1、引言

在汽轮机、水轮机、压缩机等旋转机械设备中，轴瓦作为支撑转子运转的核心部件，其位移状态直接决定设备运行安全性与稳定性。轴瓦若出现异常位移（如径向间隙增大、轴向窜动超标），易引发转子碰磨、轴承过热甚至设备停机等严重故障。传统接触式位移测量方式（如百分表）存在响应慢、易受油污干扰、无法实时监测等缺陷，而电涡流传感器Senther凭借非接触测量、高精度、宽温域适应性等优势，已成为轴瓦位移监测的核心技术方案。

2、电涡流位移传感器工作原理

电涡流位移传感器基于电磁感应中的“电涡流效应”实现测量，其核心组件包括探头（高频线圈）、延伸电缆、前置器三部分，工作流程如下：

1）信号激励：前置器产生高频交变电流（通常100kHz-2MHz），通过延伸电缆传输至探头线圈，使线圈周围形成交变磁场；

2）涡流生成：当探头靠近轴瓦（金属导体）时，交变磁场在轴瓦表面感应出闭合的电涡流，该涡流会产生与原磁场方向相反的反向磁场；

3） 信号变化：反向磁场会削弱探头线圈的原始磁场，导致线圈阻抗（电感、电阻）发生变化，且阻抗变化量与探头和轴瓦的“距离（位移）”呈线性对应关系；

4）位移输出：前置器将线圈阻抗变化转化为标准电信号（如4-20mA电流信号或0-5V电压信号），传输至数据采集系统，最终换算为轴瓦的实际位移值。

该原理决定传感器具备非接触测量（无磨损、无附加负载）、高精度（分辨率可达0.1μm）、抗干扰能力强（不受油污、粉尘影响）的核心优势，完美适配轴瓦复杂的运行环境。

3、电涡流位移传感器在轴瓦位移监测中的具体应用

轴瓦位移监测需覆盖“四周径向位移”与“上下轴向位移”两大维度，以全面捕捉轴瓦与转子的相对位置变化，传感器的安装布局与监测逻辑如下：

3.1 轴瓦四周径向位移监测（防径向碰磨）

轴瓦四周径向位移主要指轴颈与轴瓦内孔在水平、垂直及45°/135°等关键径向方向的间隙变化，需通过多探头组合实现全周覆盖：

• 安装布局：在轴瓦轴承座的“水平左右”“垂直上下”四个方向分别安装1支电涡流探头（如图1所示），探头轴线需垂直于轴颈表面，安装距离需匹配传感器测量范围（通常预留2-5mm初始间隙，对应传感器0-10mm测量量程）；

•  监测目标：

  a. 水平方向：捕捉转子因不平衡力、不对中引发的水平窜动，避免轴颈与轴瓦水平侧间隙过小导致的金属碰磨；

  b. 垂直方向：监测轴颈因重力、载荷变化产生的垂直位移，防止轴瓦下瓦磨损导致的径向间隙超标（如汽轮机轴瓦垂直径向位移超过0.3mm需触发预警）；

• 数据应用：通过对比四方向位移差值，可同步判断转子是否存在“偏心运转”（如某方向位移持续增大，可能提示轴瓦局部磨损）。

3.2 轴瓦上下轴向位移监测（防轴向窜动）

轴瓦轴向位移（又称“窜轴量”）指轴沿轴线方向的上下移动，若位移超标会导致轴瓦端面与止推盘碰磨，需针对性布置传感器：

• 安装布局：在轴瓦止推端的“轴向上方”与“轴向下方”各安装1支电涡流探头，探头轴线平行于轴线方向，对准轴上的止推环（或专用测量环）；

• 监测目标：

  a. 实时监测轴向位移绝对值（如压缩机轴瓦轴向位移限值通常为±0.5mm，超过则触发停机）；

  b. 通过上下探头位移差值，判断轴是否存在“轴向倾斜”（如上下位移差＞0.1mm，可能提示止推轴承磨损不均）；

• 技术优势：相较于传统止推轴承温度监测，位移监测可提前5-10分钟发现轴向异常（温度升高通常滞后于位移变化）。

4、 关键应用技术与注意事项

4.1 传感器校准与精度保障

轴瓦位移监测对精度要求极高（通常需±0.5%FS），应用前需完成两项校准：

• 静态校准：使用标准量块（如0-10mm）模拟轴瓦位移，记录传感器输出信号与实际位移的线性度，确保线性误差＜0.3%；

• 动态校准：通过振动台模拟轴瓦运行中的微幅振动（如50Hz、0.1mm振幅），验证传感器响应速度（需＜1ms），避免动态滞后导致误判。

4.2 抗干扰设计

轴瓦运行环境存在油污、电磁干扰（如电机磁场），需采取以下措施：

• 探头选用“密封型”（如IP67防护等级），避免油污渗入线圈影响性能；

• 延伸电缆采用“屏蔽双绞线”，并单独走线（远离动力电缆），减少电磁干扰；

• 前置器输出信号增加“低通滤波”（如50Hz滤波），过滤电网干扰信号。

5、实际应用案例

某火电厂300MW汽轮机高压缸轴瓦曾出现“异常振动增大”，通过电涡流位移传感器监测发现：

• 四周径向位移：垂直下探头位移从0.2mm增至0.8mm（超预警值0.5mm），其他方向位移稳定；

• 上下轴向位移：轴向下方探头位移从0.1mm增至0.4mm，差值无异常。

结合监测数据，运维团队判断“轴瓦下瓦磨损导致径向间隙增大”，停机检查后确认下瓦巴氏合金磨损深度达0.6mm，及时更换轴瓦后设备恢复正常。此次案例中，传感器提前2小时发出预警，避免了“轴颈碰磨”引发的重大故障。

6 、技术发展趋势

随着工业智能化推进，电涡流位移传感器在轴瓦监测中的应用呈现两大趋势：

• 智能化升级：部分新型传感器集成“温度补偿模块”（可自动修正环境温度对测量的影响，如-40℃-120℃范围内精度波动＜0.2%），并支持边缘计算（本地判断位移异常，减少数据传输延迟）；

• 网络化融合：传感器通过4G/5G或工业以太网接入“设备健康管理平台”，实现多轴瓦位移数据的实时可视化与趋势预测（如基于历史数据预测轴瓦磨损寿命），推动从“故障维修”向“预测性维护”转型。

7 、结论

电涡流位移传感器通过非接触、高精度的测量特性，实现了轴瓦“四周径向+上下轴向”位移的全维度监测，为旋转机械设备的安全运行提供了关键数据支撑。在实际应用中，需通过科学的安装布局、严格的校准流程与抗干扰设计，充分发挥传感器性能；未来随着智能化与网络化技术的融合，其在轴瓦健康监测中的作用将进一步深化，成为工业设备运维的核心感知手段。

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