汽輪機(jī)軸振探頭安裝缺陷研究

張興業(yè)

摘 要：汽輪機(jī)軸振探頭是參與汽機(jī)主保護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備，其測量的汽機(jī)大軸相對汽缸振動的幅值和頻率都是分析汽輪機(jī)運(yùn)行狀況的重要參數(shù)和依據(jù)。如果汽輪機(jī)軸振探頭因?yàn)榘惭b工藝的問題發(fā)生很嚴(yán)重的測量誤差，汽機(jī)的安全運(yùn)行無疑就少了一重保護(hù)，嚴(yán)重時(shí)可能會導(dǎo)致誤跳機(jī)。本研究以一次汽輪機(jī)振動探頭測量故障為例，通過對故障現(xiàn)象的分析，找到了出現(xiàn)故障的原因，并且提出了解決的方法。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)振動 安裝工藝 振動測量 測量精度

中圖分類號：TK268 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X2017）07（b）-0131-02

1 汽輪機(jī)振動探頭安裝測量故障

如圖1所示，以BENTLY公司的3300XL系列位移式振動探頭為例，該探頭直徑8mm，探頭測量范圍-2.75～-16.75VDC，靈敏度7.874V/mm，2#軸振探頭安裝在汽輪機(jī)大軸低壓端，盤車蓋處。按照設(shè)計(jì)院的安裝要求，軸振探頭應(yīng)該垂直于大軸并與水平面45°夾角穩(wěn)固地安裝在盤車蓋上，安裝時(shí)要求測量前置器輸出電壓，當(dāng)電壓值為-11VDC時(shí)，定為探頭的安裝零位。汽機(jī)探頭經(jīng)過檢查都已恢復(fù)運(yùn)行狀態(tài)，包括2#軸振Y探頭，所有探頭電壓幅值都在標(biāo)準(zhǔn)的-11VDC測量值上。汽輪機(jī)開始啟機(jī)，一開始一切正常，但帶滿負(fù)荷一段時(shí)間以后，2#軸振Y探頭在負(fù)荷、工況不變的情況下逐漸變小，再過段時(shí)間后出現(xiàn)較大波動（70～107μm），2個(gè)h后，DCS顯示該測量點(diǎn)壞點(diǎn)?，F(xiàn)場測量電壓，發(fā)現(xiàn)回路已經(jīng)開路，因其他振動測量點(diǎn)數(shù)值正常，偏心和脹差等也在規(guī)定范圍以內(nèi)，判斷應(yīng)該是該探頭本身的問題，遂屏蔽了該測量回路的保護(hù)功能，留待停機(jī)處理。

等停機(jī)后，研究人員拆下了2#軸振Y探頭進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)探頭表面已經(jīng)磨損，以40°夾角切出了很深的斜面。一開始，研究人員懷疑是大軸偏心導(dǎo)致，因?yàn)閱C(jī)前檢查過零點(diǎn)電壓和探頭阻值，數(shù)值顯示一切正常，表明探頭本身應(yīng)該沒有什么問題，電壓幅值正常似乎也意味著探頭和大軸表面的距離應(yīng)該是在正常范圍內(nèi)，而且探頭故障是在運(yùn)行一段時(shí)間后逐漸出現(xiàn)的。但檢查其他軸振探頭和偏心、脹差等測量點(diǎn)的電壓趨勢曲線，雖然隨著啟機(jī)過程，大軸Y向的各振動探頭的電壓逐漸減小，X方向的軸振探頭電壓沒有什么太大的變化，表明大軸確實(shí)有向Y方向移動，但并沒有像2#軸振Y探頭那樣變化如此明顯，負(fù)荷帶滿后，更沒有繼續(xù)變小，而2#軸振Y探頭在負(fù)荷穩(wěn)定后，仍然在逐漸變小，直至完全開路，所以排除了測量故障是純粹由大軸軸心移動造成的可能性。

