目前国内除上海汽轮机厂引进西门子技术生产的超超临界机组外，绝大多数汽轮机厂生产的汽轮机执行机构位移传感器组件均装配在操纵座侧面，并通过一根导杆或者导板将其连接在阀门门杆与油动机活塞杆之间的连接套上，由于操纵座内部使用的是螺旋弹簧，其在执行机构参与调节的过程中，一直会产生变化的切向力，此切向力经常会导致导杆或导板断裂、LVDT芯杆弯曲等事故发生，以致对应的执行机构闭环失效。

1 位移传感器的工作原理

我们常用的汽轮机执行机构的位移传感器采用差动变压器原理，其是由芯杆、特氟龙绝缘护套线、线圈、外壳等零件组成，位移传感器内部稳压、振荡、放大线路均采用集成元件，因此具有体积小、性能稳定、可靠性强的特点。当铁芯与线圈间有相对移动时，次级线圈感应出电动势经过整流滤波后，便变为表示铁芯与线圈间相对位移的电气信号输出，作为反馈。安装时，外壳固定不动，铁芯通过连杆与阀门连接套相连，输出的电气信号便可模拟执行机构的位移，也就是汽阀的开度。

为了提高控制系统的可靠性，每个执行机构中安装两个位移传感器。计算机按“高选”或其他选择的原则接收负反馈信号。两个位移传感器通常通过一个安装板或若干个零件固定在一起，我们称之为位移传感器组件。

2 目前普遍存在的问题

目前除上海汽轮机厂引进西门子技术生产的汽轮机执行机构采用的是磁致伸缩的位移传感器外，国内火电机组基本上采用位移传感器是采用侧卧在操纵座旁的安装方式。

图一 国内机组常见汽轮机执行机构位移传感器组件示意图

由于国内火电机组汽轮机执行机构绝大多数采用螺旋弹簧作为操纵座快关输出动力源，因此在阀门开启过程中，操纵座弹簧受油动机提升力的作用，一直处于线性压缩状态（操纵座弹簧本身也有预紧力存在）。鉴于闭环系统的特性，当某个执行机构需要在某个位置（开度）稳定时，实际状态并非静态，而是在指定位置进行实时调节，此时由于螺旋弹簧在压缩过程中，一直存在一个方向不变的切向力，且在调整过程中此切向力的大小是变化的，因此操纵座内弹簧托盘在托起弹簧过程中，会受弹簧切向力驱使而具有旋转运动的趋势，并且会将此趋势传递给位移传感器导杆或者导板，带动其向某个方向旋转。如若操纵座弹簧托盘上设置的导向轮失效或者缺失，就会使得导杆旋转，此时位移传感器在旋转方向自由度为0，从而导致位移传感器上LVDT芯杆弯曲甚至断裂，引起闭环系统失效，调门不受控制。

图二 螺旋弹簧受力分解示意图

3 解决措施

解决执行机构位移传感器在阀门开启过程中因受切向力旋转而失效的问题的关键，在于解决其在伸缩过程的自由度变化问题。

图三 改进型汽轮机执行机构位移传感器组件示意图

根据执行机构运行特点及阀门蒸汽力和操纵座弹簧力变化的特点，我们采用单LVDT单杆单导轨加双关节轴承的连接传动方式来设计位移传感器组件。

采用在LVDT芯杆伸缩方向设置导轨做线性运动，将LVDT芯杆从主动运动降为从动运动，由于导轨直径远远大于LVDT芯杆直径，从而增加了LVDT芯杆在伸缩方向运动时的抗干扰能力，此外通过采用无油润滑轴承作为导轨的摩擦副，以来减少导轨运动过程中的摩擦力过大而导致的位移传感器组件卡涩的问题。采用双关节轴承的连接方式，当位移传感器连杆因弹簧切向力而发生偏转时，双关节轴承组合相互调整，可以在一定程度上抵消连杆的偏移而导致无旋转方向无自由度问题，因此可以有效抵消弹簧切向力带来的连接杆偏移而导致的LVDT芯杆偏磨、断裂、不线性等问题。而每个LVDT独立设置一道运动副组合使用，可以有效避免某个运动副失效而整体失效的问题发生。

参考文献：

[1] 闻邦椿，机械设计手册第五版第三卷，机械工业出版社，2010年1月

[2] GB/T23935-2009，中华人民共和国国家标准，圆柱螺旋弹簧设计计算，2009年3月

[3] 传感器、变送器、仪表选型手册，无锡市河埒传感器有限公司

作者简介：武俊杰，1984年出生，籍贯山西天镇，毕业于江西电力职业技术学院，2007年从事发电厂相关业务。