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| 汽輪機TSI系統詳(xiang)解(jie) | ||
| 發布日期：2020-08-14 | 瀏覽次數：2269次 | |
《汽輪機TSI系統詳解》
汽(qi)輪機安全監視系統(tong)（TSI）是一(yi)(yi)種集(ji)保護和(he)檢(jian)測功(gong)能(neng)于一(yi)(yi)身(shen)的(de)永(yong)久(jiu)監視系(xi)(xi)統，是大型旋轉(zhuan)機械必不可少的(de)保護系(xi)(xi)統。
TSI可以對機(ji)(ji)組在(zai)起動(dong)、運行(xing)過程中的一些重(zhong)要參(can)數能(neng)可靠(kao)地進(jin)行(xing)監視(shi)和儲存，它不(bu)僅能(neng)指(zhi)示機(ji)(ji)組運行(xing)狀態(tai)、記錄(lu)輸出信號(hao)、實現(xian)(xian)數值越(yue)限報警、出現(xian)(xian)危險信號(hao)時使機(ji)(ji)組自動(dong)停機(ji)(ji)，同時還能(neng)為(wei)故(gu)障(zhang)診斷提供數據，因而(er)廣泛(fan)地應用于3MW～600MW的各種汽(qi)輪發電(dian)機組上。
一、汽輪機安全監(jian)視的內容(rong)
汽機應(ying)監視(shi)和(he)保(bao)護的(de)項(xiang)目隨(sui)蒸汽參數(shu)的(de)升高(gao)而增多，且(qie)隨(sui)機組不一而各有(you)差(cha)異，一般有(you)以下一些參數(shu):
（1）軸向(xiang)位移監視：連(lian)續(xu)監視推(tui)力盤到(dao)推(tui)力軸承的相(xiang)對位(wei)置(zhi)，以保證轉子與靜止部件間不發生(sheng)摩(mo)擦，避(bi)免災難(nan)性事故(gu)的發生(sheng)。當軸向位(wei)移過大時，發出報警或(huo)停機信號。
（2）差脹監視：連續檢(jian)測轉子相對于汽缸上某基準點（通常(chang)為推力(li)軸(zhou)承(cheng)）的膨脹量，一般采用(yong)電渦(wo)流(liu)探頭進行測量，也可用(yong)線性差動位移變送器（LVDT）進行測量。
（3）缸脹(zhang)監視：連(lian)續監測汽缸相對(dui)(dui)于(yu)基礎上某一(yi)基準(zhun)點（通常(chang)為(wei)滑銷系(xi)統的絕對(dui)(dui)死(si)點）的膨脹量。由(you)于(yu)膨脹范(fan)圍大，目前一(yi)般都(dou)采(cai)用LVDT進行缸脹監視(shi)。
（4）零轉速監視(shi)：連續監(jian)測轉子的零轉速(su)狀態。當轉速(su)低于某規定值時，報(bao)警繼電(dian)器動作，以便投入盤車裝(zhuang)置。
（5）轉速監(jian)視(shi)：連(lian)續(xu)監測(ce)轉(zhuan)子(zi)的轉(zhuan)速。當轉(zhuan)速高于設定值時給(gei)出報警信號(hao)或停機信號(hao)。
（6）振動監(jian)視：監視(shi)主(zhu)軸相對于軸承座(zuo)的相對振動和軸承座(zuo)的絕(jue)對振動。
（7）偏(pian)心度監視：連(lian)續監視偏(pian)心度的峰-峰(feng)值和(he)瞬時(shi)值。轉(zhuan)速為1～600r/min時(shi)，主軸每轉(zhuan)一圈測(ce)量一次偏心(xin)度(du)峰(feng)-峰(feng)值，此值與鍵相脈(mo)沖同步。當(dang)轉(zhuan)速低于1r/min時(shi)，機組不再(zai)盤(pan)車(che)而停機，這(zhe)時(shi)瞬時(shi)偏心(xin)度(du)儀表的讀數應最小，這(zhe)就(jiu)是最佳轉(zhuan)子停車(che)位置(zhi)。
（8）相位監(jian)視(shi)：采(cai)用相(xiang)位計連(lian)續測量選定(ding)的輸入(ru)振動信(xin)號(hao)的相(xiang)位。輸入(ru)信(xin)號(hao)取自鍵相(xiang)信(xin)號(hao)和相(xiang)對振動信(xin)號(hao)，經轉換后供顯示(shi)或記錄。
（9）閥位指示：連(lian)續(xu)指示調速汽門的動作位置。
二、TSI系統監(jian)測的基本參數
1. 振動參數
它包(bao)括下述五個(ge)方(fang)面：
（1）振幅
