TSI在線監(jiān)測保護系統(tǒng)的意義

1、TSI在線監(jiān)測保護系統(tǒng)的意義隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，一種以狀態(tài)監(jiān)測為基礎(chǔ)的故障診斷系統(tǒng)和預(yù)測技術(shù)在旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備運行安全保護領(lǐng)域得到了廣泛的推廣和運用。這種技術(shù)的運用和發(fā)展，將使得設(shè)備的維修方式從傳統(tǒng)的“事故維修”和“定期維修”過渡到現(xiàn)在的“預(yù)知性維修”，從而大大提高了設(shè)備的可利用率，減少停機維修時間，降低維修費用，同時也壓縮了備件的庫存量可以減少意外事故的發(fā)生和不必要的浪費、損耗，提高對機組設(shè)備的保護它的重要意義在于當(dāng)機組發(fā)生異常時，保護系統(tǒng)將提示報警信號，提醒操作者注意，當(dāng)機組發(fā)生嚴(yán)重異常時，保護系統(tǒng)將自動使機組停止運轉(zhuǎn)，以免造成設(shè)備破壞性或災(zāi)難性的嚴(yán)重毀壞TSI的主要原理及功能因為TSI系統(tǒng)主

2、要由傳感器及智能板件組成。首先應(yīng)該知道傳感器是將機械振動量、位移、轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電量的機電轉(zhuǎn)換裝置。根據(jù)傳感器的性能和測試對象的要求，利用電渦流傳感器，對汽輪機組（純電調(diào)）的轉(zhuǎn)速、偏心、軸位移、軸振動、脹差進行測量。電渦流傳感器電渦流傳感器電渦流傳感器是通過傳感器端部線圈與被測物體（導(dǎo)電體）間的間隙變化來測物體的振動相對位移量和靜位移的，它與被測物之間沒有直接的機械接觸，具有很寬的使用頻率范圍（從010Hz）。電渦流傳感器的變換原理簡要介紹如下：在傳感器的端部有一線圈，線圈通以頻率較高（一般為1MHz2MHz）的交變電壓（見圖1-1），當(dāng)線圈平面靠近某一導(dǎo)體面時，由于線圈磁通鏈穿過導(dǎo)體，使導(dǎo)體的表

3、面層感應(yīng)出一渦流ie，而ie所形成的磁通鏈又穿過原線圈，這樣原線圈與渦流“線圈”形成了有一定耦合的互感，最終原線圈反饋一等效電感。而耦合系數(shù)的大小又與二者之間的距離及導(dǎo)體的材料有關(guān)，當(dāng)材料給定時，耦合系數(shù)K1與距離d有關(guān)，K= K1（d），當(dāng)距離d增加，耦合減弱，K值減小，使等效電感增加，因此，測定等效電感的變化，也就間接測定d的變化。圖1-1  渦流傳感器原理簡圖由于傳感器反饋回的電感電壓是有一定頻率（載波頻率）的調(diào)幅信號，需檢波后，才能得到間隙隨時間變化的電壓波形。即根據(jù)以上原理所述，為實現(xiàn)電渦流位移測量，必須有一個專用的測量路線。這一測量路線（稱之為前置器）應(yīng)包括具有

4、一定頻率的穩(wěn)定的震蕩器和一個檢波電路等。渦流傳感器加上一測量線路（前置器），如框圖1-2所示：從前置器輸出的電壓Vd是正比于間隙d的電壓，它可分兩部分：一為直流電壓Vde，對應(yīng)于平均間隙（或初始間隙），一為交流電壓Vac，對應(yīng)于振動間隙。圖1-2  前置器原理簡圖速度傳感器    它的工作原理是基于一個慣性質(zhì)量和移動殼體，傳感器有一個永久磁鐵，它被固定在傳感器殼體上，圍繞著磁鐵是一個慣性質(zhì)量線圈，通過彈簧連在殼體上。測量時，將傳感器剛性固定在被測物體上，隨著被測物振動，磁鐵運動，使其產(chǎn)生磁場運動。而線圈因固定在彈簧上，具有較大的慣性質(zhì)量，即相對高頻振動的

5、物體，其是相對靜止的。這樣，線圈在磁場中作直線運動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，其大小與線圈運動的線速度（即：機殼的速度）成正比。通過對感應(yīng)電動勢的檢測，即能獲得被測物體的線速度。如圖1-3所示。圖1-3  速度傳感器簡圖LVDT傳感器其工作原理是利用電磁感應(yīng)中的互感現(xiàn)象，實質(zhì)上就是一個變壓器，如圖1-4所示。變壓器上初級線圈W和兩個參數(shù)完全相同的次級線圈W1，W2組成，線圈中心扦入圓柱形鐵心，次級線圈W1和W2反極性串聯(lián)，當(dāng)初級線圈W加上交變電壓時，次級W1和W2分別產(chǎn)生感應(yīng)電勢e1和e2，其大小與鐵心位置有關(guān)。圖1-4  LVDT原理簡圖差動式磁感應(yīng)傳感器差動式

