汽轮机轴向位移监控系统工作原理

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汽轮机轴系监测系统

汽轮机轴系监测系统概述汽轮机轴系监测系统作为热工保护内容的一部分，是实现汽轮机组运行自动化的机组运行自动化的基础，是保证汽轮机组安全经济运行的必备装置。

汽轮机轴系监视保护项目主要包括：汽轮机振动的监测、转子轴向位移监测、转速监测、缸胀及胀差监测、偏心监测等。

由于各个汽轮机机组的形式、结构以及组成不尽相同，因而不同形式的汽轮机所配置的监视和保护装置，其项目和要求也不尽相同。

汽轮机轴系监测（TSI）系统基本参数（一）、动态运行（振动）参数1.振幅振幅是表示机组振动严重程度的一个重要指标，它可以用位移、速度或加速度表示。

根据振幅的监测，可以判断“机器是否平稳运转”。

以前对机组振动的检测，只能测得机壳振幅，虽然机壳振幅能表明某些机械故障，但由于机械结构、安装、运行条件以及机壳的位置等，转轴与机壳之间存在着阻抗，所以机壳的振动并不能直接反映转轴的振动情况，因为机壳振动不足以作为机械保护的合适参数，但是机壳振动通常作为定期监测的参数，能及早发现叶片共振等高频振动的故障现象。

由于接近式传感器能够直接测量转轴的振动状态，所以能够提供机组振动保护的重要参数，把接近式电涡流传感器永久的安装在轴承架上，便能随时观测到转轴相对于轴承座的振幅。

振动幅值一般以峰—峰密耳位移值或峰—峰微米位移值表示。

一台运行正常的机组的振幅值都是稳定在一个允许的限定值。

一般来说，振幅值的任何变化都表明机械状态有了改变。

机组的振幅无论增加或减少，操作和维修人员均应对机组作进一步调查分析。

2.频率汽轮发电机组等旋转机械的振动频率(每分钟周期数)，一般用机械转速的倍数来表示，因为机械振动频率多以机械转速的整数倍和分数倍形式出现的。

这是表示振动频率的一种简单的方法，只把振动频率表示为转速的一倍、二倍或1/2倍等，而不用把振动频率分别表示为每分钟周期数或赫兹。

在汽缸测量中，振幅和频率是可供测量和分析的惟一主要参数，所以频率分析在汽缸振幅测量中是很重要的。

汽轮机轴位移定位

汽轮机轴位移、胀差传感器的零位锁定1,测量前,先对推力轴承,外壳,球面瓦枕,调整垫片,工作瓦片,非工作瓦片,固定垫圈,支持销钉,转子推力盘等部件进行详细检查,瓦片装上后应能自由活动,各部件的接触面应无毛刺,飞边及其它杂物.2,测量时停止汽缸及转子上进行其它工作,并向轴颈及推力盘上浇透平油.3,装好千分表两块,一块装在转子的台肩或推力盘上测量转子的总串动量,另一块装在推力瓦外壳上,作监视推力瓦外壳前后窜动用;表装卡要和转子轴线平行,否则测量会有误差. 4,拴好钢丝绳,进行盘车,同时用橇杠或专用工具将转子分别尽量的推向工作瓦片侧及非工作瓦片侧,并记录表的两次读数,则两次读数的差值即为推力间隙.5,推力间隙与动静部分的间隙是相互关联的,推力轴承是用来保持转子与汽缸轴向对位置的,所以在测量及调整推力间隙时,应考虑到当转子推向工作瓦片侧时,动静间隙(叶轮与前方隔板的间隙)的最小值,应大于推力间隙.6,测量推力间隙应考虑到主轴承轴线与推力平面的不垂直度,可能影响推力间隙沿圆周不一致,导致瓦块负荷分配不均匀,引起运行中推力瓦片的温度不一致,有时甚至相差甚大.如出现这一情况,检修中必须细致检查综合瓦的垂直度,并适当微调整上下左右瓦块厚度间隙,重新负荷分配.同的汽轮机，对轴向位移的零点要求不同，有的以大轴推向工作面为零点，有的要求以推力间隙的中间位置为零点，具体要根据机组的设计要求。

