参量：转速、温度等。第二节 3300监测系列的模件 3300系列有许多仪表，根据用户需要组成监测系统，使得它可以适用于多方面的要求，当要检测某些参数时，可以选择相应的若干种仪表，把要测量的诸多参数集中在一个控制箱内，它有较高的可靠性和任意组合等优点，成为工厂状态监测的较好工具之一。一个3300系列由一些基本单元组成。这些单元包括： 3300/05 框架 3300/12 电源

4、3300/03 系统监测器（以下的监测器及其相应的传感器系统可以任意组合） 3300/16 双通道振动监视器 3300/20 轴向位移监测器 3300/25 双通道加速度监测器3300/30 六通道热电偶式（TC）温度监测器。3300/35 六通道式热电阻式（RTD）温度监测器。3300/40 偏心监测器。3300/45 双通道胀差监测器。3300/46 斜面式胀差监测器。3300/47 补偿式胀差监测器。3300/48 机壳膨胀监测器。3300/50 转速、零转速、转子加速度监测器。3300/53 超速保护转速表。3300/55 双通道速度监测器。3300/61 矢量监测器。3300/65

5、复合式探头监测器。3300/70 双通道阀位监测器。3300/85 扭矩监测仪3300/90 多通道诊断仪 3300/95 滤波模块/振动监测器其它的一些监测器，本特利公司还在研制，在今后，该系统将会越来越完善。第三节 非接触式电涡流传感器一、 非接触式电涡流传感器的特点 非接触式电涡流传感器，它适合于测量轴相对于轴承的相对位移（包括轴心平均位移及振动位移）。由于转轴表面有很大的切线速，因此用接触式传感器难以实现对振动的检测。比如大型汽轮发电机转子，轴颈的直径300-400mm，转速为3000rpm，因此其轴颈表面的线速达47-62m/s，至于某些高速离心压缩机，其转轴表面的线速可能更高，涡流

6、传感器是利用转轴表面与感器探头端部间的间隙变化来测量振动及位移变化，从而避免了与转轴表面的直接接触。涡流传感器的另一特点是具有零频率响应，因此它不仅可以测出高速旋转机械的振动信号，而且还可以测出静态位置信号，这在判断运行过程中的转达子是否处于正常位置是很有用处的。 总而言之，3300系列的传感器系统，是一种高质量和高可靠性的传感器，它可以用来对所有形式的旋转机械进行非接触式的振动和位置测量，它的尺寸小，线性范围宽，对旋转机械的表面测量是很理想的。概括起来，应用3300传感器系统，对转动机械进行基本测量的项目有：。径向振动测量，它可以测出轴承的工作状况，并可测出诸如转子的不平衡、不对中以及轴承裂

7、缝等机械故障。轴向位置测量，它可以用来测量轴承的磨损或潜在的轴承失效，同时利用一个电涡流探头，也可测量轴和轴承之间的相对位置轴向位移。轴在轴承内的平均径向位置，它可用来决定方位角，它也是转子是否稳定，轴是否对中的一种提示。对于大型透平机械，在启动时，需要测量轴的弯曲，即偏心。键相器信号，是测量轴的转速以及相角的重要参数之一。轴振动的相角，是监测机组是否正常运行重要参数之一。随着旋转机械测试工作的深入，直接测量转轴的振动已经得到普遍采用。在一般情况下，旋转机械的振动问题或故障，多数直接与转子的运动有关，应该说，当这些故障出现时，在转子的振动变化比之其它非转动部件上振动变化要敏感得多。因此，直接测

8、量轴的转子振动应该能发现更多的故障。例如我们曾在某台机组测量振动时，发现机壳的振动只有0.02-0.03mm，而测量轴颈相对转轴的振动却已经到0.2-0.3mm，比测量到机壳的振动大几倍甚至几十倍，类似厂家及有关资料介绍都有这种情况。应该引起我们的重视。概括起来，电涡流探头的主要特点有：非接触式测量测量范围宽动态响应好能连续长周期可靠地工作能长线传输抗干扰能力强能在油、汽及某些成份的介质中工作可直接与计算机A/D接口相连可直接测量轴相对于机壳的振动可测量轴与探头之间的相对位置由于电涡流传感器的这些特点，因此被广泛应用于厂化、机械、电力、航空等领域。二、 非接触式电涡流传感器的工作原理 传感器系