可用來表示(shi)位移、速度或加(jia)速度，是一種(zhong)強弱程度的(de)標志。使用趨近式探頭測量(liang)以獲取振動振幅的(de)精確數據。雖然機殼測量(liang)被嘗試用于(yu)“高(gao)頻(pin)”振動，需要(yao)著重(zhong)指出的(de)是機(ji)器功能失靈的(de)絕(jue)大多數都發生(sheng)在低頻(pin)區(qu)（通(tong)常小于四(si)倍(bei)的(de)轉速）。單項的(de)高(gao)頻(pin)測量僅(jin)占機(ji)器評估時間的(de)一個小百分點。
（2）頻率
振動(dong)的(de)頻率(lv)通常被表(biao)示為機器(qi)轉速(su)的(de)倍(bei)數形式。這主(zhu)要取決于機器(qi)轉速(su)在幾倍(bei)頻或幾倍(bei)頻情況下機器(qi)振動(dong)頻率(lv)的(de)趨向(xiang)。機器(qi)振動(dong)頻率(lv)可簡(jian)單表(biao)示為1x、2x、3x、4x等等。
（3）相角
利用(yong)一(yi)個鍵相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)移傳感器，獲取軸的(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)參數(shu)信號。相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)角(jiao)為脈沖前(qian)沿到振(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)第一(yi)個正向峰值之間(jian)的(de)(de)角(jiao)度。當轉(zhuan)(zhuan)子(zi)通過振(zhen)動(dong)(dong)輸(shu)入(ru)傳感器時(shi)，其振(zhen)動(dong)(dong)的(de)(de)第一(yi)個正向峰值是與轉(zhuan)(zhuan)子(zi)的(de)(de)最高點(dian)相(xiang)(xiang)(xiang)吻合的(de)(de)。通過確(que)定這(zhe)些至高點(dian)的(de)(de)位(wei)(wei)置，就能夠確(que)定轉(zhuan)(zhuan)子(zi)平(ping)衡(heng)條件和不平(ping)衡(heng)偏差(cha)的(de)(de)位(wei)(wei)置。同時(shi)，相(xiang)(xiang)(xiang)角(jiao)對確(que)定轉(zhuan)(zhuan)子(zi)平(ping)衡(heng)諧(xie)振(zhen)轉(zhuan)(zhuan)數(shu)位(wei)(wei)置也很有(you)價(jia)值。
（4）振(zhen)動形式(shi)
是分析(xi)振動(dong)(dong)數據的(de)關(guan)鍵。振動(dong)(dong)形(xing)式(shi)是指(zhi)其自身的(de)固有振動(dong)(dong)形(xing)式(shi)，可在示波(bo)器上(shang)顯(xian)示出來。并可分別(bie)采用直角(jiao)坐標圖(tu)示或極坐標圖(tu)示，以便幫(bang)助(zhu)運(yun)行人員了解轉子的(de)運(yun)動(dong)(dong)情況(kuang)與狀態。此外，基本參(can)數如振幅、頻率和相位角(jiao)都可從(cong)振動(dong)(dong)形(xing)式(shi)圖(tu)象中(zhong)確定。
（5）振動(dong)模(mo)式(shi)
監(jian)測(ce)機組的任何一(yi)對XY探(tan)頭可提供轉(zhuan)子在某特(te)定位(wei)置的(de)運動情況。再利(li)用另一對探(tan)頭監測機組不同(tong)位(wei)置，就能確(que)定轉(zhuan)子固有模型，以便(bian)幫助(zhu)我們更準確(que)地估算(suan)轉(zhuan)子與靜止部件間的(de)軸(zhou)向間隙，并估算(suan)出轉(zhuan)軸(zhou)的(de)節點(dian)位(wei)置。
機(ji)殼監測(ce)和軸或轉(zhuan)子的(de)測(ce)量(liang)方法類似(si)，同樣可利(li)用振(zhen)(zhen)幅(fu)、頻率、相(xiang)角(jiao)，振(zhen)(zhen)動形式和模式等參數描(miao)繪。除(chu)了了解轉(zhuan)子運轉(zhuan)情況，掌握機(ji)殼狀態對(dui)分(fen)析整(zheng)個系統也是(shi)同等重要(yao)的(de)。諸如結構(gou)件(jian)、管件(jian)的(de)諧(xie)振(zhen)(zhen)，基礎的(de)松散或斷(duan)裂及外振(zhen)(zhen)源位(wei)置都可利(li)用機(ji)器非旋轉(zhuan)件(jian)的(de)測(ce)量(liang)確定(ding)。在對(dui)機(ji)器機(ji)械性(xing)能(neng)的(de)綜合分(fen)析里，機(ji)殼的(de)監測(ce)是(shi)不可忽視的(de)。
