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1、汽轮机安全监视系统TSI,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永久监视系统，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储存，它不仅能指示机组运行状态、记录输出信号、实现数值越限报警、出现危险信号时使机组自动停机，同时还能为故障诊断提供数据，因而广泛地应用于3MW600MW的各种汽轮发电机组上。,一.汽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，以保证转子与静止部件间不发生摩擦，避免灾难
2、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行测量，也可用线性差动位移变送器（LVDT）进行测量。 （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时，报警继电器动作，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报警信号或停机信号。 （6）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。 （
3、7）偏心度监视：连续监视偏心度的峰-峰值和瞬时值。转速为1600r/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。,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实验室级别的精度，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
4、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、自诊断、信号测试、报警保护输出、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。 （4）可通过上位机的组态软件对各个模块进行组态设置，并下载到各个模块的非易失性存储器中。 （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，大部分内部设置都在软件中完成。本特利3500系统具有多种通信
5、方式。调试过程中，可以用本特利公司提供的RS232通信接口直接与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420mA信号送到DEH系统进行显示。,振动 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；,三、TSI系统监测的基本参数,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。 共振 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
6、。此一特定频率称之为共振频率。,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) 中心错位 上张口 下张口 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,（1）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 （2）机组部件连接处松动，地脚螺丝松动、断裂； （3）机座(台板)二次浇灌体松动，基础产生裂缝： （4）汽轮机叶片应力过高而疲劳折断； （5）危机保安器发生误动作； （6）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； （7）轴瓦乌金破裂，紧固螺钉松脱、断
7、裂； （8）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； （9）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90o5o。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45o 2)探头中心线应与轴心线正交，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
8、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，在转轴没有内部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内部的预加负荷，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
9、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、外壁温差超标会引起偏心增大; (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、应力释放不足，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
10、受两个涡流传感器信号输入，如图所示。一个用于偏心的测量，另一个是键相器的测量，它用在峰-峰信号调节电路上。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: 1. 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。 2. 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
11、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诊断等方面。,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5、8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（推荐采用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，如图所示，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
12、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，我们可以将位移按平行、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静止部分的相对位置，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，可以免发生误报警。但要
13、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，不能反映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。为避免误报警，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
14、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).液压式轴位移表受主油泵出口油压,油温变化等影响,探头安装 1)确定零点(推力盘贴近工作面/非工作面/中心位置) 2)机组完
15、全冷却 3)推轴,根据汽轮机厂提供的零点推到相应位置 4)安装探头,安装时的注意事项: 1)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。 2)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。习惯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，
16、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: 1）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。4）轴封汽温度过高或轴封供汽量过大，引起轴颈过份伸长。5）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，汽机房室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）胀差指示器零点不准或触点磨损，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
