التوربين البخاري هو جهاز طاقة حرارية وآلة دوارة عالية السرعة. لذلك، بالإضافة إلى مراقبة المعاملات الحرارية التقليدية (درجة الحرارة والضغط والفراغ)، يجب أيضًا مراقبة المعاملات الميكانيكية لفهم ظروف التشغيل الميكانيكية للتوربين. تشمل هذه المعاملات الإزاحة المحورية للدوار، والتمدد النسبي بين الدوار والأسطوانة، والتمدد المطلق للأسطوانة، واهتزاز المحمل، وانحناء الدوار، وسرعة التوربين. بخلاف قياسات المعاملات الحرارية التقليدية، يتطلب قياس ومراقبة هذه المعاملات الميكانيكية معدات متخصصة: أجهزة مراقبة التوربينات ( ت أنظمة الوحدات الدولية ).

تعتمد موثوقية تشغيل التوربين البخاري بشكل كبير على نمط اهتزاز الوحدة. يشير الاهتزاز الشديد إلى عيب خطير. يمكن أن يُضعف الاهتزاز الوصلات بين المكونات الداخلية، مما يُضعف صلابة الوصلات بين الأسطوانة، وغطاء المحمل، واللوح الأساسي، والأساس، مما يُفاقم اهتزاز الوحدة.

1. قياس الاهتزاز المطلق لأعمدة التوربينات البخارية
بما أن محامل التوربينات ومقاعدها وقاعدتها غير متصلة بشكل ثابت، فإن عوامل المرونة والتخميد موجودة. يؤدي هذا إلى انتقال بعض اهتزازات العمود إلى المحامل ومقاعدها. لذلك، فإن قياس اهتزاز العمود بالنسبة للمحامل لا يعكس بدقة حالة الاهتزاز الفعلية للعمود. لذلك، طُرح متطلب قياس اهتزاز وسادة المحمل. يُعرف اهتزاز الوسادة أيضًا باهتزاز مقعد المحمل، ويُسمى أيضًا اهتزاز المحمل. يُقاس عادةً باستخدام مستشعر سرعة أو تسارع من النوع التلامسي، يُثبت عادةً مباشرةً على غطاء المحمل، ويُسمى أحيانًا اهتزاز الغلاف أو اهتزاز الغطاء. يُقاس اهتزاز الوسادة عادةً رأسيًا أو بزاوية 45 درجة بالنسبة للمستوى الأوسط، مع كون القياس الأفقي أقل شيوعًا.

2. مبدأان شائعان لمراقبة الاهتزاز المطلق
1. أجهزة الاستشعار الكهرضغطية
يتبع الجزء الميكانيكي المُستقبِل لمقياس التسارع الكهروضغطي مبدأ الاستقبال الميكانيكي للتسارع بالقصور الذاتي، بينما يستخدم الجزء الكهروميكانيكي التأثير الكهروضغطي المباشر للبلورة الكهروضغطية. يقوم المبدأ على أن بعض البلورات (مثل السيراميك المُستقطب اصطناعيًا وبلورات الكوارتز الكهروضغطية) - تختلف معاملاتها الكهروضغطية باختلاف المواد الكهروضغطية، والتي يمكن إيجادها عادةً في جداول أداء المواد الكهروضغطية - تُولّد شحنات كهربائية على أسطح البلورات أو أسطح الاستقطاب عند تعرضها لقوة خارجية محددة أو تشوه. يُسمى هذا التحويل للطاقة الميكانيكية (القوة، التشوه) إلى طاقة كهربائية (شحنة، مجال كهربائي) بالتأثير الكهروضغطي المباشر. ويُسمى تحويل الطاقة الكهربائية (المجال الكهربائي، الجهد) إلى طاقة ميكانيكية (تشوه، قوة) بالتأثير الكهروضغطي العكسي.

وبالتالي، يمكن استخدام التأثير الكهروضغطي للبلورات لإنشاء مستشعرات قوة. في قياس الاهتزازات، بما أن القوة المؤثرة على البلورة الكهروضغطية هي القوة القصورية للكتلة القصورية، فإن الشحنة المتولدة تتناسب طرديًا مع مقدار التسارع. لذلك، تُعتبر المستشعرات الكهروضغطية مستشعرات تسارع.

2. أجهزة استشعار السرعة
تتكون المستشعرات الكهربائية بالقصور الذاتي من جزء ثابت، وجزء متحرك، ونابض داعم. لكي يعمل المستشعر كمستشعر إزاحة، يجب أن تكون كتلة جزئه المتحرك كبيرة بما يكفي، وأن تكون صلابة النابض الداعم صغيرة بما يكفي، مما يعني أن تردده الطبيعي منخفض بما يكفي.

وفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي، فإن القوة الدافعة الكهربائية المستحثة هي: u = B × L × v × sinA
حيث B هي كثافة التدفق المغناطيسي، وL هو الطول الفعال للملف داخل المجال المغناطيسي، وv × sinA هي السرعة النسبية للملف داخل المجال المغناطيسي.