以下的安装调试方法适合以推力间隙的中间位置为零点的机组：（以电涡流原理的探头为例）1、首先让机务人员测定轴向推力间隙。

（假定为D㎜）2、机务人员用千斤顶将大轴推向工作面。

3、将轴向位移探头的移动导轨移动至中间位置。

4、调整探头在支架上的位置（用万用表监视间隙电压）使间隙电压显示-10V ，然后将轴向位移探头固定在支架上并锁紧。

5、手动沿导轨移动探头支架，使间隙电压显示“X”V后，将支架锁定在导轨上。

（间隙电压“X”算法：设探头的灵敏度为aV/㎜。

关于小汽轮机轴向位移保护的说明

关于小汽轮机轴向位移保护的说明我公司小汽轮机为杭州汽轮机股份有限公司生产的单缸、单流、单轴、反动式、纯凝汽、下排汽汽轮机,型号为NK50/56/0。

该小汽轮机设有机械轴向位移保护，在已运行的机组中此机械式的轴向位移保护曾多次引起过小汽轮机的误跳闸，此误跳闸是由于安装间隙未调整好引起的，当引起我们的注意。

现将杭汽NK50/56/0小汽轮机轴向位移保护说明如下：一般情况下，汽轮机的轴向位移仅有电气轴向位移保护，但杭汽生产的小汽轮机的轴向位移保护与众不同，它分为电气轴向位移保护和机械轴向位移保护，任何一个动作，都会引起小汽轮机的跳闸。

电气轴向位移保护如下：轴位移探头安装在前轴承座的托架上，探头与前置器组成传感器系统，输出模拟量信号到TSI系统进行采集处理，当轴向位移值达到跳闸值时，TSI输出跳闸信号（开关量）到ETS，使小汽机跳闸。

机械轴向位移保护如下：机械轴向位移保护与机械超速保护构成危急保安装置，当机械轴向位移过大时，其凸肩撞击拉钩（相当于飞锤飞出撞击拉钩），使机组紧急停机。

电气轴向位移保护与其它汽轮机的原理相同，在此不再详述。

关于机械轴向位移保护的原理详述如下：通常大型机组的飞锤安装在轴头附近，在飞锤的前后附近轴的直径是不变化的，可是在杭汽的小汽轮机的轴的飞锤安装位置的前后部分却加工了两个突出的凸肩，将拉钩（即飞锤动作后飞出要撞击的那个拉钩）夹在中间，小机安装时应该测量两个间隙：○1飞锤与拉钩的径向间隙（出厂时测量为0.9mm,要求为0.8-1.0mm）○2拉钩与凸肩的轴向间隙：共有前后2个数据，这2个数据（不应该相差太大，出厂时一个是0.9mm，另一个是1.15mm）的和应该是2mm左右(出厂时测量为2.05mm,要求每一个数据在0.8mm-1.2mm之间)。

如果相差太大，说明安装人员在安装小汽轮机时使转子有了向前或者向后比较大的位移，这样使得两个凸肩中的一个与拉钩的轴向间隙变的太小了，小机在发生小的轴向位移（不应该引起跳闸的值）时会使凸肩撞击拉钩（相当于飞锤飞出撞击拉钩，使机组紧急停机），有可能引起小机误跳闸。

汽轮机TSI系统详解

汽轮机TSI系统详解汽轮机安全监视系统（TSI）是一种集保护和检测功能于一身的永久监视系统，是大型旋转机械必不可少的保护系统。

TSI可以对机组在起动、运行过程中的一些重要参数能可靠地进行监视和储存，它不仅能指示机组运行状态、记录输出信号、实现数值越限报警、出现危险信号时使机组自动停机，同时还能为故障诊断提供数据，因而广泛地应用于3MW〜600MW的各种汽轮发电机组上。

一、汽轮机安全监视的内容汽机应监视和保护的项目随蒸汽参数的升高而增多，且随机组不一而各有差异，一般有以下一些参数：（1）轴向位移监视：连续监视推力盘到推力轴承的相对位置，以保证转子与静止部件间不发生摩擦，避免灾难性事故的发生。

当轴向位移过大时，发出报警或停机信号。

（2）差胀监视：连续检测转子相对于汽缸上某基准点（通常为推力轴承）的膨胀量，一般采用电涡流探头进行测量，也可用线性差动位移变送器（LVDT）进行测量。

（3）缸胀监视：连续监测汽缸相对于基础上某一基准点（通常为滑销系统的绝对死点）的膨胀量。

由于膨胀范围大，目前一般都采用LVDT进行缸胀监视。

（4）零转速监视：连续监测转子的零转速状态。

当转速低于某规定值时，报警继电器动作，以便投入盘车装置。

（5）转速监视：连续监测转子的转速。

当转速高于设定值时给出报警信号或停机信号。

(6)振动监视：监视主轴相对于轴承座的相对振动和轴承座的绝对振动。

(7)偏心度监视:连续监视偏心度的峰-峰值和瞬时值。

转速为l~600r∕min时，主轴每转一圈测量一次偏心度峰-峰值，此值与键相脉冲同步。

当转速低于lr∕min时，机组不再盘车而停机，这时瞬时偏心度仪表的读数应最小，这就是最佳转子停车位置。

(8)相位监视：采用相位计连续测量选定的输入振动信号的相位。

输入信号取自键相信号和相对振动信号，经转换后供显示或记录。

(9)阀位指示：连续指示调速汽门的动作位置。

下表列出了一些应监视与保护的项目。

汽轮机组安全监视与保护项目一览表二、TSI系统监测的基本参数1.振动参数它包括下述五个方面：(1)振幅可用来表示位移、速度或加速度，是一种强弱程度的标志。

汽轮机轴向位移监测信号异常的原因分析与消除

汽轮机轴向位移监测信号异常的原因分析与消除[摘要]本文通过分析印尼巨港AGP电厂两次汽轮机轴向位移监测信号异常导致机组轴向位移大跳闸的案例，介绍了基于本特利内华达3500系统的汽轮机TSI轴向位移监测信号异常的原因，并找出解决方法，避免机组再次出现此类故障。

