CN104501714A - 汽轮机转子偏心方位角在线监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了汽轮机转子偏心方位角在线监测装置及其校准方法，包括偏心方位角测量仪以及与其相连接的标识电涡流传感器和监测电涡流传感器，标识电涡流传感器探头设置在转子轴旋转时能够旋转到基准部的位置，安装于在轴承箱固定件上，监测电涡流传感器探头对准转子轴轴承轴颈处。本发明采用监测电涡流传感器测得探头与转子轴表面的间隙，通过标识电涡流传感器算出不同间隙的位置，将所得不同角度的位移信号发送到偏心方位角测量仪上，获得最大弯曲位置的检测，实现了测量精度高，校准方法数据准确和简单方便，有效解决了现有技术中存在的检测最大值结果不准确、操作繁琐不方便的问题，同时该设备具有结构简单的特点。

Description

汽轮机转子偏心方位角在线监测装置及其监测方法

技术领域

本发明涉及一种具有测量精度高、数据准确、操作方便的汽轮机转子偏心方位角在线监测装置及其监测方法，属于汽轮机转子偏心高点位置方位角测量和在线监测技术领域。

背景技术

汽轮机在启动或停机过程中，转子轴偏心测量已成为必不可少的测量项目。它能测量到由于原有的机械弯曲、临时温升导致的弯曲、在静态下的重力弯曲等所引起的轴弯曲的幅度。汽轮机现已能够实现偏心幅值大小的精确测量，但不能够确定最大幅值发生在圆周上的确切位置。

在我国电力生产中强制执行多年的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中关于“防止汽轮机转子轴弯曲事故”中明确提出“汽轮机应具备的资料包括:转子安装原始弯曲的最大晃动值（偏心）最大弯曲点的轴向位置及在圆周方向的位置”。同时还规定：在出现严重摩擦时将转子高点置于最高位置，采取闷缸措施，监视转子弯曲度。由此可见，汽轮机转子轴偏心方位角的确定对设备的安全具有巨大的作用。

在工程现场偏心测量采用手动测量的方法，即：首先把测点打磨光滑，将千分表架固定在轴承或汽缸水平结合面上。为了测量最大晃动度的位置，需将圆周分为八等份，用笔按照逆时针方向编号。按旋转方向盘动转子，顺次对准各点进行测量，并记录各测点的数值。偏心值是直径两端相对数值的最大差值，最大晃动度的1/2即为最大弯曲值。记录最大偏心值所在八等分点出现的位置。这种手工测量由于只记录了汽轮机转子轴上8个点的读数，记录的高点其实只是一个区域而不是准确的定位转子弯曲的高点，并且操作时繁杂，并不易操作。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种汽轮机转子偏心方位角在线监测装置，结构简单，测量精度高，数据准确，校准方法简单方便，以克服现有技术存在的问题。

本发明采取的技术方案为：汽轮机转子偏心方位角在线监测装置，包括偏心方位角测量仪、标识电涡流传感器和监测电涡流传感器，所述偏心方位角测量仪上通过前置器连接有标识电涡流传感器和监测电涡流传感器，所述标识电涡流传感器探头设置在转子轴旋转时能够旋转到基准部的位置，安装于在轴承箱固定件上，所述监测电涡流传感器探头对准转子轴轴承轴颈处，探头与转子轴面保持电涡流传感器量程范围内的距离。

所述基准部可采用凹槽或者凸台，便于信号突变产生脉冲，确定旋转基准零点，以便获取最大偏心点的角度位置，并且便于制造。

所述标识电涡流传感器和监测电涡流传感器量程采用2mm以上，能够满足转子轴检测的范围。

所述转子轴表面到监测电涡流传感器的探头端面距离为监测电涡流传感器量程的四分之三，便于精确测量，避免测得数据不精确，影响检测结果。

所述凹槽或者凸台的平面长和宽最少为探头直径的3倍以上，便于精确测量，避免测得数据不精确，影响检测结果。

所述标识电涡流传感器和监测电涡流传感器采用固定支架固定连接，固定支架采用钢板制作，其上设置有穿电涡流传感器的孔，孔直径大于电涡流螺杆，通过螺钉固定连接在转子箱壁上，便于制作和安装。

汽轮机转子偏心方位角在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

（1）数据采集：偏心方位角检测仪对标识电涡流传感器的键相信号以每T_i时刻进行采集存储以及对监测电涡流传感器的偏心信号以数据X_i进行采集存储；

（2）转速稳定判别：设机组转速为N（r/min），标识电涡流传感器通过键相槽时触发一次脉冲，当采样频率                                               一定时，两次脉冲间的采集点数是一定的，两点间的角度如下式：

