一種改進(jìn)的電渦流傳感器信號(hào)靜態(tài)測(cè)試方法

錢(qián)海龍

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)華東電力試驗(yàn)研究院有限公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)的調(diào)試是整套機(jī)組調(diào)試過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，關(guān)系著機(jī)組的運(yùn)行安全。在機(jī)組啟動(dòng)及運(yùn)行過(guò)程中，振動(dòng)信號(hào)是判斷機(jī)組正常運(yùn)行的重要依據(jù)。動(dòng)靜碰磨、徑相摩擦、轉(zhuǎn)子不平衡等問(wèn)題故障都可以通過(guò)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)來(lái)判斷，為運(yùn)行人員監(jiān)控和排除機(jī)組故障提供極大的便利。目前發(fā)電汽輪機(jī)組運(yùn)營(yíng)人員普遍采用電渦流傳感器進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，電渦流傳感器能準(zhǔn)確測(cè)量汽輪機(jī)軸與振動(dòng)探頭端面之間的相對(duì)位移變化，其工作優(yōu)勢(shì)包括非接觸測(cè)量、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、不受油水等介質(zhì)影響、可靠性好、響應(yīng)速度快等，十分適用于發(fā)電汽輪機(jī)振動(dòng)檢測(cè)，但該方法也存在所需設(shè)備較多、操作復(fù)雜的缺點(diǎn)。本文改進(jìn)后的方法可使用常規(guī)調(diào)試設(shè)備對(duì)采用電渦流傳感器的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行完整回路的靜態(tài)測(cè)試，確認(rèn)振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)功能是否完善，測(cè)試方法簡(jiǎn)單、高效且可靠。

1 電渦流傳感器工作原理

1.1 電渦流產(chǎn)生原理

電渦流傳感器主要部件包括傳感器、前置器、延伸電纜、汽輪機(jī)監(jiān)視裝置等。根據(jù)麥克斯韋爾電磁理論，傳感器線(xiàn)圈中通入高頻電流之后，線(xiàn)圈周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)H1，該磁場(chǎng)靠近其他金屬表面時(shí)，會(huì)在其表面感應(yīng)產(chǎn)生電渦流。根據(jù)楞次定律，變化的電渦流又會(huì)在其周?chē)a(chǎn)生一個(gè)電渦流磁場(chǎng)H2，其方向和原磁場(chǎng)方向相反，這兩個(gè)磁場(chǎng)相疊加會(huì)改變?cè)€(xiàn)圈的阻抗[1]。其原理圖如圖1所示。

圖1 電渦流傳感器原理圖

1.2 電渦流測(cè)量原理

電渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是抵抗檢測(cè)線(xiàn)圈形成的磁場(chǎng)，當(dāng)檢測(cè)電感線(xiàn)圈和被測(cè)體之間的相對(duì)距離發(fā)生變化時(shí)，檢測(cè)線(xiàn)圈的等效阻抗也會(huì)發(fā)生改變從而改變輸出信號(hào)[2]。當(dāng)傳感器與被測(cè)物體的表面相對(duì)距離變大時(shí)，電渦流變?nèi)酰杩箿p小，傳感器的輸出電壓變大；當(dāng)相對(duì)距離變小時(shí)，電渦流變強(qiáng)，阻抗增大，傳感器的輸出電壓變小。在一定范圍內(nèi)，在被測(cè)體的電阻率、磁導(dǎo)率及線(xiàn)圈激勵(lì)電流的頻率不變的情況下，傳感器的輸出電壓與傳感器和被測(cè)體的相對(duì)距離成線(xiàn)性關(guān)系。

2 電渦流傳感器振動(dòng)靜態(tài)測(cè)試

2.1 常規(guī)測(cè)試方法

常規(guī)汽輪機(jī)振動(dòng)靜態(tài)測(cè)試方法使用的主要設(shè)備包括信號(hào)發(fā)生器和9 V電源。其測(cè)量原理是摒棄就地傳感器，直接通過(guò)信號(hào)發(fā)生器模擬一個(gè)振蕩輸出信號(hào)至振動(dòng)檢測(cè)裝置。測(cè)量回路的構(gòu)成是拆除前置器至汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量端子的接線(xiàn)，將信號(hào)發(fā)生器負(fù)表筆接汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)信號(hào)端(signal，SIG)，9 V電源正端接汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)公共端(common ground，COM)，電源負(fù)端則接至信號(hào)發(fā)生器正表筆，如圖2所示。通過(guò)信號(hào)發(fā)生器給汽輪機(jī)監(jiān)視系統(tǒng)施加激勵(lì)信號(hào)，檢驗(yàn)汽輪機(jī)振動(dòng)信號(hào)的輸出和保護(hù)動(dòng)作是否正確。此測(cè)試方法回路不包括就地傳感器和放大器，只是通過(guò)信號(hào)發(fā)生器對(duì)汽輪機(jī)監(jiān)視裝置進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，無(wú)法保證測(cè)試回路的完整性和可靠性。同時(shí)此測(cè)試方法拆接線(xiàn)和恢復(fù)接線(xiàn)工作量較多，且需要特別注意額外增加的9V電源接線(xiàn)方式，避免對(duì)汽輪機(jī)監(jiān)視裝置和信號(hào)發(fā)生器造成損害。

