偏心測量在汽輪機大軸中的應(yīng)用
作者: 王建華 谷學(xué)立
(作者單位:熱電廠熱工車間)
摘要:本文從偏心測量的原理著手，作者根據(jù)自己使用BN3300/40偏心監(jiān)測器的體會，結(jié)合現(xiàn)場實際分析總結(jié)了偏心測量在汽輪機大軸中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞: 偏心 鍵相 峰----峰值
前言:汽輪機在開機升速過程中,由于受熱不均衡可能造成大軸偏心。偏心(ECC)是指軸表面外徑與軸真實幾何中心線之間的變化。這種變化亦稱為軸的弓形，弓形可以是永久的機械變形，亦可以是由于熱的或重力原因造成的暫時弓變形，或是幾種原因加在一起造成的。采用本特利BN3300/40偏心監(jiān)測器可以在:汽輪機轉(zhuǎn)速1---600轉(zhuǎn)/分范圍內(nèi)實時測量偏心的大小，避免運行人員在開機過程中盲目升速，造成大軸彎曲。
1(偏心測量的原理
本特利BN3300/40使用從偏心傳感器和鍵相位傳感器得到的輸入信號來測量偏心值。本特利偏心監(jiān)測器的組成:
偏心渦流傳感器;鍵相位渦流傳感器;BN3300/40監(jiān)示器。
渦流傳感器的組成:探頭，延伸電纜，前置器
探頭——它是安裝在機器上。它的前端是由聚苯撐硫(PPS)材料做成的，然后插進不銹鋼殼體內(nèi)。探頭前端直徑為8mm，探頭內(nèi)的線圈直接與在不銹鋼殼體內(nèi)的75歐微型同軸電纜聯(lián)接。聯(lián)伸電纜——這個部分與探頭相連并且使你可以接到方便相接的接口箱。前置器作為一種電子設(shè)備具有兩種基本功能: 1。利用振蕩電路產(chǎn)生無線頻率(RF)。2。利用檢波電路收集RF作為可利用的數(shù)據(jù)。為了做到這一點，必須由本特利保護裝置給前置器的VT和COM端子之間提供一個-17.5v到-26v的直流電壓，供電電壓低于-16Vdc，探頭的線性測量范圍會明顯降低。一旦前置器有了電壓，它將產(chǎn)生一個特殊頻率的無線電信號(RF)。RF信號頻率應(yīng)控制在500KHZ——2.0MHZ之間。RF型號通過探頭線圈傳送出去，此線圈可以在探頭端部產(chǎn)生RF場，RF場的延伸距離為100mils(1mils=0.0254mm),因此為了保證探頭輸出的間隙電壓和探頭與大軸之間的間隙呈線性關(guān)系，我們一般把探頭的安裝間隙定為50mils,對應(yīng)的間隙電壓為-10v左右。當(dāng)在RF場中存在導(dǎo)電物質(zhì)時，在該物質(zhì)表面將產(chǎn)生電渦流，其電渦流的感應(yīng)深度取決于材料得導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性。當(dāng)探頭與導(dǎo)電物質(zhì)之間的距離發(fā)生改變時，就改變了電渦流的大小，同時就改變了前置器的輸出電壓信號，通過測量這個交變電壓信號來反映探頭與導(dǎo)電物質(zhì)間隙的變化。另外如果導(dǎo)電材料上面有鍍層，必須保證鍍層厚度大于100mils，否則由于兩種物質(zhì)的導(dǎo)磁性不同，就不能保證前置器有一個線性輸出電壓。
圖示如下
導(dǎo)電材料 前置器
RF信號
Vt
out
圖一
1.1當(dāng)探頭與大軸之間的距離最小時，此時電渦流最大，RF信號將有一個最小幅值。 1.2當(dāng)探頭與大軸之間的距離最大時，此時電渦流最小，RF信號將有一個最大幅值。 1.3如果靶面在RF場中緩慢移動，信號的幅值就會緩慢的增加或減少，如果靶面在RF場內(nèi)
1
快速的運行，信號幅值就會迅速增加或減少。
檢波器電路用同樣的方法處理緩慢或快速的信號幅值變化，如果靶面移動緩慢或者不動，前置器輸出將是一個負(fù)的直流電壓，如圖虛線所示。如果靶面快速運動，前置器輸出一個變化的直流電壓(交流)。如果探頭感應(yīng)到一個振動，前置器將輸出一個直流分量和一個交流分量。
2(偏心測量在實際中的應(yīng)用
