汽轮机轴向位移、胀差传感器的安装探讨以及异常问题分析归纳

汽轮机轴向位移、胀差传感器的安装探讨以及异常问题分析归纳缪水宝【期刊名称】《《东方汽轮机》》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】9页(P60-68)【关键词】轴向位移; 胀差; 安装; 调试; 分析; 建议【作者】缪水宝【作者单位】芜湖发电有限责任公司安徽芜湖 241009【正文语种】中文【中图分类】TK36; TK2680 引言在高参数、大容量汽轮发电机组中，轴向位移和胀差是直接反映汽轮机动静间隙的两项最重要的技术参数，也是两项重要保护。

目前，由于许多机组的轴系机械安装零位和监测保护系统的电气零位不统一，经常发生检修后的机组因胀差、位移监测系统传感器的零位锁定不当，使该系统在机组启动后，测量误差较大，甚至无法正常监测和投入保护，只能停机处理。

因此，检修后机组的轴向位移、胀差传感器的安装正确与否直接影响机组的正常运行[1]。

汽轮机监测仪表系统Turbine Supervisory Instrumentation（简称TSI）是一种可靠的连续监测汽轮发电机组转子和汽缸的机械工作参数的多路监控系统，可用于连续显示机组的启停和运行状态，为记录表提供输出信号，并在被测参数超出预置的运行极限时发出报警信号，必要时采取自动停机保护。

此外，还能提供用于故障诊断的各种测量数据[2]。

其中TSI监测的重要参数就包括对轴向位移和胀差测量、监视。

1 系统简介1.1 主机系统说明（简称大机）芜湖发电有限责任公司2台燃煤机组汽轮机采用由东汽制造的N660-25/580/600型超超临界、一次中间再热、单轴、凝汽式汽轮机；汽轮机监测系统（TSI）为德国EPRO公司的旋转机械监测保护系统，由东汽成套提供，主要由传感器、延伸电缆、前置器、就地电缆和监测保护系统组成；DCS系统为FOXBORO I/A Series系统。

利用DCS实现汽轮机紧急跳闸系统emergency trip system（ETS）功能，用独立的DCS机柜、独立的控制站、I/O卡件冗余配置具有极快的运算速度，有利于机组事故分析、运行管理和检修维护。

由TSI输出的轴向位移1/2超限停机信号、高中压缸胀差超限停机信号以及低压缸胀差超限停机信号分别送至3块FOXBORO FBM219卡件进行“或”逻辑判断后，3块FBM219卡件每块输出2副DO信号再进行3取2继电器硬逻辑判断后输出ETS跳闸信号。

1.2 给水泵汽轮机系统说明（简称小机）芜湖发电公司给水泵有 3台，1台30%的电动给水泵，2台50%的汽动给水泵，给水泵汽轮机为杭汽提供的型号为NK63/71，单缸、单流程、下排汽凝汽式汽轮机，通过联轴器直接带动给水泵运行。

额定工况功率9.21 MW，额定转速5 506 r/min；额定进汽压力1.185 MPa；额定排汽压力6.6 kPa。

该汽轮机在设计工况运行时，采用双机并列运行，即每台汽动给水泵供给锅炉 50%的额定给水量。

每台给水泵汽轮机轴向位移传感器系统设置两套，以满足重要参数二取一的选择原则。

2 安装前电缆的绝缘测试在胀差和轴向位移安装之前，将轴向位移、胀差前置器至监测卡件的信号线全部拆除，使前置器、探头与TSI系统全部分离[3]，然后用500 V兆欧表对电缆进行绝缘测试，绝缘电阻不低于1 MΩ。

3 轴向位移测量系统芜湖发电有限责任公司每台机组出厂设计了6套轴向位移测量系统，其中大机2套，给水泵汽轮机A/B每台2套,分别安装于大、小机轴承箱内。

轴向位移监测系统是利用电涡流传感器的输出电压与其被测金属表面的垂直距离在一定范围内成正比的关系，将位移信号转换成电压信号送至监测仪表，从而实现监测和保护的目的[4]。

