针对汽轮机轴向位移系统安装与调试的探讨 陈锦

针对汽轮机轴向位移系统安装与调试的探讨陈锦

摘要：本文以东汽自控公司的DF2900轴向位移系统为研究对象，具体叙述了的

整个系统工作原理、探头的安装要求，并以某厂两台汽轮机DN—25F轴向位移安

装位置错误导致轴向位移超限为例深入分析。调试中深入探讨了轴向位移零点的

确定，线性化的处理、组态的方法。

关键词：电涡流传感器；安装要求；侧向间隙；线性化处理；组态

一、轴向位移的测量原理

轴向位移一般采用电涡流传感器，原理是：法拉第电磁感应原理，块状金属

导体置于变化的磁场中或在磁场中作切割磁力线运动时，导体内将产生呈涡旋状

的感应电流，此电流叫电涡流，以上现象称为电涡流效应。电涡流式传感器具体

是前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生

交变的磁场。当被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，与此

同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，两个交变磁场

的相互叠加，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈

的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。通常假定金属导体材

质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导

体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电

流强度I和频率ω参数来描述。则线圈特征阻抗可用Z=F(τ, ξ, б, D, I, ω)函数来表示。通常我们能做到控制τ, ξ, б, I, ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特

征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征

为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压

或电流的变化。

测量系统内各元件之间的连接原理是，电涡流探头与前置器上端口连接好，

前置器下端有三个端口，一个是24V,一个是OUT输出，一个COM口，这三根线

接入TSI柜内的轴向位移DF2002卡件端子上，其中屏蔽线屏蔽层在装置侧良好的单端接地接地，信号从现场输入轴向位移卡件后，卡件经运算处理后输出模拟量

4~20MA，一路至DEH显示，一路至DCS显示,和输出开关量，卡件上有4组继电器，各继电器均有一组触点输出，输出形式由软件组态设定，我厂的设置是一组

输出至DCS报警，一组输出至ETS跳机。

二、轴向位移系统的安装

在探头安装时，为了防止机械损坏，应断开探头引线与延伸电缆的连接，并

且不能采用握住传感器引线旋入的方法进行安装，正确方法及要求见下所述。

a)用工具夹住探头上的扳手平台进行传感器的旋入，并保证探头引线随之旋转。

b)每个传感器头端面对于被测面都要求垂直，最大偏移角度小于1.0度。

c) 按要求紧固探头后，接好探头引线与延伸电缆接头，再捆扎好固定在箱体内，防止运行时损坏电缆。

d)双冗余的轴向位移探头安装时，保证两探头间的最小间距，当两只探头安

装太近，以至于它们的无线电频率信号（RF）相互影响，而发生相互干扰。

e) 安装时，每个传感器都必须有足够的侧向间隙，若侧面空间不足时，将会

产生侧视现象，即涡流将会在这一区域非被测量的金属面上产生，将导致系统中

不是基于真正目标的损失。目标尺寸必须足够大，以使得能够接收到探头体前部

的全部电频率区域。故应使探头的中心与有效被测面的中心对应。因其是用电磁

感应原理，所以在考虑选型和安装时，应重点考虑电磁场的影响范围及被测表面

的尺寸大小，当被测表面尺寸最小直径为D，探头的有效直径为d,L为探头端部

长度安装时，Y为探头的信号发射范围，应确保D＞3d,若不能满足条件，则直接

影响线性范围，但是由于D是机组转动机械结构决定的，所以一般情况下，在满

足测量范围要求的前提下，应尽量选用小探头，以确保精度。X＞L时，和Y＞3d,

对测量精度无影响。X＜L时，和Y＜3d, 必会影响传感器的线性输出范围及测量

精度。

f)如我厂的两台新建的机组的轴向位移支架上部的探头输出总是超限，而下部却正常输出，两台都一样的问题，后通过示波器捕捉快速变化的电压信号，发现

有尖峰出现，并且呈周期规律出现，而此故障问题就是上述的设计安装时未按要

求安装，原因是因上部探头处于被测金属法兰盘（危机遮断法兰面）的边缘，无

法满足X＞L时，和Y＞3d的条件，故汽机一旦冲转，便超限而跳机，此后通过

加装延伸支架，即将探头移至法兰面中心位置，便解决了此问题。

三、轴向位移系统调试

1、定测量零点

零点又称基准点，此点是作为参考来定义正负轴向位移的。在机组冷态下，

一般是上气缸内壁温度在75度以下时，将机组的前轴承箱盖子吊开，再用液压

千斤顶顶将大轴朝发电机方向顶，当整个转子向电机方向推到推力盘紧贴工作瓦时，此才是测量零点，并将转子膨胀方向作为轴向位移正方向，即往发电机方向

为正轴向位移，往机头方向为负轴向位移。（具体判断方法是，设定值正值比负

值来得低，朝发电机方向顶，反之朝机头方向顶），确认是否顶到位，预先用两

个百分表，一个测大轴前端面，一个测大轴的后端面，来回顶，其间隙值值应是0.40-0.45mm，一般在安装定位瓦块及安装环时（机组大修），就会测量推力盘

至定位瓦工作面的标准间隙，应为0.40-0.45mm。定测量零位很重要，其结果直

接影响轴向位移调试成功与否。

2、调试

将百分表支架底座吸固在被测法兰金属面旁的缸体上，保持静止，表针顶住

燕尾槽上的探头支架板，并将指针顶入2mm以上，（因根据东汽DN-25F的轴向

位移设计量程是4mm,即+/-2，以便往负方向走2mm）当现场调试员扭动小滚轮，探头支架则沿着燕尾槽前进或者后退，这样可以采集数据，为探头线性化处理做

好准备。再将已供电的轴向位移前置器的OUT输出和COM口并上万用表，测量

其输出电压，对于已定好测量零位的轴向位移，用小滚轮调制输出电压为-

12V,(组态时，将此-12v写入组态框内).再已装好TSI-DF2900软件的笔记本电脑，

用其USB接口与轴向位移监视器卡件的RS232串口连接好，并设置好通讯口。打

开软件，输入密码，进入组态对话框，建立或打开所在工程，（第一次组态时，

新建工程，命名再保存），建立或打开仪表组态参数文件，并正确设定卡件ID编码，点击通讯连接，成功后，按组态说明书以及设计参数值将组态框内参数设置好，如正向危险动作值、负向危险动作值，如正向报警值、负向报警值等.

然后线性化处理，若不经过线性化处理，其误差最大将达到15%。具体方法是，将已与轴向位移监视器通讯成功的电脑切至该传感器线性化组态框，现场调

试员轻轻扭动小滚轮，一边看着百分表读数，一边看着前置器输出的万用表电压，当万用表显示-12V时，将光标落在3mm对应的框内，点击采集，采集完，组态