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| 汽輪機TSI系統詳(xiang)解 | ||
| 發布日期：2020-08-14 | 瀏覽次數：2269次 | |
《汽輪機TSI系統詳解》
汽輪機安全監視系統（TSI）是一種集保(bao)護和檢測功能于一身的(de)永久監視(shi)系統(tong)，是大型旋轉(zhuan)機械必不可(ke)少(shao)的(de)保(bao)護系統(tong)。
TSI可以對機(ji)(ji)組(zu)在起動、運(yun)行(xing)過程中的一些重要參數(shu)能(neng)可靠地(di)進行(xing)監視和儲(chu)存，它不僅能(neng)指示機(ji)(ji)組(zu)運(yun)行(xing)狀態、記錄輸(shu)出信號(hao)、實現數(shu)值越限(xian)報警、出現危險信號(hao)時使機(ji)(ji)組(zu)自動停機(ji)(ji)，同時還能(neng)為故障診斷提供數(shu)據(ju)，因而廣(guang)泛地(di)應用于(yu)3MW～600MW的各種汽輪發電機(ji)組上。
一、汽輪機安全監視的內容
汽機應監(jian)視和保護的(de)項目隨(sui)蒸汽參數的(de)升高而增多，且隨(sui)機組不一而各有差異，一般有以下一些參數:
（1）軸向位移監(jian)視：連續監(jian)視(shi)推(tui)力(li)盤到推(tui)力(li)軸承的相對(dui)位置，以保證轉子與靜止部(bu)件間不發(fa)生摩(mo)擦(ca)，避免災難性事故的發(fa)生。當軸向位移過大時，發(fa)出報警(jing)或停(ting)機(ji)信號(hao)。
（2）差脹監視(shi)：連續檢(jian)測(ce)轉(zhuan)子相對于(yu)汽缸(gang)上某基準點（通常為推力(li)軸承）的膨脹量，一般采用(yong)電渦流探頭進行測(ce)量，也可用(yong)線性差動(dong)位移變送器（LVDT）進行測量。
（3）缸脹監視(shi)：連續監測(ce)汽(qi)缸相對(dui)于(yu)基礎上某一基準點(dian)（通常為滑(hua)銷(xiao)系統的絕對(dui)死點(dian)）的膨脹(zhang)量。由于(yu)膨脹(zhang)范圍大，目前一般都采用LVDT進行缸脹監視(shi)。
（4）零轉(zhuan)速監視：連續監測轉(zhuan)(zhuan)子的零(ling)轉(zhuan)(zhuan)速狀態。當(dang)轉(zhuan)(zhuan)速低于某規定值時，報警繼電器動作，以(yi)便投(tou)入盤車裝(zhuang)置。
（5）轉速監視(shi)：連續監測轉(zhuan)子的轉(zhuan)速。當轉(zhuan)速高于設(she)定值時(shi)給出報(bao)警信號或停機信號。
（6）振動監視(shi)：監(jian)視主軸相對于軸承(cheng)座(zuo)的相對振動(dong)和軸承(cheng)座(zuo)的絕對振動(dong)。
（7）偏心度(du)監視：連(lian)續(xu)監視(shi)偏心度的峰-峰值(zhi)和瞬時(shi)值(zhi)。轉(zhuan)(zhuan)速為1～600r/min時(shi)，主軸每轉(zhuan)(zhuan)一(yi)圈(quan)測量一(yi)次(ci)偏心(xin)度(du)峰-峰值(zhi)，此值(zhi)與鍵相脈沖(chong)同步。當轉(zhuan)(zhuan)速低于(yu)1r/min時(shi)，機組(zu)不再盤車而停機，這(zhe)時(shi)瞬時(shi)偏心(xin)度(du)儀(yi)表的讀數(shu)應最小，這(zhe)就是最佳轉(zhuan)(zhuan)子停車位(wei)置。
（8）相位監視：采用相(xiang)位計連續測量選定的輸(shu)入振(zhen)動信號的相(xiang)位。輸(shu)入信號取自鍵相(xiang)信號和(he)相(xiang)對振(zhen)動信號，經轉換后供顯(xian)示或記(ji)錄。
（9）閥(fa)位指示：連續指示調速汽門的(de)動作(zuo)位置。
二、TSI系統(tong)監測的基本參(can)數(shu)
1. 振動參數
它包括下述五個方(fang)面：
（1）振幅
