中國(guó)石油化工股份有限公司廣州分公司 楊 敬

1.前言

廣州石化動(dòng)力事業(yè)部現(xiàn)正常運(yùn)行有4套汽輪發(fā)電機(jī)組，所有機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用的都是3500系列TSI保護(hù)系統(tǒng)。在這里重點(diǎn)介紹電渦流探頭的選型、安裝技巧以及故障處理。

2.汽輪機(jī)安全監(jiān)視以及聯(lián)鎖功能的內(nèi)容

2.1 轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速

機(jī)器轉(zhuǎn)速值是汽輪機(jī)組開(kāi)車、停車以及穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的重要參數(shù)。而零轉(zhuǎn)速是預(yù)先設(shè)定的軸旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)運(yùn)行的機(jī)器需停車時(shí)，機(jī)器轉(zhuǎn)速達(dá)到零轉(zhuǎn)速設(shè)置點(diǎn)，繼電器觸點(diǎn)動(dòng)作，使盤車齒輪嚙合，使軸持續(xù)慢速旋轉(zhuǎn)，來(lái)防止軸產(chǎn)生彎曲，以避免在接踵而來(lái)的開(kāi)車中由于軸彎曲對(duì)機(jī)器造成損壞。

2.2 超速保護(hù)

對(duì)于機(jī)組，超速是最危險(xiǎn)的情況之一，如不加以控制，會(huì)造成機(jī)組重大的事故。

2.3 軸振動(dòng)監(jiān)測(cè)

對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械來(lái)說(shuō)，衡量其全面的機(jī)械情況，轉(zhuǎn)子徑向振動(dòng)振幅，是一個(gè)最基本的指標(biāo)。

2.4 蓋振

大軸的振動(dòng)可以傳遞到軸承殼上，該系統(tǒng)可利用速度傳感器測(cè)量機(jī)殼相對(duì)于自由空間的運(yùn)動(dòng)速度，變成位移信號(hào)。

2.5 偏心

轉(zhuǎn)子的偏心也叫軸的徑向位置，是轉(zhuǎn)子在軸承中的徑向平均位置，一旦機(jī)器承受預(yù)加負(fù)荷，軸頸就會(huì)出現(xiàn)偏心，其大小由偏心度峰-峰值來(lái)表示，即軸彎曲正方向與負(fù)方向的極值之差。

2.6 軸位移

軸在運(yùn)行中，由于各種因素會(huì)使軸在軸向有所移動(dòng)。這樣轉(zhuǎn)子和定子之間有可能發(fā)生動(dòng)靜磨擦，所以需用傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子軸向位置的變化。

2.7 脹差

脹差是轉(zhuǎn)子和汽缸之間的相對(duì)熱增長(zhǎng)的差值，超過(guò)允許間隙時(shí)，便可能產(chǎn)生磨擦。所以監(jiān)視脹差值的目的，就是在產(chǎn)生磨擦之前采取必要的措施。

2.8 熱膨脹

汽輪機(jī)在開(kāi)機(jī)過(guò)程中由于受熱使其汽缸膨脹，如果膨脹不均勻就會(huì)使汽缸變斜或翹起，知道了汽缸膨脹和脹差，就可以確定轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹率。

3.探頭工作原理

整個(gè)測(cè)量回路由趨近式探頭、延伸電纜、前置器、信號(hào)電纜、監(jiān)測(cè)器組成。根據(jù)麥克斯韋電磁理論，趨勢(shì)傳感器線圈中通入高頻電流之后，線圈周圍會(huì)發(fā)生高頻磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)穿過(guò)靠近它的轉(zhuǎn)軸金屬表面時(shí)，會(huì)在其中感應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)電渦流。根據(jù)楞次定律，這個(gè)變化的電渦流又會(huì)在它的周圍產(chǎn)生一個(gè)電渦流磁場(chǎng)，其方向和原線圈磁場(chǎng)的方面剛好相反，這兩個(gè)磁場(chǎng)相疊加，將改變?cè)€圈的阻抗。將阻抗的變化測(cè)出，并轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出，即可以反應(yīng)間隙的變化。

