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1、汽轮机安全监视系统汽轮机安全监视系统TSITSI概述汽轮机安全监视系统（汽轮机安全监视系统（TSI）是一种集保护和）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。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
2、广机，同时还能为故障诊断提供数据，因而广泛地应用于泛地应用于3MW600MW的各种汽轮发电机的各种汽轮发电机组上。组上。一一.汽轮机安全检测的内容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，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：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）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，避免灾难性事故的发生。当轴向位移过大时，发出报警止部件间不发生摩擦，避免灾难性事故的发生。当轴向位
3、移过大时，发出报警或停机信号。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（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）进行测量。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）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。进行缸胀监视。（
4、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）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。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）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。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。）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。（7）偏心度监视：连续监视偏心度的峰）偏心度监视：连续监视偏心度的峰-峰值和瞬时值。转速为峰值和瞬时值。转速为1600r/mi
5、n时，时，主轴每转一圈测量一次偏心度峰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。最佳转子停车位置。本特利本特利35003500系统系统1.本特利本特利3500系系统本特利本特利3500系系统是目前我国大型机是目前我国大型机组上上应用用较为广泛，也是本特利公司最先广泛，也是本特利公司最先进的的TSI系系统。本特利本特利3500系列系列仪表在使用表在使用过程中以其程中以其实验室室级别的精
6、度，的精度，组态调整的灵活性整的灵活性,模件、前置模件、前置放大器、探放大器、探头的可替的可替换性，安装后性，安装后对细微偏差的可微偏差的可调整功能整功能给调试、使用提供了很多方便。、使用提供了很多方便。该系系统具有以下主要技具有以下主要技术特点：特点：（1）单元模元模块化化结构，安装于构，安装于标准框架中，主要包括：准框架中，主要包括：电源模源模块、接口模、接口模块、键相模相模块、监测模模块、通、通讯模模块等。等。（2）各功能模）各功能模块都有一都有一颗单片微控制器（片微控制器（MCU），用于），用于实现各模各模块的智能化功能，如的智能化功能，如组态设置、自置、自诊断、信号断、信号测试、报警
