30MW機(jī)組TSI系統(tǒng)測量原及電渦流傳感器資料

30MW機(jī)組TSI系統(tǒng)測量原及電渦流傳感器資料第一頁，共49頁。

隨著汽輪機(jī)組容量的不斷擴(kuò)大，蒸汽參數(shù)越來越高，熱力系統(tǒng)也越來越復(fù)雜，汽輪機(jī)本體及其輔助設(shè)備需要監(jiān)測的參數(shù)和保護(hù)項(xiàng)目越來越多。汽輪機(jī)是在高溫、高壓下工作的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械，為提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，大型汽輪機(jī)的級(jí)間間隙、軸封間隙選擇的都比較小。在啟、停和運(yùn)行過程中，如果操作、控制不當(dāng)，很容易造成汽輪機(jī)動(dòng)靜部件互相摩擦，引起葉片損壞、主軸彎曲、推力瓦燒毀甚至飛車等嚴(yán)重事故。為保證汽輪機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對(duì)汽輪機(jī)及其輔助設(shè)備、系統(tǒng)的重要參數(shù)進(jìn)行正確有效的嚴(yán)密監(jiān)視。當(dāng)參數(shù)越限時(shí)，發(fā)出熱工報(bào)警信號(hào)；當(dāng)參數(shù)超過極限值危及機(jī)組安全時(shí)，保護(hù)裝置動(dòng)作，發(fā)出緊急停機(jī)信號(hào)，關(guān)閉主汽門，實(shí)現(xiàn)緊急停機(jī)。TurbingSupervisoryInstrumentation第二頁，共49頁。

大型汽輪機(jī)組普遍安裝成套的汽輪機(jī)監(jiān)測儀表系統(tǒng)(TurbineSupervisoryInstrumentation，簡稱TSI)。主要包括:美國本特利公司的3300、3500系列；德國菲力浦公司的MS6000系列；國產(chǎn)5000、8000和9000系列等；這些系列TSI系統(tǒng)，以其高可靠性，為大型汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行提供了保證。TurbingSupervisoryInstrumentation第三頁，共49頁。

軸承振動(dòng)轉(zhuǎn)速零轉(zhuǎn)速軸向位移差脹(高壓差脹、低壓差脹)

鍵相偏心缸脹TurbingSupervisoryInstrumentationTSI系統(tǒng)的監(jiān)測項(xiàng)目第四頁，共49頁。一、測量約定約定就是一種協(xié)議，一種規(guī)定，是以語言或文字形式訂立的在某個(gè)群體或范圍內(nèi)應(yīng)共同遵守的條件。對(duì)于本特利系統(tǒng)來說，為了便于更好的理解和交流各設(shè)備、系統(tǒng)的特性，制定一套大家都習(xí)慣和認(rèn)可的約定是十分必要的，其主要的內(nèi)容有以下幾個(gè)：第五頁，共49頁。一、測量約定1、測量速度、加速度和位移的傳感器，當(dāng)探頭向測量面靠近時(shí)，輸出信號(hào)趨向正方向；第六頁，共49頁。一、測量約定第七頁，共49頁。一、測量約定2、觀察或標(biāo)注設(shè)備時(shí)，默認(rèn)方向?yàn)閺尿?qū)動(dòng)端向被驅(qū)動(dòng)端看；如汽輪發(fā)電機(jī)組，通常是從汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)看，電泵就是從電動(dòng)機(jī)向給水泵側(cè)方向看。3、當(dāng)測量探頭采用X向和Y向方式時(shí)，從驅(qū)動(dòng)端向被驅(qū)動(dòng)端看；第八頁，共49頁。一、測量約定觀察方向X方向通道Y方向通道驅(qū)動(dòng)端第九頁，共49頁。一、測量約定第十頁，共49頁。二、傳感器特性本特利傳感器一般分為位移傳感器、速度和加速度傳感器和機(jī)殼膨脹傳感器。第十一頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器

我們常接觸到的本特利渦流傳感器有直徑5mm渦流傳感器、8mm渦流傳感器、11mm渦流傳感器、14mm渦流傳感器、25mm渦流傳感器、50mm差脹傳感器、3300耐高溫電渦流傳感器幾種，其中5mm探頭和14mm探頭不常用。每個(gè)傳感器系統(tǒng)都由探頭、延長線和前置器組成，本特利探頭、延長線和前置器具有完全的可互換性，只要部件號(hào)一致，各部分可以互換。第十二頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器

