〔摘 要〕 脹差、軸位移是汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)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(cè)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(wèn)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量誤差較大，甚至無(wú)法正常監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)系統(tǒng)的測(cè)量原理

脹差、位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是利用渦流傳感器的輸出電壓與其被測(cè)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(cè)儀表，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和保護(hù)的目的。現(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(guó)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(cè)系統(tǒng)的測(cè)量原理進(jìn)行闡述(軸位移、脹差的測(cè)量一次元件均采用本特利7200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(cè)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(cè)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(chēng)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(cè)金屬表面距離成正比”的關(guān)系，該差值被渦流傳感器測(cè)得，并利用轉(zhuǎn)子上被測(cè)表面加工的8。斜坡將傳感器的測(cè)量范圍進(jìn)行放大，其換算關(guān)系為：

δ=L×Sin8。

式中δ：傳感器與被測(cè)斜坡表面的垂直距離；L：脹差。

如果傳感器的正常線(xiàn)性測(cè)量范圍為4.00 mm(即δ＝4.00mm)，則對(duì)應(yīng)被測(cè)脹差范圍L為：

L=δ/Sin8。=4.00/Sin8。=28.74mm

由上式可知：脹差傳感器利用被測(cè)表面8。的斜坡將其4.00 mm的正常線(xiàn)性測(cè)量范圍擴(kuò)展為28.74 mm的線(xiàn)性測(cè)量范圍，從而滿(mǎn)足了對(duì)0～20 mm的實(shí)際脹差范圍的測(cè)量。傳感器將其與被測(cè)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0～24V DC電壓信號(hào)至3300/46斜坡式脹差監(jiān)測(cè)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(kāi)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0～10V DC、1～5V DC或4～20 mA模擬量信號(hào)至記錄儀。安裝原理見(jiàn)圖1。



(A、B：81724-00-07-10-02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(cè)系統(tǒng)測(cè)量原理

由于本特利3300/20軸位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出廠設(shè)計(jì)為：當(dāng)測(cè)量回路開(kāi)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(cè)器，兩兩相“與”后，再將兩個(gè)監(jiān)測(cè)器的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出相“或”做為跳機(jī)保護(hù)條件較為可靠。現(xiàn)以一只傳感器為例說(shuō)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(cè)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0～24V DC電壓信號(hào)，送至3300/20監(jiān)測(cè)器進(jìn)行信號(hào)處理，輸出開(kāi)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4～20 mA、0～10V DC、或1～5V 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(cè)系統(tǒng)傳感器的零位鎖定

2.1 脹差、位移監(jiān)測(cè)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(pán)已靠在推力瓦的工作面或非工作面)。

(3) 脹差、位移監(jiān)測(cè)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3300/20軸位移監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的零位鎖定。脹差、軸位移監(jiān)測(cè)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(xiàn)如圖3所示。



圖3 渦流傳感器特性曲線(xiàn)

已知：△＝0.36mm，脹差監(jiān)測(cè)器量程為0～20 mm，軸位移監(jiān)測(cè)器量程為+1.25 mm，大軸推力盤(pán)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(cè)器的設(shè)計(jì)量程為0～20 mm，而實(shí)際機(jī)組停運(yùn)后會(huì)產(chǎn)生約0～2.50 mm的負(fù)脹差，因此，傳感器安裝零位對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)器的顯示為+2.50 mm。由圖3所示傳感器的特性曲線(xiàn)可知，此種型號(hào)的傳感器安裝基準(zhǔn)電壓為10V DC，按此電壓將A、B傳感器分別固定，此時(shí)，3300/46監(jiān)測(cè)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(cè)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(pán)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1/2×△mm，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1/2×△mm后，將可調(diào)拖架鎖定即可。此時(shí)，A、B傳感器的間隙δ1、δ2可按下式推算：

δ1=δAO+(1/2×△+7.50)×Sin8。

δ2=δBO-(1/2×△+7.50)×Sin8。

式中：δAO、δBO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(cè)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(cè)器應(yīng)顯示為+2.32 mm。

(3) 若推力盤(pán)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1/2×△mm后，將可調(diào)拖架鎖定即可。此時(shí)，3300/46監(jiān)測(cè)器應(yīng)顯示為+2.68 mm。δ1、δ2可按下式推算：

δ1=δAO-(1/2×△-7.50)×Sin8。

δ2=δBO+(1/2×△-7.50)×Sin8。

2.3 3300/20軸位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零位鎖定

因4只軸位移傳感器均無(wú)可調(diào)拖架，故以傳感器的零位電壓計(jì)算值鎖定較為準(zhǔn)確可靠。已知：△=0.36mm，大軸推力盤(pán)靠在工作面，3300/20監(jiān)測(cè)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-F×1/2×△=10-4.00×1/2×0.36=9.28V

最終零位鎖定后，3300/20監(jiān)測(cè)器應(yīng)顯示為-0.18 mm。

注：若大軸推力盤(pán)靠在推力瓦非工作面，則X應(yīng)按下式計(jì)算：

X=VO+F×1/2×△

最后，按照計(jì)算出的X值安裝鎖定傳感器。監(jiān)測(cè)器應(yīng)顯示為+0.18mm。

3 現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試中傳感器零位鎖定應(yīng)注意的問(wèn)題

(1) 未考慮推軸間隙，表計(jì)則會(huì)產(chǎn)生1/2×△mm的測(cè)量誤差。

(2) 將1/2×△mm的推軸間隙調(diào)反，表計(jì)則會(huì)產(chǎn)生△mm的測(cè)量誤差。

(3) 脹差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零位鎖定時(shí)，未考慮2.50 mm的負(fù)向脹差余量，造成零位鎖定錯(cuò)誤。

在實(shí)際生產(chǎn)中，若出現(xiàn)上述問(wèn)題，均會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差，使保護(hù)系統(tǒng)不能正常投入。因此，在實(shí)際脹差、位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零位鎖定中，按照本文所述的零位鎖定方法則可避免此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。 (楊宗秀)