关键词: 汽轮机TSI 轴向位移本特利内华达3500 信号异常1、概述印尼巨港AGP 150MW GFCC电厂的汽轮机是哈尔滨汽轮机厂生产的N60-5.6/0.56/527/255型单缸、双压、冲动凝气式汽轮机组，于2004年投产。

汽轮机TSI监测系统采用美国本特利内华达3500系列产品。

机组投产以来，于2011年8月20号和27号出现了两次轴向位移大跳闸（如图一），通过对机组运行历史曲线和汽轮机运行状态的分析，发现两次机组跳闸都是因为轴向位移检测信号异常引起的，汽轮机轴向位移实际值并未达到跳闸值，但是两次机组跳闸误动作，说明轴向位移监测系统发生异常，机组保护靠性降低。

图一机组跳闸历史曲线2、原因分析2.1 轴向位移监测系统结构和工作原理汽轮机轴向位移是直接反应汽轮机动静部分间隙的最重要技术参数之一，也是机组最重要的保护之一。

本机组TSI 轴向位移监测系统采用本特利3500/42型监测器，实现双通道信号监视，其信号传递结构图如图二：图二轴向位移监测信号原理图本特利3500/42型轴向位移监测装置传感器采用两只3300XL-11mm电涡流传感器，以其中一只传感器为例，其原理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0V～24V DC电压信号，送至3500/42监测器进行信号处理，把两个传感器监测信号相“或”后，与系统设定值进行比较，通过本特利3500/32继电器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4～20 mA、0～10V DC、或1～5V DC模拟量信号至DCS进行监控。

2.2 机组跳闸历史曲线分析通过机组跳闸的历史记录曲线可以看出，第一次机组跳闸时，轴向位移曲线突然跃升至跳闸值，机组遮断，但是跳闸后，轴向位移监测信号仍在剧烈波动，而且峰值仍达到跳闸值。

汽轮机运行监视的重要参数

一、监视段压力的监督在凝汽式汽轮机中，除最后一、二级外，调节级汽室压力和各段抽汽压力均与主蒸汽流量成正比例变化。

根据这个原理，在运行中通过监视调节级汽室压力和各段抽汽压力，就可以有效地监视通流部分工作是否正常。

因此，通常称各抽汽段和调节级汽室的压力为监视段压力。

制造厂已根据热力和强度计算结果，给出高压汽轮机在额定负荷下，蒸汽流量和各监视段的压力值，以及允许的最大蒸汽流量和各监视段压力。

由于每台机组各有自己的特点，所以即使是对相同型号的汽轮机，在同一负荷下的各监视段压力也不完全相同。

因此，对每台机组来说，均应参照制造厂给定的数据，在安装或大修后，通流部分处于正常情况下进行实测，求得负荷、主蒸汽机流量和监视段压力的关系，以此作为平时运行监督的标准。

如果在同一负荷(流量)下监视段压力升高，则说明该监视段以后通流面积减少，多数情况是结了盐垢，有时也会由于某些金属零件碎裂和机械杂物堵塞了通流部分或叶片损伤变形等所致。

如果调节级和高压缸各抽汽段压力同时升高，则可能是中压调速汽门开度受到限制。

当某台加热器停用时，若汽轮机的进汽量不变，则将使相应抽汽段的压力升高。

监视段压力，不但要看其绝对值的升高是否超过规定值，还要监视各段之间的压差是否超过规定值。

如果某个级段的压差超过了规定值，将会使该级段隔板和动叶片的工作应力增大，从而造成设备的损坏事故。

汽轮机结垢时要进行清洗，加热器停用时，要根据具体情况决定是否需要限制负荷以及限制负荷的具体量值。

若通流部分损坏时应及时修复，暂不能修复时，也要考虑在必要时适当地限制汽轮机的负荷。

二、轴向位移及轴瓦温度的监控1、轴向位移汽轮机转子的轴向位移。

轴向位移指标是用来监视推力轴承工作状况的。

作用在转子上的轴向推力是由推力轴承担的，从而保证机组动静部分之间可靠的轴向间隙。

轴向推力过大或推力轴承自身的工作失常将会造成推力瓦块的烧损，使汽轮机发生动静部分碰磨的设备损坏事故。

汽轮机汽温低或汽缸进水时会产生巨大的轴向推力，对于高中压缸反向布置的再热机组来说，由于发生水冲击事故时，瞬间增大的轴向推力是发生在高压缸内，即轴向推力方向与高压缸内汽流方向一致，因此推力瓦的工作面将承受巨大的轴向作用力。