可用來表示(shi)位(wei)移、速度(du)(du)或加速度(du)(du)，是(shi)一種強弱(ruo)程度(du)(du)的(de)標(biao)志(zhi)。使用趨近式探頭測量以獲(huo)取振動(dong)振幅的(de)精確數據。雖然機殼(ke)測量被嘗(chang)試用于(yu)“高頻”振動，需要著重指出的(de)是機器功(gong)能(neng)失靈的(de)絕大多數都發生在(zai)低(di)頻區(qu)（通常(chang)小于(yu)四倍的(de)轉(zhuan)速(su)）。單項的(de)高頻測(ce)量僅占機器評(ping)估時間的(de)一個小百(bai)分點。
（2）頻率(lv)
振動(dong)的(de)頻(pin)率(lv)(lv)通常被表示為(wei)機(ji)器(qi)(qi)(qi)轉速(su)的(de)倍(bei)數形式。這主要取(qu)決于機(ji)器(qi)(qi)(qi)轉速(su)在(zai)幾倍(bei)頻(pin)或幾倍(bei)頻(pin)情(qing)況下機(ji)器(qi)(qi)(qi)振動(dong)頻(pin)率(lv)(lv)的(de)趨向。機(ji)器(qi)(qi)(qi)振動(dong)頻(pin)率(lv)(lv)可簡單表示為(wei)1x、2x、3x、4x等(deng)等(deng)。
（3）相(xiang)角
利用一(yi)個(ge)鍵(jian)相位移(yi)傳感器，獲取軸的(de)(de)相位參數(shu)信號。相位角(jiao)(jiao)為脈沖前沿到振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)(de)第(di)一(yi)個(ge)正向峰值之間(jian)的(de)(de)角(jiao)(jiao)度(du)。當轉子通(tong)過振(zhen)(zhen)動(dong)輸入傳感器時，其振(zhen)(zhen)動(dong)的(de)(de)第(di)一(yi)個(ge)正向峰值是與轉子的(de)(de)最高點相吻合的(de)(de)。通(tong)過確定這些至高點的(de)(de)位置，就能夠確定轉子平(ping)衡(heng)(heng)條件和不平(ping)衡(heng)(heng)偏差的(de)(de)位置。同時，相角(jiao)(jiao)對確定轉子平(ping)衡(heng)(heng)諧振(zhen)(zhen)轉數(shu)位置也很有價值。
（4）振動形(xing)式
是分(fen)析振(zhen)動(dong)(dong)數(shu)據(ju)的(de)關鍵。振(zhen)動(dong)(dong)形(xing)式是指其(qi)自身的(de)固有(you)振(zhen)動(dong)(dong)形(xing)式，可在示波(bo)器上顯示出來。并(bing)可分(fen)別采用(yong)直角坐標圖(tu)示或(huo)極坐標圖(tu)示，以(yi)便幫助運(yun)行人員了解轉(zhuan)子的(de)運(yun)動(dong)(dong)情(qing)況(kuang)與(yu)狀態。此外，基本參數(shu)如振(zhen)幅、頻率和(he)相位角都可從振(zhen)動(dong)(dong)形(xing)式圖(tu)象(xiang)中確定。
（5）振(zhen)動模式
監測機組(zu)的任何一對XY探頭(tou)可(ke)提供(gong)轉(zhuan)子在某特定位(wei)置的(de)運動情況。再利用另(ling)一對(dui)探頭(tou)監測機組不同(tong)位(wei)置，就能確(que)定轉(zhuan)子固有模型，以便幫助我們更(geng)準確(que)地(di)估算轉(zhuan)子與靜止部件(jian)間的(de)軸(zhou)向間隙，并估算出轉(zhuan)軸(zhou)的(de)節點位(wei)置。
機(ji)(ji)(ji)殼監(jian)測(ce)和軸或(huo)轉(zhuan)子(zi)的(de)測(ce)量方法類似，同樣可(ke)利用(yong)振(zhen)幅(fu)、頻率、相角，振(zhen)動形式(shi)和模式(shi)等(deng)參數描繪(hui)。除了了解轉(zhuan)子(zi)運(yun)轉(zhuan)情況，掌握機(ji)(ji)(ji)殼狀(zhuang)態對(dui)(dui)分(fen)析整個系統(tong)也是(shi)同等(deng)重要的(de)。諸如結(jie)構件(jian)、管件(jian)的(de)諧振(zhen)，基礎的(de)松散或(huo)斷裂及外振(zhen)源位置都可(ke)利用(yong)機(ji)(ji)(ji)器非旋轉(zhuan)件(jian)的(de)測(ce)量確定。在對(dui)(dui)機(ji)(ji)(ji)器機(ji)(ji)(ji)械性能的(de)綜合分(fen)析里，機(ji)(ji)(ji)殼的(de)監(jian)測(ce)是(shi)不可(ke)忽視的(de)。