在安裝偏心測量探頭時，我們一般先利用TK-02校驗裝置，校驗出探頭的間隙電壓變化(2mm范圍)和輸出電壓，計算出探頭的靈敏度(ASF=間隙電壓變化 / 間隙變化)(必須大于200mV/mil)，然后描繪出探頭輸出電壓和間隙之間的曲線，找出探頭間隙正中間所對應(yīng)的輸出電壓值，記下這一數(shù)據(jù)。在探頭安裝時，不斷調(diào)整探頭和大軸之間的間隙，直到探頭前置器輸出電壓為先前記下的數(shù)據(jù)為止，這樣可以保證探頭有一個最大的測量范圍。另外，在偏心探頭的附近不能有別的探頭，以免兩個探頭的渦流磁場相互干擾。假如探頭工作不正常，首先應(yīng)該檢查前置器工作電壓是否正常，探頭固定支架是否松動，延伸電纜是否良好，然后用示波器檢查前置器輸出電壓，應(yīng)為平移了-10V左右的正弦波。
-v
探頭輸出電壓 t
t
圖二
對于鍵相位測量，一個較為普遍的應(yīng)用是在機械轉(zhuǎn)子上做一凹槽，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一圈，在凹槽處產(chǎn)生一個脈沖電壓信號。通過監(jiān)測脈沖信號來測量鍵相位。鍵相位信號主要用來計算轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周大軸偏心的峰—峰值，因為兩個脈沖電壓信號之間的間隔正好為大軸轉(zhuǎn)動一周所用的時間。在實際工作中,由于偏心測量只能在大軸1-600轉(zhuǎn)范圍內(nèi)正常工作,所以我們可以用頻率儀測出鍵相位探頭脈沖電壓的頻率是否在0.0167Hz到10Hz之間來判斷探頭工作是否正常
圖示如下:
-v
-v
一轉(zhuǎn)
圖三
BN 3300/40監(jiān)視器接收偏心傳感器和鍵相位傳感器的信號。在設(shè)計時將從偏心傳感器來的輸出信號分為兩個通道，即瞬時值(瞬時測量結(jié)果)和峰-峰值(通過鍵相位信號來計算出大軸的最低點和最高點的差值)。圖示如下:
2
靠
近 大軸轉(zhuǎn)動一周 軸
kΦ
遠(yuǎn) 峰峰值 離 大
軸
單一小塊液晶顯示軸的瞬時
位置 圖四
BN3300/40顯示板分為左右兩個刻度，左邊的刻度液晶柱始終在跳動，它顯示軸的瞬時位置，右邊的刻度利用鍵相探頭信號計算出軸轉(zhuǎn)動一周，大軸的最高點和最低點的差值。中間刻度可以讀取偏心探頭的間隙電壓和鍵相位探頭的檻值電壓。在開機升速過程中，若瞬時值顯示液晶始終在零刻度線以上，說明大軸已向上呈現(xiàn)弓形;若瞬時值顯示液晶始終在零刻度線以下，說明大軸已向下彎曲。這時應(yīng)該低速暖機，直到偏心減小才能繼續(xù)升速。另外為了獲得最大的精度,必須進行監(jiān)測器的零點調(diào)整,而且必須在大軸靜止時進行.
3 結(jié)束語:
軸的偏心是一個非常重要的參數(shù)，特別是對于大型轉(zhuǎn)動設(shè)備，如汽輪機等，由于重力或熱不均都有可能造成大軸彎曲切不可忽視。
參考文獻:
本特利公司BN3300保護部分資料。
(作者簡介):王建華 男 漢族 1985年12月畢業(yè)于蘭州石油學(xué)校自動化儀表專業(yè)，多年來一直從事熱工自動控制工作，有多項技術(shù)成果獲總廠合理化建議二三等獎。現(xiàn)為熱電廠熱工車間專責(zé)工程師.
古學(xué)立 男 漢族 1990年8月畢業(yè)于長沙水電學(xué)院熱機專業(yè), 多年來一直從事生產(chǎn)運行技術(shù)管理, 有多項技術(shù)成果獲總廠合理化建議二等獎. 現(xiàn)為熱電廠生產(chǎn)副廠長。
導(dǎo)電材料 前置器
RF信號 Vt
out
3
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探頭輸出電壓 t
t
-v
-v
一轉(zhuǎn)
靠
近
大軸轉(zhuǎn)動一周 軸
kΦ 遠(yuǎn)峰峰值 離
大
軸
單一小塊液晶顯示軸的瞬時
位置
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