汽轮机轴位移、胀差传感器的零位锁定

汽轮机轴位移、胀差传感器的零位锁定一、前言汽轮机监测系统（Turbine Supervisory Instrumentation）简称TSI，是一种可靠的能连续不断地测量汽轮机发电机转子和汽缸的机械工作参数的监控系统，可用于显示机组的运行状况，提供输出信号给记录仪；并在超过设定的运行极限时发出报警。

另外，还能提供使汽机自动停机以及用于故障诊断的测量。

在全球众多TSI设备的制造厂家中，美国本特利·内华达公司（Bently Nevada）在该领域的不断发展与创新以及其在旋转和往复式机械中保护和管理的丰富经验使其在汽轮机行业尤其是中国的汽轮机市场一直占有重要份额。

〔关键词〕汽轮机胀差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135 MW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”)。

汽轮机胀差、轴向位移的产生原因

当凝汽器真空升高时，排汽温度降低，可能导致负胀差增大；反之，真空降低时，胀差可能增大。
轴封供汽温度的影响
轴封供汽温度过高或过低会影响轴封的间隙大小，进而影响汽轮机的热膨胀。
若轴封供汽温度与汽缸温度不匹配，可能导致胀差异常波动。
02 汽轮机轴向位移的产生原因
CHAPTER
推力轴承故障
推力轴承损坏或磨损
机组负荷的快速变化
负荷突增或突减
汽轮机在运行过程中，如果机组负荷发生突增或突减，会导致汽缸和转子受到的蒸汽作用力发生变化，从而引起轴向位移。
甩负荷
甩负荷是指汽轮机突然失去负荷的情况，如电网故障导致负荷突然消失。甩负荷过程中，汽轮机内部的蒸汽压力和流量会发生剧烈波动，导致轴向位移的发生。
03 汽轮机胀差和轴向位移的关联性
快速响应蒸汽参数和机组负荷的变化
01
快速响应蒸汽参数和机组负荷的变化也是预防汽轮机胀差和轴向位移的重要措施之一。蒸汽参数和机组负荷的快速变化可能导致转子热弯曲和动静摩擦等问题。
02
应加强蒸汽参数和机组负荷的监测和控制，确保在出现异常情况时能够及时发现并处理。同时，应优化控制系统的算法，提高其对蒸汽参数和机组负荷变化的响应速度。
CHAPTER
胀差与轴向位移的关系
胀差是指汽轮机转子相对于汽缸发生的膨胀或收缩，而轴向位移是指转子轴心的位置相对于汽缸的变化。
在汽轮机运行过程中，胀差和轴向位移的变化通常是相互关联的。当转子受热膨胀时，轴向位移也会随之增大，反之亦然。
胀差和轴向位移的变化通常受到多种因素的影响，如蒸汽参数、机组负荷、润滑油系统等。
推力轴承是汽轮机的重要部件，负责承受转子的轴向推力。如果推力轴承出现故障，如磨损或损坏，会导致轴向位移的发生。

汽轮机轴向位移测量系统的安装调试及故障分析

汽轮机轴向位移测量系统的安装调试及故障分析发布时间：2022-07-22T03:50:30.990Z 来源：《城镇建设》2022年第5卷3月第5期作者：周进[导读] 涡轮叶片旋转是一组转子利用叶片产生的高温高压蒸汽流作为其旋转叶片的动力能，周进山东电力建设第三工程有限公司山东青岛 266000摘要：涡轮叶片旋转是一组转子利用叶片产生的高温高压蒸汽流作为其旋转叶片的动力能，实现连续、高速往复旋转的一组涡轮机械。

为了采取技术措施，防止高温汽轮机转子轴封与转子叶轮隔板组件之间发生严重的机械摩擦损坏和机械碰撞，还必须采取积极措施，使叶片转子与旋转叶片喷嘴组之间的轴向间隙保持在相对适当的范围内，轴封的动态和静态零件之间、转子叶轮组件之间以及叶片和旋转叶片隔膜总成之间。

关键词：轴向位移；汽轮发电机；保护当汽轮机转子润滑油系统故障可能直接损坏汽轮机转子油膜结构时，机组的负荷变化，如机组压力急剧升高或负荷能力急剧下降，水的冲击或汽轮机振动较小，汽轮机叶片结垢和腐蚀，极有可能导致整个汽轮机转子的轴向推力直接增加，推力瓦的黑金燃烧，使整个汽轮机的转子轴剧烈旋转和移动，轴向位移的变化范围迅速增大，这将直接导致转子的其他动静部件在汽轮机的整个转子上发生机械摩擦和碰撞，并可能进一步导致汽轮机事故，如汽轮机叶片严重断裂、主轴严重扭转和弯曲、叶轮损坏以及其他机器运行的严重损坏。