2. 位(wei)置測量
它包括下述五個(ge)方面(mian)：
（1）偏心位(wei)置(zhi)
用于測量軸頸軸承(cheng)處軸的(de)穩態(tai)位置。該種測量是對軸承(cheng)磨損和(he)因(yin)預(yu)應力嚴重出現(xian)不對中的(de)最佳指(zhi)示標志(zhi)。
（2）軸向位移
測量的是推力環到(dao)推力軸承的相(xiang)對位置。測量的目(mu)的是為了保證(zheng)轉子與靜止部(bu)件間不發(fa)生(sheng)摩擦，以避免災(zai)難性事故發(fa)生(sheng)。
（3）低轉速偏(pian)心(xin)
它指的(de)是轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)工作間歇時(shi)的(de)彎曲(qu)(qu)量(liang)。此彎曲(qu)(qu)量(liang)可通過轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子(zi)低(di)(di)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)速(su)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動時(shi)，前置(zhi)器上直流峰值的(de)緩(huan)慢變化顯(xian)示。如果峰值在一(yi)個可接(jie)受的(de)低(di)(di)水平范圍變動，機器就可啟動，不必擔(dan)心(xin)密封損傷(shang)或(huo)因存在彎曲(qu)(qu)量(liang)而引起(qi)的(de)摩擦或(huo)不平衡。
（4）脹差(cha)
指(zhi)轉子(zi)與機殼(ke)之間，由于熱膨脹量不(bu)一致所引(yin)起(qi)的膨脹之差值。它(ta)的存在(zai)將使機組發(fa)生(sheng)軸向摩擦、導致惡(e)性事故(gu)。因此，為了(le)保證(zheng)脹差在(zai)—定范圍之內，在機組末端與止推軸承間相對安(an)裝了一趨(qu)近式探(tan)頭，用以監測轉子(zi)與機殼的軸向間隙(xi)。
（5）機殼膨脹
機(ji)(ji)殼的(de)膨(peng)(peng)脹測量(liang)是對于機(ji)(ji)組，提供基礎(chu)與機(ji)(ji)殼相對脹差(cha)的(de)數(shu)據。掌握了機(ji)(ji)殼的(de)膨(peng)(peng)脹量(liang)和脹差(cha)就能夠斷定轉子和機(ji)(ji)殼哪一個膨(peng)(peng)脹率(lv)高。如果機(ji)(ji)殼膨(peng)(peng)脹不(bu)當，“滑腳(jiao)”可能被阻塞(sai)。
3. 其它參(can)數
（1）速度(du)
轉子的(de)(de)速度(du)的(de)(de)測(ce)量(liang)，長久以來已成為一項必須進行的(de)(de)標準(zhun)程序。振動測(ce)量(liang)值與轉速的(de)(de)相關性對最終分(fen)析機(ji)組(zu)性能(neng)十分(fen)重要。
（2）溫度
現(xian)已(yi)愈來愈重視軸(zhou)向和徑向軸(zhou)承的(de)(de)(de)溫度(du)變化。工作(zuo)過程的(de)(de)(de)溫度(du)數(shu)據可提供不(bu)少有意(yi)義的(de)(de)(de)信(xin)息，振動或位置(zhi)測(ce)量值與(yu)溫度(du)信(xin)息的(de)(de)(de)相關程度(du)有助于我們對可能發生的(de)(de)(de)機器(qi)失靈做出更(geng)明(ming)確的(de)(de)(de)判斷指示。
（3）相(xiang)關
影響機器運轉的溫度、壓力(li)、流(liu)量和其它參數的相關(guan)程度對分析整個系(xi)統極為重要(yao)。利用相關(guan)性，可建立完善的預保養程序。
4. 早期軸斷裂監測(ce)
大(da)量(liang)的(de)(de)(de)經(jing)驗性試驗和(he)現場情況記錄表明，在軸斷裂(lie)的(de)(de)(de)監(jian)測方面，最(zui)好的(de)(de)(de)標志是觀察轉子(zi)一倍頻或二倍頻時(shi)振(zhen)(zhen)動向(xiang)量(liang)的(de)(de)(de)變化。可接受區(qu)域是指矢量(liang)所(suo)能允許的(de)(de)(de)變化范(fan)圍，具體(ti)描(miao)述(shu)可用最(zui)大(da)、最(zui)小振(zhen)(zhen)幅(fu)邊(bian)界和(he)最(zui)大(da)、最(zui)小相角邊(bian)界。
