1、引言

在汽輪機、水輪機、壓縮機等旋轉機械設備中，軸瓦作為支撐轉子運轉的核心部件，其位移狀態直接決定設備運行安全性與穩定性。軸瓦若出現異常位移（如徑向間隙增大、軸向竄動超標），易引發轉子碰磨、軸承過熱甚至設備停機等嚴重故障。傳統接觸式位移測量方式（如百分表）存在響應慢、易受油污干擾、無法實時監測等缺陷，而電渦流傳感器Senther憑借非接觸測量、高精度、寬溫域適應性等優勢，已成為軸瓦位移監測的核心技術方案。

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中的“電渦流效應"實現測量，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）信號激勵：前置器產生高頻交變電流（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：當探頭靠近軸瓦（金屬導體）時，交變磁場在軸瓦表面感應出閉合的電渦流，該渦流會產生與原磁場方向相反的反向磁場；

3） 信號變化：反向磁場會削弱探頭線圈的原始磁場，導致線圈阻抗（電感、電阻）發生變化，且阻抗變化量與探頭和軸瓦的“距離（位移）"呈線性對應關系；

4）位移輸出：前置器將線圈阻抗變化轉化為標準電信號（如4-20mA電流信號或0-5V電壓信號），傳輸至數據采集系統，最終換算為軸瓦的實際位移值。

該原理決定傳感器具備非接觸測量（無磨損、無附加負載）、高精度（分辨率可達0.1μm）、抗干擾能力強（不受油污、粉塵影響）的核心優勢，適配軸瓦復雜的運行環境。

3、電渦流位移傳感器在軸瓦位移監測中的具體應用

軸瓦位移監測需覆蓋“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子的相對位置變化，傳感器的安裝布局與監測邏輯如下：

3.1 軸瓦四周徑向位移監測（防徑向碰磨）

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

• 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（通常預留2-5mm初始間隙，對應傳感器0-10mm測量量程）；

• 監測目標：

  a. 水平方向：捕捉轉子因不平衡力、不對中引發的水平竄動，避免軸頸與軸瓦水平側間隙過小導致的金屬碰磨；

  b. 垂直方向：監測軸頸因重力、載荷變化產生的垂直位移，防止軸瓦下瓦磨損導致的徑向間隙超標（如汽輪機軸瓦垂直徑向位移超過0.3mm需觸發預警）；

• 數據應用：通過對比四方向位移差值，可同步判斷轉子是否存在“偏心運轉"（如某方向位移持續增大，可能提示軸瓦局部磨損）。

3.2 軸瓦上下軸向位移監測（防軸向竄動）

軸瓦軸向位移（又稱“竄軸量"）指軸沿軸線方向的上下移動，若位移超標會導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，對準軸上的止推環（或專用測量環）；

• 監測目標：

  a. 實時監測軸向位移值（如壓縮機軸瓦軸向位移限值通常為±0.5mm，超過則觸發停機）；

  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）；

• 技術優勢：相較于傳統止推軸承溫度監測，位移監測可提前5-10分鐘發現軸向異常（溫度升高通常滯后于位移變化）。

4、 關鍵應用技術與注意事項

4.1 傳感器校準與精度保障

軸瓦位移監測對精度要求（通常需±0.5%FS），應用前需完成兩項校準：

• 靜態校準：使用標準量塊（如0-10mm）模擬軸瓦位移，記錄傳感器輸出信號與實際位移的線性度，確保線性誤差＜0.3%；

• 動態校準：通過振動臺模擬軸瓦運行中的微幅振動（如50Hz、0.1mm振幅），驗證傳感器響應速度（需＜1ms），避免動態滯后導致誤判。

4.2 抗干擾設計

軸瓦運行環境存在油污、電磁干擾（如電機磁場），需采取以下措施：

• 探頭選用“密封型"（如IP67防護等級），避免油污滲入線圈影響性能；

• 延伸電纜采用“屏蔽雙絞線"，并單獨走線（遠離動力電纜），減少電磁干擾；

• 前置器輸出信號增加“低通濾波"（如50Hz濾波），過濾電網干擾信號。

5、實際應用案例

某火電廠300MW汽輪機高壓缸軸瓦曾出現“異常振動增大"，通過電渦流位移傳感器監測發現：

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

• 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。

結合監測數據，運維團隊判斷“軸瓦下瓦磨損導致徑向間隙增大"，停機檢查后確認下瓦巴氏合金磨損深度達0.6mm，及時更換軸瓦后設備恢復正常。此次案例中，傳感器提前2小時發出預警，避免了“軸頸碰磨"引發的重大故障。

6 、技術發展趨勢

隨著工業智能化推進，電渦流位移傳感器在軸瓦監測中的應用呈現兩大趨勢：

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

• 網絡化融合：傳感器通過4G/5G或工業以太網接入“設備健康管理平臺"，實現多軸瓦位移數據的實時可視化與趨勢預測（如基于歷史數據預測軸瓦磨損壽命），推動從“故障維修"向“預測性維護"轉型。

7 、結論

電渦流位移傳感器通過非接觸、高精度的測量特性，實現了軸瓦“四周徑向+上下軸向"位移的全維度監測，為旋轉機械設備的安全運行提供了關鍵數據支撐。在實際應用中，需通過科學的安裝布局、嚴格的校準流程與抗干擾設計，充分發揮傳感器性能；未來隨著智能化與網絡化技術的融合，其在軸瓦健康監測中的作用將進一步深化，成為工業設備運維的核心感知手段。

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