第三次培训-振动tsi课件

概述汽轮机安全监视系统（TSI）是一种集保护和检测功能于一身的

监视系统，是大型旋转机械必不可少的保护系统。TSI可以对机组在起动、运行过程中的一些重要参数能可靠地进行监视和

，它不仅能指示机组运行状态、记录输出信号、实现数值越限

、出现机，同时还能为故障信号时使机组自动停提供数据，因而广泛地应用于3MW～600MW的各种汽轮发电机组上。轮机安全检测的内容汽机应监视和保护的项目随蒸汽参数的升高而增多，且随机组不一而各有差异，一般有以下一些参数：（1）轴向位移监视：连续监视推力盘到推力轴承的相对位置，以保证转子与部件间不发生摩擦，避免性事故的发生。当轴向位移过大时，发出报警或停机信号。（2）胀差监视：连续检测转子相对于汽缸上某基准点（通常为推力轴承）的膨胀量，一般采用电涡流探头进量，也可用线性差动位移变送器（LVDT）进量。（3）缸胀监视：（通常为连续监测汽缸相对于基础上某一基准点滑销系统的

绝对死点）的膨胀量。由于膨胀范围大，目前一般都采用LVDT进行缸胀监视。（4）零转速监视：连续监测转子的零转速状态。当转速低于某规定值警继电器动作，以便投入盘车装置。（5）转速监视：连续监测转子的转速。当转速高于设定值时给出信号或停机信号。振动监视：监视主轴相对于轴承座的相对振动和轴承座的绝对振动。偏心度监视：连续监视偏心度的峰-峰值和瞬时值。转速为1～600r/min时，主轴每转一圈测量一次偏心度峰-峰值，此值与键相脉冲同步。当转速低于

1r/min时，机组不再盘车而停机，这时瞬时偏心度仪表的读数应最小，这就是最佳转子停车位置。二、几种典型的TSI系统简介目前

市场上，有许多国内外厂家的TSI产品在机组上投入运行。其中，200MW以上机组的TSI系统几乎完全被国外产品产品有，这些系统的引进始于20世纪80年代，使用较多的本特利（BN）公司的7200系列、3300系列、3500系列；德国菲利浦公司（后改为EPRO）的RMS700、EPRO

MMS6000系列；

新川公司的VM-3、VM-5系列等。国产设备仅在一些小容量机组上应用，主要有两种类型：一种是仿本特利早期产品7200或飞利浦RMS700的模拟分立式或组合式单元仪表，另一类是数采器加通用计算机的

式监测认断系统，该类系统多由科研院所开发，一般并接在进口TSI系统的信号缓冲输出上，作为进口TSI系统的补充部分，仅具有

、波形显示、计算分析等

功能，不具有TSI必需的标准输出和监视保护功能。1.本特利3500系统1.本特利3500系统本特利3500系统是目前我国大型机组上应用较为广泛，也是本特利公司最先进的TSI系统。本特利3500系列仪表在使用过程中以其

级别的精度，组态调整的灵活性,模件、前置放大器、探头的可替换性，安装后对细微偏差的可调整功能给调试、使用提供了很多方便。该系统具有以下主要技术特点：（1）单元模块化结构，安装于标准框架中，主要包括：电源模块、接口模块、键相模块、监测模块、通讯模块等。（2）各功能模块都有一颗单片微控制器（MCU），用于实现各模块的智能化功能，如组态设置、自、信号测试、保护输出、数据通信等。（3）各模块间通过RS232/RS422/RS485总线和MODBUS协议进行数据通信，最高通信速率115.2kbps。对各个模块进行组态设置，并

到各个模块的非易失性存（4）可通过上位机的组态储器中。（5）双重冗余供电电源模块。（6）支持带电拔插功能。本特利3500系统与本特利3300系统不同，它没有面板显示，其测量显示通过上位机显示或直接触发继电器模块输出，大部分

设置都在

中完成。本特利3500系统具有多种通信方式。调试过程中，可以用本特利公司提供的RS232通

口直接与DCS系统连接，在DCS操作员站进行组态配置和参数显示。另外还有相对振动、轴位移、胀差等参数通过4~20mA信号送到DEH系统进行显示。2.