電渦流傳感器是以高頻電渦流效應(yīng)為原理的非接觸式位移、振動(dòng)傳感器，其基本原理是探頭、延伸電纜、前置器以及被測體構(gòu)成基本工作系統(tǒng)。前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場。如果在這一交變磁場的有效范圍內(nèi)沒有金屬材料靠近，則這一磁場能量會(huì)全部損失；當(dāng)有被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，電磁學(xué)上稱之為電渦流。與此同時(shí)該電渦流場也產(chǎn)生一個(gè)方向與頭部線圈方向相反的交變磁場，由于其反作用，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），第十三頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器于此，通過前置器電子線路的處理，將線圈阻抗Z的變化，即頭部體線圈與金屬導(dǎo)體的距離D的變化轉(zhuǎn)化成電壓或電流的變化。輸出信號(hào)的大小隨探頭到被測體表面之間的間距而變化，電渦流傳感器就是根據(jù)這一原理實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬物體的位移、振動(dòng)等參數(shù)的測量。第十四頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器<100milRF信號(hào)延伸電纜和探頭前置器DEMODULATOROSCILLATOR第十五頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器導(dǎo)電材料電渦流RF信號(hào)第十六頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器RF信號(hào)0RF信號(hào)0小間隙大間隙第十七頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器RF信號(hào)0變化的間隙第十八頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器解調(diào)器的輸入前置器輸出00解調(diào)器的操作第十九頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器中心導(dǎo)體內(nèi)部屏蔽層絕緣層外部屏蔽層同軸電纜－三層第二十頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器CHANGEINVOLTAGECHANGEINGAP24OUTPUT(-Vdc)PROBEGAP(mils)00102030405060708090100110120130140246810121416182022渦流探頭校驗(yàn)圖第二十一頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器

平均的靈敏度(ASF)等于:

間隙電壓的變化間隙的變化靈敏度的計(jì)算第二十二頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器(-18.0Vdc)-(-2.0Vdc)(90－10)mils=200mV/milor=7.87mV/um第二十三頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器①8mm探頭，現(xiàn)在常用的為3300XL8mm系統(tǒng)，其系統(tǒng)能輸出正比于探頭端部與被測導(dǎo)體表面之間的距離的電壓信號(hào)。它既能進(jìn)行靜態(tài)（位移）測量又能進(jìn)行動(dòng)態(tài)（振動(dòng)）測量，主要用于油膜軸承機(jī)械的振動(dòng)和位移測量，以及鍵相位和轉(zhuǎn)速測量。其線性范圍為2mm(80mils)，從距被測靶面約0.25mm（10mils）處開始，從0.25至2.3mm（10至90mils）（約-1至-17Vdc）；探頭靈敏度系數(shù)為7.874V/mm

轉(zhuǎn)速所用傳感器的安裝一般距離被測物平面1MM。第二十四頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器轉(zhuǎn)速及零轉(zhuǎn)速

