汽輪機(jī)軸位移、脹差傳感器的零位鎖定

1、汽輪機(jī)軸位移、脹差傳感器的零位鎖定 摘 要 脹差、軸位移是汽輪機(jī)監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)最重要的兩項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，從理論和實(shí)際調(diào)試兩方面闡述了如何正確地鎖定本特利3300系統(tǒng)脹差、軸位移傳感器的測量零位；并就如何避免實(shí)際安裝調(diào)試中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，提出了可靠的解決方法，從而為減少因傳感器零位鎖定不當(dāng)造成的測量、保護(hù)動(dòng)作誤差提供參考。 在高參數(shù)，大容量汽輪發(fā)電機(jī)組中，軸位移和脹差是直接反映汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙的兩項(xiàng)最重要的技術(shù)參數(shù)，也是兩項(xiàng)重要保護(hù)。目前，由于許多機(jī)組的軸系機(jī)械安裝零位和監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)的電氣零位不統(tǒng)一，經(jīng)常發(fā)生檢修后的機(jī)組因脹差、位移監(jiān)測系統(tǒng)傳感器的零位鎖定不當(dāng)，使該系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)后，測量誤差較大，甚至無

2、法正常監(jiān)測和投入保護(hù)，只能停機(jī)處理。因此，檢修后機(jī)組的軸位移、脹差傳感器的零位鎖定是直接影響機(jī)組啟動(dòng)后，脹差、位移監(jiān)測系統(tǒng)能否正確反映汽輪機(jī)組的動(dòng)靜間隙，從而可靠投入保護(hù)的一項(xiàng)重要工作。 1 脹差、位移監(jiān)測系統(tǒng)的測量原理 脹差、位移監(jiān)測系統(tǒng)都是利用渦流傳感器的輸出電壓與其被測金屬表面的垂直距離在一定范圍內(nèi)成正比的關(guān)系，將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送至監(jiān)測儀表，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測和保護(hù)的目的?，F(xiàn)以300 mw機(jī)組中n300-16.7/538/538型汽輪機(jī)組為例，對(duì)美國本特利內(nèi)華達(dá)公司生產(chǎn)的3300/46斜坡式脹差和3300/20軸位移監(jiān)測系統(tǒng)的測量原理進(jìn)行闡述(軸位移、脹差的測量一次元件均采用本特利72

3、00系列81724-00-07-10-02渦流傳感器)。 1.1 本特利3300/46斜坡式脹差監(jiān)測系統(tǒng)工作原理 在機(jī)組正常運(yùn)行中，脹差傳感器固定在缸體上，而傳感器的被測金屬表面鑄造在轉(zhuǎn)子上，因此，汽缸和轉(zhuǎn)子受熱膨脹的相對(duì)差值稱為“脹差”( 一般將轉(zhuǎn)子的膨脹量大于汽缸的膨脹量產(chǎn)生的差值做為“正脹差”，反之為“負(fù)脹差”)。根據(jù)“輸出電壓與被測金屬表面距離成正比”的關(guān)系，該差值被渦流傳感器測得，并利用轉(zhuǎn)子上被測表面加工的8。斜坡將傳感器的測量范圍進(jìn)行放大，其換算關(guān)系為： =lsin8。 式中：傳感器與被測斜坡表面的垂直距離；l：脹差。 如果傳感器的正常線性測量范圍為4.00 mm(即4.00mm)

4、，則對(duì)應(yīng)被測脹差范圍l為： l=/sin8。=4.00/sin8。=28.74mm 由上式可知：脹差傳感器利用被測表面8。的斜坡將其4.00 mm的正常線性測量范圍擴(kuò)展為28.74 mm的線性測量范圍，從而滿足了對(duì)020 mm的實(shí)際脹差范圍的測量。傳感器將其與被測斜坡表面的垂直距離轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)送至前置放大器進(jìn)行整形放大后，輸出024v dc電壓信號(hào)至3300/46斜坡式脹差監(jiān)測器，分別將a、b傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行疊加運(yùn)算后進(jìn)行脹差顯示，并輸出開關(guān)量信號(hào)送至保護(hù)回路進(jìn)行報(bào)警和跳閘保護(hù)。同時(shí)輸出010v dc、15v dc或420 ma模擬量信號(hào)至記錄儀。安裝原理見圖1。 (a、b：8172

5、4-00-07-10-02型渦流傳感器) 圖1 傳感器安裝及信號(hào)傳遞原理圖 1.2 本特利3300/20軸位移監(jiān)測系統(tǒng)測量原理 由于本特利3300/20軸位移監(jiān)測系統(tǒng)出廠設(shè)計(jì)為：當(dāng)測量回路開路或機(jī)組的軸向位移達(dá)到報(bào)警或跳閘值時(shí)均會(huì)發(fā)出報(bào)警和跳閘信號(hào)，故一般采用4只傳感器，分別送入兩個(gè)3300/20軸位移監(jiān)測器，兩兩相“與”后，再將兩個(gè)監(jiān)測器的開關(guān)量信號(hào)輸出相“或”做為跳機(jī)保護(hù)條件較為可靠?，F(xiàn)以一只傳感器為例說明其工作原理。單只軸向位移傳感器的工作原理與單只脹差傳感器的工作原理一樣。都是利用渦流傳感器將其與被測表面的位移轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送至前置放大器，經(jīng)整形放大后，輸出024v dc電壓信號(hào)，送至