EPRO

MMS6000系统MMS6000系统是EPRO公司最先进的数字化智能型TSI，该系统具有以下主要技术特点：（1）单元模块化结构，安装于19“标准框架中，主要包括：轴振模块、轴承振动模块、轴位移/差胀模块、偏心模块、缸胀模块、通

口模块等。（2）各监测模块均为双通道，内置一颗单片微控制器、数据通信、监测（MCU），实现模块自检、等功能。（3）通过RS232/RS485总线对模块进行组态设置和模块

数据。（4）系统中RS485总线最多连接31个模块/62个通道，数据通信速率最高为115.2kbps。（5）支持带电拔插功能。（6）双重冗余电源模块。3.新川VM-5新川公司的智能型数字式TSI系统，VM-5系统TSI系统是它具有以下主要技术特点：（1）单元模块式结构，主要包括：轴振模块、瓦振模块、加速度模块、偏心模块、轴向位移模块、差胀模块、缸胀模块、转速模块、通讯/键相模块、继电器模块、电源模块等。功能（电源检查、值、间隙电（2）模块内置单片微处理器，具有自传感器故障等）。（3）面板上LCD显示功能，可显示测量值、压等。（4）通过

跳线和RS232/RS485接口设置模块工作方式和参数。（5）通讯/键相模块可通过RS232/RS485接口与上位机通信，其他模块无通

口；数据通信速率最高为19.2kbps。（6）双重冗余电源模块。4.国内的TSI产品我国涡流式保护仪表的研制开发起步较晚，从1976年起，上海发电设备成套设计

、航天部608所、

等一批科研院所、大学开始从事这方面的研究工作，从技术上逐步

形成了2个系列，即以

发电设备成套设计

为代表的调幅式涡流传感器和以

为代表的调频式涡流传感器，这2个系列各具优缺点：调幅式传感器特点是线性特性好、线性范围大，但稳定性略差；而调频式传感器的特点恰恰相反。从1984年开始，

发电设备成套设计

对涡流式位移传感器进行了大量研究工作，把调幅式传感器的线性范围大

和调频式传感器稳定性好的特点结合起来，提出了采用调频

调幅式的检测方式，比较

地综合了调频式和调幅式2种类型检测的优点，使得国产的涡流传感器上了一个新台阶，并

已陆续投入工业运行，用户普遍反映良好。以涡流式传感器

为主要检测元件所组成的RD

系列单件仪表已有400多套在全国投运。由于制造工艺上的差距，外国公司的TSI产品在安全性、可靠性、先进性、通用性等方面感觉上优于国内的TSI产品，但也存在不足，如TSI

的数据模式均不对外开放，无法被国内的各种

利用，TSI只起了基本的监视保护作用，浪费了系统资源；

模块种类较多，导致备件品种繁多，成本高且供应周期较长；各功能模块与上位机之间的数据通信采用的较为

的RS485总线，数据传输速率较低，除本特利3500外，其余TSI的各模块之间难以组成网络化的监视保护系统。国内厂家生产的TSI产品在价格上则有较大优势，如国外产品价格一般按每通道约合人民币20000～50000元，而国内产品

5000～10000元之间。因此应根据具体情况合理地选用TSI产品。1.

振动三、TSI系统监测的基本参数物体偏离平衡位置，出现动能和位能的连续相互转换的往复运动形式称振动。振动的描述：振幅；频率；相位；方向。振幅：单向振幅——振动极限位置与平衡位置之间的距离；双向振幅——振动两极限位置之间的距离，也称峰—峰值；双向振幅频率：每一秒钟振动的次数；相位：振动信号最大值与转子某一点的相对位置；方向：横向；轴向；扭转。是指一个物理系统在特定频率下，以最大振幅做振动的情形。此一特定频率称之为

频率。机组产生振动的原因不平衡离心力——转子的质量中心与回转中心不重合产生的不平衡离心力或力矩，周期性变化；(转子质量不平衡\转子弯曲/转子对中不良)下张口中心错位

上张口轴承油膜不平衡的作用力蒸汽对转子作用的不平衡周向力振动的危害易造成线路的损坏\电器原件的灵敏度下降\电器元件工作异常机组部件连接处松动，地脚螺丝松动、断裂；机座(台板)二次浇灌体松动，基础产生裂缝：汽轮机叶片应力过高而疲劳折断；保安器发生误动作；通流部分的轴封装置发生摩擦或磨损，严重时可能因此一起主轴的弯曲；轴瓦乌金破裂，紧固螺钉松脱、断裂；发电机转子护环松弛磨损，芯环破损，电气绝缘磨破，一直造成接地或短路；励磁机整流子及其碳刷磨损加剧等；振动探头的安装轴振轴承座振动（盖或瓦振）轴振安装时注意事项1)当需要测量轴的径向振动时，要求轴的直径大于探头直径的三倍以上。每个测点应同时安装两个传感器探头，两个探头应分别安装在轴承两边的同一平面上相隔90o±5o。由于轴承盖一般是水平分割的，因此通常将两个探头分别安装在垂直中心线每一侧45o2)探头中心线应与