9、统的工作机理是电涡流效应（图1）当接通传感器电源时，在前置器内会产高频的电流信号，该信号通过电缆送到探头头部，在头部周围产生交变磁.场H1，如果在磁场H1范围内没有金属导体接近，则发射到这一范围内的能量会被全部释放，反之，如果有金属导体材料接近探头部，则交变磁场H1将在导体表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2。由于H2的反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的 相位和幅值，即改变了线圈的有效阻抗。这种变化既与电涡流效应有关，又与静磁学效应有关，即与金属导体的电导率、磁导率、几何形状、线圈的几何参数、激励电流频率以及线圈到金属导体的距离等参数有关。假设金属导体是均质

10、的，其性能是线性和各向同往的，则线圈金属导体系统的物理性质通常可由金属导体的磁导率、电导率、尺寸因子、线圈与金属导体的距离，线圈激励电流强I和角频率等参数来描述，因此线圈的阴抗可以用函数Z=F（、I、）来表示。如果控制、I、恒定不变，那么阻抗Z就成为的单值函数，由麦克斯韦公式，可以求得此函数为一非线性函数，其曲线为“S”形曲线，在一定范围内可以近似为一线性函数。在实际应用中，通常是将线圈密封在探头中，线圈阻抗的变化通过封装在前置中的电子线路处理转换成电压或电流输出。这个电子线路并不是直 接线圈阻抗，而是采用并联谐振法，见(图2) 即在前置中将一个固定电容C0= （C1C2）/（C1+C2）和探

11、头线圈LX并联与晶体管T一起构成一个振荡器，振荡器的振幅UX与线圈阻抗成正比，因此振荡器的振荡幅UX会随着探头与被测距离改变。UX经检波滤波，放大、非线性修正后输出电压U0，U0与关系曲线如图所示，可以看出该曲线呈“S”形，即在线型区中点0，线性电压最好，其斜率（即灵敏）较大，在线性区两端，斜率（灵敏），逐渐下降，线性变差。（1、U1）线性起点，（2、U2）线性末点。（图3） 三、 探头、延伸电缆及前置器的选用 本节仅对探头、前置器和延伸电缆的功能和选用作一些说明，监视仪在后面作专门介绍。1、 探头探头通常由线圈、头部、壳体、高频电缆和高频接头组成，其典型的结构见图4。 线圈是探头的核心，它是

12、整个传感器系统敏感元件，线圈的物理尺寸和电气参数决定传感器系统的量程及电气参数的稳定性。它在设计上做了很多改进。头部材料是选用耐高低温的工程塑料（PPS），是一种高强、高耐温、抗化学腐蚀的塑料，可以经受机壳内会碰到的恶劣环境。探头顶部被连接到不锈钢的轴套上，可承受来自齿轮油或其它和化学过程产生的不同压力，保证使用的安全。探头的壳体用于支撑探头的头部，并作为探头安装时的装夹结构，壳体采用不锈钢制成，一般上面都做成标准缧纹，并备有锁紧螺母，能适合于不同的场合安装，缧纹可以按照用户的要求制作。连接探头的高频电缆，是一种采用双重纺织的屏蔽装置，可防止与地接成回路而把电缆损坏。每条延伸电缆都做成标准型的

13、长可以任意选择。通常有0.5、1.0、5.0和9.0米，以满足前置器的不同需要。探头的电缆接头是一种专用的高频接头。探头的整体各部件通过机械连接而成，在恶劣的环境中可以保证探头的稳定性和正常使用。本特利公司的探头螺纹有英制和公制、铠装和非铠装，各种规格有多种型号可供选择。以下为我厂常用的探头选用方法，介绍如下：本特利公司探头M101没有铠装的选择。 A B C D E330103-口口-口口-口口-口口口口本特利公司探头M101 有铠装的选择。 A B C D E330104-口口-口口-口口-口口口口选择说明A 口口没有螺纹长的选择订货长以10mm递增，最大无螺纹长：230mm 最小无螺纹长