機(jī)器轉(zhuǎn)速的測量，長期以來已成為一項(xiàng)必須進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)程序，轉(zhuǎn)速值顯示是汽輪機(jī)組開車、停車以及穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的重要參數(shù)，并且振動(dòng)值與機(jī)器轉(zhuǎn)速的相關(guān)性對(duì)最終分析機(jī)器性能十分重要。例如：在機(jī)器停車過程中，轉(zhuǎn)速突然下降，會(huì)意味著機(jī)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，系統(tǒng)停車或維修時(shí)，當(dāng)機(jī)器轉(zhuǎn)速達(dá)到零轉(zhuǎn)速設(shè)置點(diǎn)，繼電器觸點(diǎn)動(dòng)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(duì)機(jī)器造成損壞。測量由兩只裝于前箱正對(duì)60齒盤的渦流傳感器和板件組成，如圖2.1所示當(dāng)機(jī)器旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(hào)，即脈沖信號(hào)，板件接收到此脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)、顯示，與設(shè)定值比較后，驅(qū)動(dòng)繼電器接點(diǎn)輸出。機(jī)組轉(zhuǎn)速的測量范圍：0～5000rpm；零轉(zhuǎn)速設(shè)定值：小于2rpm；轉(zhuǎn)速報(bào)警值：3240rpm。第二十五頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器②11mm探頭，現(xiàn)在常用的為3300XL11mm系統(tǒng)，對(duì)于油膜軸承機(jī)器非接觸式振動(dòng)和位移測量，3300XL11mm電渦流傳感器系統(tǒng)靈敏度可輸出3.94V/mm(100mV/mil)。11mm的探頭端部使這種傳感器與我們標(biāo)準(zhǔn)的3300XL8mm傳感器系統(tǒng)相比具有更大的線性區(qū)，線性范圍為4.0mm(160mils)，從距被測靶面約0.5mm（20mils）處開始，從0.5至4.5mm（20至180mils）。它主要應(yīng)用在要求大線性范圍的下列測量：?軸向（推力）位移測量?蒸汽輪機(jī)的斜面差脹測量?往復(fù)式壓縮機(jī)活塞桿位移或下降的測量?轉(zhuǎn)速計(jì)和零轉(zhuǎn)速測量?相位參考（鍵相位）信號(hào)應(yīng)用建議：3300XL11mm趨近式傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于頻率范圍從0到8kHz

的位移或振動(dòng)測量，典型應(yīng)用包括徑向振動(dòng)和位移、軸向位移以及鍵相位測量。第二十六頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器③25mm探頭，現(xiàn)在常用的為3300XL25mm系統(tǒng)，0.787V/mm(20mV/mil)的靈敏度輸出使系統(tǒng)的線性范圍達(dá)12.7mm(500mil)。線性范圍從距被測靶面約0.63mm（25mils）處開始，從0.63至13.33mm（25至525mils）（約-1.5至-11.5Vdc）。由于具有這樣的線性范圍，3300XL25mm傳感器系統(tǒng)適用于測量中到大型蒸汽透平發(fā)電機(jī)上由于透平轉(zhuǎn)子和機(jī)器定子（殼體）膨脹率不同所引起的差脹（DE）。差脹測量由兩個(gè)電渦流傳感器實(shí)現(xiàn)，測量與推力軸承有一定距離的凸緣或斜面。第二十七頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器④50mm差脹傳感器，它是為大型蒸汽透平的差脹提供精確可靠的測量方法。在用凸緣觀測時(shí)，選擇安裝方法的準(zhǔn)則和25mm探頭相似，觀測靶面的尺寸以及所預(yù)料的軸向差脹的大小。如果凸緣的高度足夠大，用一個(gè)傳感器觀測凸緣的一個(gè)側(cè)面，可測量脹差。如果脹差的大小，超過用一個(gè)傳感器觀察凸緣一個(gè)側(cè)面的范圍時(shí)，則需要用兩個(gè)探頭采用補(bǔ)償?shù)陌惭b方式進(jìn)行測量，兩個(gè)探頭各觀測凸緣的一個(gè)側(cè)面，凸緣在兩個(gè)探頭之間移動(dòng)，這樣可以把測量范圍加大一倍。這種方法之所以可以加大差脹的測量范圍，是因?yàn)楫?dāng)凸緣移出一個(gè)傳感器的測量范圍時(shí)，它就進(jìn)入另一個(gè)探頭的測量范圍。還有一個(gè)差脹測量技術(shù)的選項(xiàng)，就是用斜面測量，它較之一般的凸緣測量，可以加大傳感器的測量范圍。傳感器可以在27.9mm(1.1in)范圍內(nèi)保持線性。線性范圍從距離觀測靶面約1.3mm(50mils)處開始，從1.3到29.2mm(50到1150mils)，探頭的平均靈敏度為0.394±0.008V/mm。

第二十八頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器推薦最小靶面尺寸

第二十九頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器推薦探頭間最小距離

第三十頁，共49頁。二、傳感器特性1、電渦流位移傳感器斜面測量第三十一頁，共49頁。二、傳感器特性2、速度及加速度傳感器

常見本特利速度傳感器主要有9200,74712,47633Seismoprobe?速度傳感器系統(tǒng)，速度計(jì)（Velomitor?）壓電式速度傳感器，330525Velomitor?XA壓電式速度傳感器，330750高溫Velomitor?速度計(jì)系統(tǒng)，190501Velomitor?CT速度傳感器；加速度傳感器主要有330400和330425加速度計(jì)加速度傳感器及200150加速度計(jì)。這些都是接觸式傳感器，速度傳感器主要測量軸承箱、殼體的絕對(duì)振動(dòng)，加速度主要用于有撞擊或高頻地方的測量，如齒輪箱和滾動(dòng)軸承。第三十二頁，共49頁。二、傳感器特性2、機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)和高溫機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)

