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关于现代发电厂汽轮机轴向位移传感器原 理及应用的探讨 No.10.20l1 北京电力高等专科学校 BeijingElectricPowerCollege电子,通信与自动控制啷 关于现代发电厂汽轮机轴向位移传感器原理及应用的探讨 田立强 (山东省热电设计院,山东济南250100) 摘要:本文介绍了现代发电厂关于汽轮机轴向位移传感器的原理及安装方法和控制要点,对保证机纽的正常运行和便于机组检修以及保 护机组的正常启停具有良好的参考和借鉴作用. 关键词:位移传感器;轴向位移;牵引线 中图分类号:TM7文献标识码:A 位移传感器叉称为线性传感器,根据原理的不同它分为电感式位移 传感器,电容式位移传感器,超声波式位移传感器,光电式位移传感器. 霍尔式位移传感器等.目前现代发电厂中轴向位移传感器大多采用电 感式位移传感器,又叫电涡流位移传感器. 一 ,电涡流传感器的基本原理 电涡流传感器是根据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.而根据电涡流效 应制成的传感器称为电涡流式传感器 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罔方向相 反的交变磁场,由于其反作用,使头部线圈高频电流的幅度和相位得到 1/4页
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.则线罔 和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率,磁导率,尺寸因 子f,头部体线圈与金属导体表面的距离D,电流强度姐频率参数来 描述.则线圈特征阻抗可用Z=F(r,,,D,,,)函数来表示.通常我 们能做到控制,,6,,,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,J的单值甬数,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.输出信号的大小随探头到 被测体表面之间的间距而变化,电涡流传感器就是根据这一原理实现对 金属物体的位移,振动等参数的测量. 其工作过程是:当被测金属与探头之间的距离发生变化时,探头中 线圈的口值也发生变化,口值的变化引起振荡电压幅度的变化,而这个 随距离变化的振荡电压经过检波,滤波,线性补偿,放大归一处理转化成 电压(电流)变化,最终完成机械位移(间隙)转换成电压(电流).由上 所述,电涡流传感器工作系统中被测体可看作传感器系统的一半,即一 个电涡流位移传感器的性能与被测体有关. 电涡流位移传感器能静态和动态地非接触,高线性度,高分辨力地 测量被测金属导体距探头表面的距离.它是一种非接触的线性化计量 工具.电涡流传感器能准确测量被测体(必须是金属导体)与探头端面 之间静态和动态的相对位移变化.在高速旋转机械和往复式运动机械 的状态分析,振动研究,分析测量中.对非接触的高精度振动,位移信号, 能连续准确地采集到汽轮机转子振动状态的多种参数.如轴的径向振 动,振幅以及轴向位置.从转子动力学,轴承学的理论上分析,大型旋转 机械的运动状态,主要取决于其核心一转轴,而电涡流传感器,能直接非 接触测量转轴的状态,对诸如转子的不平衡,不对中,轴承磨损,轴裂纹 及发生摩擦等机械问题的早期判定,可提供关键的信息.电涡流传感器 2/4页
以其长期工作可靠性好,测量范罔宽,灵敏度高,分辨率高,响应速度快, 抗干扰力强,不受油污等介质的影响,结构简单等优点,在大型旋转机械 状态的在线监测与故障诊断中得到广泛应用. 二,电涡流传感器在现代发电厂中的应用及安装注意事项 174 文章编号:1009一O118(2011)10—0174一Ol 汽轮机轴向位移是现代发电厂机组运彳『中的重要参数.并且是机鲥 主要保护之一.汽轮机轴向位移的量程一般在一2.Omm,+2.0mm之 内,精度甚至达到微米级,所以轴向位移探头的安装过程显得尤为重要 一 旦出现故障容易引起设备误动或拒动,造成设备损坏或人员伤害 此正确,准确的安装轴向位移探头在工程建设和机组检修中显得尤为重 要. 目前在电,建设和检修中对轴向位移安装有很多种方法,其中大多 数采用的是利用推力盘定位,即使推力盘紧贴工作瓦来定位轴向位移零 位的方法.目前许多施工单位或检修人员采用在汽轮发电机轴系安装 完后再对转子进行轴向位移零位定位.此方法给施工及检修带来很大 不便,并且不利于准确的定好零位.在多年的现场工作中,我总结出在 汽轮机高(中)压转子安装好后即对汽轮机轴系进行定零位(即提前定 好位置),此方法即有利于安装又方便以后电厂检修.下面我对此方法 进一下论述讨. 此方法的具体做法是:一般现代发电』大中型汽轮机发电机组转f 轴系最少分为段,高(中)压转子,转子,发电机转子.在汽轮机轴系 定位时,一般高(中)压转子首先定位.在高(中)转子定位后,即可用 木棍等工具作杠杆撬动高(中)压转子进行轴向位移定零位(此时只有 一 段转子,用人力和木棍的杠杆力量完全可以推动转子).首先将转子 往汽轮机头方向推到位,记录下千分尺的显示数据,然后再往发电机方 向至推力盘紧贴工作瓦,此时千分尺的数据与j二?次数据取差.即为此 3/4页
次轴承的推力间隙,与厂家给的数据进行比对,如果在厂家范内说[1J{ 转子已推到位,如果不在范围内,需重新进行上一步操作.由于此时转 子较轻且用人力加杠杆操作简单.故即使重复进行也简单易行,并且对 汽轮机整个轴系不会造成伤害.如果等整个汽轮发电机轴系安装完后, 再利用推力推动整个汽轮机轴系进行定位将非常难.因为现代发电 厂的机组容量越来越大,汽轮机重量和体积也越来越大.目前以 ~OOMW汽轮机组为例,整个汽轮机轴系的重量也在几卜吨以上.所以在 对汽轮机转子进行定位时需要很大的力量才能推得动重达几十吨的转 子.如此大的力量光靠人的力量是很难达到的.用力小了推不动,如果 用千斤顶推.整个重达几十吨的轴系就会靠转子的惯性将轴瓦挤压'变 形',从而导致每次推出的推力间隙超过厂家要求的范围,汽轮机的推力 间隙很难准确定位,进而影响了轴向位移定零位的准确性.而在前期只 对高(中)压转子定位就不会出现这种情况.将转子推到推力轴承工作 面后.此时需对目前转子与汽轮机缸体的同一径向断面做一个永久的标 记,这样在以后转子位置移动后可直接测量当时在转子和缸体间产生的 轴向移动距离(此距离给定义为'牵引线').当汽轮机整个轴系安装完 后.在进行汽轮机轴向位移传感器探头安装时,不再需要对转子重新定 位.而是只需要测量一下'牵引线'的长度即可.在进行轴向位移定零 位时.只需要在'定值'里将此牵引线的距离抵消,这样实际显示的轴向 位移数值就会与实际值相一致.而且在以后机组检修时也不再需要对 转子重新定位,只需再次测量一下'牵引线'的距离即可,此方法给安装 和机组检修带来很大的方便. 如能保证按以上要求进行施工检查监督,则既能保证施工工岂天 观.有能保证壁温参数测量的准确,给以后机组的正常运行打下良好的 基础.还能利于施工,方便检修,达到工程达标投产要求.
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