7、保警保护输出、数据通信等。出、数据通信等。（3）各模）各模块间通通过RS232/RS422/RS485总线和和MODBUS协议进行数据通信，最高通信速行数据通信，最高通信速率率115.2kbps。（4）可通）可通过上位机的上位机的组态软件件对各个模各个模块进行行组态设置，并下置，并下载到各个模到各个模块的非易失性存的非易失性存储器中。器中。（5）双重冗余供）双重冗余供电电源模源模块。（6）支持）支持带电拔插功能。拔插功能。本特利本特利3500系系统其其测量量显示通示通过上位机上位机显示或直接触示或直接触发继电器模器模块输出，大部分内部出，大部分内部设置都置都在在软件中完成。本特利件中完成。本特
8、利3500系系统具有多种通信方式。具有多种通信方式。调试过程中，可以用本特利公司提供的程中，可以用本特利公司提供的RS232通信接口直接与通信接口直接与DCS系系统连接，在接，在DCS操作操作员站站进行行组态配置和参数配置和参数显示。另外示。另外还有有相相对振振动、轴位移、位移、胀差等参数通差等参数通过420mA信号送到信号送到DEH系系统进行行显示。示。1.振振动物体偏离平衡位置，出物体偏离平衡位置，出现动能和位能的能和位能的连续相互相互转换的往复运的往复运动形式称振形式称振动。振振动的描述：振幅；的描述：振幅；频率；相位；方向。率；相位；方向。振幅：振幅：单向振幅向振幅振振动极限位置与平衡
9、位置之极限位置与平衡位置之间的距离；的距离；双向振幅双向振幅振振动两极限位置之两极限位置之间的距离，也称峰的距离，也称峰峰峰值；三、TSI系统监测的基本参数双双向向振振幅幅频率：每一秒率：每一秒钟振振动的次数；的次数；相位：振相位：振动信号最大信号最大值与与转子某一点的子某一点的相相对位置；位置；方向：横向；方向：横向；轴向；扭向；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。此一特定频率称之为共振频率。机机组产生振生振动的原因的原因不平衡离心力不平衡离心力转子的子的质量中心与回量中心与回转中心不重合中心不重合产生的不平衡离心力或力矩，周期性生的不平衡离心力或力矩，周期性变化
10、；化；(转子子质量量不平衡不平衡转子弯曲子弯曲/转子子对中不良中不良)中心中心错位位上上张口口下下张口口轴承油膜不平衡的作用力承油膜不平衡的作用力蒸汽蒸汽对转子作用的不平衡周向力子作用的不平衡周向力振动的危害振动的危害（1）易造成）易造成线路的路的损坏坏电器原件的灵敏度下降器原件的灵敏度下降电器元器元件工作异常件工作异常（2）机）机组部件部件连接接处松松动，地脚螺，地脚螺丝松松动、断裂；、断裂；（3）机座）机座(台板台板)二次二次浇灌体松灌体松动，基，基础产生裂生裂缝：（4）汽）汽轮机叶片机叶片应力力过高而疲高而疲劳折断；折断；（5）危机保安器）危机保安器发生生误动作；作；（6）通流部分的）通
11、流部分的轴封装置封装置发生摩擦或磨生摩擦或磨损，严重重时可可能因此一起主能因此一起主轴的弯曲；的弯曲；（7）轴瓦瓦乌金破裂，金破裂，紧固螺固螺钉松脱、断裂；松脱、断裂；（8）发电机机转子子护环松弛磨松弛磨损，芯，芯环破破损，电气气绝缘磨破，一直造成接地或短路；磨破，一直造成接地或短路；（9）励磁机整流子及其碳刷磨）励磁机整流子及其碳刷磨损加加剧等；等；振动探头的安装振动探头的安装轴振振轴承座振承座振动（盖或瓦振）（盖或瓦振）轴振安装振安装时注意事注意事项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
12、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45o2)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0.4um至0.8um之间。2.2.偏心偏心定定义轴晃，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，也叫做子的偏心位置，也叫做轴的径向位置，是指的径向位置，是指转子在子在轴承中的径承中的径向平均位置，在向平均位置，在转轴没有内部和外部没有
13、内部和外部负荷的正常运荷的正常运转情况下，情况下，转轴会在油会在油压阻尼作用下，在阻尼作用下，在设计确定的位置浮确定的位置浮动，然而一旦，然而一旦机器承受一定的外部或内部的机器承受一定的外部或内部的预加加负荷，荷，轴承内的承内的轴颈就会出就会出现偏心，其大小是由偏心度峰偏心，其大小是由偏心度峰-峰峰值来表示，即来表示，即轴弯曲正方向弯曲正方向与与负方向的极方向的极值之差。它能之差。它能测量到由于受量到由于受热或重力所引起的或重力所引起的轴弯曲的幅度。偏心是在低弯曲的幅度。偏心是在低转速的情况下，速的情况下，对轴弯曲的弯曲的测量，量，这种弯曲可由下列情况引起：原有的机械弯曲，种弯曲可由下列情况引
