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1、过热蒸汽流量变化。
2、汽轮机叶片结垢使流通面积减小。
3、过热蒸汽温度变化。
4、机组负荷变化。
5、高压轴封大量漏汽导致轴承座温度升高。
6、高压汽封疏汽压调节变化。
7、汽轮机叶片在运行中断落。
8、汽轮机基础沉降也可会影响轴向位移的变化。
9、推力轴瓦磨损或损坏,推力瓦工作失常。
10、抽汽停用,轴向推力变化。
11、发电机转子窜动。
12、频率变化。
13、汽轮机真空变化。
14、电气式轴位移表受频率,电压的变化影响。
15、液压式轴位移表受主油泵出口油压、油温变化等影响。
16、过热蒸汽含水高,造成汽轮机“水冲击”
四、轴向位移的监视
汽轮机转子的轴向位移是用来监视推力轴承工作状况的。
近来,一些机组还装设了推力瓦油膜压力表,运行人员利用这些表计监视汽轮机推力瓦的工作状况和转子轴向位移的变化。
汽轮机轴向位移停机保护值一般为推力瓦块乌金的厚度-0.1—0.2mm,其意义是当推力瓦乌金磨损熔化而瓦胎金属尚未触及推力盘时即跳闸停机,这样推力盘和机组内部都不致损坏,机组修复也比较容易。
在推力瓦工作失常的初期,较难根据推力瓦回油温度来判断。
因为油量很大,反应不灵敏,推力瓦乌金温度表能较灵敏地反映瓦块温度的变化。
但是运行机组推力瓦块乌金温度测点位置及与乌金表面的距离,均使测得的温度不能完全代表乌金最高温度。
因此,各制造厂根据自己的经验制定了限额。
油膜压力测点能够立即对瓦块负荷变化作出反应,但对油膜压力的安全界限数值,目前还不能提出一个共同的标准。
当轴向位移增加时,运行人员应对照运行工况,检查推力瓦温度和推力瓦油回温度是否升高及差胀和缸胀情况。
如证明轴向位移表指示正确,应分析原因,并申请做变负荷试验,做好记录,汇报上级,并应针对具体情况,采取相应措施加以处。
汽轮机都有设计的推力轴承的工作面和非工作面,一般正常情况下受力应该与设计一致,即工作面承受轴向推力,但这并不是一成不变的,与安装水平、进汽方式、机组各级级压力、轴向推力的平衡情况等等有关,在某些特殊工况或异常工况下,原设计的非工作面也可承受轴向推力,但无论正向还是负向的轴位移都不能超过危险值(跳闸值)。
汽轮机推力瓦工作面与非工作面只是名称上的不同,其瓦块构造及受力能力完全相同(但由于安装定位插销及进油口的位置不同,一般安装时不好随意调换),推力瓦的工作面在运行中不一定就是受推力的瓦块。
汽轮机在全冷态时需对汽轮机的轴位移、差胀、安装间隙等参数进行定0位或测量时,用外力(如千斤顶)预加一定的力在转子的推力盘上(如10吨的力),使推力盘与推力瓦靠紧,此时就是差胀、轴位移的测量0位,推向的那一侧推力瓦侧称为推力瓦工作面。
对于高中压合缸的汽轮机,低压缸对轴向推力的大小影响比较大.正常情况下,汽机的轴向推力是指向发电机侧的,所以靠近发电机一侧的为工作面.当机组负荷急剧变化时,轴向推力的方向指向机头,靠近机头侧的一面为工作面.工作面和非工作面只是相对的,没有严格的界限.不同情况有不同的解释。
五、轴位移零位锁定
在高参数,大容量汽轮发电机组中,轴位移和胀差是直接反映汽轮机动静间隙的两项最重要的技术参数,也是两项重要保护。
如果轴系机械安装零位和监测保护系统的电气零位不统一,会发生因胀差、位移监测系统传感器的零位锁定不当,使该系统在机组启动后,测量误差较大,甚至无法正常监测和投入保护的严重事故。
因此,机组的轴位移、胀差传感器的零位锁定是直接影响机组启动后,胀差、位移监测系统能否正确反映汽轮机组的动静间隙,从而可靠投入保护的一项重要工作。
1
胀差、位移监测系统的测量原理
胀差、位移监测系统都是利用电涡流传感器的输出电压与其被测金属表面的垂直距离在一定范围内成正比的关系,将位移信号转换成电压信号送至监测仪表,从而实现监测和保护的目的。
现以垞城电厂135MW机组中N135-13.24/535/535型汽轮机组为例,对美国本特利内华达公司生产的3500-45斜坡式胀差和
