提高TSI系統(tǒng)脹差傳感器指示精度的安裝方法探討

王興海

（江蘇闞山發(fā)電有限公司，江蘇 徐州221134）

0 前言

監(jiān)視系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instrumentation，簡稱TSI）是汽輪機(jī)安全監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分。它是現(xiàn)場人員了解機(jī)組運行狀態(tài)，分析故障的主要依據(jù)。其對汽輪機(jī)組本體的監(jiān)測保護(hù)項目主要有振動、軸向位移、脹差、轉(zhuǎn)速、缸脹等，其中能直接反映機(jī)組動靜部分間隙的軸向位移和脹差參數(shù)顯得最為重要，已成為汽輪機(jī)組必不可少的關(guān)鍵設(shè)備之一，TSI系統(tǒng)功能的好壞直接取決于安裝在此處的元件：漲差傳感器及其前置器［1］。

1 脹差及其測量原理

1.1 脹差

汽輪機(jī)在起動及帶負(fù)荷過程中，汽缸的溫度變化很大，因而熱膨脹值較大。為保證汽缸受熱時能沿給定的方向自由膨脹，保持汽缸與轉(zhuǎn)子中心一致，同樣，汽輪機(jī)停機(jī)時，保證汽缸能按給定的方向自由收縮，汽輪機(jī)均設(shè)有滑銷系統(tǒng)。

滑銷系統(tǒng)是由橫銷、縱銷、立銷和角銷組成，分別保證汽輪機(jī)的汽缸沿橫向、縱向、垂直方向的自由膨脹、收縮；角銷一般是保證軸承座沿基礎(chǔ)臺版滑動而一端不翹起；橫銷和縱銷中心線的交點稱之為“死點”，汽缸以“死點”為基準(zhǔn)向前后左右膨脹，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子以推力軸承為死點向前后膨脹，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與汽缸的相對膨脹的差值，稱為脹差［2］。在機(jī)組啟動加熱時，轉(zhuǎn)子膨脹大于汽缸，其相對膨脹差稱為正脹差，而當(dāng)汽輪機(jī)冷卻時，轉(zhuǎn)子冷卻較快，其收縮也比汽缸快，產(chǎn)生負(fù)脹差；根據(jù)差脹的位置不同可分為高壓缸脹差、中壓缸脹差、低壓缸脹差Ⅰ、低壓缸脹差Ⅱ等。

汽輪機(jī)動靜部分按照滑銷系統(tǒng)產(chǎn)生的不同膨脹根據(jù)機(jī)組不同有所不同，江蘇闞山發(fā)電有限公司1＃600MW機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和缸體膨脹如圖1所示。汽輪機(jī)啟動時，由于受熱從冷態(tài)變?yōu)闊釕B(tài)，缸體發(fā)生熱膨脹，高中壓缸從軸承箱縱銷死點處向機(jī)頭方向膨脹，同時推動轉(zhuǎn)子通過推力盤向機(jī)頭方向移動，低壓缸從中間偏機(jī)頭側(cè)的縱銷死點向兩側(cè)膨脹，發(fā)電機(jī)從中間縱銷死點向兩側(cè)膨脹，對于轉(zhuǎn)子，則以推力盤為相對死點向發(fā)電機(jī)側(cè)膨脹。由于低壓缸體積較大，所以膨脹量較大，為了防止其動靜部分發(fā)生摩擦，測量轉(zhuǎn)子膨脹量和缸體膨脹量的差值尤為重要，這個測量值就是汽輪機(jī)的脹差。測量點選在膨脹量最大的低壓缸軸承箱處，由于轉(zhuǎn)子較缸體膨脹量更大，所以，轉(zhuǎn)子膨脹量大于缸體膨脹量為正向膨脹，反之為負(fù)向膨脹。

圖1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和缸體膨脹示意圖

汽輪機(jī)脹差是直接反映汽輪機(jī)動靜間隙的最重要的技術(shù)參數(shù)，也是重要保護(hù)之一。如果對軸系機(jī)械零位不了解，對脹差測量原理認(rèn)識不夠，會對脹差安裝帶來很大的誤差。機(jī)組在冷態(tài)啟動時，由于泊桑效應(yīng)轉(zhuǎn)子在升速時會劇烈變短，速度穩(wěn)定后加之熱膨脹效應(yīng)，轉(zhuǎn)子又會變長，汽輪機(jī)動靜部分的間隙變化劇烈，因此，機(jī)組的脹差能否精確測量這個動靜部分之間的間隙直接影響機(jī)組的安全運行。

1.2 脹差的測量原理

脹差的測量，實質(zhì)是位移的測量。對于汽輪機(jī)脹差而言，是測量轉(zhuǎn)子與汽缸的相對位移。目前現(xiàn)場普遍探頭采用電渦流原理的趨近式位移傳感器。當(dāng)被測面進(jìn)入探頭的測量范圍內(nèi)時，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，在被測面上就產(chǎn)生了與交變磁場相關(guān)聯(lián)的渦流，該渦流同被測面與探頭的間隙有關(guān)，當(dāng)此間隙減小時，被測面上渦流增大，探頭線圈的電感量減少，使振蕩器的振幅減小，前置放大器可以探測到返回信號的變化轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，送回到TSI系統(tǒng)監(jiān)測［3］。在探頭的額定測量范圍內(nèi)，測量距離與電壓反饋正線性關(guān)系，根據(jù)探頭檢定數(shù)據(jù)即可精確測量距離。