4.探頭的標(biāo)定

4.1 做探頭曲線原理

間隙和電壓之間成正比。但由于邊緣效應(yīng)。在其低端和高頻呈非線性關(guān)系。要準(zhǔn)確檢測(cè)軸的振動(dòng)位移變化量，必須讓探頭工作在線性段，以確保監(jiān)視儀在整個(gè)監(jiān)測(cè)范圍的準(zhǔn)確性。

4.2 傳感器校驗(yàn)

4.2.1 校驗(yàn)儀表：

TK3-2E校驗(yàn)儀；電壓表；直流穩(wěn)壓電壓

4.2.2 特性曲線校驗(yàn)

a.用把探頭固定在探頭座上，使頂端接觸到校驗(yàn)靶片，調(diào)節(jié)TK3-2E校驗(yàn)儀上千分尺，使示值對(duì)準(zhǔn)0mm；然后增加0.25mm，記錄電壓表的電壓值每次增加0.25mm間隙，直到示值為2.5mm，記錄每一次的輸出電壓，校驗(yàn)點(diǎn)不小于10點(diǎn)。

b.以所記錄的數(shù)據(jù)繪制被校探頭傳感器系統(tǒng)的間隙－電壓曲線，根據(jù)所繪制出的間隙－電壓曲線，確定傳感器系統(tǒng)的線性范圍，應(yīng)不小于2mm，計(jì)算出的傳感器系統(tǒng)的靈敏度應(yīng)為7.874v/mm，在線性范圍內(nèi)非線性偏差不大于20μm。傳感器線性范圍的中心為軸位移傳感器的靜態(tài)設(shè)定點(diǎn)。

c.振動(dòng)傳感器的校驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)記錄同軸位移傳感器一樣，同時(shí)也要繪制出傳感器系統(tǒng)間隙－電壓曲線，并計(jì)算出靈敏度。在2mm的線性范圍內(nèi)傳感器系統(tǒng)的誤差不大于5%.

4.2.3 傳感器的動(dòng)態(tài)調(diào)校步驟如下

a.將千分尺固定于TK-3振蕩器擺臂上，調(diào)好零位。然后滑動(dòng)擺臂，撥轉(zhuǎn)振動(dòng)盤使震蕩幅度等于欲校點(diǎn)值，如：50μm、100μm、150μm、200μm等固定擺臂。

b.拆下千分尺，換裝上探頭，調(diào)到曲線中點(diǎn)間隙檢查。

c.開(kāi)啟TK-3振蕩器電源，調(diào)整轉(zhuǎn)速到機(jī)組轉(zhuǎn)速3000r/n,記錄萬(wàn)用表輸出交流電壓值是否與理論計(jì)算值相等。

d.計(jì)算公式

校驗(yàn)點(diǎn)電壓值＝校驗(yàn)點(diǎn)示值×靈敏度×0.707/2

例：校驗(yàn)點(diǎn)示值為100μm，靈敏度：7.874v/mm

校驗(yàn)點(diǎn)電壓值＝100×0.007874×0.707/2＝0.278V

5.探頭的安裝及使用要求

(1)被測(cè)處軸平面不得有凹凸不平的錘痕，孔隙，或槽溝等，并經(jīng)消磁處理，托架和其他結(jié)構(gòu)的材料應(yīng)是剛性的。

(2)3300系列雙平面徑向振動(dòng)探頭，須在同一軸截面互成90°安裝。

(3)軸向位移探頭應(yīng)裝在與軸向運(yùn)行一致的表面，探頭頂端絕緣層必須保持完好、無(wú)破損，延伸電纜也一樣。

(4)為防止電磁干擾，前置器必須絕緣安裝，并應(yīng)采取正確的信號(hào)線屏蔽接地，并在控制室內(nèi)接地，避免形成接地環(huán)路。

(5)軸振動(dòng)探頭安裝間隙電壓應(yīng)在探頭線性曲線中心，軸位移探頭安裝，應(yīng)由機(jī)修人員把軸撬到零位參考位置（工作面），把軸位移探頭間隙電壓調(diào)至探頭線性曲線中心，也就是軸位移表校驗(yàn)時(shí)的零位，探頭裝好之后，還需和監(jiān)控儀核對(duì)，看是否指示零位。如零位一致，再由機(jī)修人員將軸撬到非工作面，分別看監(jiān)視儀所指示的上下行串量是否和機(jī)修人員用千分表測(cè)得的軸串量一致，若不一致，可從機(jī)械、儀表兩方面找原因，若一致，可緊固探頭。

