〔摘 要〕 脹差、軸位移是汽輪機監(jiān)測保護系統(tǒng)最重要的兩項技術參數(shù)，從理論和實際調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；并就如何避免實際安裝調試中經(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造成的測量、保護動作誤差提供參考。

在高參數(shù)，大容量汽輪發(fā)電機組中，軸位移和脹差是直接反映汽輪機動靜間隙的兩項最重要的技術參數(shù)，也是兩項重要保護。目前，由于許多機組的軸系機械安裝零位和監(jiān)測保護系統(tǒng)的電氣零位不統(tǒng)一，經(jīng)常發(fā)生檢修后的機組因脹差、位移監(jiān)測系統(tǒng)傳感器的零位鎖定不當，使該系統(tǒng)在機組啟動后，測量誤差較大，甚至無法正常監(jiān)測和投入保護，只能停機處理。因此，檢修后機組的軸位移、脹差傳感器的零位鎖定是直接影響機組啟動后，脹差、位移監(jiān)測系統(tǒng)能否正確反映汽輪機組的動靜間隙，從而可靠投入保護的一項重要工作。

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成正比的關系，將位移信號轉換成電壓信號送至監(jiān)測儀表，從而實現(xiàn)監(jiān)測和保護的目的?，F(xiàn)以300 MW機組中N300-16.7/538/538型汽輪機組為例，對美國本特利內華達公司生產(chǎn)的3300/46斜坡式脹差和3300/20軸位移監(jiān)測系統(tǒng)的測量原理進行闡述(軸位移、脹差的測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)測系統(tǒng)工作原理

在機組正常運行中，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子上，因此，汽缸和轉子受熱膨脹的相對差值稱為“脹差”( 一般將轉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“負脹差”)。根據(jù)“輸出電壓與被測金屬表面距離成正比”的關系，該差值被渦流傳感器測得，并利用轉子上被測表面加工的8。斜坡將傳感器的測量范圍進行放大，其換算關系為：

δ=L×Sin8。

式中δ：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δ＝4.00mm)，則對應被測脹差范圍L為：

L=δ/Sin8。=4.00/Sin8。=28.74mm

由上式可知：脹差傳感器利用被測表面8。的斜坡將其4.00 mm的正常線性測量范圍擴展為28.74 mm的線性測量范圍，從而滿足了對0～20 mm的實際脹差范圍的測量。傳感器將其與被測斜坡表面的垂直距離轉換成直流電壓信號送至前置放大器進行整形放大后，輸出0～24V DC電壓信號至3300/46斜坡式脹差監(jiān)測器，分別將A、B傳感器輸入的信號進行疊加運算后進行脹差顯示，并輸出開關量信號送至保護回路進行報警和跳閘保護。同時輸出0～10V DC、1～5V DC或4～20 mA模擬量信號至記錄儀。安裝原理見圖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)出廠設計為：當測量回路開路或機組的軸向位移達到報警或跳閘值時均會發(fā)出報警和跳閘信號，故一般采用4只傳感器，分別送入兩個3300/20軸位移監(jiān)測器，兩兩相“與”后，再將兩個監(jiān)測器的開關量信號輸出相“或”做為跳機保護條件較為可靠。現(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換成電壓信號送至前置放大器，經(jīng)整形放大后，輸出0～24V DC電壓信號，送至3300/20監(jiān)測器進行信號處理，輸出開關量信號至汽輪機跳閘保護系統(tǒng)實現(xiàn)保護功能。同時送出4～20 mA、0～10V DC、或1～5V DC模擬量信號至記錄儀。圖2為信號傳遞原理圖。



(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數(shù)據(jù)。

現(xiàn)以N300-16.7/538/538型汽輪機組為例，分別介紹了3300/46脹差和3300/20軸位移監(jiān)測保護系統(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0～20 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)測器的設計量程為0～20 mm，而實際機組停運后會產(chǎn)生約0～2.50 mm的負脹差，因此，傳感器安裝零位對應監(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，此種型號的傳感器安裝基準電壓為10V DC，按此電壓將A、B傳感器分別固定，此時，3300/46監(jiān)測器應顯示為+10.00 mm，然后利用千分表和可調拖架將A、B傳感器同時向圖4所示的脹差方向調整7.50 mm，此時監(jiān)測器的顯示應為+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頭推了1/2×△mm，應利用可調拖架將A、B傳感器同時再向圖4所示的脹差方向調整1/2×△mm后，將可調拖架鎖定即可。此時，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傳感器在安裝基準電壓10V DC安裝時，傳感器與其被測表面之間的間隙。最終零位鎖定后，應記錄A、B傳感器的輸出電壓。此時，3300/46監(jiān)測器應顯示為+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，利用可調拖架將A、B傳感器同時再向脹差的反方向(機頭方向)調整1/2×△mm后，將可調拖架鎖定即可。此時，3300/46監(jiān)測器應顯示為+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)測系統(tǒng)的零位鎖定

因4只軸位移傳感器均無可調拖架，故以傳感器的零位電壓計算值鎖定較為準確可靠。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)測器應顯示為-0.18 mm。

注：若大軸推力盤靠在推力瓦非工作面，則X應按下式計算：

X=VO+F×1/2×△

最后，按照計算出的X值安裝鎖定傳感器。監(jiān)測器應顯示為+0.18mm。

3 現(xiàn)場安裝調試中傳感器零位鎖定應注意的問題

(1) 未考慮推軸間隙，表計則會產(chǎn)生1/2×△mm的測量誤差。

(2) 將1/2×△mm的推軸間隙調反，表計則會產(chǎn)生△mm的測量誤差。

(3) 脹差監(jiān)測系統(tǒng)的零位鎖定時，未考慮2.50 mm的負向脹差余量，造成零位鎖定錯誤。

在實際生產(chǎn)中，若出現(xiàn)上述問題，均會導致監(jiān)測系統(tǒng)產(chǎn)生很大的測量誤差，使保護系統(tǒng)不能正常投入。因此，在實際脹差、位移監(jiān)測系統(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問題的發(fā)生。 (楊宗秀)