Turbomaquinaria y proximitor.
El tema abordado en este artículo consiste en turbomáquinas y proximitor.
Este artículo pertenece a una serie., el cual constituye el material de apoyo para el curso de análisis de vibraciones en turbomaquinaria. Los enlaces a los otros artículos se pueden encontrar aquí.
1 Turbomaquinaria y proximitor – Introducción
El sensor de desplazamiento o proximitor, utilizado en cojinetes de película de aceite, de turbomaquinaria, en cojinetes de película de aceite. Las mediciones que se realizan sobre los mismos suelen ser realizadas por monitores de vibración.
en turbomaquinaria, este tipo de rodamientos normalmente están equipados con proximitors.
De facto, con proximidores, se pueden implementar más técnicas de análisis de vibraciones. tu degradación, o mal funcionamiento, puede ser mejor monitoreado e insertado en un programa de Mantenimiento Predictivo, donde el analizador de vibraciones tiene una función esencial.
Figura - Turbogenerador con cojinetes de película de aceite
2 Turbomaquinaria y proximitor – un poco de historia
Bently Nevada fue la primera empresa en aplicar con éxito la tecnología de corrientes de Foucault para su uso en sensores de vibración., turno sin contacto. Este tipo de sensor se usa normalmente para medir distancias muy pequeñas entre la punta del sensor y una superficie conductora., como un eje giratorio. Los desplazamientos medidos son extremadamente pequeños, típicamente entre unos pocos y unos pocos cientos de micrones.
A principios de la década 1960, los usuarios industriales de turbomaquinaria comenzaron a experimentar con estos sensores para medir la vibración. La observación directa del movimiento vibratorio del eje de una máquina es deseable porque, la mayoría de las veces, el eje es la fuente de vibración en la máquina.
Antes de la introducción de proximitors, este movimiento del eje tuvo que inferirse indirectamente midiendo la vibración en la carcasa de la máquina.. Mientras que las medidas del marco de la máquina pueden ser valiosas bajo ciertas condiciones, Las máquinas que emplean cojinetes de película fluida generalmente tienen características de amortiguación y rigidez., que no transmiten adecuadamente la vibración del eje al bastidor de la máquina. consecuentemente, observación directa del eje de la máquina (rotor) ha sido reconocido como un método más preciso para evaluar el estado de estas máquinas.
En 1970, la Instituto Americano de Petróleo definió la sonda de proximidad como el dispositivo de medición para medir la vibración aceptable del eje, durante las pruebas de aceptación de fábrica. Esto se añadió como requisito en su estándar para compresores centrífugos..
Medición de la vibración del eje, uso de sondas de proximidad, se ha convertido en el estándar de la industria para las pruebas de aceptación de turbomaquinaria y la protección de la máquina. La sonda de proximidad de corrientes de Foucault se ha convertido en el método preferido para evaluar la vibración y el estado mecánico general en grandes turbomaquinarias que emplean cojinetes de película de aceite.. Tales máquinas y tipos de cojinetes son responsables de la gran mayoría de los compresores., Esta norma se aplica a los engranajes con una potencia nominal de, bombas, motores eléctricos, generadores y otros equipos rotativos mayores que 1.000 HP, y se puede encontrar en abundancia..
actualmente la norma API 670 que cubre los requisitos mínimos para un sistema de protección de máquinas (MPS) medición de la vibración del eje radial, vibración de la carcasa, posición axial del eje, velocidad de rotación, caída del vástago del pistón, referencia de fase, sobre velocidad, detección de sobretensiones y temperaturas (tales como metal antifricción y devanados de motor). Cubre los requisitos de hardware (sistemas de transductores y monitores), instalación, documentación y pruebas.
Es el estándar de referencia para los sistemas de protección de todo tipo de grandes turbomáquinas.
3 Características principales de Proximitor
Este tipo de sensores tiene las siguientes características:
• Sensor de desplazamiento relativo (vino en relación con el cojinete).
• La sensibilidad es a menudo 200 mV / vino en relación con el cojinete (8 vino en relación con el cojinete).