线正交，探头监测的表面（正对探头中心线的两边1.5倍探头直径宽度的轴的整个圆周面，如图）应无裂痕或其它任何不连续的表面现象（如键槽、凸凹不平、油孔等），且在这个范围内不能有喷镀金属或电镀，其表面的粗糟度应在0.4

um至0.8um之间。2.偏心定义轴晃，在测量意义上面代表大轴的弯曲程度，一般安装在汽轮机前箱，在大轴的前端。转子的偏心位置，也叫做轴的径向位置，是指转子在轴承中的径向平均位置，在转轴没有

和外部负荷的正常运转情况下，转轴会在油压阻尼作用下，在设计确定的位置浮动，然而一旦机器承受一定的外部或

的预加负荷，轴承内的轴颈就会出现偏心，其大小是由偏心度峰-峰值来表示，即轴弯曲正方向与负方向的极值之差。它能测量到由于受热或重力所引起的轴弯曲的幅度。偏心是在低转速的情况下，对轴弯曲的测量，这种弯曲可由下列情况引起：原有的机械弯曲，临时温升导致的弯曲，在静态下必然有些向下弯曲，有时也叫重力弯曲。现场常发生的汽轮机偏心大有以下几种原因:(1)汽轮机转子出现热弯曲或出现裂纹;(2)机组启动过程中汽缸温差，特别是上、下缸温差和法兰内、外壁温差

会引起偏心增大;(3)机组冷态启动暖机不好，缸体膨胀受阻，会引起偏心增大;(4)机组热态启动进汽参数选择不匹配，会引起机组偏心增大;(5)轴封供汽不足也会导致偏心变大。(6)汽轮机转子材质不均、应力

不足，出现运行中热应力偏心在机组盘车状态反应的是转子的不对中度，在机组运行进入油膜稳定期后反应的是轴振动水平。600rpm以上可以理解为普通的轴振偏心测量:偏心监测板接受两个涡流传感器信号输入，另一个是键相器的测量，它用在峰-峰信号调节电。一个用于偏心的测量，。键相探头观察轴上的一个键槽，当轴每转一转时，就产生一个脉冲电压，这个脉冲可用来控制计算峰-峰值。3.键相定义:

键相位又叫相位参考,是指轴每转一周发生一次事件的标记，它为偏心和振动服务，即说明偏心和振动的方向。键相测量就是通过在被测轴上设置一个凹(凸)槽称为键相标记。当这个凹(凸)槽转到探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲，轴每转一周，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期的位置。因此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速，通过将脉冲与轴的振动信号比较，可以确定出振动的相位角，用于轴的动平衡分析以及设备的故障分析与等方面。注意事项:1)凹槽或凸键要足够大，以使产生的脉冲信号峰峰值不小于5V。一般若采用φ5、φ8探头，则这一凹槽或凸键宽度应大于7.6mm、深度或高度应大于1.5mm（采用2.5mm以上）、凹槽或凸键应平行于轴中心线，其长度尽量长，以防当轴产生轴向窜动时，探头还能对着凹槽或凸键。2)键相标记可以是凹槽，也可以是凸键，，标准要求用凹槽的形式。当标记是凹槽时，安装探头要对着轴的完整部分调整初始安装间隙（安装在传感器的线性中点为宜），而不是对着凹槽来调整初始安装间隙。而当标记是凸键时探头一定要对着凸起的顶部表面调整初始安装间隙（安装在传感器的线性中点为宜），不是对着轴的其它完整表面进行调整。否则当轴转动时，可能会造成凸键与探头碰撞，剪断探头。4.轴向位移定义:又叫串轴，就是沿着轴的方向上的位移。总位移可能不在这一个轴线上，

可以将位移按平行、垂直轴两个方向正交分解，在平行轴方向上的位移就是轴向位移。轴向位移反映的是汽

轮机转动部分和

部分的相对位置，轴向位移变化，也是

静子和转子轴向相对位置发生了变化。全冷状态下一般以转

子推力盘紧贴推力瓦为零为．向发电机为正，反之为负,汽轮机转子沿轴向向后移动的距离就叫轴向位移。根据API670标准要求，用两个探头同时探测一个对象，可以免发生误

。但要求两个探头的安装位置离轴上止推法兰的距离应<305mm，如果过大，由于热膨胀的影响，所测到的间隙，

轴上法兰与止推轴承之间的间隙。如图19-14所示，两个涡流探头测量转子的轴向变化，输出探头与被测法兰的间隙成正比的直流电压值，板件接受此电压值后，经过计算处理，显示出位移值。为避免误