1轴向位移测量系统轴向位移测量传感器位移测量传感器控制装置系统其主要技术组成由位移测量盘装置系统、位移测量盘传感器装置和位移检测控制系统组成。

测量盘系统，即传感器，是一组特殊的机械部件，用于安装在任何大型汽轮机的转子轴上，以便能够与整个转子－汽缸轴一起旋转以进行移动位置测量。

当汽轮机定子轴在分缸内加热膨胀或冷却高温运行时，转子缸轴和定子的整个分缸轴也会因逐渐或紧急的变形和位移而移动。

为了保证能够准确及时地测量整个转子与汽轮机转子整个轴之间的相对移动距离和变形位移，为了保证完整，避免整个定子轴与汽缸之间的变形和微量位移造成的任何直接冲击，确保正确、及时、合理地选择汽轮机测量盘相应部件的正确安装位置。

汽轮机轴向位移保护

轴向位移保护装置有液压式和电磁式两种，前者常用于中小型汽轮机上，后者则多用于大功率汽轮机上。

一、液压式轴向位移保护装置。

它主要控制活塞、随动活塞和喷油嘴等组成。

控制活塞下部的油压由轴头（或挡油盘）与喷油嘴之间的间隙决定，轴向位移正常时，油压向上作用大于弹簧向下作用力，使控制活塞处于上部位置，压力油经油口进入随动活塞的上部，克服下部弹簧的作用力将随动活塞压至下部位置。

当轴向位移超过允许值时，轴头与喷油嘴的间隙增大，泄油量增加，使控制活塞下部油压降低，弹簧将控制活塞压下，切断压力油来源，与此同时将油口与排油相通，随动活塞上部油室压力降低，随动活塞在其下部弹簧的作用下，被顶到上部位置，切断压力油去主汽阀的油口，并将油口与排油相同，自动主汽阀关闭器活塞下部的油被泄掉，主汽阀迅速关闭。

试验调整时，可手动旋进或推出喷油嘴，改变喷油嘴与轴头之间的间隙，以改变控制活塞的动作油压数值。

试验结束后，必须将喷油嘴用螺帽固定。

二、电磁式轴向位移保护装置。

大功率汽轮机上多采用电磁式轴向位移保护装置，它由轴向位移发讯器和磁力断路油门两部分组成。

它由Ⅲ型铁芯和线圈组成。

在铁芯中心导磁柱上绕有初级线圈、通交流激磁电流。

由于两侧导磁柱上有大小相等但磁通方向相反的两个串联的线圈，因而当汽轮机轴上的凸肩处于正中位置时，两侧线圈所感应的电势大小相等，方向相反，即线圈两端的电位差为零。

当汽轮机转子发生轴向位移时，一侧间隙减小，磁通增大，所感应的电势增大；另一侧间隙增大，感应的电势相应减少。

这样次级线圈就输出一个电压，该电压的大小，反映了轴向位移的大小，因此这个电压可用作轴向位移保护动作的控制讯号，当轴向位移达到危险数值时，电压达到一定数值，可通过控制回路使磁力断路油门动作，关闭主汽阀和调节气阀。

在正常工作时，电磁铁线圈不通电，活塞被弹簧压在下限位置，安全油和二次油均与回油管路隔开；当电磁铁线圈通电时，电磁铁将活塞提起，安全油与二次油都与回油相通，使汽轮机自动主汽阀与调节气阀关闭，停止汽轮机的运行。

汽轮机轴向位移装置的故障特征及处理

推力瓦后，检修回装调校轴向间隙时，在出现现场打表测出的轴向间隙与控制室后台显示的轴向间隙不
符。打表测出的轴向问隙为０５．ｍｍ，台轴向位移后显示只有０２ｍ这表明轴向位移保护装置已不能．８ｍ，
ｉｇｍｅｓｒｓｎａｕｅ．
ＫｅｒｓｅｍｔｒｉｅａｉｌｄｓｌｃｍｅｔａｌｒｓＦａｕｅｍｅｓｒｓｙｗｏｄｓ：ｔａｕｂｎ；ｘａｉｐａｅｎ；ｆｉｅｅｔｒ；ａｕｅｕ
在机组重新启动过程中，向位移达到０７３ｍ，轴．９ｍ机
汽缸上。２００３年５月完成整套机组的启动调试并
投人运行。
２汽轮机轴向位移保护装置的工作原理
轴向位移测量是指转子的推力盘相对于轴承座
的轴向位置，以用来监测推力方向和推力轴承瓦可
２００８年１７１机组在运行过程中，月３，突然发生跳闸停机现象。通过检查机组运行记录后，现各发
汽轮机轴向位移装置的故障特征及处理
陈式献
（新余钢铁集团有限公司，江西新余３８０）３０１
摘
要：汽轮机组在进行检修后经常出现轴向位移，造成检测不准。对此，介绍汽轮机轴向位移监测保护装置的重
要性和结构特点，对产生轴向位移的原因进行分析，并提出相应处理措施。
程中突然跳闸停机，新启动过程中发生转子轴向重位移超标而自动停机的。通过分析，现轴向位移发