当连续测取多次脉冲间采集点数的平均误差在规定的范围之内时，可认为此时转子转速处于稳定状态，否则重复步骤（1）；

（3）极值判断：转速稳定后，可对数据序列ΔX_i进行极值判断，对于监测电涡流传感器在跨内的转子，X_i取极大值；对于监测电涡流传感器在跨外的转子，X_i取极小值，装置自动记录从脉冲触发至数据序列X_i取极值的总时间；

（4）极值偏心方位角确定：完成（1）、（2）、（3）步骤后，可根据采集存储数据进行偏心方位角的计算：

可得到角度位置，汽轮机转子偏心角度为：以键相位置为起点，逆汽轮机转向转动-180度即为转子偏心方位角。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明采用监测电涡流传感器测得探头与转子轴表面的间隙，通过标识电涡流传感器算出不同间隙的位置，将所得不同角度的位移信号发送到偏心方位角测量仪上，获得最大弯曲位置的检测，实现了测量精度高，校准方法简单方便和数据准确，有效解决了现有技术中存在的检测最大值结果不准确、操作繁琐不方便的问题，同时该设备具有结构简单的特点，并能正确指导现场防止汽轮机转子轴弯曲事故的发生和对已产生临时热弯曲的转子进行转子弯曲高点闷缸直轴。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的转子偏心方位角测量仪技术方案示意图；

图3是本发明的电涡流传感器采集的信号曲线图。

图中，1-标识电涡流传感器，2-偏心方位角测量仪，3-转子轴，4-前置器，5-基准部，6-监测电涡流传感器。

具体实施方式

如图1~图3所示, 汽轮机转子偏心方位角在线监测装置，其特征在于：包括偏心方位角测量仪2、标识电涡流传感器1和监测电涡流传感器6，所述偏心方位角测量仪上通过前置器4连接有标识电涡流传感器1和监测电涡流传感器6，所述标识电涡流传感器1探头设置在转子轴3旋转时能够旋转到基准部5的位置，安装于在轴承箱固定件上，所述监测电涡流传感器6探头对准转子轴承轴颈处，探头与转子轴3面保持电涡流传感器量程范围内的距离，安装于在轴承箱固定件上，采用监测电涡流传感器测得探头与转子轴表面的间隙，通过标识电涡流传感器算出不同间隙的位置，将所得不同角度的位移信号发送到偏心方位角测量仪上，获得最大弯曲位置的检测，实现了测量精度高，数据准确，操作简单方便，有效解决了现有技术中存在的检测最大值结果不准确、操作繁琐不方便的问题，同时该设备具有结构简单的特点，并能正确指导现场防止汽轮机转子轴弯曲事故的发生和对已产生临时热弯曲的转子进行转子弯曲高点闷缸直轴。

所述基准部5可采用凹槽或者凸台，便于信号突变和制造。

所述标识电涡流传感器1和监测电涡流传感器6的量程采用2mm以上，能够满足转子轴检测的范围。

所述转子轴3表面到监测电涡流传感器6的探头端面距离为监测电涡流传感器6量程的四分之三，便于精确测量，避免测得数据不精确，影响检测结果。

所述凹槽或者凸台的平面长和宽最少为探头直径的3倍以上，便于精确测量，避免测得数据不精确，影响检测结果。

所述标识电涡流传感器1和监测电涡流传感器6采用固定支架固定连接，固定支架采用钢板制作，其上设置有穿电涡流传感器的孔，孔直径大于电涡流螺杆，通过螺钉固定连接在转子箱壁上，便于制作和安装。

使用原理：如图2所示，该装置的采集过程，汽轮机转子轴或轴承上选取一个测量点（一般在轴端），在被测转子轴上设置一个凹槽或凸键，称键相标记，当这个凹槽或凸键转到标识电涡流传感器的探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲信号，轴每转一圈，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期中的位置。因此通过对脉冲计数和监测电涡流传感器的间隙电压比较，可以确定不同间隙大小位置的相位角；利用标识电涡流传感器测量转子轴上选定的键相槽作为圆周角度测量的起点为“0”度角，利用键相信号作为基准可以测量出转子轴的圆周角度，同时选取一个测量点（一般在1号轴承轴颈）利用监测电涡流传感器测量汽轮机转子轴的间隙电压。用键相脉冲信号作为转子旋转一周的标识信号，对转子转动一周内的监测电涡流传感器输出信号进行采集并比较，测出转子与电涡流传感器间隙电压值，记录间隙电压最大和最小值，然后进行量程转换，最终得到转子轴偏心度的测量值；同时，记录下最大值和最小值发生时的相位并显示和记录下来，获得如图3所示的数据曲线图。

