一种汽轮机坐缸式轴承及轴承座微小形变在线监测方法及装置

摘要

本发明涉及一种汽轮机坐缸式轴承及轴承座微小形变在线监测装置，包括：测量轴承座轴向扬度的电涡流传感器和测量轴承座水平径向翘曲度的电涡流传感器，每一个轴承座在主变侧和锅炉侧均布置有一对测量轴承座轴向扬度的电涡流传感器，每一个轴承座在主变侧和锅炉侧均布置有一对测量轴承座水平径向翘曲度的电涡流传感器。本发明的有益效果是：结构合理，监测准确性高，机组运行安全性高；汽轮发电机组启停过程、升降负荷速度过快时，可及时将轴承座形变数据反馈给机组操作人员，避免轴承工作状况恶化；在线监测装置采集的数据可为轴瓦检修提供依据；远方和就地同时测量，提高了监测的准确性；安装方便，维护便利，具有推广应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及发电厂汽轮发电机组运行状态监测领域，尤其涉及对汽轮机坐缸式轴承及轴承座微小形变的在线监测。

背景技术

近年来，坐缸式轴承在大型汽轮发电机组的低压排汽缸中得到了广泛应用，此类机组结构紧凑，轴系长度较使用落地式轴承的机组短，可节省厂房空间。坐缸式轴承安装于低压缸扩压器洼窝中，转子重力、真空载荷通过轴承座传递至汽缸壳体，再由下部的裙部支撑传递至基础上，是承载的重要部件。

机组启停过程和正常运行中，因低压缸各部位的缸体厚度不一，真空载荷及刚度也不尽相同，低压缸及凝汽器壳体因此产生不均匀形变。坐缸式轴承随之发生形变，其轴向扬度、水平径向翘曲等形态参数较冷态安装时发生变化。尤其是低压缸抽真空后，缸体下拉带动轴承座倾斜，造成轴承球面卡涩，轴承承载面偏载，轴瓦不同温度测点温差大等现象，严重时，发生轴瓦温度超标、轴瓦抱死等恶性事故。

因此，需要对汽轮机低压缸缸体参数进行监测，尤其是机组启停过程、升降负荷时，对凝汽器、坐缸式轴承座的微小形变进行参数监测。然而，大型汽轮发电机组坐缸式轴承的现有监测手段难以满足实际生产需求。现有监测手段的不足：大型汽轮发电机组的坐缸式轴承在机组运行过程中，产生了轴承座变形、轴瓦偏载、轴瓦自位能力不足、瓦面温度高、瓦温测点偏差大等诸多问题。凝汽器因刚度低，在真空、机组负荷变化时，会改变坐缸式轴承的载荷分布，引起轴承座形变，进而引发上述问题。现有DCS和DEH测量装置无法对该问题进行有效的实时监测。

鉴于上述原因，亟需发明一种汽轮机坐缸式轴承及轴承座微小形变在线监测方法及装置。

发明内容

针对现有大型汽轮机坐缸式轴承座在检测手段上的缺陷，本发明提出一种汽轮机坐缸式轴承及轴承座微小形变在线监测方法及装置。

这种汽轮机坐缸式轴承及轴承座微小形变在线监测装置，包括测量轴承座轴向扬度的电涡流传感器和测量轴承座水平径向翘曲度的电涡流传感器，每一个轴承座在主变侧和锅炉侧均布置有一对测量轴承座轴向扬度的电涡流传感器，每一个轴承座在主变侧和锅炉侧均布置有一对测量轴承座水平径向翘曲度的电涡流传感器，测量轴承座轴向扬度的两对电涡流传感器沿轴承座轴向布置，测量轴承座水平径向翘曲度的两对电涡流传感器沿轴承座径向布置。

作为优选：测量轴承座水平径向翘曲度的两对电涡流传感器，每对电涡流传感器中的探头一和探头二沿轴承座径向布置。

作为优选：测量轴承座轴向扬度的两对电涡流传感器，每对电涡流传感器中的探头一和探头二沿轴承座轴向布置。

作为优选：电涡流传感器连接于水平支架下部，水平支架位于轴承座两侧上方。

作为优选：冷态下安装在水平支架下部的两个电涡流传感器的探头至轴承座的距离相等。

作为优选：水平支架与汽轮机运行平台的基础之间为刚性连接。

作为优选：电涡流传感器与水平支架之间为刚性连接。

作为优选：每一对电涡流传感器的相邻位置安装有百分表。

这种汽轮机坐缸式轴承及轴承座微小形变在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S1、确定监测位置，设计监测方案：