• La señal de CC es proporcional a la distancia desde la parte superior de la sonda hasta el eje.
• La señal de CA es proporcional a la vibración..
• Fuente de alimentación negativa de 24 voltios.
• Rango de distancia: 5 una 80 mils.
• Respuesta de frecuencia plana.
• Sensible a las imperfecciones del eje (sin), vino en relación con el cojinete. – vino en relación con el cojinete.
4 Curvas características de proximitors
La siguiente figura muestra un gráfico de calibración típico para un material y un transductor determinados.. La distancia del objeto en proporción a la punta del transductor está dada por la abscisa (eje x) y la tensión de salida del acondicionador viene dada por la ordenada (eixo y).
Figura – Gráfico de calibración típico: a medida que aumenta la distancia, el voltaje se vuelve cada vez menor
durante la instalación, el transductor está ubicado a una distancia óptima del objetivo, o sea, en el medio del rango de medición lineal. Esto se llama la distancia inicial. (Ajuste de brecha).
Si el objetivo se mueve, dando lugar a variaciones en la distancia d que lo separa de la punta del transductor, la señal de salida del acondicionador no es constante, pero varía en proporción directa al movimiento de pico a pico del objetivo.
La pendiente de la función U [Voltaje] = f (re) [distancia] determina la sensibilidad del sistema.
Consideremos el siguiente ejemplo:
• El movimiento es 100 µm pico a pico. La sensibilidad del sistema es 8 mV/µm y el voltaje de salida del acondicionador para la distancia inicial es -9 V.
• La variación de tensión dinámica a la salida del acondicionador es proporcional a la variación de distancia, o sea:
la 8 mV/µm x 100 micras = 800 mV pico a pico
• El voltaje de salida, por lo tanto, oscila entre -8,6 V e -9,4 V con un voltaje promedio de -9 V.
El componente de voltaje alterno indica la vibración del objetivo a ambos lados de la distancia inicial, como se muestra en la siguiente figura. representante, por lo tanto, el movimiento dinámico del objetivo.
La amplitud de pico a pico representa la distancia total de vibración de un eje, o sea, de la distancia más corta a la distancia más larga desde el transductor. Esta señal dinámica se puede emplear con fines de medición o control..
Figura - Medida del movimiento relativo entre el sensor y el eje
5 Principio de funcionamiento de un proxy
vino en relación con el cojinete:
• A medida que el eje se mueve por la superficie de la sonda, vino en relación con el cojinete
• Se forman corrientes de Foucault en el material del eje., atenuando el campo de la bobina de la sonda.
• A consecuencia, cambiar el rango del voltaje de CC luego convierte ese valor en una señal de 200 mV / mil AC.
Figura - Principio de funcionamiento de un proximitor
6 Constitución de un próximo
Un sistema completo de sonda de proximidad consta de:
• una sonda,
• cable de extensión
• conductor
Figura - Constitución de un sistema de medida de desplazamiento con proximidores.
La sonda tiene una carcasa de acero inoxidable que contiene el elemento sensor. (reloj). La punta asegura una bobina de alambre finamente enrollada.
Figura - Constitución del sensor de un proximitor
El controlador alimenta la sonda que suministra energía a la bobina de la sonda, suministrando a la bobina una señal de CA en aprox. 1 megahercio. Esta excitación produce un campo magnético que se irradia desde la punta de la sonda..
Luego, la señal es procesada por el controlador del sistema..
7 Pros y contras de los proximitors
Las ventajas y desventajas de los proximitors son las siguientes:
ventajas:
• Sin contacto.
• Mide la vibración relativa del eje.
• Mide la posición de la línea central del eje (Liquidación de CC).
• Mide la posición axial (impulso).
• Respuesta de frecuencia CC plana: 10 KHz.
• Calibración sencilla.
• Adecuado para entornos hostiles.
desventajas:
• La sonda puede moverse (vibrar);
• No funciona en todos los metales;
• Los ejes revestidos darán medidas falsas;
• La medición se ve afectada por rayones y marcas de herramientas en el eje (sin)
8 – descentramiento de O
como el siguiente, en la práctica, funciona como un comparador sin contacto, los resultados de sus medidas son siempre la suma de las vibraciones, más el efecto de las irregularidades del eje.