機(jī)殼膨脹是透平監(jiān)測儀表的一項(xiàng)重要位移測量參數(shù)。機(jī)殼膨脹（有時(shí)稱構(gòu)架膨脹）是指機(jī)殼在機(jī)器起動(dòng)或在線運(yùn)行期間產(chǎn)生的熱膨脹。機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)通常安裝在與汽輪機(jī)機(jī)殼固定端相對(duì)的基礎(chǔ)上，提供機(jī)殼相對(duì)于基礎(chǔ)的膨脹信息。機(jī)殼膨脹參數(shù)應(yīng)使用雙重傳感器進(jìn)行測量。這種測量方式可以隨時(shí)顯示機(jī)殼滑動(dòng)支腳的位置。當(dāng)一個(gè)支腳受到阻礙或被卡住時(shí)，將導(dǎo)致機(jī)殼變形和機(jī)器損壞。雙重機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)與3500或3300監(jiān)測器共同使用時(shí)，可以對(duì)這種情況提供報(bào)警信息。機(jī)殼膨脹傳感器組件由一個(gè)LVDT（線性可變差動(dòng)互感器）和對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的防護(hù)罩組成。機(jī)殼膨脹傳感器的工作原理為：機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)使用LVDT測量機(jī)殼的熱膨脹。LVDT有一個(gè)探桿與機(jī)器相連。當(dāng)機(jī)殼膨脹時(shí)，探桿在LVDT內(nèi)移動(dòng)，引起LVDT信號(hào)發(fā)生變化。信號(hào)經(jīng)過調(diào)節(jié)后輸出到監(jiān)測器上，用于顯示和報(bào)警。第三十三頁，共49頁。二、傳感器特性2、機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)和高溫機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)

線性差動(dòng)變壓器LVDT的結(jié)構(gòu)示意圖。它由一個(gè)振蕩器、一個(gè)激勵(lì)繞組W0和2個(gè)輸出繞組W1、W2組成。振蕩器為激勵(lì)繞組提供振蕩頻率為lkHz的激勵(lì)電壓，輸出繞組W1、W2反向串接，將鐵芯的位移d線性地轉(zhuǎn)換為交流輸出電壓，經(jīng)解調(diào)器檢波、放大及濾波等環(huán)節(jié)處理后，輸出直流電壓。LVDT的輸出電壓與鐵芯位置呈線性關(guān)系。

右圖為直流500HR、1000HR和2000HR三種型號(hào)的LVDT輸出特性曲線，第三十四頁，共49頁。二、傳感器特性2、機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)和高溫機(jī)殼膨脹傳感器系統(tǒng)

24765dcLVDT組件的電氣特性為：比例因子

24765-01:0.346V/mm(8.79V/in)24765-02:0.404V/mm(10.25V/in)24765-03:0.143V/mm(3.63V/in)線性范圍