汽轮机轴向位移的应用以及保护逻辑优化

汽轮机轴向位移的应用以及保护逻辑优化作者：王永雷来源：《中国科技博览》2013年第20期[摘要]本文对神木公司汽轮机轴向位移传感器的工作原理、安装要求以及保护逻辑的修改优化进行了详细分析，使汽轮机轴向位移保护系统，动作及时准确，提高了汽轮机运行的安全性。

[关键词]工作原理神木公司逻辑优化中图分类号：TG333.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）20-220-01一、前沿神华国华神木发电有限公司装机容量为2*110MW燃煤机组，于1999年相继投入生产运营，汽轮机轴位移监测装置采用美国内华达本特利公司生产的3300/20系列测量保护装置，轴向位移保护为汽轮机十大保护中的一项重要保护，是汽轮机安全稳定运行的重要参数指标。

二、轴向位移监测装置的组成安装以及工作原理2.1轴向位移监测装置的组成汽轮机的轴向位移由探头、信号延伸电缆、前置器和监测器组成，传感器探头为本特利3300/20探头。

2.2轴向位移的型号我厂使用的具体型号是3300/20-13-03-01-00-00；13=量程为-2～0～2mm，03=7200前置器14mm探头，01=环氧树脂密封继电器，00=不需求批准单位，00=不需要使用安保器。

轴位移探头型号：81724-01-12-10-02，其中10代表传感器引线电长度为1米，前置器型号：81725-01，14mm。

延伸电缆型号：81305-040-00，其中040=延伸电缆电长度为4米。

2.3 电涡流传感器的工作原理电涡流传感器采用的是电涡流效应，利用电涡流效应，将非电量转换为阻抗的变化（或电感的变化，或品质因数Q值的变化）来进行非电量测量。

如图 1 所示，一个通有交变电流 I1的传感器线圈由于电流的变化，在线圈周围会产生一个交变磁场 H1。

当被测导体置于该磁场范围之内时，则被测导体内便产生电涡流 I2，同时也将产生一个新磁场H2，H2 与 H1 方向相反，因而抵消部分原磁场，从而导致线圈的电感量、阻抗和品质因数 Q 发生变化。

轴向位移监视保护仪设备工艺原理

轴向位移监视保护仪设备工艺原理什么是轴向位移监视保护仪？轴向位移监视保护仪是一种用于检测旋转机器轴向位移情况的装置。

它主要由传感器、信号处理器、控制器等组成，能够实时监控机器轴向位移的变化，并做出相应的报警或停机保护措施，以保证机器安全、运行稳定。

轴向位移指机器轴线方向上的变化，而轴向位移监视保护仪是根据机器轴线上装有的传感器所采集到的信号来判断机器轴向位移的情况。

轴向位移包括机器整体的轴向移动和轴颈的变形，这些因素都会造成机器性能的下降和故障的发生。

设备工艺原理轴向位移监视保护仪的工艺原理主要分为三部分：传感器、信号处理器和控制器。

传感器传感器是轴向位移监视保护仪中的重要组成部分。

对于传感器的选择应当根据机器的实际情况进行。

传感器主要通过测量机器轴向位移来获取信号，其中包括机器整体的轴向移动和轴颈的变形。

这些变形会引起传感器输出信号的变化，从而实现对机器轴向位移情况的监测。

信号处理器传感器输出的信号需要经过信号处理器处理后才能转化成可用的监测数据。

信号处理器主要有两种常见的方式：模拟方式和数字方式。

模拟方式是在信号处理器中用一些模拟电路对原始信号进行处理，从而获得更可靠的监测数据。

数字方式是将传感器的输出转换成数字信号，然后进行数字处理，最终得到机器轴向位移的数据。

控制器控制器是轴向位移监视保护仪的核心部分，主要用于对监测到的机器轴向位移数据进行分析、判断和处理。

控制器也可根据实际情况执行对应的保护措施，以确保机器的安全运行。

控制器通常会配置有相应的软件程序，用于显示机器的监测数据、设置参数等。

总结轴向位移监视保护仪是一种可以实时监测机器轴向位移情况的装置，通过传感器、信号处理器和控制器等组成部分，实现了对机器的轴向位移数据的监测、分析和判断。

这对于机器的运行安全和稳定性非常重要。

未来，轴向位移监视保护仪将会在制造业等领域得到广泛的应用，在保证机器运行可靠的同时，也对提高机器的生产效率和节能降耗起到了重要的作用。

汽轮机轴向位移监控系统工作原理

汽轮机轴向位移监控系统工作原理黄宁摘要：发电机轴向位移监控系统是保证发电机稳定运行不可缺少的在线监控设备，它的好坏直接影响到发电机的稳定运行，本文阐述轴向位移监控系统的工作原理和故障排查方法。