2. 位置測量
它包括下述五個(ge)方面：
（1）偏心位置
用于測量(liang)軸(zhou)(zhou)頸軸(zhou)(zhou)承處(chu)軸(zhou)(zhou)的穩態位(wei)置。該(gai)種測量(liang)是對軸(zhou)(zhou)承磨損(sun)和因(yin)預應力嚴重出現不對中的最佳指示標志(zhi)。
（2）軸向位移
測(ce)量的(de)是(shi)(shi)推(tui)力環到推(tui)力軸承的(de)相對位(wei)置。測(ce)量的(de)目的(de)是(shi)(shi)為了保證轉子與靜止部件間不發(fa)生(sheng)摩擦，以避免災難性事故發(fa)生(sheng)。
（3）低轉(zhuan)速偏心
它(ta)指的(de)是轉子(zi)工作間歇時的(de)彎(wan)曲量(liang)。此彎(wan)曲量(liang)可(ke)通過轉子(zi)低轉速轉動時，前置器(qi)上直流峰(feng)值(zhi)的(de)緩(huan)慢(man)變(bian)化顯示。如果(guo)峰(feng)值(zhi)在一個可(ke)接受的(de)低水平范圍(wei)變(bian)動，機器(qi)就可(ke)啟動，不必擔心密封損傷或(huo)因存在彎(wan)曲量(liang)而引(yin)起(qi)的(de)摩擦或(huo)不平衡。
（4）脹差(cha)
指轉子與機殼之(zhi)間，由于(yu)熱膨脹(zhang)量不一致(zhi)所(suo)引起的膨脹(zhang)之(zhi)差值(zhi)。它的存在(zai)將(jiang)使機組發生軸(zhou)向(xiang)摩擦、導致(zhi)惡性事(shi)故。因此(ci)，為了保(bao)證脹(zhang)差在(zai)—定范圍之內，在機(ji)組末端與(yu)止推(tui)軸承間(jian)相對安裝了一趨(qu)近(jin)式探頭，用以監測轉子與(yu)機(ji)殼(ke)的軸向間(jian)隙。
（5）機殼(ke)膨(peng)脹
機(ji)殼(ke)(ke)的膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)測量(liang)是對于(yu)機(ji)組，提供(gong)基礎與機(ji)殼(ke)(ke)相對脹(zhang)(zhang)差(cha)(cha)的數據。掌握了機(ji)殼(ke)(ke)的膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)量(liang)和脹(zhang)(zhang)差(cha)(cha)就能夠斷定轉子和機(ji)殼(ke)(ke)哪(na)一個膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)率(lv)高。如果機(ji)殼(ke)(ke)膨(peng)(peng)(peng)脹(zhang)(zhang)不當(dang)，“滑腳”可能被阻塞。
3. 其(qi)它(ta)參數
（1）速度
轉(zhuan)子的(de)(de)速(su)度的(de)(de)測(ce)量，長久以來已(yi)成(cheng)為(wei)一項必(bi)須進行的(de)(de)標準程(cheng)序。振動測(ce)量值與(yu)轉(zhuan)速(su)的(de)(de)相關性對最終分析機組性能十(shi)分重要。
（2）溫度
現(xian)已愈(yu)來(lai)愈(yu)重視(shi)軸(zhou)(zhou)向(xiang)和徑向(xiang)軸(zhou)(zhou)承的(de)溫度(du)變化。工作過程的(de)溫度(du)數據可提供(gong)不少有(you)(you)意義的(de)信息(xi)(xi)，振動或位(wei)置測量值與溫度(du)信息(xi)(xi)的(de)相關程度(du)有(you)(you)助于我們對可能發生的(de)機器失靈做出更明確的(de)判斷(duan)指示(shi)。
