1、引言

在汽輪機(jī)、水輪機(jī)、壓縮機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備中，軸瓦作為支撐轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的核心部件，其位移狀態(tài)直接決定設(shè)備運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。軸瓦若出現(xiàn)異常位移（如徑向間隙增大、軸向竄動(dòng)超標(biāo)），易引發(fā)轉(zhuǎn)子碰磨、軸承過熱甚至設(shè)備停機(jī)等嚴(yán)重故障。傳統(tǒng)接觸式位移測量方式（如百分表）存在響應(yīng)慢、易受油污干擾、無法實(shí)時(shí)監(jiān)測等缺陷，而電渦流傳感器Senther憑借非接觸測量、高精度、寬溫域適應(yīng)性等優(yōu)勢，已成為軸瓦位移監(jiān)測的核心技術(shù)方案。

2、電渦流位移傳感器工作原理

電渦流位移傳感器基于電磁感應(yīng)中的“電渦流效應(yīng)"實(shí)現(xiàn)測量，其核心組件包括探頭（高頻線圈）、延伸電纜、前置器三部分，工作流程如下：

1）信號(hào)激勵(lì)：前置器產(chǎn)生高頻交變電流（通常100kHz-2MHz），通過延伸電纜傳輸至探頭線圈，使線圈周圍形成交變磁場；

2）渦流生成：當(dāng)探頭靠近軸瓦（金屬導(dǎo)體）時(shí)，交變磁場在軸瓦表面感應(yīng)出閉合的電渦流，該渦流會(huì)產(chǎn)生與原磁場方向相反的反向磁場；

3） 信號(hào)變化：反向磁場會(huì)削弱探頭線圈的原始磁場，導(dǎo)致線圈阻抗（電感、電阻）發(fā)生變化，且阻抗變化量與探頭和軸瓦的“距離（位移）"呈線性對應(yīng)關(guān)系；

4）位移輸出：前置器將線圈阻抗變化轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)（如4-20mA電流信號(hào)或0-5V電壓信號(hào)），傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最終換算為軸瓦的實(shí)際位移值。

該原理決定傳感器具備非接觸測量（無磨損、無附加負(fù)載）、高精度（分辨率可達(dá)0.1μm）、抗干擾能力強(qiáng)（不受油污、粉塵影響）的核心優(yōu)勢，適配軸瓦復(fù)雜的運(yùn)行環(huán)境。

3、電渦流位移傳感器在軸瓦位移監(jiān)測中的具體應(yīng)用

軸瓦位移監(jiān)測需覆蓋“四周徑向位移"與“上下軸向位移"兩大維度，以全面捕捉軸瓦與轉(zhuǎn)子的相對位置變化，傳感器的安裝布局與監(jiān)測邏輯如下：

3.1 軸瓦四周徑向位移監(jiān)測（防徑向碰磨）

軸瓦四周徑向位移主要指軸頸與軸瓦內(nèi)孔在水平、垂直及45°/135°等關(guān)鍵徑向方向的間隙變化，需通過多探頭組合實(shí)現(xiàn)全周覆蓋：

• 安裝布局：在軸瓦軸承座的“水平左右"“垂直上下"四個(gè)方向分別安裝1支電渦流探頭（如圖1所示），探頭軸線需垂直于軸頸表面，安裝距離需匹配傳感器測量范圍（通常預(yù)留2-5mm初始間隙，對應(yīng)傳感器0-10mm測量量程）；

• 監(jiān)測目標(biāo)：

  a. 水平方向：捕捉轉(zhuǎn)子因不平衡力、不對中引發(fā)的水平竄動(dòng)，避免軸頸與軸瓦水平側(cè)間隙過小導(dǎo)致的金屬碰磨；

  b. 垂直方向：監(jiān)測軸頸因重力、載荷變化產(chǎn)生的垂直位移，防止軸瓦下瓦磨損導(dǎo)致的徑向間隙超標(biāo)（如汽輪機(jī)軸瓦垂直徑向位移超過0.3mm需觸發(fā)預(yù)警）；

• 數(shù)據(jù)應(yīng)用：通過對比四方向位移差值，可同步判斷轉(zhuǎn)子是否存在“偏心運(yùn)轉(zhuǎn)"（如某方向位移持續(xù)增大，可能提示軸瓦局部磨損）。

3.2 軸瓦上下軸向位移監(jiān)測（防軸向竄動(dòng)）

軸瓦軸向位移（又稱“竄軸量"）指軸沿軸線方向的上下移動(dòng)，若位移超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致軸瓦端面與止推盤碰磨，需針對性布置傳感器：