关键词：轴向位移监视仪电涡传感器轴向位移监控系统1、轴向位移监视仪概述：RDZW-2Na智能轴向位移（胀差）监视保护仪式一种用于检测旋转机械轴向位移的高可靠性的检测保护装置。

它通过电涡流传感器检测位移信号，并在LED上数字显示位移值。

它可以方便地设定量程范围内的任意正负报警和停机极限。

内部带有自诊断功能，从而防止旋转机械的误停机。

可现场确认零位和增益常数，无需电位器调整，方便了现场安装调试。

2、电涡流传感器概述：电涡流传感器是一种非接触式的线性化测量工具。

具有长期工作可靠性好、测量范围宽、灵敏度高】、分辨率高、响应速度快、抗干扰力强、不受油污等介质的影响等优点，因此广泛应用于电力、石油、化工、冶金等行业对汽轮机、水轮机、鼓风机、压缩机、齿轮箱、大型冷却泵等大型旋转机械的动态和静态非接触式的位测量。

例如：径向和轴向的轴位移、胀差、轴偏心、轴振动、键相、转速。

2.1DWQZ型系列电涡流传感器由DWQZ探头、DWQZ延伸电缆、DWQZ前置器三部份组成。

2.1.1DWQZ系列探头：探头由电感、保护罩、不锈钢壳体、高频电缆、高频接头等组成，根据不同的测量范围，可以选用不同直径规格（如：￠8mm、￠11mm、￠25mm）的探头；根据不同的安装要求，可以选用不同安装方式（如：正装、反装、无螺纹）和1m或0.5m 的电缆长度的探头。

2.1.2 DWQZ系列延伸电缆：延伸电缆的两端都安装有SMA自锁插头，其中一头配备了防油保护套，专用于保护自锁插头不受油污介质污染，以提高系统可靠性。

延伸电缆可分为4m、4.5m、8m、8.5m四种。

2.1.3DWQ系列前置器：前置器是系统的核心部分，它包括了整个传感器的振荡、线性检波、滤波、线性补偿、放大等电路，与延伸电缆、探头一起构成各种规格的DWQZ型电涡传感器。

蒸汽动力系统：汽轮机转子的轴向定位机理及轴向位移的监视

推力轴承
单缸汽轮机推力轴承位置
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200MW汽轮机推力轴承位置
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东方600MW汽轮机推力轴承位置1#1#111
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2、转子在静子中间轴向位置的调整
• 总窜动：无推力瓦限制时，转子在轴向上能够来回移动的位移，取决于动\静部分的最小轴向间隙，300MW机组约为 3.0mm（保护限制的窜动范围：2.45mm)。 600MW机组约为3.0-4.0mm （保护限制的窜动范围：2.85mm) 。
单缸汽轮机单列调节级的总窜动
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推力间隙调整的步骤和意义
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3、轴向位移的定义及其监视意义
• 轴向位移：运行中，转子推力盘相对于推力瓦的轴向位置的变化值，推力盘靠在非工作面上时轴向位移为0。
• 监视意义：监视轮盘两侧与隔板的轴向间隙，防止轮盘、隔板轴向碰摩。
• 监视方法：在推力瓦块上，装磁阻式位移传感器。
第一节汽轮机转子的轴向定位机理及轴向位移的监视
• 1、推力盘及推力轴承的结构 • 2、转子轴向位置的调整 • 3、轴向位移的定义及其监视意义 • 4、制定轴向位移保护动作值的结构依据
1、推力盘及推力轴承的结构
• 推力盘：转子上。非套装，与轴整体锻造后加工。
• 基本工艺要求：受力端面与轴严格垂直，平整、光滑。测量指标：瓢偏。
4、制定轴向位移保护动作值的结构依据
• 轴向位移保护动作值。
• 单缸汽轮机：调节级内（-）和第二级轮盘与第三级隔板（+）。
• 300MW机组轴向位移保护，正向0.6发信号， 0.8动作；负向1.08发信号，1.65动作。

胀差、位移监测系统的测量原理

摘要〕胀差、轴位移是汽轮机监测保护系统最重要的两项技术参数，从理论和实际调试两方面阐述了如何正确地锁定本特利3300系统胀差、轴位移传感器的测量零位；并就如何避免实际安装调试中经常出现的问题，提出了可靠的解决方法，从而为减少因传感器零位锁定不当造成的测量、保护动作误差提供参考。

目前，由于许多机组的轴系机械安装零位和监测保护系统的电气零位不统一，经常发生检修后的机组因胀差、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，只能停机处理。