14、起：原有的机械弯曲，临时温升温升导致的致的弯曲，在静弯曲，在静态下必然有些向下弯曲，有下必然有些向下弯曲，有时也叫重力弯曲。也叫重力弯曲。现场常常发生的汽生的汽轮机偏心大有以下几种原因机偏心大有以下几种原因:(1)汽汽轮机机转子出子出现热弯曲或出弯曲或出现裂裂纹;(2)机机组启启动过程中汽缸温差，特程中汽缸温差，特别是上、下缸温差和法是上、下缸温差和法兰内、外内、外壁温差超壁温差超标会引起偏心增大会引起偏心增大;(3)机机组冷冷态启启动暖机不好，缸体膨暖机不好，缸体膨胀受阻，会引起偏心增大受阻，会引起偏心增大;(4)机机组热态启启动进汽参数汽参数选择不匹配，会引起机不匹配，会引起机组偏心增大偏
15、心增大;(5)轴封供汽不足也会封供汽不足也会导致偏心致偏心变大。大。(6)汽汽轮机机转子材子材质不均、不均、应力力释放不足，出放不足，出现运行中运行中热应力力偏心在机偏心在机组盘车状状态反反应的是的是转子的不子的不对中度，在机中度，在机组运行运行进入入油膜油膜稳定期后反定期后反应的是的是轴振振动水平。水平。600rpm以上可以理解以上可以理解为普通的普通的轴振振偏心偏心测量量:偏心偏心监测板接受两个板接受两个涡流流传感器信号感器信号输入，如入，如图所示。一个用于偏心的所示。一个用于偏心的测量，量，另一个是另一个是键相器的相器的测量，它用在峰量，它用在峰-峰信号峰信号调节电路上。路上。键相探相探
16、头观察察轴上上的一个的一个键槽，当槽，当轴每每转一一转时，就，就产生一个脉冲生一个脉冲电压，这个脉冲可用来控个脉冲可用来控制制计算峰算峰-峰峰值。3.3.键相键相定定义: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
17、设备的故障分析与诊断等方面。注意事注意事项: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
18、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。4.4.轴向位移轴向位移定定义:又叫串又叫串轴，就是沿着，就是沿着轴的方向上的位移。的方向上的位移。总位移可能不在位移可能不在这一个一个轴线上，我上，我们可以将位移按平行、垂直可以将位移按平行、垂直轴两个方向正交分解，两个方向正交分解，在平行在平行轴方向上的位移就是方向上的位移就是轴向位移。向位移。轴向位移反映的是汽向位移反映的是汽轮机机转动部分和静止部分的相部分和静止部分的相对位置，位置，轴向位移向位移变化，也是静子化，也是静子和和转子子轴向相向相对位置位置发生了生了变化。全冷状化。全冷状态下一般以下一般以转子推
19、力子推力盘紧贴推力瓦推力瓦为零零为向向发电机机为正，反之正，反之为负,汽汽轮机机转子子沿沿轴向向后移向向后移动的距离就叫的距离就叫轴向位移。向位移。根据根据API670标准要求，用两个探准要求，用两个探头同同时探探测一个一个对象，可以免象，可以免发生生误报警。但要求两个探警。但要求两个探头的安装位置离的安装位置离轴上止推法上止推法兰的距的距离离应305mm，如果，如果过大，由于大，由于热膨膨胀的影响，所的影响，所测到的到的间隙，隙，不能反映不能反映轴上法上法兰与止推与止推轴承之承之间的的间隙。如隙。如图19-14所示，所示，两个两个涡流探流探头测量量转子的子的轴向向变化，化，输出探出探头与被与
20、被测法法兰的的间隙成正比的直流隙成正比的直流电压值，板件接受此，板件接受此电压值后，后，经过计算算处理，理，显示出位移示出位移值。为避免避免误报警，停机警，停机逻辑输出出为“与与”逻辑。为什么要什么要设轴位移保位移保护?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影响轴向位移的因素向位移的因素1
