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(cè)量的汽機(jī)大軸相對(duì)汽缸振動(dòng)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(wèn)題發(fā)生很?chē)?yán)重的測(cè)量誤差，汽機(jī)的安全運(yùn)行無(wú)疑就少了一重保護(hù)，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致誤跳機(jī)。本研究以一次汽輪機(jī)振動(dòng)探頭測(cè)量故障為例，通過(guò)對(duì)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(dòng) 安裝工藝 振動(dòng)測(cè)量 測(cè)量精度

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

1 汽輪機(jī)振動(dòng)探頭安裝測(cè)量故障

如圖1所示，以BENTLY公司的3300XL系列位移式振動(dòng)探頭為例，該探頭直徑8mm，探頭測(cè)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(pán)車(chē)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(pán)車(chē)蓋上，安裝時(shí)要求測(cè)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(guò)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(cè)量值上。汽輪機(jī)開(kāi)始啟機(jī)，一開(kāi)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(guò)段時(shí)間后出現(xiàn)較大波動(dòng)（70～107μm），2個(gè)h后，DCS顯示該測(cè)量點(diǎn)壞點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電壓，發(fā)現(xiàn)回路已經(jīng)開(kāi)路，因其他振動(dòng)測(cè)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(wèn)題，遂屏蔽了該測(cè)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(kāi)始，研究人員懷疑是大軸偏心導(dǎo)致，因?yàn)閱C(jī)前檢查過(guò)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(méi)有什么問(wèn)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(cè)量點(diǎn)的電壓趨勢(shì)曲線，雖然隨著啟機(jī)過(guò)程，大軸Y向的各振動(dòng)探頭的電壓逐漸減小，X方向的軸振探頭電壓沒(méi)有什么太大的變化，表明大軸確實(shí)有向Y方向移動(dòng)，但并沒(méi)有像2#軸振Y探頭那樣變化如此明顯，負(fù)荷帶滿后，更沒(méi)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(kāi)路，所以排除了測(cè)量故障是純粹由大軸軸心移動(dòng)造成的可能性。

2 汽輪機(jī)軸振探頭故障安裝檢測(cè)

檢查安裝方面的情況，探頭的螺紋沒(méi)有損壞，拆除之前檢查也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)探頭有松動(dòng)的跡象。所以研究人員逐漸開(kāi)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(guò)透明玻璃或直接目測(cè)判斷軸振探頭大致的垂直程度，唯獨(dú)這個(gè)探頭被盤(pán)車(chē)蓋完全遮擋住了視線，無(wú)法目測(cè)。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(cè)量孔中伸出孔探儀探頭對(duì)2#Y進(jìn)行檢查，盡管畫(huà)面有些模糊，但最終還是判斷出，2#Y探頭與大軸之間并沒(méi)有垂直，有接近40°的夾角。由此可以得出結(jié)論，測(cè)量誤差和探頭損壞的真正原因就是因?yàn)樘筋^安裝沒(méi)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(méi)有與大軸垂直，這一次安裝過(guò)程中，因施工方用力過(guò)大，在盤(pán)車(chē)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(dòng)，就磨損了2Y探頭。所以，一開(kāi)始汽機(jī)啟動(dòng)前和振動(dòng)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(dòng)時(shí)，探頭測(cè)得的數(shù)據(jù)就偏離了實(shí)際，振動(dòng)值顯得偏大，直到探頭最終損壞。再對(duì)對(duì)面的2X探頭進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)2X探頭也沒(méi)有完全垂直，有十幾度的傾斜。看來(lái)，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(pán)車(chē)蓋完全遮擋，所以現(xiàn)在的問(wèn)題是如何改進(jìn)工藝，將軸振探頭在安裝角度不可見(jiàn)也不可直接測(cè)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(shuō)明書(shū)，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(cè)得的電壓為0V，如果探頭傾斜一個(gè)角度，電壓就會(huì)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(cè)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(lái)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(dòng)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(pán)車(chē)蓋中，污染潤(rùn)滑油）。將軸振探頭裝入接頭中對(duì)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(cè)量電壓，當(dāng)測(cè)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(méi)有因?yàn)殡姾付固筋^安裝出現(xiàn)形變，把探頭緊固螺母松開(kāi)，旋出一定角度，再用手輕輕旋入探頭，貼緊大軸，再測(cè)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(méi)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(wú)誤后，重新啟機(jī)。2Y探頭振動(dòng)值得到明顯改善，無(wú)論是趨勢(shì)還是數(shù)值都與其他軸系和2X探頭測(cè)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(yǔ)

當(dāng)振動(dòng)探頭在安裝角度不可直接測(cè)量的情況下，有可能會(huì)出現(xiàn)不垂直的安裝問(wèn)題，這不但會(huì)影響到振動(dòng)測(cè)量精度，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(dòng)測(cè)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)

[1] 張海巖.基于C8051F便攜式雙通道振動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[D].北京：華北電力大學(xué)（北京），2016.

[2] 梁健.基于軟測(cè)量的汽輪機(jī)漏汽故障診斷[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2016.endprint