线性位移传感器如何确保燃气轮机高效运行

趋势

精确控制可提高效率

了解 TE Connectivity (TE) 推出的 LVDT 位移传感器的结构和性能如何能应对燃气轮机的严苛环境条件。Karmjit Sidhu,石油和天然气传感器业务发展部总监

燃气轮机包含各种控制阀,这些控制阀各自发挥一种不同的功能,如调节气流或阻止气流。 这种对来自控制阀的气流所进行的精确监测和控制使燃气轮机得以高效运行,同时能够最大限度减少能源浪费。致动器会移动控制阀,而反馈器件则将阀门位置信息传回燃气轮机控制系统,指明阀门的开合状态和开合程度。虽然也考虑过使用其他技术作为反馈器件,但发电行业已标准化 LVDT 线性位移技术。LVDT 位移传感器是一个只包含几个线圈和一个亚铁芯线的简单器件,可以承受高强度的冲击和振动,即使在极脏时运行也能符合规格。激光遇到灰尘和污垢就无法发挥作用,而电容和涡电流传感器又无法测量长冲程。电位器、磁阻位移传感器和拉绳式位移传感器无法很好地满足温度、振动和本质安全要求。

LVDT 位移传感器的基本结构。

图 1:LVDT 位移传感器的基本结构。

磁阻位移传感器存在温度限制,能承受的温度不得超过 +80°C,原因是波导和必要电子设备存在温度限制。 传感元件也无法与电子设备分隔开来,以便在严苛环境中运行。在持续存在高强度振动的环境中,器件的表现将不尽如人意。此外,带有端子的电位器件无法提供 LVDT 线性位移传感器所具备的可靠性和耐高温性能。LVDT 是为了克服其他传感器技术所存在的限制而设计的,具备以下特性,从而适合用作燃气轮机中的测量器件。

LVDT 位移传感器是一个只包含几个线圈和一个亚铁芯线的简单器件,可以承受高强度的冲击和振动,即使在极脏时运行也能符合规格。

测量范围

LVDT 线性位移传感器可以测量各种大小的移动,小到百万分之一英寸,这对将某些阀门移动的测量精确到微小级别至关重要。许多阀门用户可能只需知道阀门的开合状态即可,但有些操作员在其应用中必须清楚阀门的准确位置。例如,由于排放阀是调节阀,因而必须打开到特定程度,具体取决于发电量。通过确认阀门已开合到适当程度,工厂能够提高运行效率。对于中型工厂而言,运行效率提高 2% 就意味着可能节约价值一百万美元的燃料。

环境阻力

虽然 LVDT 线性位移传感器一度只能采用不锈钢包装,但如今可使用 400 合金、C276 合金和钛等现代材料重新包装,以应对燃气轮机常有的极端温度和极不稳定的环境。钴和镍等特殊合金可在类似技术不可行的情况下使 LVDT 具有更高的性能。

认证和批准

由于燃气轮机中存在气体蒸汽,因而安装在燃气轮机上的 LVDT 必须符合本安参数,而且必须获得美国安全检测实验室公司 (UL)、FM、CSA 和 ATEX 等认证机构的认可。即使传感器设计为在危险条件下使用,认证也能让最终用户放心,让他们知道传感器已获准在燃气轮机的诸多危险环境中使用。

工作温度范围

在使用传感器监测燃气轮机正常运行状况或调节阀门的环境中,温度可以达到 +250°C (+475°F)。这些传感器能够将位于燃气轮机控制系统上的 LVDT 电子设备与 LVDT 线圈分隔开来,这正是它们能够在发电厂中站稳脚跟的主要原因之一。LVDT 线性位移传感器可与位于 100 米高处的信号调节电子设备分隔开来。由于电子设备位于远处,因而交流操作 LVDT 可以承受燃气轮机上 +175°C 到 +232°C(约为 +350°F 到 +400°F)的高温,而带有内置电子设备的传感器必须经过专门配置(价格要高得多)才能提供可承受这种高温的电气元件。

lvdt 位移传感器
耐高温 LVDT 位移传感器
LVDT 信号调节器
DIN 导轨安装式 LVDT 信号调节器

满足冲程要求的紧凑设计

传统 LVDT 线性位移传感器的冲程一度对空间受限的应用而言过长。得益于新的计算机化绕组技术和更小的嵌入式微处理器,线性位移传感器的本体长度相较其可测量的冲程长度而言,已大幅缩短。如今的现代化 LVDT 外形尺寸减小了多达 80%,适用于任何给定的冲程。凭借介于 0.5" 和 12" 冲程长度之间的甜蜜点,LVDT 位移传感器可实现较高的准确度和耐用性。

LVDT 线性位移传感器性能可靠、可重复使用、准确度高,而且成本较低,无论是在燃气轮机运行还是在工厂改造项目中皆能发挥重要作用,最大限度提高效率。在选择用于燃气轮机的 LVDT 时,请考虑以下几点:

  • 温度、振动和冲击等工作环境
  • 确保高准确度的最佳工作频率以及 LVDT 和信号调节器之间的电缆长度
  • 带有噪声抑制的电路
  • 适合关键安装条件的 LVDT 的空间范围
  • 轻松连接到电子设备

作者:

Karmjit Sidhu,石油和天然气传感器业务发展部总监