24765-01:25.4mm(1.0in)24765-02:50.8mm(2.0in)24765-03:101.6mm(4.0in)第三十五頁，共49頁。三、TSI3500系統(tǒng)3500系統(tǒng)提供連續(xù)、在線監(jiān)測功能，適用于機(jī)械保護(hù)應(yīng)用，并為早期識(shí)別機(jī)械故障提供重要的信息。3500應(yīng)用了最新的微處理器技術(shù)，它是本特利內(nèi)華達(dá)采用傳統(tǒng)框架形式的系統(tǒng)中功能最強(qiáng)、最靈活的系統(tǒng)，具有其它系統(tǒng)所不具備的多種性能和先進(jìn)功能。該系統(tǒng)高度模塊化的設(shè)計(jì)包括：?3500/05儀表框架(要求)?一或兩個(gè)3500/15電源(要求)?3500/20框架接口模塊(要求)?一或兩個(gè)3500/25鍵相器模塊(可選)?3500框架組態(tài)軟件(要求)?一個(gè)或多個(gè)3500/XX監(jiān)測器模塊(要求)?一個(gè)或多個(gè)3500/32繼電器模塊或3500/34三重冗余繼電器模塊(可選)?一個(gè)或多個(gè)3500/92通訊網(wǎng)關(guān)模塊(可選)?3500/93、3500/94或3500/95顯示裝置或運(yùn)行于兼容PC機(jī)上的3500操作者顯示軟件(可選)?內(nèi)部或外部本質(zhì)安全柵，或用于危險(xiǎn)地區(qū)安裝的電絕緣裝置。(可選)第三十六頁，共49頁。三、TSI3500系統(tǒng)第三十七頁，共49頁。三、TSI3500系統(tǒng)模塊為350020通訊接口模塊【與外部通訊來修改組態(tài)】模塊為350025鍵相器監(jiān)測器模塊【鍵相】模塊為350040振動(dòng)\位移監(jiān)測器模塊【振動(dòng)】模塊為350042位移速度加速度監(jiān)測器模塊【瓦振】模塊為350045差脹缸漲監(jiān)測器模塊【差脹、缸脹】模塊為350092通訊網(wǎng)關(guān)模塊【將監(jiān)測數(shù)據(jù)和狀態(tài)與過程控制和其它自動(dòng)化系統(tǒng)集成】模塊為3500324通道繼電器模塊【報(bào)警驅(qū)動(dòng)邏輯】第三十八頁，共49頁。三、TSI3500系統(tǒng)零轉(zhuǎn)速

第三十九頁，共49頁。三、TSI3500系統(tǒng)偏心

第四十頁，共49頁。三、TSI3500系統(tǒng)軸向位移

第四十一頁，共49頁。三、TSI3500系統(tǒng)軸向位移

第四十二頁，共49頁。四、TSI3500探頭安裝1、劣質(zhì)安裝舉例★測量環(huán)節(jié)·因?yàn)閰⒖嘉恢貌粚?duì)，導(dǎo)致測量尺寸不準(zhǔn)確。

·測量的尺寸有誤，導(dǎo)致選錯(cuò)傳感器。

·測量時(shí)沒有考慮周邊部件，使支架或傳感器無法安裝或沒有安裝空間。因此，測量時(shí)應(yīng)認(rèn)真、仔細(xì)，它是設(shè)計(jì)與安裝的基礎(chǔ)。第四十三頁，共49頁。四、TSI3500探頭安裝★設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)·傳感器支架固有頻率過低。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，支架自身會(huì)有振動(dòng)。一般支架的固有頻率至少應(yīng)是機(jī)器頻率的10倍。如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子頻率為50HZ，則傳感器支架的頻率至少應(yīng)為500HZ。

·軸向安裝鍵向探頭。因?yàn)橐话爿S向運(yùn)動(dòng)都較大，較大的軸向位移可能導(dǎo)致前置器輸出電壓變化過大，從而導(dǎo)致鍵向器信號(hào)具有不正確的振幅。

·軸位移探頭離推力軸承的止推法蘭過遠(yuǎn)。但如果距離止推法蘭很遠(yuǎn)，則所測結(jié)果不僅含有軸位移，也包括差脹在內(nèi)。

·根本沒有安裝鍵向探頭。振動(dòng)是與相位角有關(guān)的矢量，沒有鍵向探頭，振動(dòng)就變成了只有大小的標(biāo)量。系統(tǒng)提供的信息就不全面，無法進(jìn)行進(jìn)一步的振動(dòng)信號(hào)分析和處理。

·X&Y探頭沒有正交安裝。

·X&Y探頭沒有安裝在同一平面。

·探頭靶面小于滿足正確測量的最小尺寸（半徑）。第四十四頁，共49頁。四、TSI3500探頭安裝安裝及調(diào)試環(huán)節(jié)·趨近式傳感器靶面存在額外的附著物，成為干擾源(Runout)，如凹坑、銹斑等。

·接頭沒有作絕緣保護(hù)。

·支架螺釘沒有鎖緊防松處理。

·探頭離被測表面距離不合適，導(dǎo)致系統(tǒng)可能運(yùn)行在線性范圍之外或不能正常工作。

·現(xiàn)場走線不當(dāng)