6、磁感應(yīng)傳感器的工作原理是利用一個差動式敏感元件。該元件由一塊永久性磁鐵上的兩個相互串聯(lián)的磁敏半導(dǎo)體電阻組成（這兩個半導(dǎo)體的材料及幾何尺寸相同）。在傳感器電路中，這兩個電阻組成一個差動電感電橋（如惠斯頓電橋）。當(dāng)磁鐵或鋼的觸發(fā)體接近或遠離傳感器且相互成直角（即傳感器探頭表面磁鐵所產(chǎn)生的磁場與觸發(fā)體邊沿成直角）時，它干擾了傳感器內(nèi)部的磁場，使差動電感電橋失去平衡而輸出一電壓。通過對這一電壓測量，即能獲得被測物（即觸發(fā)體）與傳感器探頭間的間隙變化。在TSI測量實際應(yīng)用中，我們一般用該磁感應(yīng)傳感器測量機組轉(zhuǎn)速，就是通過測量探頭與測速齒盤輪間的高、低電壓變化所形成脈沖信號的數(shù)量，來得到實際轉(zhuǎn)速值。智能板

7、件各種測量板件接受相應(yīng)傳感器的電量信號后進行整形、計算、邏輯處理等以后，顯示出精確、直觀的監(jiān)測數(shù)據(jù)和報警指示。輸出標(biāo)準(zhǔn)的模擬量信號和繼電器接點。智能板件可對傳感器聯(lián)線和自身的運行情況進行檢測，具有計算機通訊接口，可對測量范圍和邏輯輸出進行組態(tài)，具有緩沖傳感器信號輸出等功能。對于重要的測量可進行冗余的配置，增強了可靠性。測點及傳感器安裝位置介紹根據(jù)純電調(diào)各機組的具體情況，測點配置及傳感器安裝位置見圖1-5圖1-8所示，下面就各測點進行詳細說明。轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速機器轉(zhuǎn)速的測量，長期以來已成為一項必須進行的標(biāo)準(zhǔn)程序，轉(zhuǎn)速值顯示是汽輪機組開車、停車以及穩(wěn)定運行時的重要參數(shù)，并且振動值與機器轉(zhuǎn)速的相關(guān)性對最

8、終分析機器性能十分重要。例如：在機器停車過程中，轉(zhuǎn)速突然下降，會意味著機器內(nèi)部存在著大面積的金屬摩碰。而零轉(zhuǎn)速是預(yù)先設(shè)定的軸旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)運行的機器需停車時，機器轉(zhuǎn)速達到零轉(zhuǎn)速設(shè)置點，繼電器觸點動作，使盤車齒輪嚙合，使軸持續(xù)慢速旋轉(zhuǎn)，來防止軸產(chǎn)生彎曲，以避免在接踵而來的開車中由于軸彎曲對機器造成損壞。測量鏈由兩只裝于前箱正對60（或134）齒盤的傳感器和板件組成，如圖1-9所示當(dāng)機器旋轉(zhuǎn)時，齒盤的齒頂和齒底經(jīng)過探頭，探頭將周期地改變輸出信號，即脈沖信號，板件接收到此脈沖信號進行計數(shù)、顯示，與設(shè)定值比較后，驅(qū)動繼電器接點輸出。轉(zhuǎn)速的測量范圍：05000rpm；零轉(zhuǎn)速設(shè)定值：小于4rpm；轉(zhuǎn)速報警值

9、：3240rpm。  脈沖頻率(f)             轉(zhuǎn)速                 × 60(rpm)     齒數(shù)(z)圖1-9  轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速測量示意圖超速保護對于蒸汽透平機組，超速是最危險的情況之一，如不加以控制，會造成機組重大的事故，導(dǎo)致飛車的危險。最壞的超速情況之一是機組甩負(fù)荷時，造成轉(zhuǎn)速飛升。機組甩負(fù)

