汽輪機軸振探頭安裝缺陷研究

張興業

摘 要：汽輪機軸振探頭是參與汽機主保護的關鍵設備，其測量的汽機大軸相對汽缸振動的幅值和頻率都是分析汽輪機運行狀況的重要參數和依據。如果汽輪機軸振探頭因為安裝工藝的問題發生很嚴重的測量誤差，汽機的安全運行無疑就少了一重保護，嚴重時可能會導致誤跳機。本研究以一次汽輪機振動探頭測量故障為例，通過對故障現象的分析，找到了出現故障的原因，并且提出了解決的方法。

關鍵詞：汽輪機振動 安裝工藝 振動測量 測量精度

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

1 汽輪機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大軸低壓端，盤車蓋處。按照設計院的安裝要求，軸振探頭應該垂直于大軸并與水平面45°夾角穩固地安裝在盤車蓋上，安裝時要求測量前置器輸出電壓，當電壓值為-11VDC時，定為探頭的安裝零位。汽機探頭經過檢查都已恢復運行狀態，包括2#軸振Y探頭，所有探頭電壓幅值都在標準的-11VDC測量值上。汽輪機開始啟機，一開始一切正常，但帶滿負荷一段時間以后，2#軸振Y探頭在負荷、工況不變的情況下逐漸變小，再過段時間后出現較大波動（70～107μm），2個h后，DCS顯示該測量點壞點。現場測量電壓，發現回路已經開路，因其他振動測量點數值正常，偏心和脹差等也在規定范圍以內，判斷應該是該探頭本身的問題，遂屏蔽了該測量回路的保護功能，留待停機處理。

等停機后，研究人員拆下了2#軸振Y探頭進行檢查，發現探頭表面已經磨損，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致，因為啟機前檢查過零點電壓和探頭阻值，數值顯示一切正常，表明探頭本身應該沒有什么問題，電壓幅值正常似乎也意味著探頭和大軸表面的距離應該是在正常范圍內，而且探頭故障是在運行一段時間后逐漸出現的。但檢查其他軸振探頭和偏心、脹差等測量點的電壓趨勢曲線，雖然隨著啟機過程，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，負荷帶滿后，更沒有繼續變小，而2#軸振Y探頭在負荷穩定后，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現探頭有松動的跡象。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，唯獨這個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2#X軸振探頭測量孔中伸出孔探儀探頭對2#Y進行檢查，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。由此可以得出結論，測量誤差和探頭損壞的真正原因就是因為探頭安裝沒有垂直于大軸所致。

進一步檢查發現，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象，造成傾斜角度擴大，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，最終使汽機大軸稍微向Y方向移動，就磨損了2Y探頭。所以，一開始汽機啟動前和振動較小時，2#Y軸振探頭能正常工作，當汽機轉速逐漸加大，大軸向2Y探頭方向移動時，探頭測得的數據就偏離了實際，振動值顯得偏大，直到探頭最終損壞。再對對面的2X探頭進行了檢查，發現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普遍現象。

3 汽輪機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，所以現在的問題是如何改進工藝，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，并且做了實驗，發現如果軸振探頭垂直貼緊于大軸上時，測得的電壓為0V，如果探頭傾斜一個角度，電壓就會發生變化，電壓的變化與角度的大小成比例關系，這與軸振探頭測量與金屬表面距離的原理是一致的。利用這個原理，進行了改裝。

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點，可以自由轉動一定的角度（之所以不磨平安裝孔位的內螺紋是因為想避免金屬渣掉入盤車蓋中，污染潤滑油）。將軸振探頭裝入接頭中對準大軸軸心緩慢伸入，當軸振探頭與汽機大軸貼緊后，串入前置放大器，測量電壓，當測得的電壓為0V時，探頭與大軸應該正好垂直，利用點焊固定安裝接頭。為了確定沒有因為電焊而使探頭安裝出現形變，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大致垂直，沒有明顯的傾斜，這時可以確認，探頭是與大軸垂直的。

然后按照設計院的參數，重新調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。2Y探頭振動值得到明顯改善，無論是趨勢還是數值都與其他軸系和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 結語

當振動探頭在安裝角度不可直接測量的情況下，有可能會出現不垂直的安裝問題，這不但會影響到振動測量精度，嚴重時會造成探頭損壞甚至汽機跳機的風險。有必要進行安裝工藝的改進，以提高振動測量的精度和可靠性，確保汽機的安全可靠運行。

參考文獻

[1] 張海巖.基于C8051F便攜式雙通道振動數據采集系統[D].北京：華北電力大學（北京），2016.

[2] 梁健.基于軟測量的汽輪機漏汽故障診斷[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2016.endprint