高压离心泵是油田注水主要设备,电机容量1100~2200kW,输出轴通过联轴器与泵的输入轴连接,运转扭矩达到15000N·m。电机工况决定了运行中进行电机轴扭矩测试比较困难。通过设计一种联轴器式传感器,开发了油田注水高压离心泵电机扭矩测试技术。
　　
　　1测试技术基本原理
　　
　　传感器扭矩数值的测量应用应变电测原理,当应变轴受扭力影响产生微小变形后,粘贴在应变轴上的应变计阻值发生相应变化,将有相同应变特性的应变计组成测量电桥,应变电阻的变化即可转变为电压信号的变化进行测量。信号采用无线电发射方式进行传输,解决了旋转状态下扭矩数值的测量。
　　
　　2电机轴扭矩测试的传感器实现技术方案
　　
　　1）将传感器的钢质弹性体做成联轴器,轴套与弹性体之间以花键相联接,构成联轴器;在弹性体圆柱面上开出环槽,槽底粘贴应变片电桥,环槽内装入信号变送处理电路板和发射模块,三者以导线依次连通,由硅胶于环槽内封固,仅露出发射模块的天线;在该环槽旁的弹性体圆柱面上安装次级线圈,在联轴器外的支座安装初级线圈,构成动芯电源变压器;该变压器的初级线圈与外电源相连,以次级上产生的感应电流为传感器的信号变送处理电路板供电。如图1所示。
　　
　　2）开动电机,电机上的负载使作为联轴器的弹性体受扭而产生微小变形,应变片电桥随之发生形变,产生阻值变化,向信号变送处理电路板输出变化的交流信号;经该电路进行处理,输出标准信号,由发射模块经其天线发送,通过接收装置,即得到电机在线的扭矩参数。
　　
　　3联轴器式扭矩传感器的特点
　　
　　1）传感器以联轴器的形式安装在受测电机输出轴上,传递负荷,所测结果直接、真实;传感器外形及安装尺寸与被测电机的原联轴器相同,取代原联轴器,被测电机负载设备不必作相应的结构和基座位置的改变,解决了在生产实地对大、中型电机扭矩的在线动态监测的难题。
　　
　　2）作为传感器的联轴器,采取由轴套与弹性体以花键联接组成的方式,可拆分,适应热套工艺使联轴器与电机轴过盈配合,得到大的联接强度,避免实施热套工艺时高温对电子元件的损害;轴套与弹性体采取花键滑动联接,方便装配,便于维修。
　　
　　3）采取动芯电源变压器为传感器提供工作电源,可实现不间断供电,满足对被测电机长期连续稳定正常的监测的需要。
　　
　　4现场应用
　　
　　胜四注水站是胜坨油田高压注水站之一,有高压离心泵4台,分别为1台300m3/h,3台400m3/h,全部采用了高压离心泵电机扭矩测试技术,安装了联轴器式传感器4台,实现了输出扭矩的实时测试,配套同步测试电机输入功率,简单计算得到电机效率。根据测试数据,对电机效率明显降低的1号泵电机实施大修,大修后电机效率提高2·2%,日节电720kW·h。