3500/42轴位移监测系统的测量原理进行阐述(轴位移、胀差的测量探头采用本特利3300系列330703-00-05-10-02-00,11mm及330851-02-000-030,25mm电涡流传感器)。
1.1
本特利3500-45斜坡式胀差监测系统工作原理
在机组正常运行中,胀差传感器固定在缸体上,而传感器的被测金属表面铸造在转子上,因此,汽缸和转子受热膨胀的相对差值称为“胀差”(一般将转子的膨胀量大于汽缸的膨胀量产生的差值做为“正胀差”,反之为“负胀差”)。
根据“输出电压与被测金属表面距离成正比”的关系,该差值被电涡流传感器测得,并利用转子上被测表面加工的8°
斜坡将传感器的测量范围进行放大,其换算关系为:
δ=L×
Sin8°
式中δ:
传感器与被测斜坡表面的垂直距离;
L:
胀差。
如果传感器的正常线性测量范围为4.00mm(即δ=4.00mm),则对应被测胀差范围L为:
L=δ/Sin8°
=4.00/Sin8°
=28.74mm
由上式可知:
胀差传感器利用被测表面8°
的斜坡将其4.00mm的正常线性测量范围扩展为28.74mm的线性测量范围,从而满足了对0~20mm的实际胀差范围的测量。
传感器将其与被测斜坡表面的垂直距离转换成直流电压信号送至前置放大器进行整形放大后,输出0~24VDC电压信号至3500-45斜坡式胀差监测器,分别将A、B传感器输入的信号进行叠加运算后进行胀差显示,并输出开关量信号送至保护回路进行报警和跳闸保护。
同时输出0~10VDC、1~5VDC或4~20mA模拟量信号至DCS。
安装原理见图1。
(A、B:
330851-02-000-030,25mm型电涡流传感器)
图1传感器安装及信号传递原理图
1.2
本特利3500/42轴位移监测系统测量原理
由于本特利3500/42轴位移监测系统出厂设计为:
当测量回路开路或机组的轴向位移达到报警或跳闸值时均会发出报警和跳闸信号,故一般采用2只传感器,分别送入两个3500/42轴位移监测器,将两个监测器的开关量信号输出相“与”后做为跳机保护条件较为可靠。
现以一只传感器为例说明其工作原理。
单只轴向位移传感器的工作原理与单只胀差传感器的工作原理一样。
都是利用电涡流传感器将其与被测表面的位移转换成电压信号送至前置放大器,经整形放大后,输出0~24VDC电压信号,送至3500/42监测器进行信号处理,输出开关量信号至汽轮机跳闸保护系统实现保护功能。
同时送出4~20mA、0~10VDC、或1~5VDC模拟量信号至DCS。
图2为信号传递原理图。
(1、2:
为330703-00-05-10-02-00,11mm型电涡流传感器)
图2轴位移信号传递原理图
2
胀差、位移监测系统传感器的零位锁定
2.1
胀差、位移监测系统传感器的零位锁定必须参考的因素
(1)
大轴推力瓦的间隙△值。
(2)
大轴位置(即大轴推力盘已靠在推力瓦的工作面或非工作面)。
(3)
胀差、位移监测器及传感器的校验数据。
现以N135-13.24/535/535型汽轮机组为例,分别介绍了3500-45胀差和3500/42轴位移监测保护系统的零位锁定。
已知:
△=0.36mm,胀差监测器量程为0~20mm,轴位移监测器量程为+1.25mm,大轴推力盘靠在工作面,位置如图3所示。
轴位移传感器;
A、B:
胀差传感器)
图3胀差、轴位移传感器安装示意图
2.23500-45斜坡式胀差传感器的零位锁定步骤
因3500-45监测器的设计量程为0~20mm,而实际机组停运后会产生约0~2.50mm的负胀差(此数据可以在汽轮机厂供调试说明书中查到),因此,传感器安装零位对应监测器的显示为+2.50mm。
由传感器的校验报告可知,此种型号的传感器安装基准电压为10VDC,按此电压将A、B传感器分别固定,此时,3500-45监测器应显示为+10.00mm,然后利用千分表和可调拖架将A、B传感器同时向图3所示的胀差方向调整7.50mm,此时监测器的显示应为+2.50mm。
若大轴推力盘靠在工作面,等于将大轴从推力瓦的中间零位向机头推了1/2×
△mm,应利用可调拖架将A、B传感器同时再向图3所示的胀差方向调整1/2×