21、).负荷荷变化化.2).叶片叶片结垢垢严重重.3).汽温汽温变化化.4).蒸汽流量蒸汽流量变化化.5).高高压轴封漏汽大封漏汽大,影响影响轴承座温度的升高承座温度的升高6).频率率变化化.7).运行中叶片断落运行中叶片断落.8).水冲水冲击9).推力推力轴瓦磨瓦磨损或或损坏坏.10).抽汽停用抽汽停用,轴向推力向推力变化化.11).发电机机转子子窜动.12).高高压汽封汽封疏汽疏汽压调节变化化.13).真空真空变化化.14).电气式气式轴位移表受位移表受频率率,电压的的变化影响化影响.15).液液压式式轴位移表受主油位移表受主油泵出口油出口油压,油温油温变化等影响化等影响探探头安装安装1)确定
22、零点确定零点(推力推力盘贴近工作面近工作面/非工作面非工作面/中心位置中心位置)2)机机组完全冷却完全冷却3)推推轴,根据汽根据汽轮机厂提供的零点推到相机厂提供的零点推到相应位置位置4)安装探安装探头安装安装时的注意事的注意事项: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。5.5.胀差胀差定定义:随着温度上升，随着温度上升，转子和汽缸以各自的死点子和汽缸以各自的死点为基准膨基准膨胀时两者两者产生的相生的相
23、对膨膨胀差。差。转子膨子膨胀大于汽缸膨大于汽缸膨胀的的为正正胀差，反之差，反之为负胀差。差。汽汽轮机机转子与汽缸的相子与汽缸的相对膨膨胀，称，称为胀差。差。习惯上上规定定转子膨子膨胀大于汽缸膨大于汽缸膨胀时的的胀差差值为正正胀差，汽缸膨差，汽缸膨胀大于大于转子膨子膨胀时的的胀差差值为负胀差差实际上，上，转子的温度比汽缸温度上升得快，其子的温度比汽缸温度上升得快，其热增增长的差的差值如如果超果超过允允许的的动静静间隙公差，就会隙公差，就会发生磨擦，从而可能造成事生磨擦，从而可能造成事故。故。正正胀差增大的原因差增大的原因:1）启）启动时暖机暖机时间太短，升速太快或升太短，升速太快或升负荷太快。荷
24、太快。2）汽缸）汽缸夹层、法法兰加加热装置的加装置的加热汽温太低或流量汽温太低或流量较低，引起汽加低，引起汽加热的作用的作用较弱。弱。3）滑）滑销系系统或或轴承台板的滑承台板的滑动性能差，易卡性能差，易卡涩。4）轴封汽温度封汽温度过高或高或轴封供汽量封供汽量过大，引起大，引起轴颈过份伸份伸长。5）机机组启启动时，进汽汽压力、温度、流量等参数力、温度、流量等参数过高。高。6）推力）推力轴承磨承磨损，轴向位移增大。向位移增大。7）汽缸保温）汽缸保温层的保温效果不佳或保的保温效果不佳或保温温层脱落，在脱落，在严禁季禁季节里，汽机房室温太低或有穿堂冷里，汽机房室温太低或有穿堂冷风。8）双）双层缸的缸的
25、夹层中流入冷汽（或冷水）。中流入冷汽（或冷水）。9）胀差指示器零差指示器零点不准或触点磨点不准或触点磨损，引起数字偏差。，引起数字偏差。10）多）多转子机子机组，相，相邻转子子胀差差变化化带来的互相影响。来的互相影响。11）真空）真空变化的影响。化的影响。12）转速速变化的影响。化的影响。13）各）各级抽汽量抽汽量变化的影响，若一化的影响，若一级抽汽抽汽停用，停用，则影响高差很明影响高差很明显。14）轴承油温太高。承油温太高。15）机）机组停停机惰走机惰走过程中由于程中由于“泊桑效泊桑效应”的影响。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
26、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。胀差向差向负值增大的主要因素增大的主要因素1）负荷迅速下降或突然甩荷迅速下降或突然甩负荷。荷。2）主汽温）主汽温骤减或启减或启动时的的进汽温度低于金属温度。汽温度低于金属温度。3）水冲）水冲击。4）汽缸）汽缸夹、法、法兰加加热装置加装置加热过度。度。5）轴封汽温度太低。封汽温度太低。6）轴向位移向位移变化。化。7）轴承油温太低。承油温太低。8)汽缸汽缸夹层中流入高温蒸汽，可能来自汽加中流入高温蒸汽，可能来自汽加热装置，装置，也可能来自也可能来自进汽套管的漏汽或者汽套管的漏汽或者轴封漏汽。封漏汽。6.6.热膨胀热膨胀
27、汽机热膨胀（也叫绝对膨胀）一般指的是静止部分，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横横销：一般安装在低：一般安装在低压汽缸排汽室的横向中心汽缸排汽室的横向中心线上，或安装在排汽室的上，或安装在排汽室的尾部，左右两尾部，左右两侧各装一个。横各装一个。横销的作用是保的作用是保证汽缸横向的正确膨汽缸横向的正确膨胀，并限，并限制汽缸沿制汽缸沿轴向移向移动。由于排汽室的温度是汽。由于排汽室的温度是汽轮机通流部
