轴振传感器间隙电压测量在汽轮机抬轴试验中的应用

徐州华润电力有限公司 刘 楠 周德纯 来国庆 陈 飞

汽轮机的顶轴油系统是保障汽轮机安全的一个重要系统，主要在汽轮发电机组盘车、启动、停机过程中起到润滑、顶起汽轮机转子避免与轴瓦发生干摩擦的作用。当汽轮机在额定转速运行时，高速旋转的转子和轴承间能建立良好的楔形润滑油膜，一般不会发生轴承损坏事故。但在低转速，转子与轴承间的楔形润滑油膜尚未充分建立或建立得还不稳定，轴承处于边界润滑状态，由于受到金属表面粗糙度、润滑油质等的影响，转子与轴承间很可能发生直接接触甚至干摩擦，严重的将导致碾瓦事故。因此设立顶轴油系统，在低转速时在转子和轴承油囊之间形成静压油膜十分重要。作为顶轴油系统调试的重要部分，抬轴试验的正确实施十分关键。

近年许多电厂进行了汽轮机通流改造，采用新的汽轮机转子，而轴承大多利旧，新型转子的质量与原转子存在偏差，造成了轴承比压的变化。也存在部分电厂为提高机组的安全性，对没有配备顶轴油装置的可倾瓦轴承增装了顶轴油装置来防止碾瓦[1]。由于顶轴油泵自启动时间和系统压力对油膜形成有重要影响[2]，顶轴油系统发生变化后系统压力和启停转速需重新确定。压力的调整一般通过抬轴试验来确定，但传统架设百分表的测量方式无法在转子盘车及冲转状态下进行轴颈顶起高度的测量和调整，不能反应汽轮机在运转状态下轴颈动态变化过程，也无法为顶轴油泵启停转速调整提供依据。

1 概况

某电厂采用上海电气集团股份有限公司汽轮机厂生产的亚临界、一次中间再热、反动式、单轴、高中压缸合缸、单背压、凝汽式汽轮机，#1、#2轴承（高中压转子轴承）采用四块可倾瓦轴承，#3轴承（低压缸前轴承）采用下半可倾瓦，上半圆筒型轴承，#4轴承（低压缸后轴承）、#5、#6轴承（发电机轴承）均采用圆筒型轴承。机组配有三台额定出口压力17.5MPa顶轴油泵，两用一备；汽轮机采用电机齿轮盘车，位于4号轴承座；顶轴油由油泵供至#3左、#3右、#4、#5、#6轴承。后经改造，高中压和低压转子进行了更换，质量发生变化，并为确保安全在#1、#2轴承上增加了顶轴油。

汽轮机各轴承上一般均安装有轴振传感器，其原理为利用高频电流通过线圈产生磁场，在临近传感器的被测量金属表面形成感应电流，感应电流又影响到线圈的阻抗，最终表现为线圈两端电压的变化与线圈到被测量金属表面距离成正比。线圈两端的电压即为间隙电压，测量该电压便可算出转子表面和传感器线圈间的距离，从而计算出转子轴振。同样，测量出相互垂直的两个轴振传感器的间隙电压，通过计算便可得到转子的轴心位置[3]。若设置转子静止时的轴心位置为零位，通过测量每个轴承处的间隙电压便可得到从抬轴试验直至汽轮机定速3000rpm全过程的转子浮起高度变化，在动态情况下对因转速、润滑油温变化而导致的轴颈顶起高度变化进行跟踪及分析，为设定合理的顶轴油泵启停转速提供可靠依据。

2 机组启动过程各轴承处转子顶起高度跟踪

启机前抬轴试验：由于顶轴油系统及转子质量均发生了变化，机组启动前需进行抬轴试验，为验证采用轴振传感器间隙电压判断个轴承顶起高度的准确性，在#1～#6轴承处均架设了百分表，按要求进行传统的抬轴试验。调整各轴承顶轴油压后，根据就地百分表读数及轴振传感器间隙电压计算得到的各轴承顶起高度分别为55/56、110/107、120/129、60/68、45/52、50/54，顶轴油母管压力14.5MPa，此时润滑油温34℃，两台顶轴油泵运行。可看到，就地百分表测得的各轴承处转子顶起高度与间隙电压测得的高度基本一致。尽管增加了#1、#2轴承的顶轴油，但此时两台泵运行仍能满足正常运行需求。

盘车后各轴承处转子顶起高度变化：机组盘车后，传统架设百分表判断各轴承处转子顶起高度方法已无法进行，只能通过轴振传感器的间隙电压来继续跟踪各轴承处转子的顶起高度变化，盘车后各轴承处转子顶起高度发生一些变化，但变化不大。

冲转前各轴承处转子顶起高度变化：冲转前各轴承处转子顶起高度如表1，由于润滑油温的上升，转子的顶起高度发生了较大变化，尤其是#4轴承处转子顶起高度基本为0。此时开大#4轴承顶轴油进油门，润滑油母管压力迅速下降至11MPa，两台顶轴油泵运行已无法满足正常运行需求，需启动第三台顶轴油泵。启动第三台顶轴油泵，调整各轴颈顶起高度正常如表1。

表1 冲转前各轴承处转子顶起高度

冲转过程中各轴承处转子顶起高度变化：启动升速过程中，利用轴振传感器间隙电压对汽轮机各轴承处转子轴心轨迹进行持续监控，不同转速下转子浮起高度如图1。随着转速升高各轴承处转子浮起高度持续升高。

图1 升速过程中转子浮起高度变化图

顶轴油泵启停转速分析：从图1可看出#3、#4、#5、#6轴承处转子在汽轮机转速超过1000rpm时均已明显浮起，此时润滑油膜已基本形成，顶轴油的作用已较小可以退出；但#1、#2轴承处转子在汽轮机转速由800rpm升至1200rpm过程中浮起高度变化很小，转子自身转动形成的油膜不足以完全顶起转子，转子没有明显浮起，顶轴油仍然作用较大，如此时按之前的要求退出顶轴油泵运行，很可能对油膜形成较大冲击，导致油膜失稳甚至造成碾瓦。在汽轮机转速超过1500rpm时#1、#2轴承处转子持续稳定浮起，油膜已稳定建立，顶轴油作用已较小，此时停止顶轴油泵运行才较为妥当。

3 结语

根据分析得到以下结论：润滑油温对于汽轮机转子顶起高度影响较大，油温上升顶起高度明显下降，随着盘车后润滑油温的上升，原#4轴颈处的顶起高度由70μm左右下降至接近0μm，存在较大风险；通流改造后汽轮机转子质量发生变化，形成稳定油膜的转速也可能发生变化，采用轴振传感器间隙电压对汽轮机各轴承处转子轴心轨迹进行持续监控的方法可为顶轴油泵启停转速提供合理依据，根据轴心轨迹变化，某机组的顶轴油泵的启停转速应由1200rpm调整到1800rpm以上，可确保安全。