3.1 大机轴向位移测量系统轴向位移电涡流传感器位于汽轮机中间轴承箱右侧，两只轴向位移传感器安装于#2与#3轴承箱的侧面，固定在同一支架上，探头朝汽轮机方向安装，见图1。

轴向位移检测的是推力轴承相对于汽缸的相对位移，在机组运行过程中，要使动静部件之间保持一定的轴向间隙及油膜，避免汽轮机转动部件和静止部件之间发生摩擦和碰撞[5]。

轴向位移监测采用了两只传感器，对应-2～+2 mm的轴向位移测量范围，型号为MMS6000 PR6424/010-040（根据MMS6000用户手册说明PR6424/010-040表示该传感器为公制螺纹M18×1.5、电缆有铠装、传感器头的长度13 mm、螺纹长度40 mm、1 m电缆处有接头、电缆总长度10 m、电缆末端为Lemo CON 插头），都是利用涡流传感器将其与被测表面的位移转换成电压信号送至前置放大器，经整形放大后，输出0～24 V DC电压信号，送至MMS6210监测器进行信号处理。

当任一两个通道的轴向位移信号大于或小于报警值或危险值时（见表1），报警或危险继电器动作，输出开关量信号至ETS系统实现保护功能，同时送出4～20 mA模拟量信号至DEH；通道故障、报警等开关量信号送至DCS进行画面显示以及光字牌报警，以便于机组运行人员监视，见图2。

图1 胀差/轴向位移分布图表1 汽轮机轴向位移/胀差定值一览表监测项目轴向位移SP1/mm轴向位移SP2/mm高中压缸胀差/mm低压缸胀差/mm报警值+0.6/-1.05+0.6/-1.05+10.5/-5.3+19.8/-4.6危险值+1.2/-1.65+1.2/-1.65+11.6/-6.6+30.0/-8.0 图2 轴向位移测量系统原理图3.2 轴向位移安装调试轴向位移用于保护汽轮机的动静部分不碰撞磨损，生产厂家不一样，动静间隙也不一样，所以定值也不一样。

有些汽轮机的零位在紧靠推力瓦工作面设定，此时双向报警值和停机值的绝对值是不相等的；有些需根据推力瓦间隙的1/2折算出间隙电压加至零位电压设定，此时双向报警值和停机值的绝对值都是相等的，这些都是因为其动静部分结构设定的。

而东汽厂的轴向位移零位规定：机组冷态时，将转子的推力盘推向推力瓦的工作瓦块（发电机侧），并与工作面靠紧，此时将轴向位移定为零位，即调整探头位置显示为0 mm，在安装时无需考虑推力间隙，故轴向位移的双向报警值和停机值的绝对值是不相等的，见表1。

通过旋转调整架手轮确保测量范围，并锁紧调整架上的锁紧螺栓。

松开①②固定螺栓，可以旋转调整架手轮使轴向位移探头远离或靠近汽机转子凸缘,确保轴向位移在测量线性范围，见图3。

图3 轴向位移传感器安装示意图（1）根据校验报告确定探头安装间隙电压，在前置器输出为-12 V处定位零位。

（2）轴向位移方向的确定。

探头靠近推力盘为正，远离推力盘为负。

即当大轴向发电机方向移动时为正，向机头方向移动为负。

（3）现场轴向位移探头安装在支架上的位置从上到下依次为轴向位移1、轴向位移2。

定位时应先固定好轴向位移探头1，测量前置器输出电压为-12 V DC，然后定轴向位移2,测量两个轴向位移前置器输出电压都是-12 V，最后将两个轴向位移锁紧螺栓固定好。