，停机逻辑输出为“与”逻辑。为什么要设轴位移保护?汽轮机运行过程中，会产生相当大的轴向推力。因此在汽轮机上均设有推力轴承，来平衡这一轴向推力。在正常运行时，汽轮机转子轴的推力盘依靠油膜支持在推力轴承上的乌金瓦上。如果汽轮机的负荷过大或者蒸汽参数变化过大，都可能导致轴向推力增大。当轴向推力过大破坏了推力瓦油膜时，就会造成推力瓦磨坏或汽轮机动静部分碰擦等严重事故。因此，汽轮机应设轴向推力过大保护影响轴向位移的因素1).负荷变化.2).叶片结垢严重.3).汽温变化.4).蒸汽流量变化.5).高压轴封漏汽大,影响轴承座温度的升高6).频率变化.7).运行中叶片断落.8).水冲击9).推力轴瓦磨损或损坏.10).抽汽停用,轴向推力变化.11).发电机转子窜动.12).高压汽封疏汽压调节变化.13).真空变化.14).电气式轴位移表受频率,电压的变化影响.15).

式轴位移表受主油泵出口油压,油温变化等影响探头安装确定零点(推力盘贴近工作面/非工作面/中心位置)机组完全冷却推轴,根据汽轮机厂提供的零点推到相应位置安装探头安装时的注意事项:两个探头的安装位置离轴上止推法兰的距离应<305mm，否则

测量结果不仅包含轴向位移的变化，而且包含胀差在内的变化，这样测量的不是轴的真实位移值。测量面应该与轴是一个整体，这个测量面是以探头的中心线为中心，宽度为1.5倍的探头圆环。5.胀差定义:随着温度上升，转子和汽缸以各自的死点为基准膨胀时两者产生的相对膨胀差。转子膨胀大于汽缸膨胀的为正胀差，反之为负胀差。汽轮机转子与汽缸的相对膨胀，称为胀差。上规定转子膨胀大于汽缸膨胀时的胀差值为正胀差，汽缸膨胀大于转子膨胀时的胀差值为负胀差实际上，转子的温度比汽缸温度上升得快，其热增长的差值如果超过允许的动静间隙公差，就会发生磨擦，从而可能造成事故。正胀差增大的原因:启动时暖机时间太短，升速太快或升负荷太快。2）汽缸夹层、法兰加热装置的加热汽温太低或流量较低，引起汽加热的作用较弱。3）滑销系统或轴承台板的滑动性能差，易卡涩。轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长。机组启动时，进汽压力、温度、流量等参数过高。6）推力轴承磨损，轴向位移增大。7）汽缸保温层的保温效果不佳或保温层脱落，在严禁季节里，汽机温太低或有穿堂冷风。8）双层缸的夹层中流入冷汽（或冷水）。9）胀差指示器零点或触点磨损，引起数字偏差。10）多转子机组，相邻转子胀差变化带来的互相影响。11）真空变化的影响。12）转速变化的影响。13）各级抽汽量变化的影响，若一级抽汽停用，则影响高差很明显。14）轴承油温太高。15）机组停机惰走过程中由于“泊桑效应”的影响。转子高速旋转时，受离心力的作用，转子发生径向和轴向变形变

粗变短，这种现象称为回转效应也叫泊桑效应。当转速降低时，离心力的作用减小，大轴的径长又回到原来的状态，变细变长。胀差向负值增大的主要因素1）负荷迅速下降或突然甩负荷。2）主汽温骤减或启动时的进汽温度低于金属温度。3）水冲击。4）汽缸夹、法兰加热装置加热过度。5）轴封汽温度太低。6）轴向位移变化。7）轴承油温太低。8)汽缸夹层中流入高温蒸汽，可能来自汽加热装置，也可能来自进汽套管的漏汽或者轴封漏汽。6.热膨胀汽机热膨胀（也叫绝对膨胀）一般指的是部分，也就是汽缸。汽缸和轴承座均坐落在台板上。一般机组静子部分的死点在低压缸的中分面与转子的交点。热膨胀仪安装在离死点最远端（如前轴承箱处）在25度的条件下，热膨胀值定为零，由于物体热膨胀，以死点朝滑销引导的方向产生的位移就是常说的热膨胀值⑴

