安裝不當造成電渦流傳感器工作異常分析

張 彩，丁俊宏，陳小強，余小敏

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

電渦流傳感器（以下簡稱探頭）利用電渦流原理，將距離的變化轉化成阻抗的變化，進而通過諧振電路轉化成電壓值進行測量[1]。當電渦流探頭的安裝空間不符合要求時，其靈敏度和線性測量范圍都將發生改變，甚至不能保證輸出電壓是被測距離的線性單值函數。

基于渦流探頭的測量原理，一般電渦流探頭的安裝空間要求：被測表面材質尺寸必須符合要求；探頭產生的磁場不受其他磁場或金屬導體的影響。當有外部磁場影響該線圈產生的磁場時，電渦流的強弱就不能正確反映探頭與被測物間的間距，引起測量顯示異常[2]。測量的準確性無法保障，甚至得到完全錯誤的測量結果。本文以2例渦流探頭的安裝問題，分析其對測量特性的影響。

1 軸位移探頭的靈敏度問題

1.1 存在問題

某電動給水泵（以下簡稱電泵）的軸位移探頭與廠家設備一體供貨。設備說明指出，探頭采用Vibro-meter公司提供的TQ4X2電渦流探頭，靈敏度為4 V/mm，線性測量范圍為0.2～4.4 mm，對應電壓范圍為-1.6 V～-17.6 V，將推力盤靠在推力瓦的工作面上定為軸位移的零位，要求探頭到被測面的距離為2.5 mm，零位電壓應為-10 V左右。然而實際測量值為-7.6998 V，與根據說明書得出的計算值相差較多。為此對傳感器進行現場校驗。推力盤從推力瓦的工作面移動到非工作面時，得到的測量間隙（傳感器到被測面的距離）和對應間隙電壓函數關系曲線見圖1。

圖1 軸位移探頭線性函數曲線

函數曲線顯示，探頭在測量范圍內線性度較好，然而靈敏度只有0.5 V/mm。對探頭進行了檢查，發現安裝存在缺陷。

（1）在正對渦流探頭的測量表面上有一個直徑約5 mm、深約5 mm的凹槽，不符合渦流探頭被測面光滑平整的要求。

（2）探頭安裝的伸出部分的長度只有4.2 mm，達不到TQ4X2電渦流探頭的安裝伸出部分長度不小于10 mm的要求。如圖2所示，端蓋中心位置的探頭為軸位移探頭。

圖2 探頭安裝情況

1.2 處理步驟

按照探頭的安裝要求，對被測表面進行了處理并重新安裝。

（1）將零位間隙調整為2.5 mm，探頭外移，得到零位電壓為-7.7 V，探頭靈敏度為0.5 V/mm，線性測量范圍為-1 V～-8 V，處理后探頭的靈敏度進一步減小。

（2）用標準鋼將凹槽填平，并且打磨平整光滑。經過處理后被測表面直徑約15 mm，無法達到18 mm的要求，實驗數據見表1。

表1 軸位移探頭特性

處理前探頭的靈敏度為0.5 V/mm，線性范圍為-1 V～-8 V，零位電壓為-7.7 V，電泵軸位移的量程范圍為 （-1，+1）mm，超出了探頭的線性測量范圍。探頭特性并不能滿足測量要求。

處理后，探頭的靈敏度增大至0.8 V/mm，線性范圍沒有變化，在零位間隙不變的情況下，零位電壓移到-6.2 V，向線性范圍的中點移近。探頭的特性有所改善，但仍不能滿足測量要求。

（3）將被測表面磨去0.5 mm，并且將探頭向被測表面移動0.5 mm，探頭伸出長度增加為4.7 mm。測量數據見表2。

表2 軸位移探頭特性

探頭的靈敏度增大到1.3 V/mm，線性范圍增大至-1 V～-11 V，零位電壓為-6.9 V。線性測量范圍大大增加了，能夠滿足（-1，+1）mm的測量要求。靈敏度有所增加但總體仍偏小。

