激光坐标系测试系统在汽轮机组轴系轴承高程检测中的应用

激光坐标系测试系统在汽轮机组轴系轴承高程检测中的应用

0热态对轴承安装的影响由于冷态轴的高度变化，大型汽轮箱从旧冷态轴上消除良好的轴，导致各轴节额外的弯曲变形和切削力，各轴承的负荷被重复分配，这影响了整体旋转轴系统的稳定性。不对中的一对轴承中,负荷小的轴承容易出现失稳,负荷大的轴承油膜呈现出较大的非线性,而且瓦温、油温升高,导致轴瓦乌金的损坏。近十年来,我国相断投运的300MW、600MW大容量汽轮发电机组不同程度地出现瓦振过大、瓦温偏高、轴瓦乌金被挤压及烧瓦现象,严重威胁安全满发。根据调查研究发现汽轮机凝汽器抽真空、发电机充氢及机组带负荷情况下,轴系个别轴承标高有较大的变化,如何在冷态安装时,考虑热态的影响,以确保汽轮机、发动机在热态运行时对中良好,各轴承负荷分配和稳态特性达到设计要求,就成为安装时必须考虑的重要问题。鉴于上述原因,我们应用激光技术开发研制了一套激光标高测试系统。该系统由精密机械、光学系统、电处理相结合,对汽轮机组轴系轴承标高能够进行在线自动检测。1多元光电滤波器系统该系统主要基于光学的反射法来进行测量的。其工作原理见图1。由半导体激光器发出的光经扩束器扩束,然后形成一束会聚光,该会聚光入射到光位移转换器,且其会聚点正好在光位移转换器的焦点附近。入射光经光位移转换器反射形成一束发散角很小,近乎平行的光,这束光照射在多元光电转换器上(光斑直径约20mm)。多元光电转换器或称光电探测器呈矩形,由许多光面阵列组成,每个阵列的输出信号正比于照射在该阵列内的全部光电能。电信号经放大模数转换后由计算机按预先编制的软件进行计算,最后将所测标高的变化值存储并显示或打印。系统主要技术指标:振幅范围:0～1200μm;遥测距离:5m～20m;分辨率:±0.01mm;测量精度:±0.02mm;使用光源:半导体激光器,波长:6300AA;输出方式:屏幕显示、计算机存储或打印。2系统组成组成激光标高测试系统主要由激光发射系统、光位移转换器、信号接收系统、微机等部分组成见图2。其中激光发射系统与信号接收系统安装在同一机壳内便于调试。2.1激光发射系统激光发射系统主要由光源、光学系统组成。其作用是产生一束会聚光,使其焦点与光位移转换器焦点重合。2.2光位移检测器光位移转换器的作用是将入射激光反射成近乎平行的一束光,入射到光电探测器上,以便在测量标高时各光面阵列有效地接收光能。2.3光电探测器的接口电路设计信号接收系统主要由光电探测器、信号放大器、接口电路组成。光电探测器由100个光面阵列组成,其作用是将落在各阵列上的光能转换成电信号。光电探测器的每一阵列相当于一个光电二极管(见图3)。当它接一个反向电压时,在光的照射下回路中便产生光电流IS,该电流大小正比于落在阵列上的光能。信号放大及接口电路主要根据光电探测器的特点及对测量的要求必须具有下列功能:因为光电探测器的输出信号比较弱,故信号放大器应具备较高的放大倍率;要对光电探测器光面阵列的输出信号逐个快速地进行采集和A/D转换;放大器对环境温度的变化采取自动补偿系统,使本系统在不同温度下正常工作。2.4采样进程的控制系统的软件是为汽轮机标高测试而编写的专用软件,本软件采用高级Basic语言编制而成。系统上电后,程序首先进行初始化。初始化后,程序开始判断定时采样时间是否已到。若未到就处于等待状态,若采样时间已到就开始对光电探测器采样。为防止外界光干扰信号的影响,采用数字滤波器,则可对多通道共同起作用,从而降低硬件成本。采用程序判断滤波法,舍弃干扰信号,保留有用信号。对采用的结果进行数据处理后由计算机屏蔽显示并按时间顺序自动存盘,另外根据用户需要也可打印。当需要中断退出时,可按F4即可存盘、退出,结束标高测量。3发电机冲转及高压旋转轴冲干试验阶段以几种方式国内某300MW机组其轴系由高中压转子、低压转子、发电机转子、励磁机转子连接而成,由七个径向轴承支承。共中3号、4号为坐缸式轴承,5号、6号为端盖式轴承。轴系结构见图5。具体测试工况分为:(1)充CO2;(2)充氢(同时投循环水);(3)轴封暖管;(4)抽真空;(5)冲转;(6)电气、辅机试验;(7)并网带负荷至150MW。测试结果见图6。从图6中可以看出:(1)AB段:发电机充CO2至0.04MPa,5号瓦下降0.1mm,影响系数2.5mm/MPa,4号瓦同时也下降0.03mm,影响系数0.75mm/MPa。(2)BC段:发电机内CO2保持0.04MPa、5号瓦标高出现向上反弹,这主要是由于电机端盖的变形恢复引起的。(3)CD段:发电机内H2置换CO2,且使H2压升至0.188MPa,同时,汽机凝汽器投循环水,4号瓦下降0.38mm,5号瓦下降0.46mm。(4)DE段:由于汽轮机开始轴封送汽,使得低压缸4号瓦上抬,电机5号瓦也随之上浮。当冲转前凝汽器抽真空至-94kPa时,4号瓦下降0.84mm,5号瓦下降0.71mm(5)FG段:在恒速3000r/min做电气、辅机试验阶段,由于基础、缸体受温度场影响,使得4号、5号瓦分别上升0.06mm,0.14mm。(6)GH段:在机组并网至带负荷150MW时,由于缸温的上升4号瓦上升了0.08mm,又由于氢压上升至额定值0.31MPa,使5号瓦反而下降了0.04mm。(7)从机组冷态到机组带负荷150MW的整个过程中,4号瓦标高比5号瓦高0.19mm。实测得到的标高变化数据,为该机组校中心时提供了重要的参考数据,进而也保证了机组能长期安全运行。4数据处理及测量系统激光标高测试系统由于采用准直性好、光强度高的半导体激光器作为光源,另采用自行设计、特种工艺制造的多元光电探测器及自行开发的数据处理系统。系统具有远距离遥测功能,可