10、荷時轉(zhuǎn)速飛升小于108額定轉(zhuǎn)速，否則應(yīng)自動打閘停機。根據(jù)美國石油學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)API612要求，超速保護應(yīng)具有快速響應(yīng)和錯誤冗余表決邏輯，因此本測量鏈采用“三取二”方式，如圖1-10所示。由三只裝于前箱、正對于60齒盤的渦流傳感器和三塊轉(zhuǎn)速表組成，設(shè)定值為3300rpm。與轉(zhuǎn)速測量同樣的原理，轉(zhuǎn)速值（脈沖頻率/齒數(shù)）×60。各機組超速的測量范圍：05000rpm。圖1-10  超速測量示意圖軸振動對旋轉(zhuǎn)機械來說，衡量其全面的機械情況，轉(zhuǎn)子徑向振動振幅，是一個最基本的指標(biāo)，很多機械故障，包括轉(zhuǎn)子不平衡、不對中、軸承磨損、轉(zhuǎn)子裂紋以及磨擦等都可以根據(jù)振動的測量進行探測。轉(zhuǎn)子

11、是旋轉(zhuǎn)機械的核心部件，旋轉(zhuǎn)機械能否正常工作主要決定于轉(zhuǎn)子能否正常運轉(zhuǎn)。當(dāng)然，轉(zhuǎn)子的運動不是孤立的，它是通過軸承支承在軸承座及機殼與基礎(chǔ)上，構(gòu)成了轉(zhuǎn)子支承系統(tǒng)。一般情況下，油膜軸承具有較大的軸承間隙。因此軸頸的相對振動比之軸承座的振動有顯著的差別。特別是當(dāng)支撐系統(tǒng)（軸承座、箱體及基礎(chǔ)等）的剛度相對來說比較硬時（或者說機械阻抗較大），軸振動可以比軸承座振動大幾倍到幾十倍，由此，大多數(shù)振動故障都直接與轉(zhuǎn)子運動有關(guān)。因此從轉(zhuǎn)子運動中去監(jiān)視和發(fā)現(xiàn)振動故障，比從軸承座或機殼的振動提取信息更為直接和有效。所以，目前軸振的測量越來越重要，軸振動的測量對機器故障診斷是非常有用的。例如，根據(jù)振動學(xué)原理，由X、Y方

12、向振動合成可得到軸心軌跡。在測量軸振時，常常把渦流探頭裝在軸承殼上，探頭與軸承殼變?yōu)橐惑w，因此所測結(jié)果是軸相對于軸承殼的振動。由于軸在垂直方向與水平方向并沒有必然的內(nèi)在聯(lián)系，亦即在垂直方向（Y方向）的振動已經(jīng)很大，而在水平方向（X方向）的振動卻可能是正常的，因此，在垂直與水平方向各裝一個探頭。由于水平中分面對安裝的影響，實際上兩個探頭安裝保證相互垂直即可，如圖1-11所示。當(dāng)傳感器端部與轉(zhuǎn)軸表面間隙變化時的傳感器輸出一交流信號給板件，板件計算出間隙變化（即振動）峰-峰（P-P）值。機組軸振的測量范圍：0400m；報警值：125m；停機值：250m。圖1-11  軸振測量示意

13、圖軸承振動（蓋或瓦振）在軸振動的測量中已說明了大軸的振動可以傳遞到軸承殼上，利用速度傳感器測量機殼相對于自由空間的運動速度，板件把從傳感器來的速度信號進行檢波和積分，變成位移值，并計算出相應(yīng)的峰-峰值位置信號如圖1-12所示。機組瓦振的測量范圍：0100m。圖1-12  蓋振的測量示意圖偏心轉(zhuǎn)子的偏心位置，也叫做軸的徑向位置，是指轉(zhuǎn)子在軸承中的徑向平均位置，在轉(zhuǎn)軸沒有內(nèi)部和外部負(fù)荷的正常運轉(zhuǎn)情況下，轉(zhuǎn)軸會在油壓阻尼作用下，在設(shè)計確定的位置浮動，然而一旦機器承受一定的外部或內(nèi)部的預(yù)加負(fù)荷，軸承內(nèi)的軸頸就會出現(xiàn)偏心，其大小是由偏心度峰-峰值來表示，即軸彎曲正方向與負(fù)方向的極值之

14、差。偏心的測量可用來作為軸承磨損，以及預(yù)加負(fù)荷狀態(tài)（如不對中）的一種指示；轉(zhuǎn)子偏心（在低轉(zhuǎn)速時的彎曲）測量是在啟動或停機過程中，必不可少的測量項目，它可使你能夠看到由于受熱或重力所引起的軸彎曲的幅度。偏心監(jiān)測板接受兩個渦流傳感器信號輸入，如圖1-14所示。一個用于偏心的測量，另一個是鍵相器的測量，它用在峰-峰信號調(diào)節(jié)電路上。鍵相探頭觀察軸上的一個鍵槽，當(dāng)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時，就產(chǎn)生一個脈沖電壓，這個脈沖可用來控制計算峰-峰值。當(dāng)然，鍵相信號也可用來指示振動的相位，如圖1-13所示。當(dāng)知道了測振探頭與鍵相探頭的夾角時，就可找出不平衡質(zhì)量的位置，即轉(zhuǎn)子高點的位置。這對軸的平衡是很重要的。機組偏心的測量范圍