14、：0.0 mm 5260例： =60mm B 口口探头体长选择：订货长以10mm递增，有螺纹长的范围：最大探头体长（包括有螺纹和没有螺纹部分）：250mm，最小探头长；20mm例： =250mmC 口口总长选择05 0.5m（20 inches）10 1.0m（39 inches）50 5.0m（197 inches）90 9.0m（354 inches）D 口口接头选择01 不要接头02 带有微型同轴阳接头E 口口批准单位选择01 不需要02 C03 04 注：无螺纹长比探头体长至少要短inches（）2、 延伸电缆 延伸电缆作为系统的一个组成部分，它的基本结构如图5所示，它主要是用来连接探

15、头和前置之间的距离，延伸电缆的长度可以根据要求选用，但长度要和前置器配套（一般选用5米和9米）。具体结构如图5所示 采用延伸电缆的目的是为了减短探头所带电缆长，因为探头绝大多数采用螺纹安装，在安装时需转动探头，过长的电缆不便使探头随电缆转动，容易扭断电缆，这种情况在后面的探头安装中要作进一步说明。延伸电缆的二端所带的接头不同，带阳螺纹的接头与探头相连。带阴螺纹的接头前置器相连。延伸电缆的型号由三部份组成，可按下列方法选用： A B C330130-口口口 -口口-口口A 口口口总长的选择 040 4.0m 045 4.5m 080 8.0m 085 8.5mB 口口 铠装选择 00 没有不锈钢

16、铠装01 有不锈钢铠装B 口口 批准单位选择 00 不需要02 BASEFFA 03 F.M 注:对延伸电缆不需要C.S.A批准11mm系统用24701延伸电缆，这种电缆有四种规格，都可以加铠装或不加铠装。14mm系统用81305延伸电缆，但只有二种长度可选，只能与81725，14mm前置器相配套。如果探头没有带5米或9米长的电缆，为了 满足对系统的长度要求，就需要有延伸电缆，以达到5米或9米的要求，在这种情况下，一定要配延伸电缆，以严格保证系统总长度为5米或9米，这一点非常重要，必须记住。3、 前置器 前置器是一个电子信号处理器。一方面前置器为探头提供高频交流电压，另一方面，前置器感受探头前

17、面由于金属导体靠近引起的探头参数变化，经过前置处理，产生随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压或电流信号。前置器可以按如下方法选用： A B C330100-口口-口口-口口A 口口总长的选择 050 5.0m （197 inches） 090 9.0m (354inches)B 口口 批准单位选择01 不需要02 C.S.A02 BASEFFA 03 F.M 四、 电涡流传感器的技术标准 为了便于了解电涡流传感器，对电涡流传感器的一些主要性能作一些介绍1、 精度： 4%2、 系统精度：6.5%3、 电源范围： 要求18 4、线性范围： 80ils（2.0mm），从距离探头表面为1 0

18、ils（0.25mm）处开始，范围是10-90ils（0.25-2.3mm）5、灵敏度：200mv/mil(7.87v/mm)或100 mv/mil+-4%。如果做整个系统校准，则为+-6.5%(包括互换 性误差)。5、温度敏感性：探头外接5米长的电缆，在22-177之间变化，其偏差在0.076mm之内。线性：在直线的+-1 mil（+-0.0254mm）之内，如果做整个系统校准，包括互换性误差在内，其为+-1 .5mil（+-0.38mm）6、环境温度：前置器工作温度-51-100，探头和延伸电缆工作温-34-177。7、频率响应：010KHZ8、探头拉力试验：把探头放在-78环境里二小时，

19、在探头电缆和壳体之间加34公斤的拉力，加力50次后对探头的使用没有影响。五、流传感器的调校1 按图6所示联接试验设备图6 探头调校图2 把探头装到TK3专用的夹持器里，调整探头使其和千分尺转盘轻轻接触，然后把千分尺退到离探头大约0.25mm处（这是因为探头输出的线性电压是从0.25mm处开始的）并以此为零点，用万用表测量前置器COM和OUT之间的电压。3 用千分尺以0.25mm为递增量，递增间隙，每一增大间隙都要用万用表测量出间隙电压的大小。4 从较小间隙电压值减去较大的间隙电压值，然后除以探头位移量来计算系统增量灵敏度，看其是否合格，正常值应为（7.87+-0.79）V/mm。5 计算系统平