2 汽輪機(jī)軸振探頭故障安裝檢測

檢查安裝方面的情況，探頭的螺紋沒有損壞，拆除之前檢查也沒有發(fā)現(xiàn)探頭有松動的跡象。所以研究人員逐漸開始懷疑是不是探頭安裝不夠垂直，其他軸振探頭都是可以通過透明玻璃或直接目測判斷軸振探頭大致的垂直程度，唯獨(dú)這個(gè)探頭被盤車蓋完全遮擋住了視線，無法目測。研究人員只得使用孔探儀進(jìn)行檢查，將2#Y軸振探頭又裝了回去，2#X軸振探頭拆下，從這個(gè)2#X軸振探頭測量孔中伸出孔探儀探頭對2#Y進(jìn)行檢查，盡管畫面有些模糊，但最終還是判斷出，2#Y探頭與大軸之間并沒有垂直，有接近40°的夾角。由此可以得出結(jié)論，測量誤差和探頭損壞的真正原因就是因?yàn)樘筋^安裝沒有垂直于大軸所致。

進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，2#Y軸振探頭的安裝孔原本的角度就沒有與大軸垂直，這一次安裝過程中，因施工方用力過大，在盤車蓋的安裝孔上有輕微的滑牙現(xiàn)象，造成傾斜角度擴(kuò)大，同樣的-11VDC電壓代表的探頭與大軸之間的距離，比真正的垂直安裝要小得多，最終使汽機(jī)大軸稍微向Y方向移動，就磨損了2Y探頭。所以，一開始汽機(jī)啟動前和振動較小時(shí)，2#Y軸振探頭能正常工作，當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸加大，大軸向2Y探頭方向移動時(shí)，探頭測得的數(shù)據(jù)就偏離了實(shí)際，振動值顯得偏大，直到探頭最終損壞。再對對面的2X探頭進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)2X探頭也沒有完全垂直，有十幾度的傾斜。看來，這是安裝工藝差造成的一個(gè)普遍現(xiàn)象。

3 汽輪機(jī)軸振探頭安裝故障解決方法

如圖2所示，探頭的安裝位置被盤車蓋完全遮擋，所以現(xiàn)在的問題是如何改進(jìn)工藝，將軸振探頭在安裝角度不可見也不可直接測量的情況下垂直安裝于大軸。為此研究人員翻閱了一些材料和說明書，并且做了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)如果軸振探頭垂直貼緊于大軸上時(shí)，測得的電壓為0V，如果探頭傾斜一個(gè)角度，電壓就會發(fā)生變化，電壓的變化與角度的大小成比例關(guān)系，這與軸振探頭測量與金屬表面距離的原理是一致的。利用這個(gè)原理，進(jìn)行了改裝。

首先，把原來的安裝接頭的外螺紋磨平，使之比安裝孔小一點(diǎn)點(diǎn)，可以自由轉(zhuǎn)動一定的角度（之所以不磨平安裝孔位的內(nèi)螺紋是因?yàn)橄氡苊饨饘僭羧氡P車蓋中，污染潤滑油）。將軸振探頭裝入接頭中對準(zhǔn)大軸軸心緩慢伸入，當(dāng)軸振探頭與汽機(jī)大軸貼緊后，串入前置放大器，測量電壓，當(dāng)測得的電壓為0V時(shí)，探頭與大軸應(yīng)該正好垂直，利用點(diǎn)焊固定安裝接頭。為了確定沒有因?yàn)殡姾付固筋^安裝出現(xiàn)形變，把探頭緊固螺母松開，旋出一定角度，再用手輕輕旋入探頭，貼緊大軸，再測量一次電壓，仍然為0V，利用孔探儀也能看到探頭角度確實(shí)大致垂直，沒有明顯的傾斜，這時(shí)可以確認(rèn)，探頭是與大軸垂直的。

然后按照設(shè)計(jì)院的參數(shù)，重新調(diào)整探頭與大軸的距離，并緊固螺母，檢查一切無誤后，重新啟機(jī)。2Y探頭振動值得到明顯改善，無論是趨勢還是數(shù)值都與其他軸系和2X探頭測得的情況吻合。至此，這次2Y軸振探頭安裝角度誤差引起的故障得到解決。

4 結(jié)語

當(dāng)振動探頭在安裝角度不可直接測量的情況下，有可能會出現(xiàn)不垂直的安裝問題，這不但會影響到振動測量精度，嚴(yán)重時(shí)會造成探頭損壞甚至汽機(jī)跳機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。有必要進(jìn)行安裝工藝的改進(jìn)，以提高振動測量的精度和可靠性，確保汽機(jī)的安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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