汽轮机轴振探头安装缺陷研究

张兴业

摘 要：汽轮机轴振探头是参与汽机主保护的关键设备，其测量的汽机大轴相对汽缸振动的幅值和频率都是分析汽轮机运行状况的重要参数和依据。如果汽轮机轴振探头因为安装工艺的问题发生很严重的测量误差，汽机的安全运行无疑就少了一重保护，严重时可能会导致误跳机。本研究以一次汽轮机振动探头测量故障为例，通过对故障现象的分析，找到了出现故障的原因，并且提出了解决的方法。

关键词：汽轮机振动 安装工艺 振动测量 测量精度

中图分类号：TK268 文献标识码：A 文章编号：1674-098X2017）07（b）-0131-02

1 汽轮机振动探头安装测量故障

如图1所示，以BENTLY公司的3300XL系列位移式振动探头为例，该探头直径8mm，探头测量范围-2.75～-16.75VDC，灵敏度7.874V/mm，2#轴振探头安装在汽轮机大轴低压端，盘车盖处。按照设计院的安装要求，轴振探头应该垂直于大轴并与水平面45°夹角稳固地安装在盘车盖上，安装时要求测量前置器输出电压，当电压值为-11VDC时，定为探头的安装零位。汽机探头经过检查都已恢复运行状态，包括2#轴振Y探头，所有探头电压幅值都在标准的-11VDC测量值上。汽轮机开始启机，一开始一切正常，但带满负荷一段时间以后，2#轴振Y探头在负荷、工况不变的情况下逐渐变小，再过段时间后出现较大波动（70～107μm），2个h后，DCS显示该测量点坏点。现场测量电压，发现回路已经开路，因其他振动测量点数值正常，偏心和胀差等也在规定范围以内，判断应该是该探头本身的问题，遂屏蔽了该测量回路的保护功能，留待停机处理。

等停机后，研究人员拆下了2#轴振Y探头进行检查，发现探头表面已经磨损，以40°夹角切出了很深的斜面。一开始，研究人员怀疑是大轴偏心导致，因为启机前检查过零点电压和探头阻值，数值显示一切正常，表明探头本身应该没有什么问题，电压幅值正常似乎也意味着探头和大轴表面的距离应该是在正常范围内，而且探头故障是在运行一段时间后逐渐出现的。但检查其他轴振探头和偏心、胀差等测量点的电压趋势曲线，虽然随着启机过程，大轴Y向的各振动探头的电压逐渐减小，X方向的轴振探头电压没有什么太大的变化，表明大轴确实有向Y方向移动，但并没有像2#轴振Y探头那样变化如此明显，负荷带满后，更没有继续变小，而2#轴振Y探头在负荷稳定后，仍然在逐渐变小，直至完全开路，所以排除了测量故障是纯粹由大轴轴心移动造成的可能性。

2 汽轮机轴振探头故障安装检测

检查安装方面的情况，探头的螺纹没有损坏，拆除之前检查也没有发现探头有松动的迹象。所以研究人员逐渐开始怀疑是不是探头安装不够垂直，其他轴振探头都是可以通过透明玻璃或直接目测判断轴振探头大致的垂直程度，唯独这个探头被盘车盖完全遮挡住了视线，无法目测。研究人员只得使用孔探仪进行检查，将2#Y轴振探头又装了回去，2#X轴振探头拆下，从这个2#X轴振探头测量孔中伸出孔探仪探头对2#Y进行检查，尽管画面有些模糊，但最终还是判断出，2#Y探头与大轴之间并没有垂直，有接近40°的夹角。由此可以得出结论，测量误差和探头损坏的真正原因就是因为探头安装没有垂直于大轴所致。

进一步检查发现，2#Y轴振探头的安装孔原本的角度就没有与大轴垂直，这一次安装过程中，因施工方用力过大，在盘车盖的安装孔上有轻微的滑牙现象，造成倾斜角度扩大，同样的-11VDC电压代表的探头与大轴之间的距离，比真正的垂直安装要小得多，最终使汽机大轴稍微向Y方向移动，就磨损了2Y探头。所以，一开始汽机启动前和振动较小时，2#Y轴振探頭能正常工作，当汽机转速逐渐加大，大轴向2Y探头方向移动时，探头测得的数据就偏离了实际，振动值显得偏大，直到探头最终损坏。再对对面的2X探头进行了检查，发现2X探头也没有完全垂直，有十几度的倾斜。看来，这是安装工艺差造成的一个普遍现象。

3 汽轮机轴振探头安装故障解决方法

如图2所示，探头的安装位置被盘车盖完全遮挡，所以现在的问题是如何改进工艺，将轴振探头在安装角度不可见也不可直接测量的情况下垂直安装于大轴。为此研究人员翻阅了一些材料和说明书，并且做了实验，发现如果轴振探头垂直贴紧于大轴上时，测得的电压为0V，如果探头倾斜一个角度，电压就会发生变化，电压的变化与角度的大小成比例关系，这与轴振探头测量与金属表面距离的原理是一致的。利用这个原理，进行了改装。

首先，把原来的安装接头的外螺纹磨平，使之比安装孔小一点点，可以自由转动一定的角度（之所以不磨平安装孔位的内螺纹是因为想避免金属渣掉入盘车盖中，污染润滑油）。将轴振探头装入接头中对准大轴轴心缓慢伸入，当轴振探头与汽机大轴贴紧后，串入前置放大器，测量电压，当测得的电压为0V时，探头与大轴应该正好垂直，利用点焊固定安装接头。为了确定没有因为电焊而使探头安装出现形变，把探头紧固螺母松开，旋出一定角度，再用手轻轻旋入探头，贴紧大轴，再测量一次电压，仍然为0V，利用孔探仪也能看到探头角度确实大致垂直，没有明显的倾斜，这时可以确认，探头是与大轴垂直的。

然后按照设计院的参数，重新调整探头与大轴的距离，并紧固螺母，检查一切无误后，重新启机。2Y探头振动值得到明显改善，无论是趋势还是数值都与其他轴系和2X探头测得的情况吻合。至此，这次2Y轴振探头安装角度误差引起的故障得到解决。

4 结语

当振动探头在安装角度不可直接测量的情况下，有可能会出现不垂直的安装问题，这不但会影响到振动测量精度，严重时会造成探头损坏甚至汽机跳机的风险。有必要进行安装工艺的改进，以提高振动测量的精度和可靠性，确保汽机的安全可靠运行。

参考文献

[1] 张海岩.基于C8051F便携式双通道振动数据采集系统[D].北京：华北电力大学（北京），2016.

[2] 梁健.基于软测量的汽轮机漏汽故障诊断[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2016.endprint