（3）相關
影響機器運(yun)轉(zhuan)的溫度、壓力(li)、流量和其(qi)它參數(shu)的相(xiang)關程度對分(fen)析整個系統極為(wei)重(zhong)要。利(li)用相(xiang)關性，可建立完善的預保養(yang)程序。
4. 早(zao)期軸斷裂監測
大量的(de)經驗(yan)性試(shi)驗(yan)和(he)現場情(qing)況記(ji)錄表明，在軸斷裂的(de)監測方面，最(zui)(zui)好(hao)的(de)標志是觀察轉(zhuan)子(zi)一倍頻(pin)或二倍頻(pin)時(shi)振動向量的(de)變化(hua)。可接受區域是指矢量所能(neng)允(yun)許的(de)變化(hua)范圍(wei)，具體描述(shu)可用最(zui)(zui)大、最(zui)(zui)小振幅邊界和(he)最(zui)(zui)大、最(zui)(zui)小相(xiang)角(jiao)邊界。
—倍(bei)頻(pin)和二倍(bei)頻(pin)振動(dong)矢量(liang)的相(xiang)關程(cheng)度及(ji)低速(su)旋轉彎曲矢量(liang)，對于(yu)確定引起矢量(liang)變(bian)化(hua)的起因是很必要的。原(yuan)因有可能是不(bu)對稱軸裂造成，也(ye)不(bu)能排(pai)除由于(yu)負載、電源、蒸汽條件或其(qi)它運行參(can)數(shu)的變(bian)動(dong)，引起了(le)矢量(liang)變(bian)化(hua)。
三(san)、TSI的基(ji)本組成與(yu)工作(zuo)原(yuan)理
1、TSI的基本組成
無論是(shi)國(guo)產的TSI，還是(shi)進口的(de)TSI；無論是(shi)由分(fen)立元件構(gou)成(cheng)的(de)TSI，還是(shi)由集成(cheng)電路組(zu)成(cheng)的(de)TSI，或者是(shi)由微處理器芯片構(gou)成(cheng)的(de)TSI系統，從結構(gou)與組(zu)成(cheng)的(de)角度分(fen)析，它們均(jun)可以下三部分(fen)描(miao)繪：
傳感器系統將機械量（如轉速(su)，軸位移，差脹，缸脹，振動和偏心等）轉換成電(dian)參數（頻率(lv)f，電(dian)感(gan)L，品(pin)質(zhi)因素Q，阻抗Z等），傳感(gan)器輸出(chu)的電(dian)參數信(xin)號經(jing)過現場(chang)連線送到監(jian)測系統(tong)，由監(jian)測系統(tong)轉換為測量參數進行顯示、記錄及相關的信(xin)息處理。
2、TSI的工作(zuo)原理(li)
目前(qian)應用(yong)廣泛的傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)有(you)：電(dian)(dian)渦流傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)，電(dian)(dian)感(gan)式速度傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)，電(dian)(dian)感(gan)式線(xian)性差動變壓器(qi)和磁阻式測速傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)等等。對于應用(yong)得最多的電(dian)(dian)渦流傳(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)系統來(lai)說，它由(you)探頭、接長電(dian)(dian)纜(lan)和前(qian)置(zhi)器(qi)組成。前(qian)置(zhi)器(qi)具有(you)一個電(dian)(dian)子線(xian)路，它可(ke)以產生一個低功率無線(xian)電(dian)(dian)頻(pin)率信號（RF），這(zhe)一(yi)RF信(xin)號(hao)，由延伸電(dian)纜送到探頭(tou)端部(bu)里面的線圈上，在探頭(tou)端部(bu)的周圍(wei)(wei)都有這(zhe)一(yi)RF信(xin)號(hao)。