—倍(bei)頻(pin)和二倍(bei)頻(pin)振(zhen)動(dong)(dong)矢(shi)量(liang)的(de)相關程度及低速(su)旋轉彎曲矢(shi)量(liang)，對于確定(ding)引起(qi)矢(shi)量(liang)變化的(de)起(qi)因是很必要的(de)。原(yuan)因有可能(neng)是不對稱軸裂造成(cheng)，也(ye)不能(neng)排除由于負載(zai)、電源、蒸汽條件或其它運行參(can)數的(de)變動(dong)(dong)，引起(qi)了(le)矢(shi)量(liang)變化。
三、TSI的基本組(zu)成(cheng)與工作原理
1、TSI的基本組成
無(wu)論是國(guo)產的TSI，還是(shi)進口(kou)的TSI；無論是(shi)由(you)分(fen)(fen)立元件(jian)構成(cheng)的TSI，還是(shi)由(you)集成(cheng)電路(lu)組(zu)成(cheng)的TSI，或(huo)者(zhe)是(shi)由(you)微處理器芯片(pian)構成(cheng)的TSI系統(tong)，從結構與(yu)組(zu)成(cheng)的角度分(fen)(fen)析，它們均可(ke)以下三部(bu)分(fen)(fen)描繪：
傳感(gan)器系統將機(ji)械量(liang)（如轉速，軸位移，差(cha)脹(zhang)，缸脹(zhang)，振動和偏心等）轉換成(cheng)電(dian)參數（頻率(lv)f，電感L，品質因素(su)Q，阻抗Z等），傳(chuan)感器輸出的電參數信號經過現(xian)場(chang)連線(xian)送到監(jian)測系(xi)統，由(you)監(jian)測系(xi)統轉(zhuan)換為(wei)測量參數進(jin)行顯示(shi)、記錄及相關的信息處理(li)。
2、TSI的(de)工(gong)作原理
目前應用廣(guang)泛的(de)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)有(you)：電(dian)渦(wo)流(liu)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)，電(dian)感(gan)(gan)(gan)式速度傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)，電(dian)感(gan)(gan)(gan)式線性(xing)差動變壓器(qi)(qi)(qi)和(he)磁阻式測速傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)等等。對(dui)于應用得最多的(de)電(dian)渦(wo)流(liu)傳(chuan)感(gan)(gan)(gan)器(qi)(qi)(qi)系統來(lai)說，它由探頭、接(jie)長電(dian)纜和(he)前置器(qi)(qi)(qi)組成。前置器(qi)(qi)(qi)具(ju)有(you)一(yi)個(ge)電(dian)子線路，它可以產生一(yi)個(ge)低(di)功(gong)率無線電(dian)頻率信號（RF），這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)RF信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)，由(you)延伸電纜(lan)送到(dao)探頭端(duan)部(bu)(bu)(bu)里面的(de)線圈上，在(zai)探頭端(duan)部(bu)(bu)(bu)的(de)周圍都(dou)有這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)RF信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)。如果在(zai)這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)的(de)范(fan)圍之內，沒有導體(ti)材料，則釋放到(dao)這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)范(fan)圍內的(de)能(neng)(neng)量(liang)(liang)都(dou)會回到(dao)探頭。