（4）旋转调整架手轮至轴向位移报警值和危险值,检查MMS6210轴向位移监视器、ETS系统画面报警和汽机光字牌画面报警正常。

（5）最终定位：移动旋转调整架手轮使前置器输出电压为-12 V，DEH画面显示0 mm。

将锁紧螺栓固定好。

3.3 给水泵汽轮机轴向位移测量系统3.3.1 给水泵汽轮机轴向位移测量系统简介每台给水泵汽轮机设计有2套轴向位移测量系统，安装于前轴承箱内。

小机轴向位移报警值和危险值分别为：±0.56 mm和±0.8 mm。

2个信号任一达到危险值跳闸给水泵汽轮机。

测量原理与大机基本相似，在此就不再多加详细说明。

电涡流传感器型号为PR6423/004-010，根据MMS6000用户手册说明PR6423/004-010表示该传感器为公制螺纹M10×1、电缆无铠装、传感器头的长度9 mm、螺纹长度65 mm、1 m电缆处有接头、电缆总长度5 m、电缆末端为Lemo CON 插头。

3.3.2 给水泵汽轮机轴向位移安装调试（1）参考检修后的校验报告，PR6423/004-010电涡流传感器零位电压、灵敏度以及量程见表2。

表2 PR6423/004-010电涡流传感器安装参数量程/mm监测项目A小机轴向位移1 A小机轴向位移2 B小机轴向位移1 B小机轴向位移2零位电压/V0（-V）10.042 10.042 10.019 10.104灵敏度F/（V·mm-1）7.69 7.69 7.919 7.429 2 2 2 2（2）安装前机务专业已经将A/B两台小汽轮机推力盘推向推力瓦的非工作瓦块(小机侧)，并与非工作面靠紧，小机轴位移监测的方向为轴系由前箱侧向小机侧窜动视为正方向。

机务专业将A/B两台小机轴系推力盘均靠在非工作面，等于将轴系从推力瓦的中间零位向小机侧推了1/2×Δ mm。

（推力间隙Δ：推力盘是转子的一部分，推力瓦安装在推力盘两侧，推力盘在推力轴承的工作面和非工作面之间的移动距离，见图4）机务专业测量告知A/B小汽轮机推力间隙Δ分别为：0.40 mm和0.39 mm。

当小机轴系紧贴非工作面时，正向2个电涡流传感器安装电压V如下式计算：A 小汽轮机轴向位移 1： V=V0-F×1/2×Δ=-10.042-7.690×1/2×0.40=-11.58 V；A 小汽轮机轴向位移 2： V=V0-F×1/2×Δ=-10.042-7.690×1/2×0.40=-11.58 V；B 小汽轮机轴向位移 1： V=V0-F×1/2×Δ=-10.019-7.919×1/2×0.39=-11.56 V；B 小汽轮机轴向位移 2： V=V0-F×1/2×Δ=-10.104-7.429×1/2×0.39=-11.55 V。

图4 给水泵汽轮机轴向位移测量原理图（3）最终两台小汽轮机轴向位移安装调试完成后，DCS画面显示数据见表3。

表3 给水泵汽轮机轴向位移安装数据监测项目A小机轴向位移1/mm A小机轴向位移2/mm B小机轴向位移1/mm B小机轴向位移2/mm显示数据0.233 00.226 3 0.215 8 0.220 34 胀差监测系统工作原理在机组正常运行中，胀差传感器固定在缸体上，而传感器的被测金属表面铸造在转子上即测量盘。

汽缸和转子受热膨胀的相对差值称为“胀差”，大型火电机组胀差有高中压胀差、低压缸胀差。

当汽轮机减负荷或停机时，转子和汽缸分别以各自的死点为基准膨胀或收缩。

由于转子温度较汽缸低，转子的轴向膨胀值会比汽缸小，两者的膨胀差为负值，又称为负胀差。

由此可知，凡转子轴向膨胀大于汽缸的膨胀时，称为正胀差，反之，称为负胀差[6]。