15、：0100m。報警值：大于原始值的30m。圖1-13  振動相位測量示意圖圖1-14  偏心測量示意圖軸位移軸在運行中，由于各種因素，諸如載荷、溫度等的變化會使軸在軸向有所移動。這樣轉(zhuǎn)子和定子之間有可能發(fā)生動靜磨擦，所以需用傳感器測量轉(zhuǎn)子相對于定子軸向位置的變化，即：軸在軸向相對于止推軸承的間隙。由于所采用的監(jiān)測器可能把傳感器的失效作為軸向位移故障而發(fā)出報警信號，由此可能引起機組誤停機。而根據(jù)API670標(biāo)準(zhǔn)要求，用兩個探頭同時探測一個對象，可以免發(fā)生誤報警。但要求兩個探頭的安裝位置離軸上止推法蘭的距離應(yīng)<305mm，如果過大，由于熱膨脹的影響，所

16、測到的間隙，不能反映軸上法蘭與止推軸承之間的間隙。如圖1-15所示，兩個渦流探頭測量轉(zhuǎn)子的軸向變化，輸出探頭與被測法蘭的間隙成正比的直流電壓值，板件接受此電壓值后，經(jīng)過計算處理，顯示出位移值。為避免誤報警，停機邏輯輸出為“與”邏輯。機組軸向位移的測量范圍：-2+2mm。圖1-15  軸位移測量示意圖脹差脹差是轉(zhuǎn)子和汽缸之間的相對熱增長，當(dāng)熱增長的差值超過允許間隙時，便可能產(chǎn)生磨擦。在開機和停機過程中，由于轉(zhuǎn)子與汽缸質(zhì)量、熱膨脹系數(shù)、熱耗散系數(shù)的不同，轉(zhuǎn)子的受熱膨脹和汽缸的膨脹就不相同，實際上，轉(zhuǎn)子的溫度比汽缸溫度上升得快，其熱增長的差值如果超過允許的動靜間隙公差，就會發(fā)生磨

17、擦，從而可能造成事故。所以監(jiān)視脹差值的目的，就是在產(chǎn)生磨擦之前采取必要的措施來保證機組的安全。我廠機組則規(guī)定轉(zhuǎn)子膨脹大于汽缸膨脹為正方向，反之為負(fù)方向。另外，脹差測量如果范圍較大，已超過探頭的線性范圍時，則可采用斜面式測量和補償式測量方式。由于不可能在汽缸內(nèi)安裝渦流傳感器，利用滑銷系統(tǒng)，傳感器被固定在軸承箱的平臺上，測量示意圖見圖1-16所示。圖1-16  脹差測量示意圖熱膨脹汽輪機在開機過程中由于受熱使其汽缸膨脹，如果膨脹不均勻就會使汽缸變斜或翹起，這種變形會使汽缸與基礎(chǔ)之間產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，由此帶來不對中現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象，通常是因為滑銷系統(tǒng)“卡澀”所引起的。知道了汽缸膨脹

18、和脹差，就可以確定轉(zhuǎn)子和汽缸的膨脹率。把LVDT傳感器的鐵芯與汽缸連接，當(dāng)膨脹時，鐵芯運動，產(chǎn)生成比例的電信號，輸入測量板件進行線性處理，顯示輸出420mA信號TSI監(jiān)視器介紹必得力公司PY6000系統(tǒng)的特點DSP數(shù)字處理技術(shù)參數(shù)可編程、組態(tài)大容量微處理電路開關(guān)電源光柱及數(shù)字顯示LCD輕觸按鍵 標(biāo)準(zhǔn)輸出  超限報警保護 傳感器OK指標(biāo) 掉電抑制盈余設(shè)計液晶顯示1、PY7072轉(zhuǎn)速監(jiān)視器PY7072可用來測轉(zhuǎn)速、零轉(zhuǎn)速及鑒相，當(dāng)然還用來作超速板件。可以輸出鑒相信號、零轉(zhuǎn)速信號、超速停機信號。它使用的傳感器為PCD或PCC。2、PY6052偏心監(jiān)視器PY6052可用來監(jiān)測轉(zhuǎn)子的徑向位置，即偏心量。使用的傳感器為PCD。3、PY800