軸振傳感器間隙電壓測量在汽輪機抬軸試驗中的應用

徐州華潤電力有限公司 劉 楠 周德純 來國慶 陳 飛

汽輪機的頂軸油系統是保障汽輪機安全的一個重要系統，主要在汽輪發電機組盤車、啟動、停機過程中起到潤滑、頂起汽輪機轉子避免與軸瓦發生干摩擦的作用。當汽輪機在額定轉速運行時，高速旋轉的轉子和軸承間能建立良好的楔形潤滑油膜，一般不會發生軸承損壞事故。但在低轉速，轉子與軸承間的楔形潤滑油膜尚未充分建立或建立得還不穩定，軸承處于邊界潤滑狀態，由于受到金屬表面粗糙度、潤滑油質等的影響，轉子與軸承間很可能發生直接接觸甚至干摩擦，嚴重的將導致碾瓦事故。因此設立頂軸油系統，在低轉速時在轉子和軸承油囊之間形成靜壓油膜十分重要。作為頂軸油系統調試的重要部分，抬軸試驗的正確實施十分關鍵。

近年許多電廠進行了汽輪機通流改造，采用新的汽輪機轉子，而軸承大多利舊，新型轉子的質量與原轉子存在偏差，造成了軸承比壓的變化。也存在部分電廠為提高機組的安全性，對沒有配備頂軸油裝置的可傾瓦軸承增裝了頂軸油裝置來防止碾瓦[1]。由于頂軸油泵自啟動時間和系統壓力對油膜形成有重要影響[2]，頂軸油系統發生變化后系統壓力和啟停轉速需重新確定。壓力的調整一般通過抬軸試驗來確定，但傳統架設百分表的測量方式無法在轉子盤車及沖轉狀態下進行軸頸頂起高度的測量和調整，不能反應汽輪機在運轉狀態下軸頸動態變化過程，也無法為頂軸油泵啟停轉速調整提供依據。

1 概況

某電廠采用上海電氣集團股份有限公司汽輪機廠生產的亞臨界、一次中間再熱、反動式、單軸、高中壓缸合缸、單背壓、凝汽式汽輪機，#1、#2軸承（高中壓轉子軸承）采用四塊可傾瓦軸承，#3軸承（低壓缸前軸承）采用下半可傾瓦，上半圓筒型軸承，#4軸承（低壓缸后軸承）、#5、#6軸承（發電機軸承）均采用圓筒型軸承。機組配有三臺額定出口壓力17.5MPa頂軸油泵，兩用一備；汽輪機采用電機齒輪盤車，位于4號軸承座；頂軸油由油泵供至#3左、#3右、#4、#5、#6軸承。后經改造，高中壓和低壓轉子進行了更換，質量發生變化，并為確保安全在#1、#2軸承上增加了頂軸油。

汽輪機各軸承上一般均安裝有軸振傳感器，其原理為利用高頻電流通過線圈產生磁場，在臨近傳感器的被測量金屬表面形成感應電流，感應電流又影響到線圈的阻抗，最終表現為線圈兩端電壓的變化與線圈到被測量金屬表面距離成正比。線圈兩端的電壓即為間隙電壓，測量該電壓便可算出轉子表面和傳感器線圈間的距離，從而計算出轉子軸振。同樣，測量出相互垂直的兩個軸振傳感器的間隙電壓，通過計算便可得到轉子的軸心位置[3]。若設置轉子靜止時的軸心位置為零位，通過測量每個軸承處的間隙電壓便可得到從抬軸試驗直至汽輪機定速3000rpm全過程的轉子浮起高度變化，在動態情況下對因轉速、潤滑油溫變化而導致的軸頸頂起高度變化進行跟蹤及分析，為設定合理的頂軸油泵啟停轉速提供可靠依據。

2 機組啟動過程各軸承處轉子頂起高度跟蹤

啟機前抬軸試驗：由于頂軸油系統及轉子質量均發生了變化，機組啟動前需進行抬軸試驗，為驗證采用軸振傳感器間隙電壓判斷個軸承頂起高度的準確性，在#1～#6軸承處均架設了百分表，按要求進行傳統的抬軸試驗。調整各軸承頂軸油壓后，根據就地百分表讀數及軸振傳感器間隙電壓計算得到的各軸承頂起高度分別為55/56、110/107、120/129、60/68、45/52、50/54，頂軸油母管壓力14.5MPa，此時潤滑油溫34℃，兩臺頂軸油泵運行。可看到，就地百分表測得的各軸承處轉子頂起高度與間隙電壓測得的高度基本一致。盡管增加了#1、#2軸承的頂軸油，但此時兩臺泵運行仍能滿足正常運行需求。

盤車后各軸承處轉子頂起高度變化：機組盤車后，傳統架設百分表判斷各軸承處轉子頂起高度方法已無法進行，只能通過軸振傳感器的間隙電壓來繼續跟蹤各軸承處轉子的頂起高度變化，盤車后各軸承處轉子頂起高度發生一些變化，但變化不大。

沖轉前各軸承處轉子頂起高度變化：沖轉前各軸承處轉子頂起高度如表1，由于潤滑油溫的上升，轉子的頂起高度發生了較大變化，尤其是#4軸承處轉子頂起高度基本為0。此時開大#4軸承頂軸油進油門，潤滑油母管壓力迅速下降至11MPa，兩臺頂軸油泵運行已無法滿足正常運行需求，需啟動第三臺頂軸油泵。啟動第三臺頂軸油泵，調整各軸頸頂起高度正常如表1。

表1 沖轉前各軸承處轉子頂起高度

沖轉過程中各軸承處轉子頂起高度變化：啟動升速過程中，利用軸振傳感器間隙電壓對汽輪機各軸承處轉子軸心軌跡進行持續監控，不同轉速下轉子浮起高度如圖1。隨著轉速升高各軸承處轉子浮起高度持續升高。

圖1 升速過程中轉子浮起高度變化圖

頂軸油泵啟停轉速分析：從圖1可看出#3、#4、#5、#6軸承處轉子在汽輪機轉速超過1000rpm時均已明顯浮起，此時潤滑油膜已基本形成，頂軸油的作用已較小可以退出；但#1、#2軸承處轉子在汽輪機轉速由800rpm升至1200rpm過程中浮起高度變化很小，轉子自身轉動形成的油膜不足以完全頂起轉子，轉子沒有明顯浮起，頂軸油仍然作用較大，如此時按之前的要求退出頂軸油泵運行，很可能對油膜形成較大沖擊，導致油膜失穩甚至造成碾瓦。在汽輪機轉速超過1500rpm時#1、#2軸承處轉子持續穩定浮起，油膜已穩定建立，頂軸油作用已較小，此時停止頂軸油泵運行才較為妥當。

3 結語

根據分析得到以下結論：潤滑油溫對于汽輪機轉子頂起高度影響較大，油溫上升頂起高度明顯下降，隨著盤車后潤滑油溫的上升，原#4軸頸處的頂起高度由70μm左右下降至接近0μm，存在較大風險；通流改造后汽輪機轉子質量發生變化，形成穩定油膜的轉速也可能發生變化，采用軸振傳感器間隙電壓對汽輪機各軸承處轉子軸心軌跡進行持續監控的方法可為頂軸油泵啟停轉速提供合理依據，根據軸心軌跡變化，某機組的頂軸油泵的啟停轉速應由1200rpm調整到1800rpm以上，可確保安全。