1.3 處理結果及分析

在電泵軸位移組態中設置靈敏度為1.3 V/mm，零位電壓為-6.917 V，量程為（-1，+1）mm。跳閘電泵的保護定值設為±0.75 mm。運行中，軸位移顯示為-0.03 mm左右，變化很小。然而測量值可信度不高，要徹底解決安裝空間問題的最好辦法是更換探頭安裝的端蓋，增加端蓋深度，使探頭的伸出長度達到安裝要求，被測表面的面積也應增加，使其達到渦流探頭的測量要求。

2 主機軸振顯示值偏大

2.1 問題及分析

某超超臨界汽輪機1-8號瓦分別安裝X向和Y向2個軸振探頭，采用Vibro-meter公司TQ402型號電渦流探頭。汽輪機自投盤車開始，1號軸振顯示值比其他同類型機組高，且有波動。為此做了幾次試驗，對振動數值及頻譜特性進行分析，如圖3-5所示。

幾次盤車轉速下的振動數據記錄如表3所示，顯示值為軸振的峰峰值，其中第一次沖轉到360 r/min時停留了較短時間，第二次沖轉到360 r/min后暖機1 h，停機回到盤車轉速。

圖3 1號X振動沖轉頻譜分析

圖4 1號X振動時域波形

圖5 1號Y振動時域波形

表3 軸振數據記錄 μm

綜合分析得到如下振動特性：

（1）盤車時振動值就較大，頻譜顯示有諧波分量。

（2）定速在360 r/min，頻譜分析仍存在豐富的諧波分量，分布廣且平坦。

（3）第二次沖轉至360 r/min，暖機1 h內1號軸振動持續爬升，所有頻率成份的幅值都在增加。

（4）時域波形在1個周期內存在2個向下的尖峰，沖擊較為明顯。

（5）存在轉子和缸溫越高振動就越大的情況，缸溫由275℃下降到240℃時，振動由216 μm下降至 190 μm。

2.2 處理及結果

排除熱工測量回路帶來的影響后，翻瓦進行檢查，發現1號X和1號Y軸振探頭的固定支架過短，導致探頭與側面間隙小，不能達到渦流探頭安裝要求的34 mm。采取臨時措施，用增加墊片的方法增加探頭支架長度，將探頭調整至兩個側面的中間位置，側面間距為38 mm。再次盤車和沖轉后，振動和頻譜分析顯示正常。

在探頭安裝區域內，當探頭距離周邊沒有足夠間隙時，會造成系統的輸出信號增大。另外，缸溫越高軸振值也會越大，隨著缸溫升高，轉子膨脹量大于軸承膨脹量，導致探頭與側面的距離更近，測量值進一步偏離實際值。

3 總結與建議

（1）電渦流探頭的安裝對測量非常重要，安裝不當，運行環境影響會引起測量信號異常[3]。

（2）上述電泵軸位移探頭的安裝問題如果不能解決，建議取消軸位移大跳閘電泵的保護，以免發生保護誤動。因為電泵軸向推力較小，其軸向的移動也不會很大，對軸位移的監視意義不大。

（3）振動、軸位移等探頭的安裝支架經過嚴格的設計，型號和剛度必須達到要求，以防在測量中由于支架問題帶來誤差，加裝墊片的方法只能作為應急措施，長期使用并不可取。

（4）探頭在安裝前都會經過校驗，由于現場的安裝受諸多因素影響，在軸位移探頭的安裝中一般要求將主軸在工作面和非工作面之間推移，計算探頭的靈敏度，要確保與校驗結果基本相符才能使用。

（5）如果在盤車時發現振動異常，不僅要檢查測量回路，也要對探頭的安裝和被測面進行檢查，盡早解決問題。如果軸振探頭的安裝是開孔式的，要確認開孔的直徑是否達到要求。

[1]劉凱.汽輪機試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]王蕙，陳波，孫耘.TSI系統故障原因分析與提高可靠性的建議[J].浙江電力，2007，26（5）:39-41.

[3]孫長生，王建強，項謹.汽輪機監視儀表可靠性分析與改進措施[J].中國電力，2007，40（11）：85-88.