(6)探頭支架緊固螺絲及探頭緊固都必須加彈簧墊片及墊片，防止振松。

(7)探頭與延伸電纜連接前必須用電氣清洗劑清洗，接頭必須擰緊，用生料帶包扎再用熱縮管密封，用尼龍?jiān)鷰гo。探頭及延伸電纜在機(jī)組內(nèi)必須捆扎好，防止機(jī)組軸承高速旋轉(zhuǎn)時(shí)將延伸電纜磨壞。延伸電纜引出缸體時(shí)，必須用密封膠598進(jìn)行密封防止漏油。

6.3500系統(tǒng)硬件及組態(tài)

6.1 3500系統(tǒng)硬件組成

框架：3500/05

電源：3500/15

框架接口：3500/20

通道繼電器模塊：3500/32

位移監(jiān)測(cè)器：3500/40（可用于徑向振動(dòng)、軸位移、軸偏心、差脹）

差脹/軸向位置監(jiān)視器：3500/45

轉(zhuǎn)速模塊：3500/50

超速保護(hù)模塊：3500/53

6.2 系統(tǒng)組態(tài)

硬件組態(tài)：

Rack Configuration Software為3500系統(tǒng)與用戶的人機(jī)接口，安裝好后，將計(jì)算機(jī)與3500系統(tǒng)用專用電纜連接起來(lái)便可進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)。軟件的左邊的“Options”與“Setpoints”分別為各模塊的組態(tài)及模塊報(bào)警值的設(shè)定。選擇與工作目的一致的按鈕后，便可點(diǎn)擊對(duì)應(yīng)的模塊，如選“Options”后點(diǎn)第二塊模塊后出現(xiàn)如下畫(huà)面：為各通道的簡(jiǎn)要說(shuō)明，各通道的具體參數(shù)設(shè)置可以在對(duì)應(yīng)的通道下點(diǎn)“Options”便可出現(xiàn)該通道的具體參數(shù)設(shè)置畫(huà)面。各通道的具體參數(shù)設(shè)置可以參考具體的軟件操作手冊(cè)，相對(duì)明了，不做具體介紹。當(dāng)組態(tài)修改完給，便可點(diǎn)擊主畫(huà)面上的“Download to Rack”，在確認(rèn)出現(xiàn)的對(duì)話框中后便可將新的組態(tài)下裝到3500系統(tǒng)中。

7.故障檢查及處理

常見(jiàn)故障檢查：

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)、位移指示有偏差，可用如下方法進(jìn)行檢查。（此方法是在探頭、延伸電纜正常工作的情況下）

例1：如軸振動(dòng)現(xiàn)指示150um，此軸振動(dòng)靈敏度為8.874v/mm。

1.軸振動(dòng)的峰峰值＝150×0.00874×0.707／2 =0.417V

2.再到現(xiàn)場(chǎng)前置器接線盒用萬(wàn)用表交流的擋2V擋測(cè)量前置器COM與OUT電壓是否0.417V，就可判斷此指示是否正確，是否偏大還是偏小。

例2：如軸位移現(xiàn)指示＋1mm，此軸位移靈敏度為3.94v/mm（此探頭設(shè)置為遠(yuǎn)離為正向），如零位電壓值為10V。

1.先算抽位移1mm的電壓值＝10＋3.94V×1=13.94V

2.再到現(xiàn)場(chǎng)前置器接線盒用萬(wàn)用表直流電壓擋20擋，測(cè)量前置器COM與OUT電壓是否是13.94v，就可判斷此指示是否正確。

8.結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)力事業(yè)部汽輪機(jī)組的狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)由哈汽國(guó)產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、7200狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、3300狀態(tài)系統(tǒng)，再到現(xiàn)在的3500狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)多次精心改造，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表精心維護(hù)，目前全部汽輪機(jī)狀態(tài)聯(lián)鎖系統(tǒng)運(yùn)行良好，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，為廣州石化千萬(wàn)噸煉油改擴(kuò)建提供了有力保證。