测量位置选择在各坐缸式轴承瓦座与低压缸缸体连接处，每一个坐缸式轴承在主变侧和锅炉侧均布置一对测量轴承座轴向扬度的电涡流传感器，每一个坐缸式轴承在主变侧和锅炉侧均布置一对测量轴承座水平径向翘曲度的电涡流传感器；

S2、安装轴承座微小变形监测装置机械结构：

机械结构的安装分为两组：就地监测表计的机械部分安装和远方测量装置的机械部分安装；

S3、安装微小形变监测信号测量仪表：

在每一个坐缸式轴承瓦座与低压缸缸体连接处安装四对电涡流传感器，两对电涡流传感器测量轴承座轴向扬度，两对电涡流传感器测量轴承座水平径向翘曲度，并传入DCS在操作员监视画面中实时显示；在每一对电涡流传感器的相邻位置安装百分表，就地显示轴承座形变量；

S4、根据电涡流传感器测得的数据，推导轴承座轴向扬度、水平径向翘曲：

建立三维坐标系，原点为汽轮机机头中心点，X轴正方向为汽轮机轴向从机头向发电机方向，Y轴正方向为竖直向上，Z轴正方向为主变侧方向；每一对电涡流传感器的坐标：探头一的坐标为(X

对于坐缸式轴承座轴向扬度的计算如下：

每一对用于测量坐缸式轴承座轴向扬度的电涡流传感器，满足以下条件：沿汽轮发电机组轴向布置，即Z坐标相等；探头高度一致，即Y坐标相等；探头竖直安装，与铅垂线重合，机组冷态下探头一正下方轴承座测点与探头二正下方轴承座测点的Z坐标、Y坐标均相等，即：

Z

Z

Δh

式中，Δh

对于坐缸式轴承座水平径向翘曲的计算如下：

每一对用于测量坐缸式轴承座水平径向翘曲的电涡流传感器，满足以下条件：沿汽轮发电机组径向布置，即X坐标相等；探头高度一致，即Y坐标相等；探头竖直安装，与铅垂线重合，机组冷态下探头一正下方轴承座测点与探头二正下方轴承座测点的X坐标、Y坐标均相等，即：

X

X

Δh

式中，Δh

作为优选：步骤S2中，当远方测量装置测量值到达报警值时，与就地监测表计的测量值核对。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过在主变侧和锅炉侧分别设置电涡流传感器，测量轴承座轴向扬度和水平径向翘曲度，结构合理，监测准确性高，机组运行安全性高。

2、汽轮发电机组启停过程、升降负荷速度过快时，本发明的在线监测装置可及时将轴承座形变数据反馈给机组操作人员，发送形变量大的预警信息，避免轴承工作状况恶化。

3、本发明的在线监测装置采集的数据可为轴瓦检修提供依据，在检修中预增加瓦套和轴瓦的间隙，减轻机组运行过程中轴瓦受瓦套的挤压。

4、本发明的在线监测装置在远方和就地同时测量，提高了监测的准确性。

5、本发明的在线监测装置在生产中安装方便，维护便利，具有推广应用价值。

附图说明

图1为轴承座水平径向翘曲测量的传感器安装示意图；

图2为计算坐标系示意图；

图3为测点坐标示意图。

附图标记说明：水平支架1、电涡流传感器2、轴承座上盖3、轴承座下盖4。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

本发明以大型汽轮发电机组的坐缸式轴承为研究对象，为应对汽轮机在启停过程、升降负荷中出现的真空载荷变化引起凝汽器变形、轴承座翘曲、轴瓦抱死等问题，针对性地研发了一种轴承座微小形变实时监测方法及装置。当汽轮机出现因暖机不充分、升降负荷速率过大、真空波动等引起的凝汽器形变、轴承座翘曲时，该监测方法及装置能及时监测反馈，为机组操作人员提供预警信息，避免轴瓦工作状态进一步恶化。此方法不仅解决了轴承座微小形变在线监测问题，还可作为轴瓦检修的数据参考。因此，此方法是一种新的汽轮机轴承座监测手段，提高了机组运行安全性能；重要的是，此装置结构设计具有普适性，理论上适用于所有采用坐缸式轴承座的大型汽轮发电机组，极具推广应用价值。

实施例一

所述的汽轮机坐缸式轴承及轴承座微小形变在线监测装置，每一个坐缸式轴承在主变侧(Z轴正方向)和锅炉侧(Z轴负方向)，均布置一对测量轴承座轴向扬度变化的电涡流传感器；每一个坐缸式轴承在主变侧(Z轴正方向)和锅炉侧(Z轴负方向)，均布置一对测量轴承座水平径向翘曲度的电涡流传感器。如图1所示，测量轴承座水平径向翘曲度的两对电涡流传感器沿轴承座径向布置。测量轴承座轴向扬度的两对电涡流传感器沿轴承座轴向布置。