• 安裝布局：在軸瓦止推端的“軸向上方"與“軸向下方"各安裝1支電渦流探頭，探頭軸線平行于軸線方向，對準(zhǔn)軸上的止推環(huán)（或?qū)Ｓ脺y量環(huán)）；

• 監(jiān)測目標(biāo)：

  a. 實(shí)時(shí)監(jiān)測軸向位移值（如壓縮機(jī)軸瓦軸向位移限值通常為±0.5mm，超過則觸發(fā)停機(jī)）；

  b. 通過上下探頭位移差值，判斷軸是否存在“軸向傾斜"（如上下位移差＞0.1mm，可能提示止推軸承磨損不均）；

• 技術(shù)優(yōu)勢：相較于傳統(tǒng)止推軸承溫度監(jiān)測，位移監(jiān)測可提前5-10分鐘發(fā)現(xiàn)軸向異常（溫度升高通常滯后于位移變化）。

4、 關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)與注意事項(xiàng)

4.1 傳感器校準(zhǔn)與精度保障

軸瓦位移監(jiān)測對精度要求（通常需±0.5%FS），應(yīng)用前需完成兩項(xiàng)校準(zhǔn)：

• 靜態(tài)校準(zhǔn)：使用標(biāo)準(zhǔn)量塊（如0-10mm）模擬軸瓦位移，記錄傳感器輸出信號(hào)與實(shí)際位移的線性度，確保線性誤差＜0.3%；

• 動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)：通過振動(dòng)臺(tái)模擬軸瓦運(yùn)行中的微幅振動(dòng)（如50Hz、0.1mm振幅），驗(yàn)證傳感器響應(yīng)速度（需＜1ms），避免動(dòng)態(tài)滯后導(dǎo)致誤判。

4.2 抗干擾設(shè)計(jì)

軸瓦運(yùn)行環(huán)境存在油污、電磁干擾（如電機(jī)磁場），需采取以下措施：

• 探頭選用“密封型"（如IP67防護(hù)等級），避免油污滲入線圈影響性能；

• 延伸電纜采用“屏蔽雙絞線"，并單獨(dú)走線（遠(yuǎn)離動(dòng)力電纜），減少電磁干擾；

• 前置器輸出信號(hào)增加“低通濾波"（如50Hz濾波），過濾電網(wǎng)干擾信號(hào)。

5、實(shí)際應(yīng)用案例

某火電廠300MW汽輪機(jī)高壓缸軸瓦曾出現(xiàn)“異常振動(dòng)增大"，通過電渦流位移傳感器監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：

• 四周徑向位移：垂直下探頭位移從0.2mm增至0.8mm（超預(yù)警值0.5mm），其他方向位移穩(wěn)定；

• 上下軸向位移：軸向下方探頭位移從0.1mm增至0.4mm，差值無異常。

結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)判斷“軸瓦下瓦磨損導(dǎo)致徑向間隙增大"，停機(jī)檢查后確認(rèn)下瓦巴氏合金磨損深度達(dá)0.6mm，及時(shí)更換軸瓦后設(shè)備恢復(fù)正常。此次案例中，傳感器提前2小時(shí)發(fā)出預(yù)警，避免了“軸頸碰磨"引發(fā)的重大故障。

6 、技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著工業(yè)智能化推進(jìn)，電渦流位移傳感器在軸瓦監(jiān)測中的應(yīng)用呈現(xiàn)兩大趨勢：

• 智能化升級：部分新型傳感器集成“溫度補(bǔ)償模塊"（可自動(dòng)修正環(huán)境溫度對測量的影響，如-40℃-120℃范圍內(nèi)精度波動(dòng)＜0.2%），并支持邊緣計(jì)算（本地判斷位移異常，減少數(shù)據(jù)傳輸延遲）；

• 網(wǎng)絡(luò)化融合：傳感器通過4G/5G或工業(yè)以太網(wǎng)接入“設(shè)備健康管理平臺(tái)"，實(shí)現(xiàn)多軸瓦位移數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)可視化與趨勢預(yù)測（如基于歷史數(shù)據(jù)預(yù)測軸瓦磨損壽命），推動(dòng)從“故障維修"向“預(yù)測性維護(hù)"轉(zhuǎn)型。

7 、結(jié)論

電渦流位移傳感器通過非接觸、高精度的測量特性，實(shí)現(xiàn)了軸瓦“四周徑向+上下軸向"位移的全維度監(jiān)測，為旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)支撐。在實(shí)際應(yīng)用中，需通過科學(xué)的安裝布局、嚴(yán)格的校準(zhǔn)流程與抗干擾設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮傳感器性能；未來隨著智能化與網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的融合，其在軸瓦健康監(jiān)測中的作用將進(jìn)一步深化，成為工業(yè)設(shè)備運(yùn)維的核心感知手段。

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