△mm后,将可调拖架锁定即可。
此时,A、B传感器的间隙δ1、δ2可按下式推算:
δ1=δAO+(1/2×
△+7.50)×
δ2=δBO-(1/2×
式中:
δAO 、δBO为A、B传感器在安装基准电压10VDC安装时,传感器与其被测表面之间的间隙。
最终零位锁定后,应记录A、B传感器的输出电压。
此时,3500-45监测器应显示为+2.32mm。
若推力盘靠在推力瓦的非工作面,则在完成第1步后,利用可调拖架将A、B传感器同时再向胀差的反方向(机头方向)调整1/2×
此时,3500-45监测器应显示为+2.68mm。
δ1、δ2可按下式推算:
δ1=δAO-(1/2×
△-7.50)×
δ2=δBO+(1/2×
2.33500/42轴位移监测系统的零位锁定
因2只轴位移传感器均无可调拖架,故以传感器的零位电压计算值锁定较为准确可靠。
△=0.36mm,大轴推力盘靠在工作面,3500/42监测器量程为+1.25mm,传感器灵敏度F=4.00V/mm,零位安装电压VO=10.00V,则零位电压X的计算:
X=VO-F×
1/2×
△=10-4.00×
0.36=9.28V
最终零位锁定后,3500/42监测器应显示为-0.18mm。
注:
若大轴推力盘靠在推力瓦非工作面,则X应按下式计算:
X=VO+F×
△
最后,按照计算出的X值安装锁定传感器。
监测器应显示为+0.18mm。
3
现场安装调试中传感器零位锁定应注意的问题
未考虑推轴间隙,表计则会产生1/2×
△mm的测量误差。
将1/2×
△mm的推轴间隙调反,表计则会产生△mm的测量误差。
胀差监测系统的零位锁定时,未考虑2.50mm的负向胀差余量,造成零位锁定错误。
在实际生产中,若出现上述问题,均会导致监测系统产生很大的测量误差,使保护系统不能正常投入。
因此,在实际胀差、位移监测系统的零位锁定中,应十分注意上述注意事项从而避免此类问题的发生。
六、轴位移安装实物图
轴位移探头安装示意图
3、轴向位移测量说明
1)机动设备在转动时,转子因本身特性会产生轴向窜动;
2)转子的窜动只要不超过一定的限度,就不会发生动静部件的碰磨,因此就会安装推力轴承限制转子轴向窜动量,安装推力轴承后转子的轴向窜动总量称为推力间隙;
该间隙大小为d;
3)从上图可以看出转子推力间隙大小:
d=C1+C2=Cf-Cb,在停机状态下,可推动转子由百分表直接测量出d值;
注:
图中所架百分表为传感器安装后走线性时用
4)当设备运转时,转子在两推力轴承之间的实际位置无法由百分表直接测量得出,因此采用轴位移探头对转子的位置实时监测,确保转子始终在两个推力轴承限定的范围内窜动。
5)当出现不正常情况时,推力轴承会磨损,转子可窜动的量将增大,为了确保动静部件之间不会碰磨,通过轴位移探头测得的轴位置如果超出前后允许的极限(该极限值大于推力间隙,也就是说允许主副推力轴承有一定量的磨损,该值由设计单位给出,即轴位移的报警和联锁值),因此一般将轴位移探头的零点定在推力轴承所限制的前后极限位置的中间,即图中所示的1位置。
4、轴位移测量原理及方法
1)机组轴位移的测量一般采用电涡流传感器来测量。
测量原理是由电涡流传感器和同其配套的前置器形成一个高频振荡器。
该振荡器的振幅(间隙电压)随着传感器探头与金属被测物的接近而衰减(这是因为随着探头与被测物之间距离发生变化(减小),探头线圈内的磁通量就会发生变化(增大),因而线圈产生的反电动势就会跟着变化(增大)。
所以该振荡器的振幅就会衰减。
)衰减的幅度与传感器探头和金属被测物之间的距离成正比。
2)我们通常使用的电涡流传感器和前置器以及二次仪表(或监测系统)为BentlyNevedaCorporation公司的产品。
该公司的电涡流传感器有3300系列和7200系列两种大类。
对轴向位移探头,其探头直径有5mm8mm11mm16mm等几种,前置器和探头的设计使前置器的输出电压变化与间隙变化相关联,电压变化与间隙变化之间的比值称为比例系数,在前置器和探头的铭牌上有比例系数。
一般为3.94mV/mm或7.87mV/mm。
