针对汽轮机轴向位移系统安装与调试的探讨

针对汽轮机轴向位移系统安装与调试的探讨

陈锦

广州第一资源热力电厂广东广州510540

摘要：本文以东汽自控公司的DF2900轴向位移系统为研究对象，具体叙述了的整个系统工作原理、探头的安装要求，并以某厂两台汽轮机DN—25F轴向位移安装位置错误导致轴向位移超限为例深入分析。调试中深入探讨了轴向位移零点的确定，线性化的处理、组态的方法。

关键词：电涡流传感器；安装要求；侧向间隙；线性化处理；组态

一、轴向位移的测量原理

轴向位移一般采用电涡流传感器，原理是：法拉第电磁感应原理，块状金属导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。电涡流式传感器具体是前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，两个交变磁场的相互叠加，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F（τ，ξ，б，D，I，ω）函数来表示。通常我们能做到控制τ，ξ，б，I，ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。

测量系统内各元件之间的连接原理是，电涡流探头与前置器上端口连接好，前置器下端有三个端口，一个是24V，一个是OUT输出，一个COM口，这三根线接入TSI柜内的轴向位移DF2002卡件端子上，其中屏蔽线屏蔽层在装置侧良好的单端接地接地，信号从现场输入轴向位移卡件后，卡件经运算处理后输出模拟量4~20MA，一路至DEH显示，一路至DCS显示，和输出开关量，卡件上有4组继电器，各继电器均有一组触点输出，输出形式由软件组态设定，我厂的设置是一组输出至DCS报警，一组输出至ETS跳机。

二、轴向位移系统的安装

在探头安装时，为了防止机械损坏，应断开探头引线与延伸电缆的连接，并且不能采用握住传感器引线旋入的方法进行安装，正确方法及要求见下所述。

a）用工具夹住探头上的扳手平台进行传感器的旋入，并保证探头引线随之旋转。

每个传感器头端面对于被测面都要求垂直，最大偏移角度小于1.0度。

b）按要求紧固探头后，接好探头引线与延伸电缆接头，再捆扎好固定在箱体内，防止运行时损坏电缆。

c）双冗余的轴向位移探头安装时，保证两探头间的最小间距，当两只探头安装太近，以至于它们的无线电频率信号（RF）相互影响，而发生相互干扰。

d）安装时，每个传感器都必须有足够的侧向间隙，若侧面空间不足时，将会产生侧视现象，即涡流将会在这一区域非被测量的金属面上产生，将导致系统中不是基于真正目标的损失。目标尺寸必须足够大，以使得能够接收到探头体前部的全部电频率区域。故应使探头的中心与有效被测面的中心对应。因其是用电磁感应原理，所以在考虑选型和安装时，应重点考虑电磁场的影响范围及被测表面的尺寸大小，当被测表面尺寸最小直径为D，探头的有效直径为d，L为探头端部长度安装时，Y为探头的信号发射范围，应确保D＞3d，若不能满足条件，则直接影响线性范围，但是由于D是机组转动机械结构决定的，所以一般情况下，在满足测量范围要求的前提下，应尽量选用小探头，以确保精度。X＞L时，和Y＞3d，对测量精度无影响。X＜L时，和Y＜3d，必会影响传感器的线性输出范围及测量精度。

如我厂的两台新建的机组的轴向位移支架上部的探头输出总是超限，而下部却正常输出，两台都一样的问题，后通过示波器捕捉快速变化的电压信号，发现有尖峰出现，并且呈周期规律出现，而此故障问题就是上述的设计安装时未按要求安装，原因是因上部探头处于被测金属法兰盘（危机遮断法兰面）的边缘，无法满足X＞L时，和Y＞3d的条件，故汽机一旦冲转，便超限而跳机，此后通过加装延伸支架，即将探头移至法兰面中心位置，便解决了此问题。

三、轴向位移系统调试

1、定测量零点

零点又称基准点，此点是作为参考来定义正负轴向位移的。在机组冷态下，一般是上气缸内壁温度在75度以下时，将机组的前轴承箱盖子吊开，再用液压千斤顶顶将大轴朝发电机方向顶，当整个转子向电机方向推到推力盘紧贴工作瓦时，此才是测量零点，并将转子膨胀方向作为轴向位移正方向，即往发电机方向为正轴向位移，往机头方向为负轴向位移。（具体判断方法是，设定值正值比负值来得低，朝发电机方向顶，反之朝机头方向顶），确认是否顶到位，预先用两个百分表，一个测大轴前端面，一个测大轴的后端面，来回顶，其间隙值值应是0.40-0.45mm，一般在安装定位瓦块及安装环时（机组大修），就会测量推力盘至定位瓦工作面的标准间隙，应为0.40-0.45mm。定测量零位很重要，其结果直接影响轴向位移调试成功与否。

2、调试

将百分表支架底座吸固在被测法兰金属面旁的缸体上，保持静止，表针顶住燕尾槽上的探头支架板，并将指针顶入2mm以上，（因根据东汽DN-25F的轴向位移设计量程是4mm，即+/-2，以便往负方向走2mm）当现场调试员扭动小滚轮，探头支架则沿着燕尾槽前进或者后退，这样可以采集数据，为探头线性化处理做好准备。再将已供电的轴向位移前置器的OUT输出和COM口并上万用表，测量其输出电压，对于已定好测量零位的轴向位移，用小滚轮调制输出电压为-12V，（组态时，将此-12v写入组态框内）.再已装好TSI-DF2900软件的笔记本电脑，用其USB接口与轴向位移监视器卡件的RS232串口连接好，并设置好通讯口。打开软件，输入密码，进入组态对话框，建立或打开所在工程，（第一次组态时，新建工程，命名再保存），建立或打开仪表组态参数文件，并正确设定卡件ID编码，点击通讯连接，成功后，按组态说明书以及设计参数值将组态框内参数设置好，如正向危险动作值、负向危险动作值，如正向报警值、负向报警值等.

然后线性化处理，若不经过线性化处理，其误差最大将达到15%。具体方法是，将已与轴向位移监视器通讯成功的电脑切至该传感器线性化组态框，现场调试员轻轻扭动小滚轮，一边看着百分表读数，一边看着前置器输出的万用表电压，当万用表显示-12V时，将光标落在3mm对应的框内，点击采集，采集完，组态调试员，通知现场调试员，继续依次向左采集10个点，每次移动的位移是0.2mm，采完回到零点，同样方法向右依次10个点，直至采集完，同时进行线性补偿，让现场采集的线尽量靠近原出厂实验室内的采集线即可。

结束语；以上详细分析了东方汽轮机DN—25F，东方自控公司的轴向位移系统的安装要求、以及调试方法，严格按照上述的方法与要求，在我厂汽轮机的轴向位移处理投入后，一直稳定运行，取得了很好的效果。