汽轮机转子偏心方位角在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

（1）数据采集：偏心方位角检测仪对标识电涡流传感器的键相信号以每T_i时刻进行采集存储以及对监测电涡流传感器的偏心信号以数据X_i进行采集存储；

（2）转速稳定判别：设机组转速为N（r/min），标识电涡流传感器通过键相槽时触发一次脉冲，当采样频率一定时，两次脉冲间的采集点数是一定的，两点间的角度如下式：

当连续测取多次脉冲间采集点数的平均误差在规定的范围之内时，可认为此时转子转速处于稳定状态，否则重复步骤（1）；

（3）极值判断：转速稳定后，可对数据序列ΔX_i进行极值判断，对于监测电涡流传感器在跨内的转子，X_i取极大值；对于监测电涡流传感器在跨外的转子，X_i取极小值，装置自动记录从脉冲触发至数据序列X_i取极值的总时间；

（4）极值偏心方位角确定：完成（1）、（2）、（3）步骤后，可根据采集存储数据进行偏心方位角的计算：

可得到角度位置，汽轮机转子偏心角度为：以键相位置为起点，逆汽轮机转向转动-180度即为转子偏心方位角。

该数据采集卡最高采样频率为10kHz，考虑到装置多通道及实际数据处理能力，实际运行的采样频率范围应为：5kHz~10kHz，可测量偏心的最高转速为600r/min，根据上式可求出对应可达到的角分辨率为:1.8°~0.36°，对应装置上两个数据点之间的时间为0.005~0.0001s，以这样高的角分辨率为基础，如果能较好地抑制其他诸种误差因数的影响，实现高精度的偏心方位角测量。

Claims (7)

1.汽轮机转子偏心方位角在线监测装置，其特征在于：包括偏心方位角测量仪（2）、标识电涡流传感器（1）和监测电涡流传感器（6），所述偏心方位角测量仪上通过前置器（4）连接有标识电涡流传感器（1）和监测电涡流传感器（6），所述标识电涡流传感器（1）探头设置在转子轴（3）旋转时能够旋转到基准部（5）的位置，安装于在轴承箱固定件上，所述监测电涡流传感器（6）探头对准转子轴轴承轴颈处，探头与转子轴（3）面保持电涡流传感器量程范围内的距离。

2.根据权利要求1所述的汽轮机转子偏心方位角在线监测装置，其特征在于：所述基准部（5）可采用凹槽或者凸台。

3.根据权利要求1所述的汽轮机转子偏心方位角在线监测装置，其特征在于：所述标识电涡流传感器（1）和监测电涡流传感器（6）量程采用2mm以上。

4.根据权利要求1所述的汽轮机转子偏心方位角在线监测装置，其特征在于：所述转子轴（3）表面离监测电涡流传感器（6）的探头端面距离为监测电涡流传感器（6）量程的四分之三。

5.根据权利要求2所述的汽轮机转子偏心方位角在线监测装置，其特征在于：所述凹槽或者凸台的平面长和宽最少为探头直径的3倍以上。

6.根据权利要求1所述的汽轮机转子偏心方位角在线监测装置，其特征在于：所述标识电涡流传感器（1）和监测电涡流传感器（6）采用固定支架固定连接，固定支架采用钢板制作，其上设置有穿电涡流传感器的孔，孔直径大于电涡流螺杆，通过螺钉固定连接在转子箱壁上。

7.采用如权利要求1~6其中之一所述的汽轮机转子偏心方位角在线监测装置的监测方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）数据采集：偏心方位角检测仪对标识电涡流传感器的键相信号以每T_i时刻进行采集存储以及对监测电涡流传感器的偏心信号以数据X_i进行采集存储；

（2）转速稳定判别：设机组转速为N（r/min），标识电涡流传感器通过键相槽时触发一次脉冲，当采样频率                                               一定时，两次脉冲间的采集点数是一定的，两点间的角度如下式：

当连续测取多次脉冲间采集点数的平均误差在规定的范围之内时，可认为此时转子转速处于稳定状态，否则重复步骤（1）；

（3）极值判断：转速稳定后，可对数据序列ΔX_i进行极值判断，对于监测电涡流传感器在跨内的转子，X_i取极大值；对于监测电涡流传感器在跨外的转子，X_i取极小值，装置自动记录从脉冲触发至数据序列X_i取极值的总时间；

（4）极值偏心方位角确定：完成（1）、（2）、（3）步骤后，可根据采集存储数据进行偏心方位角的计算：

可得到角度位置，汽轮机转子偏心角度为：以键相位置为起点，逆汽轮机转向转动-180度即为转子偏心方位角。