位移探头的测量范围一般为-1mm到1mm或-2mm到2mm.我们常用的为-1mm到1mm,比例系数为7.87mV/mm(注意:
在10mil到90mil之间的80mil的间隙变化是线性范围)(1mil=1/1000inch=0.0254mm)。
一般传感器与前置器在出厂前已经进行了线性校准。
所以在安装时,不再校准(如需重新标定,这可以用本特利提供的专用工具TK-3校验)。
3)在对位移探头安装时,应注意到测量的是以转子在中点位置为零点的轴向移动,是正负两个方向的位移。
因此首先要确定零点的电压或电流值,保证所测量值始终在探头特性的线性范围内。
与位移探头配套的前置器有两种,一种是常用的其输出信号是电压信号,需经过Bently公司的配套监测系统3300或3500系统对信号进行处理以后,进行位移显示和安全保护联锁等功能或输出一个标准的4-20mA的电流信号给其他PLC或DCS系统去做进一步的显示和运算处理。
另一种是输出信号是一个标准的4-20mA的电流信号,该信号可直接接入PLC或DCS系统去做显示和安全保护功能。
4)对于输出信号是电压信号的前置器,在安装位移探头确定零位时,一般取间隙电压为10V左右的位置为零点(根据bently系统组态不同有差异),该电压为零点电压(U0)。
5)对于输出信号是一个标准的4-20mA的电流信号的前置器,一般都在出厂时已经由厂家调整好了零位和量程范围(根据型号),并在前置器的铭牌上注明。
这时我们需记下零点电流(I0=12mA)对应的间隙电压,以备在探头安装时用到。
5、轴位移安装方法
1)在探头安装前,应预先确定零点电压(U0)或电流(I0);
2)通常机械专业会将转子推至:
中间位置、前极限位置、后极限位置三种位置,对应关系如下:
止推盘贴紧推力轴承1(C1=0,C2=d)
前极限位置
止推盘贴紧推力轴承2(C1=d,C2=0)
后极限位置
止推盘在中间(C1=C2=d/2)
中间位置
一般两副推力轴承分为主推力轴承和副推力轴承。
轴向位移传感器安装前,应将推力盘紧靠正推力瓦或紧靠负推力瓦,推力盘即止推盘
3)因为位移盘与止推盘同时固定在转子上,所以位移盘与止推盘具有相同的位置关系,如上图所示1(中间位置)、2(前极限位置)、3(后极限位置);
4)在轴位移探头安装过程中,首先由机械专业人员测量推力间隙值(d),然后将转子推至上述三个位置的任意一个,并将实际位置一并告知仪表专业人员(中间位置一般不采用)。
5)当转子轴向实际位置确定后,安装并调整轴位移探头位置。
6)对于输出信号是电压信号的前置器:
(1)间隙电压U=U0±
KDS
U0为中点电压
DS为转子偏离中点位置的大小
K:
探头的比例系数(即探头的灵敏度V/mm)
探头与位移盘间隙比中间位置增大时取正,反之取负
两个极限位置DS为d/2.
根据上式计算转子所处实际位置时的间隙电压U
(2)初步调节轴位移探头使间隙电压为U,此时观察操作站上轴位移读数是否为±
d/2,如存在偏差,则微调探头位置,使操作站轴位移读数显示为±
d/2(符号由转子在哪个极限位置决定)。
7)对于输出信号是一个标准的4-20mA的电流信号的前置器
(1)电流I=I0±
KiDS
I0为中点电流
Ki:
比例系数
探头与位移盘间隙比中间位置增大时取负,反之取正
Ki=16/S
S为量程
根据上式计算出转子所处实际位置时的电流
(2)初步调节轴位移探头使电流为I,此时观察操作站上轴位移读数是否为±
5)锁紧探头锁紧螺母;
6)将转子调到两个极限位置,操作站轴位移应显示±
d/2,偏差不应超出1%。
6、轴向位移的影响因素
1).负荷变化.
2).叶片结垢严重.
3).汽温变化.
4).蒸汽流量变化.
5).高压轴封漏汽大,影响轴承座温度的升高.
6).频率变化.
7).运行中叶片断落.
8).水冲击.
9).推力轴瓦磨损或损坏.
10).抽汽停用,轴向推力变化.
11).发电机转子窜动.
12).高压汽封疏汽压调节变化.
13).真空变化.
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