因此，检修后机组的轴位移、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300 MW机组中N300-16.7/538/538型汽轮机组为例，对美国本特利内华达公司生产的3300/46斜坡式胀差和3300/20轴位移监测系统的测量原理进行阐述(轴位移、胀差的测量一次元件均采用本特利7200系列81724-00-07-10-02涡流传感器)。

1.1 本特利3300/46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。

详解汽轮机的轴向位移

详解汽轮机的轴向位移1、轴向位移&轴向位移变化的危害汽轮机在运转中，转子沿着主轴方向的窜动称为轴向位移。

机组的轴向位移应保持在允许范围内，一般为0.8～1.0mm，超过这个数值就会引起动静部分发生摩擦，发生严重损坏事故，如轴弯曲，隔板和叶轮碎裂，汽轮机叶片断裂等。

转子轴向位移（也被成为窜轴）这一指标主要是用以监督推力承轴的工作状况。

汽轮机运行中，汽流在其通道中流动时所产生的轴向推力是由推力承轴来承担的，并由它来保持转子和汽缸的相对轴向位置。

不同负荷下轴向推力的大小是不同的，推力承轴在受压时产生的弹性变形也相应变化，所以运行中应该将位移数值和准值作比较，借以查明机组运行是否正常。

作用在汽轮机转子的轴向推力，是由推力承轴来承受的，推力承轴承受转子的轴向推力并维持汽轮机通流部分正常的动静轴向间隙。

轴向推力的变化将影响推力承轴工况的变化，进而会影响到汽轮机动静轴向间隙。

从汽轮机安全运行的角度看来，动静轴向间隙是不允许有过大的变化的，所以通常均在推力承轴部位装设汽轮机转子轴向位移监测装置，以保证汽轮机组的安全工作。

推力承轴，包括承轴座架、瓦架、油膜，并非绝对刚性，也就是说在轴向推力用下会产生一定程度的弹性位移。

如果汽轮机轴向推力过大，超过了推力承轴允许的负载限度，则会导致推力承轴的损坏，较常见到的就是推力瓦磨损和烧毁，此时推力承轴将不能保持机组动静之间的正常轴向间隙，从而将导致动静碰磨，严重时还会造成更大的设备损坏事故。

轴向位移保护装置是用来检测汽轮机转子和静子之间相对位移，它根据推力轴承承载能力和流通部分间隙规定了报警值和停机值，当轴向位移骤增值超过规定值时，轴向位移保护装置能自动报警和自动停机，防止轴向位移增大时汽轮机受到损伤。

轴向位移为正值时，大轴向发电机方向移动，若此时汽缸膨胀远小于轴的膨胀,差胀不一定向正值方向变化；如果机组参数不变，负荷稳定，差胀与轴向位移不发生变化。

机组启停过程中及蒸汽参数变化时，差胀将会发生变化，由于负荷的变化而轴向位移也一定发生变化。

汽轮机的胀差和轴向位移

胀差数值是很重要的运行参数，若胀差超限，则热工保护动作使主机脱扣，避免动静部分发生碰撞，损坏设备。
转子主要依靠汽轮机的进汽温度和流量以及轴封汽的汽温和流量来控制转子的膨胀量。启动时胀差一般向正方向发展。汽轮机在停用时，随着负荷、转速的降低，转子冷却比汽缸快，所以胀差一般向负方向发展。
转子高速旋转时，受离心力的作用，使转子发生径向和住向变形，大轴在离心力的作用下变粗变短，这种现象称为回转效应也叫泊桑效应。当转速降低时，离心力的作用减小，大轴的径长又回到原来的状态，变细变长。
使胀差向负值增大的主要原因： 1）负荷迅速下降或突然甩负荷。 2）主汽温骤减或启动时的进汽温度低于金属温度。 3）水冲击。 4）轴承油温太低。 5）轴封汽温度太低。 6）轴向位移变化。 7)真空过高，相应排汽室温降低而影响。 8）启动进转速突升，由于转子在离心力的作用下轴向尺寸缩小，尤其低差变化明显。 9）双层汽缸夹层中流入高温蒸汽，可能来自汽加热装置，也可能来自进汽套管的漏汽或者轴封漏汽。 10)汽缸夹层加热装置汽温太高或流量较大，引起加热过度。 11)滑销系统或轴承台板滑动卡涩，汽缸不缩回。 12)差胀值示表不准，或频率，电压变化影响。
使胀差向正值增大的主要因素简述如下： 1）启动时暖机时间太短，升速太快或升负荷太快。 2）汽缸夹层、法兰加热装置的加热汽温太低或流量较低，（窗户开太大，或环境太冷），引起汽加热的作用较弱。 3）滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩，汽缸胀不出。 4）轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长。 5）机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高。 6）推力轴承工作面、非工作面受力增大并磨损，轴向位移增大。 7）汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严禁冬季节里，汽机房室温太低或有穿堂冷风。