6、3300/20監(jiān)測器進(jìn)行信號(hào)處理，輸出開關(guān)量信號(hào)至汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。同時(shí)送出420 ma、010v dc、或15v dc模擬量信號(hào)至記錄儀。圖2為信號(hào)傳遞原理圖。 (1、2、3、4：為81724-00-07-10-02型渦流傳感器) 圖2 軸位移信號(hào)傳遞原理圖 2 脹差、位移監(jiān)測系統(tǒng)傳感器的零位鎖定 2.1 脹差、位移監(jiān)測系統(tǒng)傳感器的零位鎖定必須參考的因素 (1) 大軸推力瓦的間隙值。 (2) 大軸位置(即大軸推力盤已靠在推力瓦的工作面或非工作面)。 (3) 脹差、位移監(jiān)測器及傳感器的校驗(yàn)數(shù)據(jù)。 現(xiàn)以n300-16.7/538/538型汽輪機(jī)組為例，分別介紹了3300/46脹差和

7、3300/20軸位移監(jiān)測保護(hù)系統(tǒng)的零位鎖定。脹差、軸位移監(jiān)測傳感器均采用本特利3300系列81724-00-07-10-02型渦流傳感器，其特性曲線如圖3所示。 圖3 渦流傳感器特性曲線 已知：0.36mm，脹差監(jiān)測器量程為020 mm，軸位移監(jiān)測器量程為+1.25 mm，大軸推力盤靠在工作面，位置如圖4所示。 2.2 3300/46斜坡式脹差傳感器的零位鎖定步驟 (1) 因3300/46監(jiān)測器的設(shè)計(jì)量程為020 mm，而實(shí)際機(jī)組停運(yùn)后會(huì)產(chǎn)生約02.50 mm的負(fù)脹差，因此，傳感器安裝零位對(duì)應(yīng)監(jiān)測器的顯示為+2.50 mm。由圖3所示傳感器的特性曲線可知，此種型號(hào)的傳感器安裝基準(zhǔn)電壓為10v

8、dc，按此電壓將a、b傳感器分別固定，此時(shí)，3300/46監(jiān)測器應(yīng)顯示為+10.00 mm，然后利用千分表和可調(diào)拖架將a、b傳感器同時(shí)向圖4所示的脹差方向調(diào)整7.50 mm，此時(shí)監(jiān)測器的顯示應(yīng)為+2.50 mm。 (1、2、3、4：軸位移傳感器；a、b：脹差傳感器) 圖4 脹差、軸位移傳感器安裝示意圖 (2) 若大軸推力盤靠在工作面，等于將大軸從推力瓦的中間零位向機(jī)頭推了1/2mm，應(yīng)利用可調(diào)拖架將a、b傳感器同時(shí)再向圖4所示的脹差方向調(diào)整1/2mm后，將可調(diào)拖架鎖定即可。此時(shí)，a、b傳感器的間隙1、2可按下式推算： 1=ao+(1/2+7.50)sin8。 2=bo-(1/2+7.50)si

9、n8。 式中：ao、bo為a、b傳感器在安裝基準(zhǔn)電壓10v dc安裝時(shí)，傳感器與其被測表面之間的間隙。最終零位鎖定后，應(yīng)記錄a、b傳感器的輸出電壓。此時(shí)，3300/46監(jiān)測器應(yīng)顯示為+2.32 mm。 (3) 若推力盤靠在推力瓦的非工作面，則在完成第1步后，利用可調(diào)拖架將a、b傳感器同時(shí)再向脹差的反方向(機(jī)頭方向)調(diào)整1/2mm后，將可調(diào)拖架鎖定即可。此時(shí)，3300/46監(jiān)測器應(yīng)顯示為+2.68 mm。1、2可按下式推算： 1=ao-(1/2-7.50)sin8。 2=bo+(1/2-7.50)sin8。 2.3 3300/20軸位移監(jiān)測系統(tǒng)的零位鎖定 因4只軸位移傳感器均無可調(diào)拖架，故以傳感

10、器的零位電壓計(jì)算值鎖定較為準(zhǔn)確可靠。已知：=0.36mm，大軸推力盤靠在工作面，3300/20監(jiān)測器量程為+1.25mm，傳感器靈敏度f=4.00v/mm，零位安裝電壓vo=10.00v，則零位電壓x的計(jì)算： x=vo-f1/2=10-4.001/20.36=9.28v 最終零位鎖定后，3300/20監(jiān)測器應(yīng)顯示為-0.18 mm。 注：若大軸推力盤靠在推力瓦非工作面，則x應(yīng)按下式計(jì)算： x=vo+f1/2 最后，按照計(jì)算出的x值安裝鎖定傳感器。監(jiān)測器應(yīng)顯示為+0.18mm。 3 現(xiàn)場安裝調(diào)試中傳感器零位鎖定應(yīng)注意的問題 (1) 未考慮推軸間隙，表計(jì)則會(huì)產(chǎn)生1/2mm的測量誤差。 (2) 將1/2mm的推軸間隙調(diào)反，