1 前言

新余钢铁集团有限公司第一动力厂8号汽轮鼓风机为陕西某公司生产的AV56 - 14轴流压缩机，驱动用原动机为杭州某公司生产的NK40/56工业汽轮机，额定功率为18370kW, 汽轮机工作转速为5940r/min。汽轮机转子有2个轴承座支撑，由一级复速级和二十级压力级组成，轴承座座落在汽轮机汽缸上。2003年5月完成整套机组的启动调试并投入运行。

2008年1月7日，机组在运行过程中，突然发生跳闸停机现象。通过检查机组运行记录后，发现各轴承振动、温度、润滑油压等参数均在正常范围内。在机组重新启动过程中, 轴向位移达到0.793mm，机组轴向位移保护装置动作导致停机。经检查，发现汽轮机推力瓦块磨损。机组揭盖检修及更换汽轮机推力瓦后，在检修回装调校轴向间隙时，出现现场打表测出的轴向间隙与控制室后台显示的轴向间隙不符。打表测出的轴向间隙为0.5mm，后台轴向位移显示只有0.28mm，这表明轴向位移保护装置已不能有效保证汽轮机的安全运行。

2 汽轮机轴向位移保护装置的工作原理

轴向位移测量是指转子的推力盘相对于轴承座的轴向位置，可以用来监测推力方向和推力轴承瓦块是否磨损。汽轮机运行过程中，蒸汽在其通道中流动时会产生相当大的轴向推力，因此在汽轮机上均设有推力轴承平衡这一轴向推力，并由其来维持汽轮机通流部分正常的动静轴向间隙。在机组运行时，汽轮机转子轴的推力盘依靠油膜支撑在推力轴承的乌金瓦上。轴向推力增大的常见原因有: ①负载增加，则主蒸汽流量增大，各级整体压差随之增大，使机组轴向推力增大; ②主蒸汽参数降低，各级的反动度都将增大，使机组轴向推力增大; ③隔板汽封磨损，漏汽量增加，使级间压差增大; ④机组通流部分因蒸汽品质不佳而结垢时，相应级的叶片和叶轮前后压差将增大，使机组的轴向推力增加; ⑤发生水冲击事故时，机组的轴向推力将明显增大。无论以上何种原因导致轴向推力增大并破坏了推力瓦油膜时，都会造成推力瓦磨坏或汽轮机动静部分碰擦等事故，因此，汽轮机都装有轴向位移保护装置。当轴向位移达到一定值时，保护装置会发出报警信号；当轴向位移达到危险值时，保护装置会切断进汽并紧急停机。

汽轮机轴向位移保护装置常用的种类有液压式和电磁式。新钢第一动力厂8号汽轮鼓风机的机组轴向位移检测报警装置采用Bently 3500监测系统，该系统是目前最新的机器检测系统，能够通过多种传感器采集数据，提供连续、在线监测功能，适用于机械保护。Bently 3500监测保护系统由传感器(探头、延长电缆、前置器)、监视器框架、计算机软、硬件组成。

汽轮机轴向位移测量装置安装在前轴承箱内，由轴向位移承载装置(包括转子轴头、调节螺母、连接套、支架、螺帽、位移探头)、前置器、轴向位移显示控制器、PLC控制系统依次连接而成。支架内部前端设有位移探头，支架外部后端设有螺帽。只要探头靠近被测对象, 在传导材料中就能产生涡流，当探头与被测对象之间的距离最小时，产生的涡流最强，吸收的能量最大，这样就造成回电的信号最小，电压低，振幅小。相反，当探头与被测物体之间的距离最大时，产生的涡流最弱，吸收的能量最少，这样就造成回电的信号最强，电压高，振幅大。这个电压通过计算机运算后作为轴向位移保护动作的控制讯号，当轴向位移达到危险数值时, 就控制回路使磁力断路油门(电磁阀)动作，关闭主汽门和调速汽门。

3 轴向位移装置故障原因分析

新钢第一动力厂的汽轮鼓风机是在生产运行过程中突然跳闸停机，重新启动过程中发生转子轴向位移超标而自动停机的。通过分析, 发现轴向位移装置故障的原因可能有以下几个方面：

1) Bently 3500监测保护系统在设备检修拆装过程中线路未连接好，从传感器探头到监测器的电缆部分在拆装时有松动或短路、监测器或传感器之间的回装连接不正确。

2) Bently 3500组态软件在检修调校过程中被修改，引起检测器或I/O模块的参数发生改变。

3) 轴位移监测探头、延长电缆、前置器和监视器出现故障或损坏。

4) 在检修拆装过程中，转子轴头、调节螺母、连接套、支架等出现松动。

5) 探头与电缆连接时，接头处有油污或水，使探头的电特性改变。

6) 轴向位移检测用的发讯盘在长期运行中出现磁化，引起轴向位移检测不准。

4 故障处理及调试

根据事故分析原因，进行了以下处理：

1) 检查Bently 3500轴向位移监测保护系统回装情况。拆开汽轮机前轴承座端盖, 对检修拆装过的各部件进行梳理并确认。首先，将轴向位移探头、调节螺母、连接套、支架等重新调整紧固，系统连接重新清理并紧固，确保连接及安装参数正确。然后，现场打百分表进行轴向间隙检测比对，确认后台轴向位移显示值与现场百分表计量结果不一致，说明故障未得到消除。

2) 检查轴向位移装置的性能。通过更换轴向位移探头，将延长电缆、前置器、监测器进行性能对比，结果表明Bently 3500轴向位移监测保护系统的各部件性能正常，因此排除了轴向位移装置相关部件存在性能缺陷的可能。

3) 轴向位移检测发讯盘的磁化性能检验。拆开机组联轴器保护罩，在后轴承座改装一套轴向位移探头支架，轴向位移探头移至后轴承箱内。现场打百分表进行轴向间隙检测对比，静态检测到现场百分表与后台轴向位移显示值一致。调整机组轴向位移报警及停机值。汽轮机轴向位移报警值为-0.56 ~ +0.56mm，汽轮机轴向位移停机值为-0.80 ~ + 0.80mm。开机进行热态性能试验，由于受汽轮机膨胀的影响，在机组启动加速过程中，轴向位移保护装置动作停机。

4) 检查处理轴承座架、瓦架等的联接。

NK40/56工业汽轮机后轴承座支撑在汽轮机的排汽缸上，用后轴承座上的调整元件来调整其位置高低，然后用螺栓压紧。

前支座用2只偏心导柱固定，其部件通过螺栓联接。机组经多年运行后，螺栓紧固的预紧力降低，会造成连接件刚性变差。为检测连接件刚性是否变差的问题, 现场打2块百分表，其中1块百分表架设在轴向位移探头的支架上，检测时能保证现场表与后机显示表计量一致，另1块表架设在前轴承座上(如图 1所示)，用于检测轴承座的弹性变形量。

通过以上措施，静态调试时，现场百分表计量轴向间隙与后台显示的轴向间隙达到一致，机组开机热态检测结果也恢复正常。目前机组运行时轴向位移显示值为0.28mm左右。

5 结语

轴向位移保护是大型高速旋转设备安全运转的重要保障，其参数在设备运行中一旦出现异常必须认真分析原因并尽快解决。轴位移装置故障产生的原因除了装置本身出现故障外，装置的安装调整方面出现偏差也会引起轴位移检测错误。新钢第一动力厂在此次处理轴位移装置异常中，就是把调校轴位移时承轴座架、瓦架等连接件的弹性变形造成的误差给予消除, 使检测轴位移的准确率得到提高。