El valor de las medidas de estas irregularidades se llama Runout.
Hay dos tipos de agotamiento:
• El mecánico;
• El eléctrico.
Causas del descentramiento mecánico:
• Mecanizado inadecuado de diarios (forma de huevo).
• Rotor deformado (térmico o mecánico).
• Irregularidades de la superficie – arañazos, golpes, imperfecciones.
•
Causas del agotamiento eléctrico:
• Magnetismo localizado.
• Las aleaciones en el eje de metal no están distribuidas uniformemente (material de baja calidad).
• Concentración de tensiones residuales.
La sonda mide el descentramiento total = mecánico + eléctrico
Se debe tener cuidado para preparar el área objetivo del eje y protegerlo.
En la forma de onda de desplazamiento (me micrones) medido con un proximitor, a continuación se presenta, se puede ver el efecto de runout en la onda y su espectro.
Figura 6 – Forma de onda y espectro de una vena con un rasguño, medido con un proximitor
En la ola se puede ver el efecto de un rasguño en el eje, y en el espectro se pueden ver los numerosos armónicos generados por la existencia de este riesgo.
En la siguiente figura, puede ver un eje con un, que geométricamente es circular, pero cuyo material base está ovalado.
Figura - Eje ovalado con revestimiento circular
Esta ovalización provocará un descentramiento con efectos de forma de onda..
9 Turbomaquinaria y proximitor – una Análisis de vibraciones
La señal horaria proporciona información importante y útil., como se llevan a cabo, esta información es limitada. En este tipo de movimiento, sobre cojinetes metálicos antifricción, donde la película de aceite amortigua las vibraciones en la carcasa del cojinete, la señal a tiempo, suministrado por un acelerómetro, no es el mas adecuado.
Para monitorear este movimiento, sensores de desplazamiento que miden la vibración relativa entre el eje y la carcasa, son más adecuados, especialmente cuando se instala en pares.
Figura - Monitoreo de vibraciones con proximidades en máquinas con cojinetes de película de aceite
Con dos sensores de desplazamiento de vibración relativa (próximos) existen condiciones para conocer el movimiento del centro del eje en este plano.
Esta información se puede ver de dos maneras diferentes.:
• Posición media del centro del eje en su juego en el rodamiento
• Movimiento del Centro del Husillo – Órbita
9.1 Turbomaquinaria y proximitor – Posición media del centro del eje en su juego en el rodamiento (Línea Centradora de Ejes – SCL)
El gráfico de la línea central del eje muestra la posición promedio del eje debido a los cambios en la carga radial estática o las características de rigidez del rotor.
9.2 Turbomaquinaria y proximitor – Órbita
El movimiento del centro del eje se puede mostrar en dos señales de tiempo individuales, respectivamente a cada sensor, mas o ideal, es obtener una gráfica que represente las dos dimensiones del movimiento del eje. Este gráfico designa-se por órbita.
La órbita representa la trayectoria desde el centro del eje en el plano de lectura del par de sensores de proximidad..
Los sensores están montados rígidamente en el bastidor de la máquina, junto a las áreas de apoyo del eje (aspectos). tan, la órbita representa la trayectoria del centro del eje en relación con la estructura de la máquina.
Debido a la fácil interpretación y la cantidad de información que contiene el gráfico, el reloj de arena, reconciliado con un indicador de fase, también conocido como sensor de fase, es un gráfico eficaz para comprender los fenómenos físicos que ocurren en las máquinas rotativas.
10 – El significado físico de las vibraciones relativas y absolutas.
Las vibraciones relativas medidas por un par de sensores de desplazamiento indican:
- El movimiento relativo del eje con respecto a los cojinetes.;
- El movimiento del centro del eje..
las vibraciones absolutas, medidas de los rodamientos, indicar las fuerzas transmitidas por el eje a los cojinetes.