من حيث بنية المستشعر، يُعدّ مستشعر القوة الدافعة الكهربائية بالقصور الذاتي مستشعر إزاحة. ومع ذلك، بما أن إشارة خرجه تُولّد بواسطة الحث الكهرومغناطيسي، ووفقًا لقانون الحث الكهرومغناطيسي، فعندما يتحرك الملف بالنسبة للمجال المغناطيسي، فإن القوة الدافعة الكهربائية المُستحثة تتناسب طرديًا مع السرعة التي يقطع بها الملف خطوط القوة المغناطيسية. وبالتالي، فإن إشارة خرج المستشعر تتناسب طرديًا مع سرعة الاهتزاز المُقاسة، ومن هنا جاء اسم مستشعر السرعة.

3. مقارنة وتحليل اثنين في إم 600 أجهزة استشعار الاهتزاز وات
تُستخدم منتجات VM600 من سلسلة TSI من Vibero-meter حاليًا بشكل أساسي في وحدات الدورة المركبة، ووحدات الطاقة فوق الحرجة، وتوربينات الطاقة النووية. تُركز هذه المقالة على مستشعري اهتزاز VM، سي ايه 202 و CV213 .

CA202 هو مقياس تسارع كهرضغطي، يتميز بعنصر قياس متعدد البلورات متماثل من نوع القص، وغلاف داخلي معزول، ومحول طاقة مصمم لمراقبة وقياس الاهتزازات الصناعية عالية التحمل. المقياس مزود بكابل مدمج محمي بأنبوب مرن من الفولاذ المقاوم للصدأ ملحوم بالغلاف الخارجي.

CV213 هو مستشعر سرعة مغناطيسي كهربائي. يتكون عنصر الاستشعار في المستشعر من ملف يدور حول مغناطيس دائم. يُولّد هذا التجميع جهدًا يتناسب مع سرعة الاهتزاز، مُولّدًا إشارة دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي، مما يجعل هذه الأجهزة مناسبة لتطبيقات القياس المحمولة.

الشكل 1 مسبار CA202 ومسبار CV213

1. مقدمة لمعلمات تصميم المجسين

مسبار CA202

• مقياس التسارع الكهروضغطي
• يولد إشارة شحن بحساسية 100 ميكرومتر/جرام (مستخدم بشكل شائع)
• يتطلب اي بي سي 707 مكبر الصوت المسبق
• تظهر نظرة عامة على المجس في الشكل:

مسبار CV213

• مستشعر السرعة
• يولد إشارة جهد بحساسية 20 م فولت/مم/ثانية
• لا يتطلب مصدر طاقة أو مكبر صوت مسبق.
• يستخدم مسامير UNF مقاس 1/2"-20 للتثبيت.

2. نوع المستشعر

• CA202 هو مقياس تسارع كهربائي ضغطي بحساسية 100 فرسخ فلزي/جم (يستخدم بشكل شائع)
• CV213 هو مستشعر سرعة بحساسية 20 م فولت/مم/ثانية

تستخدم جميع توربينات البخار ذات الدورة المركبة ووحدات الطاقة الحرارية فوق الحرجة الحالية إشارات السرعة (ملم/ثانية) للحماية. يتطلب CA202 مُضخِّمًا أوليًا لدمج إشارة التسارع في إشارة السرعة وإرسالها إلى الأجهزة الثانوية. يوفر CV213 إشارة السرعة مباشرةً، مما يُغني عن استخدام مُرحِّلات ثانوية.

3. معلمات التشغيل

• استجابة التردد: نطاق استجابة التردد لـ CA202 أوسع بكثير من نطاق CV213.
• درجة الحرارة : لا يوجد فرق بين الاثنين.

4. رابط القياس

CA202: مستشعر (CA202) - مكبر صوت مسبق ( اي بي سي 704 ) - أداة ثانوية
CV213: المستشعر (CV213) - الكابل - الجهاز الثانوي
يجب إرسال إشارة CA202 إلى IPC704 للتكامل.
CA202 الأسلاك:


توصيل CV213: عند تكوين CV213، يحمل الطرف HI 27 فولت ويغذي المجس؛ قم بتوصيل + بـ HI و- بـ LO.


5. تركيب المستشعر

يستخدم CA202 أربعة مسامير لتثبيت المستشعر في مواضعه الأربعة؛

يستخدم CV213 مسمارًا واحدًا.

مقارنة:

• تثبيت المستشعر: طريقة تثبيت CA202 أكثر أمانًا من طريقة تثبيت CV213. ومع ذلك، نظرًا لاستخدامه أربعة براغي، فإن التمدد الحراري غير المتساوي في موقع التركيب قد يُسبب قوة غير متساوية على البراغي الأربعة، مما قد يضغط على المستشعر، ويولد إشارات، ويؤثر على القياسات. لذلك، أثناء التركيب، يجب اتباع عزم الشد المحدد في دليل الجهاز.
• تثبيت الكابل: يستخدم CA202 إشارة شحن، ويعمل الكابل كمكثف. لذلك، تُفرض متطلبات صارمة على انحناء الكابل ومسافات التثبيت لمنع اهتزازه وانثناءه الشديد.