20、均灵敏，即探头在线性范围内，最小位移和最大位移所引起的间隙电压变化量和探头位移量之比，正常值应为7.87+-0.43V/mm。6 如果系统增量灵敏和系统平均灵敏超出公差，应与本特利公司联系。如果合格，则可进行联校。 第四节 电涡流传感器的安装探头的安装有两种问题。第一，对于轴位移探头，在安装时如何调整其初始位置问题，这一问题与维修和调整有关。第二，即在安装时不受其它探头或周围金属材料的影响以及安装支架的钢度等问题。先讨论第一个问题，安装的轴位移及轴振动探头如何调整其初始零位，一般对轴位移探头来讲，它的初始零位有严格的要求，这一工作应由仪表与钳工一同协作来完成，一般在钳工对机组大修以后，尚未封盖

21、时进行。它的初始位置应为转子实际窜动量的1/2，即由钳工用撬棍对转子进行前后撬动，用千分表测量出撬动时转子实际位移量，然后除以2作为仪表的初始零位位置。在仪表调整探头完成之后，要看一下仪表安装的初始位置值，是否和钳工机械千分表测出的数据相一致，如果一致，调整告结束。如果不一致，还要从仪表和钳工两方面找原因，直到同步为止。也可以叫钳工把轴放在中间位置，此时轴位移量作为仪表的零点位置，仪表以此时的轴位移量作为参考，调整仪表的零点（一般为10V），而轴振动探头测的是直流电平下的交流成分，所以对间隙电压的要求并不是很严。一般间隙电压调到8.5至10V之间均可。仪表探头的间隙电压调得怎么样直接关系到仪表

22、的正确测量，所以这一步一定要做好。再讨论第二个问题，即探头的实际安装问题，为了保证探头更好地工作，探头安装应遵循以下准则：1、 探头安装之处应使探头观察到清洁、无瑕疵的轴的表面位置，以尽可能减少可能出现的假信号问题。在安装之前，要对轴进行仔细检查，去掉一些不利的因素。2、 如果条件许可的话，尽可能把探头安装在机壳外面，以利于维护、检修和调整。3、 如果探头安装在机器内部，应对探头 的尾线进行固定，防止电缆悬在机器内， 导致机器转动磨擦或受到油气喷射而 损坏电缆。（见图7）4、 在安排电缆布线时，折转半径不要少于技术规格的要求，否则会引起电缆特性的改变或损坏。（每一传感器的最少弯曲半径可以在相应

23、的说明书中查到）5、 如装在机器内的探头，在电缆引出处应加以很好地密封，以防油气 漏出损坏前置器。6、 两个探头安装的距离不能靠得太近，否则会引起电磁干扰。对于7200系列5mm和3300系列 8mm探头 之间的安装距离见图8所示 图7 探头电缆的安装图8 各探头之间的距离 探头头部直径（mm）两探头平行安装DPX(mm)两探头垂直安装（被测体为圆形）DCY(mm) 两探头垂直安装（被测体为方形）DCFmm)540.635.622.9840.635.622.911807040148070402515012080351501208050200180150 表1 各探头之间的安装距离7、探头安装对

24、固定支架要有足够的钢度，防止支架抖动，造成假信号（见图9） 图9 探头安装支架的影响7、 探头安装要露出安装孔，否则就测不到被测目标，造成假信号。（见图10）探头露出处应有足够的空间，对3000系列的探头，D应为探头直径的2倍，对于7200探头，D应为直径的3倍。图10 探头头部与安装面之间的距离8、 对测量振动的探头，一定要固定位置正确，应垂直于被观察的表面，探头的轴心 线和被测轴的轴心线最多只能偏离5度，否则要影响测量精度。见图11 图11 被测轴线对探头测量的影响9、 探头的安装位置应尽量靠近轴承（图12），否则由于轴的挠度，得到的测量值将包含附加误差。探头的安装位置与轴承的最大距离见表

25、2测量轴承直径最大距离076mm25mm76508mm76mm508mm152mm 表2 轴的径向振动探头安装位置与轴承的最大距离 第五节 3300系列的框架 电源及系统监视器 3300系列监察系统由框架，电源、系统监视器、以及监测仪等组成，以下分别介绍。 一、3300框架 3300框架是3300监察系统的一个组成部份，它具有经久耐用、容易维修，而且其位置多少（容纳监测器数量）可根据需要任意扩充等特点。每个框架都可以容纳电源、系统监测器以及其它各种形式的监测器，能容纳几个监测器，取决于框架的尺寸，在每个框架的后面都有信号输入/继电器模块。框架的主机架，是由一个个单元机架组成的，而单元机架是喷塑

