脹差傳感器 ，軸向位移傳感器使用方法介紹

1 脹差、位移監測系統的測量原理

　　脹差、位移監測系統都是利用渦流傳感器的輸出電壓與其被測金屬表面的垂直距離在一定范圍內成正比的關系，將位移信號轉換成電壓信號送至監測儀表，從而實現監測和保護的目的。現以300 MW機組中N300-16.7/538/538型汽輪機組為例，對上海東太公司生產的HN-4型斜坡式脹差和軸位移監測系統的測量原理進行闡述（軸位移、脹差的測量一次元件均采用HN811型和HN825型渦流傳感器）。

1.1 東太HN-4斜坡式脹差監測系統工作原理

　　在機組正常運行中，脹差傳感器固定在缸體上，而傳感器的被測金屬表面鑄造在轉子上，因此，汽缸和轉子受熱膨脹的相對差值稱為“脹差”（ 一般將轉子的膨脹量大于汽缸的膨脹量產生的差值做為“正脹差”，反之為“負脹差”）。根據“輸出電壓與被測金屬表面距離成正比”的關系，該差值被渦流傳感器測得，并利用轉子上被測表面加工的8。斜坡將傳感器的測量范圍進行放大，其換算關系為：

δ=L×Sin8。

式中δ：傳感器與被測斜坡表面的垂直距離；L：脹差。

如果傳感器的正常線性測量范圍為4.00 mm（即δ＝4.00mm），則對應被測脹差范圍L為：

L=δ/Sin8。=4.00/Sin8。=28.74mm

　　由上式可知：脹差傳感器利用被測表面8。的斜坡將其4.00 mm的正常線性測量范圍擴展為28.74 mm的線性測量范圍，從而滿足了對0～20 mm的實際脹差范圍的測量。傳感器將其與被測斜坡表面的垂直距離轉換成直流電壓信號送至前置放大器進行整形放大后，輸出0～24V DC電壓信號至hn-4斜坡式脹差監測器，分別將A、B傳感器輸入的信號進行疊加運算后進行脹差顯示，并輸出開關量信號送至保護回路進行報警和跳閘保護。同時輸出0～10V DC、1～5V DC或4～20 mA模擬量信號至記錄儀。安裝原理見圖1。

（HN825型渦流傳感器）

圖1 傳感器安裝及信號傳遞原理圖

1.2東太HN-4軸位移監測系統測量原理

　　由于東太HN-4軸位移監測系統出廠設計為：當測量回路開路或機組的軸向位移達到報警或跳閘值時均會發出報警和跳閘信號，故一般采用4只傳感器，分別送入兩個東太HN-4軸位移監測器，兩兩相“與”后，再將兩個監測器的開關量信號輸出相“或”做為跳機保護條件較為可靠。現以一只傳感器為例說明其工作原理。單只軸向位移傳感器的工作原理與單只脹差傳感器的工作原理一樣。都是利用渦流傳感器將其與被測表面的位移轉換成電壓信號送至前置放大器，經整形放大后，輸出0～24V DC電壓信號，送至3300/20監測器進行信號處理，輸出開關量信號至汽輪機跳閘保護系統實現保護功能。同時送出4～20 mA、0～10V DC、或1～5V DC模擬量信號至記錄儀。圖2為信號傳遞原理圖。

圖2 軸位移信號傳遞原理圖

2 脹差、位移監測系統傳感器的零位鎖定

2.1 脹差、位移監測系統傳感器的零位鎖定必須參考的因素

（1） 大軸推力瓦的間隙△值。

（2） 大軸位置（即大軸推力盤已靠在推力瓦的工作面或非工作面）。

（3） 脹差、位移監測器及傳感器的校驗數據。

　　現以N300-16.7/538/538型汽輪機組為例，分別介紹了東太HN-4脹差和軸位移監測保護系統的零位鎖定。脹差、軸位移監測傳感器均采用東太HN800型渦流傳感器，其特性曲線如圖3所示。

圖3 渦流傳感器特性曲線

已知：△＝0.36mm，脹差監測器量程為0～20 mm，軸位移監測器量程為+1.25 mm，大軸推力盤靠在工作面，位置如圖4所示。

2.2東太HN-4斜坡式脹差傳感器的零位鎖定步驟

（1） 因東太HN-4監測器的設計量程為0～20 mm，而實際機組停運后會產生約0～2.50 mm的負脹差，因此，傳感器安裝零位對應監測器的顯示為+2.50 mm。由圖3所示傳感器的特性曲線可知，此種型號的傳感器安裝基準電壓為10V DC，按此電壓將A、B傳感器分別固定，此時，東太HN-4監測器應顯示為+10.00 mm，然后利用千分表和可調拖架將A、B傳感器同時向圖4所示的脹差方向調整7.50 mm，此時監測器的顯示應為+2.50 mm。

（1、2、3、4：軸位移傳感器；A、B：脹差傳感器）

圖4 脹差、軸位移傳感器安裝示意圖

（2） 若大軸推力盤靠在工作面，等于將大軸從推力瓦的中間零位向機頭推了1/2×△mm，應利用可調拖架將A、B傳感器同時再向圖4所示的脹差方向調整1/2×△mm后，將可調拖架鎖定即可。此時，A、B傳感器的間隙δ1、δ2可按下式推算：

δ1=δAO+（1/2×△+7.50）×Sin8。

δ2=δBO-（1/2×△+7.50）×Sin8。

　　式中：δAO　、δBO為A、B傳感器在安裝基準電壓10V DC安裝時，傳感器與其被測表面之間的間隙。zui終零位鎖定后，應記錄A、B傳感器的輸出電壓。此時，東太HN-4監測器應顯示為+2.32 mm。

（3） 若推力盤靠在推力瓦的非工作面，則在完成第1步后，利用可調拖架將A、B傳感器同時再向脹差的反方向（機頭方向）調整1/2×△mm后，將可調拖架鎖定即可。此時，東太HN-4監測器應顯示為+2.68 mm。δ1、δ2可按下式推算：

δ1=δAO-（1/2×△-7.50）×Sin8。

δ2=δBO+（1/2×△-7.50）×Sin8。

2.3東太HN-4軸位移監測系統的零位鎖定

　　因4只軸位移傳感器均無可調拖架，故以傳感器的零位電壓計算值鎖定較為準確可靠。已知：△=0.36mm，大軸推力盤靠在工作面，東太HN-4監測器量程為+1.25mm，傳感器靈敏度F=4.00V/mm，零位安裝電壓VO=10.00V，則零位電壓X的計算：

X=VO-F×1/2×△=10-4.00×1/2×0.36=9.28V

zui終零位鎖定后，東太HN-4監測器應顯示為-0.18 mm。

注：若大軸推力盤靠在推力瓦非工作面，則X應按下式計算：

X=VO+F×1/2×△

zui后，按照計算出的X值安裝鎖定傳感器。監測器應顯示為+0.18mm。

3 現場安裝調試中傳感器零位鎖定應注意的問題

（1） 未考慮推軸間隙，表計則會產生1/2×△mm的測量誤差。

（2） 將1/2×△mm的推軸間隙調反，表計則會產生△mm的測量誤差。

（3） 脹差監測系統的零位鎖定時，未考慮2.50 mm的負向脹差余量，造成零位鎖定錯誤。

　　在實際生產中，若出現上述問題，均會導致監測系統產生很大的測量誤差，使保護系統不能正常投入。因此，在實際脹差、位移監測系統的零位鎖定中，按照本文所述的零位鎖定方法則可避免此類問題的發生。

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