如果(guo)在這(zhe)一(yi)信(xin)號(hao)的范(fan)圍(wei)(wei)之內，沒(mei)有導體(ti)(ti)材(cai)料，則釋放到這(zhe)一(yi)范(fan)圍(wei)(wei)內的能(neng)量都會回到探頭(tou)。如果(guo)有導體(ti)(ti)材(cai)料的表面接近于(yu)探頭(tou)頂部(bu)，則RF信(xin)號(hao)在導體(ti)(ti)表面會形成小的電(dian)渦(wo)流。這(zhe)一(yi)電(dian)渦(wo)流使得這(zhe)一(yi)RF信(xin)號(hao)有能(neng)量損(sun)(sun)(sun)失。該損(sun)(sun)(sun)失大(da)小是可以測(ce)量的。導體(ti)(ti)表面距離探頭(tou)頂部(bu)越近，其能(neng)量損(sun)(sun)(sun)失越大(da)。傳(chuan)感器系統可以利用這(zhe)一(yi)能(neng)量損(sun)(sun)(sun)失產生一(yi)個輸出電(dian)壓(ya)(ya)，該電(dian)壓(ya)(ya)正比于(yu)所測(ce)間隙。
前置(zhi)器(qi)(qi)(qi)由高頻(pin)(pin)振(zhen)蕩器(qi)(qi)(qi)、檢(jian)波(bo)器(qi)(qi)(qi)、濾(lv)波(bo)器(qi)(qi)(qi)、直流(liu)(liu)放大器(qi)(qi)(qi)、線(xian)性網絡及輸出(chu)(chu)放大器(qi)(qi)(qi)等(deng)組成(cheng)，檢(jian)波(bo)器(qi)(qi)(qi)將高頻(pin)(pin)信(xin)號(hao)解調(diao)成(cheng)直流(liu)(liu)電壓信(xin)號(hao)，此信(xin)號(hao)經(jing)低(di)通濾(lv)波(bo)器(qi)(qi)(qi)將高頻(pin)(pin)的殘余(yu)波(bo)除去，再經(jing)直流(liu)(liu)放大器(qi)(qi)(qi)，線(xian)性補償電路(lu)和輸出(chu)(chu)放大處理后，在(zai)輸出(chu)(chu)端得到與被(bei)測物體和傳感(gan)器(qi)(qi)(qi)之間的實(shi)際(ji)距離成(cheng)比例(li)的電壓信(xin)號(hao)。前置(zhi)器(qi)(qi)(qi)（信(xin)號(hao)轉換器(qi)(qi)(qi)）的額定輸出(chu)(chu)電壓為 -4~-20V（線性區）。
監測(ce)系(xi)統(tong)(tong)又稱(cheng)為框(kuang)(kuang)架(jia)，一(yi)個(ge)框(kuang)(kuang)架(jia)由三部分組成：電源、系(xi)統(tong)(tong)監測(ce)器和(he)監測(ce)表(biao)。電源為裝(zhuang)在框(kuang)(kuang)架(jia)內的(de)監測(ce)表(biao)及相應(ying)的(de)傳感器提供規定的(de)電源，電源總被放在框(kuang)(kuang)架(jia)的(de)第一(yi)位置；系(xi)統(tong)(tong)檢(jian)測(ce)器檢(jian)驗(yan)供電水平以確(que)保系(xi)統(tong)(tong)正(zheng)常運(yun)行，同時，它還具有(you)控制系(xi)統(tong)(tong)“OK”的(de)功(gong)能(neng)。“OK”（正(zheng)常(chang)工作）表明系(xi)統(tong)的(de)傳感器(qi)及現(xian)場接線是在(zai)(zai)規定的(de)水平上(shang)進(jin)行。系(xi)統(tong)檢測器(qi)也控(kong)制報警(jing)(jing)點的(de)設置(zhi)(zhi)和系(xi)統(tong)復位。系(xi)統(tong)檢測器(qi)總被(bei)放在(zai)(zai)框架(jia)的(de)第二(er)位置(zhi)(zhi)；監測表不僅可以(yi)顯示(shi)傳感器(qi)系(xi)統(tong)是否正(zheng)常(chang)運行，還可以(yi)指示(shi)傳感器(qi)的(de)測量值(zhi)，并在(zai)(zai)越限(xian)時報警(jing)(jing)。