横销：一般安装在低压汽缸排汽室的横向中心线上，或安装在排汽室的尾部，左右两侧各装一个。横销的作用是保证汽缸横向的正确膨胀，并限制汽缸沿轴向移动。由于排汽室的温度是汽轮机通流部分温度最低的区域，故横销都装于此处，整个汽缸由此向前或向后膨胀，形成了轴向死点。

⑵纵销：多装在低压汽缸排汽室的支撑面、前轴承箱的底部、双缸汽轮机中间轴承的底部等和基础台板的接合面间。所有纵销均在汽轮机的纵向中心线上。纵销可保证汽轮机沿纵向中心线正确膨胀，

汽缸中心线不能作横向滑移。因此，纵销中心线与横销中心线的交点形成整个汽缸的膨胀死点，在汽缸膨胀时，这点始终保持不动。

⑶

立销：装在低压汽缸排汽室尾部与基础台板间，高压汽缸的前端与轴承座间。所有的立销均在机组的轴线上。立销的作用可保证汽缸的垂直定向

膨胀，并与纵销共同保持机组的正确纵向中心线。热膨胀安装:机组完全冷却将热膨胀传感器固定到热膨胀支架上,调零即可.7.转速/零转速/超速保护转速及零转速机器转速的测量，长期以来已成为一项必须进行的标准程序，转

速值显示是汽轮机组开车、停车以及稳定运行时的重要参数，

并且振动值与机器转速的相关性对最终分析机器性能十分重要。例如：在机器停车过程中，转速突然下降，会意味着机器存在着大面积的金属摩碰。而零转速是预先设定的轴旋转速度，当运行的机器需停车时，机器转速达到零转速设置点，继电器

触点动作，使盘车齿轮啮合，使轴持续慢速旋转，来防止轴产

生弯曲，以避免在接踵而来的开车中由于轴弯曲对机器造成损坏。临界转速：critical

speed

转动件转子在运转中都会发生振动，转子的振幅随转速的增大而增大，到某一转速时振幅达到最大值（也就是平常所说的

），超过这一转速后振幅随转速增大逐渐减少，且稳定于某一范围内，这一转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。硬轴/软轴汽轮机转子的临界转速在工作转速以上称

为硬轴，也称刚性轴；转子的临界转速在

工作转速以下的则称为软轴，也称柔性轴。发电厂用汽轮机多采用软轴。测量装置由两只装于前箱正对60（或134）齿盘的传感器和板件组成，如图19-8所示当机器旋转时，齿盘的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地改变输出信号，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进行计数、显示，与设定值比较后，驱动继电器接点输出。转速的测量范围：0～5000rpm；零转速设定值：小于4rpm；转速 值：3240rpm。发电机组转速计算公式转速跟频率及磁极对数有关.频率一定时，磁极与转速成反比。公式是：F=PN/60P为磁极对数、n为每分钟转速，f为频率超速保护对于蒸汽透平机组，超速是最的情况之一，如不加以控制，会造成机组重大的事故，导致飞车的

。

的超速情况之一是机组甩负荷时，造成转速飞升。机组甩负荷时转速飞升应小于108％额定转速，否则应自动打闸停机。根据美国石油学会标准API612要求，超速保护应具有快速响应和错误冗余表决逻辑，因此测量装置采用“三取二”方式，如图19-9所示。由三只装于前箱、正对于60齿盘的涡流传感器和三块转速表组成，设定值为3300rpm。与转速测量同样的原理，转速值＝（脉冲频率/齿数）×60。各机组超速的测量范围：0～5000rpm。，超速保护未动作案例南非，Duvha电厂，1975年建厂，1980年装机容量6X600MW。其中一台机组做超速试验，10秒钟内汽轮机转速由3000rpm上升到4250rpm，3套电超速保护及机械超速保护均未动，造成整台机组报废，重装到投产周期预计

18个月，损失不可估量，现场惨不忍睹……传感器系统TSI系统主要由传感器及智能板件组成。传感器是将机械振动量、位移、转速转换为电量的机电转换装置。根据传感器的性能和测试对象的要求，可利用电涡流传感器，对汽轮机组的转速、偏心、轴位移、轴振动、胀差进

量，如BN公司的8mm、11mm、

25mm、50mm传感器，EPRO公司的PR6423、

PR6424、PR6426传感器；利用速度传感器对盖振进

量，如BN公司的9200传感器，EPRO公司的

PR9268传感器；利用线性可变差动变压器（LVDT）对热膨胀进

量，如国产的TD-2传感器，EPRO公司的PR9350传感器。另外，还可利用差动式磁感应传感器来测量机组的转速，如EPRO公司的PR9376传感器