圖2 常規(guī)振動(dòng)靜態(tài)測(cè)試回路示意圖

2.2 改進(jìn)后測(cè)試方法

改進(jìn)后的汽輪機(jī)振動(dòng)靜態(tài)測(cè)試方法只需要1個(gè)信號(hào)發(fā)生器，其測(cè)量原理是將信號(hào)發(fā)生器串接至振動(dòng)回路，通過(guò)改變振動(dòng)測(cè)量回路輸出實(shí)現(xiàn)靜態(tài)測(cè)試，只需拆除汽輪機(jī)監(jiān)視裝置振動(dòng)測(cè)量的SIG端子至就地設(shè)備的接線(xiàn)，另取一根長(zhǎng)度合適的線(xiàn)芯固定至SIG端，將測(cè)試儀串入振動(dòng)回路，串接測(cè)試回路示意圖如圖3所示。將信號(hào)發(fā)生器串接至振動(dòng)回路后，信號(hào)發(fā)生器設(shè)置正弦波，設(shè)置其頻率為50 Hz (此頻率信號(hào)接近于實(shí)際振動(dòng)測(cè)量元件輸出信號(hào))，通過(guò)改變峰值電壓模擬感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)信號(hào)靜態(tài)測(cè)試。此方法在靜態(tài)測(cè)試時(shí)只需拆接一組接線(xiàn)，不需要額外增加電源串接至振動(dòng)測(cè)試回路，操作更為簡(jiǎn)單安全。同時(shí)，此方法進(jìn)行振動(dòng)靜態(tài)測(cè)試時(shí)包含了就地傳感器和前置器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)信號(hào)的完整回路測(cè)試，測(cè)試結(jié)果更完整可靠。

圖3 改進(jìn)后的振動(dòng)靜態(tài)測(cè)試回路示意圖

2.3 靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)處理

某電廠(chǎng)汽輪機(jī)電渦流軸承振動(dòng)靜態(tài)測(cè)試時(shí)，采用改進(jìn)后的測(cè)試方法對(duì)汽輪機(jī)#1軸承X向振動(dòng)和#2軸承Y向振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和計(jì)算處理后發(fā)現(xiàn)，該電渦流軸承振動(dòng)靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)精度滿(mǎn)足測(cè)試要求。已知電渦流振動(dòng)傳感器靈敏度為7.87 mV/μm，安裝間隙電壓要求為-10.0 V，實(shí)際測(cè)量安裝間隙電壓為-10.0 V，靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)及誤差見(jiàn)表1所列。

表1 靜態(tài)測(cè)試數(shù)據(jù)比較

3 結(jié)語(yǔ)

常規(guī)電渦流振動(dòng)靜態(tài)測(cè)試方法和本文介紹的改進(jìn)方法的區(qū)別主要在測(cè)試回路結(jié)構(gòu)上，對(duì)于振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的檢驗(yàn)方法都是通過(guò)改變振動(dòng)監(jiān)視裝置的接收值。改進(jìn)后的測(cè)試方法回路結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單明了，將振動(dòng)整個(gè)回路包括在測(cè)試回路中，可及時(shí)有效地排除回路故障，而常規(guī)測(cè)試方法只是對(duì)汽輪機(jī)監(jiān)視裝置振動(dòng)系統(tǒng)的檢驗(yàn)，無(wú)法保證整個(gè)振動(dòng)回路正常。改進(jìn)后的測(cè)試回路拆接線(xiàn)工作量大幅降低，提高了測(cè)試效率的同時(shí)有效減少了因拆接線(xiàn)引起的錯(cuò)接、虛接等問(wèn)題，測(cè)試回路中也不需要再增加9 V電源或其他設(shè)備，減少了因增加外接設(shè)備導(dǎo)致汽輪機(jī)監(jiān)視裝置及信號(hào)發(fā)生器通道或者模件損壞的風(fēng)險(xiǎn)。