如果有導體(ti)材料的(de)表面接近(jin)于探頭頂部(bu)(bu)(bu)，則RF信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)在(zai)導體(ti)表面會形成小的(de)電渦流。這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)電渦流使得這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)RF信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)有能(neng)(neng)量(liang)(liang)損(sun)失。該(gai)損(sun)失大小是可(ke)(ke)以測量(liang)(liang)的(de)。導體(ti)表面距(ju)離探頭頂部(bu)(bu)(bu)越近(jin)，其能(neng)(neng)量(liang)(liang)損(sun)失越大。傳感器系統(tong)可(ke)(ke)以利(li)用(yong)這(zhe)(zhe)(zhe)一(yi)能(neng)(neng)量(liang)(liang)損(sun)失產生一(yi)個輸出電壓(ya)，該(gai)電壓(ya)正比于所測間(jian)隙(xi)。
前置器(qi)(qi)(qi)由(you)高(gao)頻振蕩器(qi)(qi)(qi)、檢波(bo)器(qi)(qi)(qi)、濾(lv)波(bo)器(qi)(qi)(qi)、直(zhi)流放(fang)(fang)大器(qi)(qi)(qi)、線性網絡及輸出放(fang)(fang)大器(qi)(qi)(qi)等組成，檢波(bo)器(qi)(qi)(qi)將高(gao)頻信號(hao)解調成直(zhi)流電(dian)壓信號(hao)，此信號(hao)經(jing)(jing)低通濾(lv)波(bo)器(qi)(qi)(qi)將高(gao)頻的(de)(de)殘余波(bo)除去，再經(jing)(jing)直(zhi)流放(fang)(fang)大器(qi)(qi)(qi)，線性補償電(dian)路(lu)和輸出放(fang)(fang)大處理后，在輸出端(duan)得(de)到(dao)與被(bei)測物體和傳感器(qi)(qi)(qi)之間的(de)(de)實(shi)際距(ju)離(li)成比例的(de)(de)電(dian)壓信號(hao)。前置器(qi)(qi)(qi)（信號(hao)轉換器(qi)(qi)(qi)）的(de)(de)額定輸出電(dian)壓為 -4~-20V（線性區(qu)）。
監測系(xi)(xi)統又稱為框(kuang)(kuang)架(jia)(jia)(jia)，一個框(kuang)(kuang)架(jia)(jia)(jia)由(you)三部分組成(cheng)：電(dian)源(yuan)(yuan)、系(xi)(xi)統監測器和監測表(biao)。電(dian)源(yuan)(yuan)為裝在框(kuang)(kuang)架(jia)(jia)(jia)內的(de)(de)監測表(biao)及相(xiang)應的(de)(de)傳(chuan)感器提(ti)供(gong)規定(ding)的(de)(de)電(dian)源(yuan)(yuan)，電(dian)源(yuan)(yuan)總被放在框(kuang)(kuang)架(jia)(jia)(jia)的(de)(de)第一位置(zhi)；系(xi)(xi)統檢測器檢驗供(gong)電(dian)水平以確保系(xi)(xi)統正常運行，同時，它還具有(you)控制系(xi)(xi)統“OK”的功能。“OK”（正常(chang)工作）表明系(xi)(xi)統(tong)的傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)及現場接(jie)線是(shi)在(zai)規定的水平上進(jin)行。系(xi)(xi)統(tong)檢測(ce)(ce)器(qi)也(ye)控制報(bao)警(jing)點的設置(zhi)和(he)系(xi)(xi)統(tong)復位(wei)。系(xi)(xi)統(tong)檢測(ce)(ce)器(qi)總被(bei)放在(zai)框架的第(di)二(er)位(wei)置(zhi)；監測(ce)(ce)表不僅可以顯示傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)系(xi)(xi)統(tong)是(shi)否正常(chang)運(yun)行，還(huan)可以指示傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)的測(ce)(ce)量值(zhi)，并在(zai)越限時報(bao)警(jing)。