26、材料制成，它适用于各种工业环境。这种塑料有抗静电性能，可以消除静电放电。3300系列的框架可以有4、6、8、10、12、14位置供用户选择，框架的靠左边位置（位置1）被指定为电源位置，紧靠电源旁边（位置2）是放系统监视器的。其余的位置（3-14），可以安装任何类型的监视器，而且框架还做有计算机的标准接口，和计算机联结，不需要再配计算机的接口模板。二、3300/12交流电源 3300交流电源能可靠地为多达12个监视器及其所联的传感器提供电源。3300/12电源是为3300旋转机械监测器特殊设计的，它可以承受的负载很大。在同一框架内不需要有第二个电源。此电源安装在监测器的最左端。它可将115V或2

27、20V交流电压变成直流电压。 交流电源的输出电压有-24V和-18V二种，可以根据用户的需要选用，要改变输出电压时，只要改变内部的跨接片就可以实现，所以非常方便。电源输入板上装有“OK”继电器通过监测器与框架中所有的“OK”电路相联，若电源正常，则：“OK”继电器点亮，若框架内有一个电源不正常，则“OK”继电器就熄灭。此外电源输入模块的二种结构，一种是标准型，内部末装安保型，另一种为本安型，为现场前置器提供本安型电源结构，在订货时用户可以选择。三、系统监测器3300的系统监测器可以完成三种重要任务。具有对框架中所有的监测器都适用的，可靠的功能。包括对报警点的设置调节。具有串行数据接口，可用来对

28、传感器以及监测器中的数据与过程计算机（process computer）、集散系统，程序逻辑控制器以及其它设备之间进行通讯。动态数据接口，它可以用来对传感器和监测器数据以及本特利内华达公司的动态数据管理系统之间进行通讯。3300监测器具有以下功能1、 系统通电抑制功能： 能把电网电压波动或断电后重新启用带来的误报警减少到最低限度，即在电源波动时，所有的报警功能都被抑制。在电源稳定后两秒钟，才恢复系统报警功能。2、 框架抑制功能 这一功能由外部触点闭合来启动，当它启动后，所有监测器都置于旁路状态，停止所有报警，所有的输出都变为零。对于系统OK继电器也不通电，这一功能的接线端子，是在框架后面电源输

29、入模块（PIM）上。 3、报警倍增功能 当它起作用时，可把所选定的监测器报警设定值提高到原来的二倍或三倍。例如，在机器启动时，振动性很大，可把报警设置点提高，待机器正常运行时，再把报警设置点调到正常水平。如要这种功能，要在订货时向本特利公司指定，要制造厂特殊配置。如在订货时不指定，这一功能是无法实现的。 4、系统复位功能 当报警或停机发生以后，报警或停机继电器发生自锁作用，而即使以后工艺参数恢复正常后，自锁作用仍不能解除，只有按监测器上的复位（RESET）键之后，系统才能复位，这样有利于故障原因的分析。 5、报警及设置点的调整功能 监测器面板上的二个报警设置点的调整按扭，一个往上，一个往下，分

30、别用于报设 置点的调节。四、3300/16系列振动监视仪1、面板介绍3300/16系统面板按键见图12 图12 3300/16监视仪面板2、监视仪的功能 径向振动监视：所谓径向振动是指，轴在垂直于轴心线方向的一种动态运动。双通道 振 监测器，可以同时显示两个通道的这种振动值。 探头间隙电压监视：探头间隙是以负的直流电压来计量的，这一电压值正比于探头端 面与被监测轴表面之间的间隙值，按下GAP健，可在前面板上显示每一通道的间隙电压。 OK监视：当前置器输出电压在其上/下限之间时，则定义此时传感器处于OK状态。 振动报警值和停车值设定：按下监测器前面板上的ALERT或DANGER键，可在前面板上读取ALERT（第一级报警）或DANGER（第二级报警）报警点的设置值。当径向振动信号已达到或超过预先设定的警告报警点，并已达到所选择的报警延时后，ALERT LED就会发亮，如果振动信号达到或超过设置的停车值，DANGER LED就会发亮，则停车继电器就会动作。 间隙报警设置：同时按下GAP和ALERT键，可显示间