江蘇闞山發(fā)電有限公司1＃600MW機(jī)組汽輪機(jī)TSI系統(tǒng)脹差測量采用菲利普MMS6000系統(tǒng)中的6210／PR6426雙錐面測量系統(tǒng)，本文以此為例，提出了一種提高TSI系統(tǒng)脹差傳感器指示精度的安裝方法。

2 提高TSI系統(tǒng)脹差傳感器指示精度的安裝方法

2.1 雙錐面測量脹差原理

汽輪機(jī)脹差測量一般采用雙錐面測量方式，此測量裝置由左右對稱的2個探頭和2只錐面組成，如圖2所示。錐面和軸承有一夾角α（我們選定α＝14°），轉(zhuǎn)子在測點處發(fā)生左右位移時，探頭到錐面的距離發(fā)生變化，通過錐面和軸承夾角α把此間隙的變化放大，即可測量出轉(zhuǎn)子在此處的位移量。另外，由于轉(zhuǎn)子在受熱發(fā)生軸向膨脹的同時也會發(fā)生徑向膨脹，所以采用雙探頭測量可以消除軸承徑向膨脹帶來的誤差。

圖2 雙錐面測量脹差

2.2 測量范圍及選取

由錐面和軸承夾角α，可以得出公式（1）：

式中：spmax為脹差測量范圍；MR為探頭測量范圍；α為錐面和軸承夾角。

選定的2個PR6426探頭，測量范圍為0～8mm，檢定數(shù)據(jù)見表1，根據(jù)表1繪制的探頭間隙與電壓輸曲線如圖3所示（假定2探頭數(shù)據(jù)一致）。

表1 PR6426探頭檢定數(shù)據(jù)表

圖3 探頭間隙與電壓輸出線性關(guān)系

由圖3可以看出探頭測量間隙和前置放大器輸出電壓基本成線性關(guān)系，可以得出此探頭最大脹差測量范圍

此汽輪機(jī)脹差安全范圍為－4.8～20.3mm，此探頭能滿足此測量要求。為給測量范圍留出一部分余量，選擇探頭測量范圍中間部分，也是探頭最線性的部分，如圖4所示。

圖4 PR6426探頭最線性的部分曲線圖

2.3 計算零位電壓

由圖4可以得出零點測量電壓公式

式中：Uzp1、Uzp2為探頭1、2零點電壓；Uss1、Uss2為探頭1、2額定測量最小距離時的放大器輸出電壓；Usn1、Usn2為探頭1、2額定測量最大距離時的放大器輸出電壓；S0為零點偏移量（脹差零位距離探頭測量范圍零點的距離，mm）；MRs為探頭1、2額定測量范圍，取α＝14°。

Uss1＝ Uss2＝ －3.065（V），Usn1＝ Usn2＝－12.813（V），S0＝6mm，MRs＝8mm 代入式（2）、式（3）中，計算得到Uzp1＝－4.83（V），Uzp2＝－11.02（V），按此電壓安裝2探頭即可。

2.4 零點校正

以上情況是在轉(zhuǎn)子在零位時的安裝，但在平時很難做到將轉(zhuǎn)子置于零位。轉(zhuǎn)子在推力瓦工作面和非工作面的限位下會有一個推力間隙Δ（這里假如推力間隙為0.36mm），而轉(zhuǎn)子軸向位移的零位則在推力間隙的中間位置，但無法將轉(zhuǎn)子準(zhǔn)確地移動到這個位置，一般情況下會將轉(zhuǎn)子推向推力瓦的工作面，也就是轉(zhuǎn)子位移為Δ／2。因此，在初始安裝脹差的時候轉(zhuǎn)子即已有Δ／2位移量，由此可知在上面公式中：6.18（mm），帶入式（2）、式（3）中，計算得到：Uzp1＝－4.89（V），Uzp2＝－10.99（V）。

由此可知，以上2電壓才是考慮軸向位移后的安裝電壓。

3 應(yīng)用及結(jié)論

按照本文提出的這一安裝方法，在本廠1＃機(jī)組進(jìn)行了實際應(yīng)用，運行數(shù)據(jù)如圖5所示。圖5是在電廠DCS系統(tǒng)上截取的真實畫面，從圖上可以看出，運行數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)吻合，說明這一安裝方法在一定程度上提高了脹差的指示精度。

圖5 1＃機(jī)組實際應(yīng)用后脹差在DCS上的數(shù)據(jù)

［1］王鐵霖，朱延海.淺析TSI系統(tǒng)渦流傳感器安裝調(diào)試［J］.電力技術(shù)，2010，19（7）：44－50.

［2］羅國平.汽輪機(jī)組軸向位移和脹差傳感器的零位鎖定技術(shù)［J］.儀器儀表與分析測，2007（4）：29－31.

［3］霍雷，孫小龍，鄭軍偉.半速汽輪機(jī)軸位移和脹差傳感器的安裝與調(diào)整［J］.中國電力，2013，46（12）：74－78.