作为一种优选的实施例，电涡流传感器2连接于水平支架1下部，水平支架1位于轴承座两侧上方。水平支架1安装时需保证水平，使安装在其上的两个电涡流传感器探头至冷态机组轴承座的距离相等。水平支架1与汽轮机运行平台的基础，电涡流传感器2与水平支架1均采用刚性连接。

作为一种优选的实施例，测量轴承座水平径向翘曲度的两对电涡流传感器，每对电涡流传感器中的探头一和探头二沿轴承座径向布置。测量轴承座轴向扬度的两对电涡流传感器，每对电涡流传感器中的探头一和探头二沿轴承座轴向布置。

实施例二

所述汽轮机坐缸式轴承及轴承座微小形变在线监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S1、确定监测位置，设计监测方案：

测量位置选择在各坐缸式轴承瓦座与低压缸缸体连接处，设计原理如图1所示，每一个坐缸式轴承在主变侧(Z轴正方向)和锅炉侧(Z轴负方向)，均布置一对测量轴承座轴向扬度变化的电涡流传感器；每一个坐缸式轴承在主变侧(Z轴正方向)和锅炉侧(Z轴负方向)，均布置一对测量轴承座水平径向翘曲度的电涡流传感器。

S2、安装轴承座微小变形监测装置机械结构：

机械结构的安装分为两组：1.就地监测表计的机械部分安装；2.远方测量装置的机械部分安装。两部分测量装置互为冗余，可保证测量的准确性，当远方测量装置测量值到达报警值时，可与就地测量值核对，防止误判。

S3、安装微小形变监测信号测量仪表：

在每一个坐缸式轴承瓦座与低压缸缸体连接的水平中分面处安装四对电涡流传感器，两对电涡流传感器用于测量轴承座轴向扬度(锅炉侧和主变侧各布置一对)，两对电涡流传感器用于测量轴承座水平径向翘曲度(锅炉侧和主变侧各布置一对)，并传入DCS在操作员监视画面中实时显示，显示结果如表1所示。在上述每一对电涡流传感器的相邻位置安装两个百分表，用于就地显示轴承座形变量。

S4、根据电涡流传感器测得的数据，推导轴承座轴向扬度、水平径向翘曲：

为方便叙述，建立如图2所示的三维坐标系，原点为汽轮机机头中心点，X轴正方向为汽轮机轴向从机头向发电机方向，Y轴正方向为竖直向上，Z轴正方向为机头右手方向(即主变侧方向)。每一对电涡流传感器的坐标示意如图3所示，探头一的坐标为(X

对于坐缸式轴承座轴向扬度变化的计算如下：

每一对用于测量坐缸式轴承座轴向扬度变化的电涡流传感器，应满足以下条件：沿汽轮发电机组轴向布置，即Z坐标相等；探头高度一致，即Y坐标相等；探头竖直安装，与铅垂线重合，机组冷态下探头一正下方轴承座测点与探头二正下方轴承座测点的Z坐标、Y坐标均相等，即：

Z

Z

Δh

式中，Δh

对于坐缸式轴承座水平径向翘曲的计算如下：

每一对用于测量坐缸式轴承座水平径向翘曲的电涡流传感器，应满足以下条件：沿汽轮发电机组径向布置，即X坐标相等；探头高度一致，即Y坐标相等；探头竖直安装，与铅垂线重合，机组冷态下探头一正下方轴承座测点与探头二正下方轴承座测点的X坐标、Y坐标均相等，即：

X

X

Δh

式中，Δh

本发明的在线监测装置采集的数据可为轴瓦检修提供依据，在检修中预增加瓦套和轴瓦的间隙，减轻机组运行过程中轴瓦受瓦套的挤压。

实施例三

将电涡流传感器测量的坐缸式轴承座的轴向扬度、水平翘曲经过信号处理，传入DCS画面，显示结果如表1所示。

表1 DCS显示结果表

其中，“机←0.365”表示机头侧高出发电机侧0.365mm/m，“电←0.395”表示发电机侧高出机头侧0.395mm/m，“主←0.535”表示主变侧高出锅炉侧0.535mm/m，“炉←0.270”表示锅炉侧高出主变侧0.270mm/m。当轴承座轴向扬度、水平翘曲变化过大或变化过快时，可为运行人员提供报警信息，降低负荷增减速率，稳定机组工况，防止轴承工况恶化。