28、分温度最低的区域，机通流部分温度最低的区域，故横故横销都装于此都装于此处，整个汽缸由此向前或向后膨，整个汽缸由此向前或向后膨胀，形成了，形成了轴向死点。向死点。纵销：多装在低：多装在低压汽缸排汽室的支撑面、前汽缸排汽室的支撑面、前轴承箱的底部、双缸汽承箱的底部、双缸汽轮机中机中间轴承的底部等和基承的底部等和基础台板的接合面台板的接合面间。所有。所有纵销均在汽均在汽轮机的机的纵向中心向中心线上。上。纵销可保可保证汽汽轮机沿机沿纵向中心向中心线正确膨正确膨胀，并保，并保证汽缸中心汽缸中心线不能不能作横向滑移。因此，作横向滑移。因此，纵销中心中心线与横与横销中心中心线的交点形成整个汽缸的膨的交点形成
29、整个汽缸的膨胀死点，在汽缸膨死点，在汽缸膨胀时，这点始点始终保持不保持不动。立立销：装在低：装在低压汽缸排汽汽缸排汽室尾部与基室尾部与基础台板台板间，高，高压汽缸的前端与汽缸的前端与轴承座承座间。所有的立。所有的立销均在机均在机组的的轴线上。立上。立销的作用可保的作用可保证汽缸的垂直定向自由膨汽缸的垂直定向自由膨胀，并与，并与纵销共同保共同保持机持机组的正确的正确纵向中心向中心线。热膨膨胀安装安装:机机组完全冷却完全冷却将将热膨膨胀传感器固定到感器固定到热膨膨胀支架上支架上,调零即可零即可.7.7.转速转速/ /零转速零转速/ /超速保护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
30、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，会意味着机器内部存在着大面积的金属摩碰。而零零转转速是速是预预先先设设定的定的轴轴旋旋转转速度，速度，当运行的机器需停当运行的机器需停车时车时，机器，机器转转速达到零速达到零转转速速设设置点，置点，继电继电器器触点触点动动作，使作，使盘车齿轮啮盘车齿轮啮合，使合，使轴轴持持续续慢速旋慢速旋转转，来防止，来防止轴产轴产生弯曲，以避免在接踵而来的开生弯曲，以避免在接踵而来的开车车中由于中由于轴轴弯曲弯曲对对机器造成机器造成损损坏坏。
31、临界转速：criticalspeed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（也就是平常所说的共振），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。硬硬轴/软轴汽汽轮机机转子的子的临界界转速在工作速在工作转速以上称速以上称为硬硬轴，也称，也称刚性性轴；转子的子的临界界转速在速在工作工作转速以下的速以下的则称称为软轴，也称柔性，也称柔性轴。发电厂用汽厂用汽轮机多采用机多采用软轴。测量装置由两只装于前箱正量装置由两只装于前箱正对60（或（或134）齿盘的的传感器和板件感器和板件组成，如成，如图19
32、-8所示当机器旋所示当机器旋转时，齿盘的的齿顶和和齿底底经过探探头，探，探头将周期地改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出信号，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进行行计数、数、显示，与示，与设定定值比比较后，后，驱动继电器接点器接点输出。出。转速的速的测量范量范围：05000rpm；零；零转速速设定定值：小于：小于4rpm；转速速报警警值：3240rpm。发电机组转速计算公式转速跟速跟频率及磁极率及磁极对数有关数有关.频率一定率一定时，磁极与磁极与转速成反比。速成反比。公式是：F=PN/60P为磁极对数、n为每分钟转速，f为频率超速保超速保护对于蒸汽透平机于蒸汽透平机组，超
33、速是最危，超速是最危险的情况之一，如不加以控制，的情况之一，如不加以控制，会造成机会造成机组重大的事故，重大的事故，导致致飞车的危的危险。最坏的超速情况之。最坏的超速情况之一是机一是机组甩甩负荷荷时，造成，造成转速速飞升。机升。机组甩甩负荷荷时转速速飞升升应小于小于108额定定转速，否速，否则应自自动打打闸停机。根据美国石油学停机。根据美国石油学会会标准准API612要求，超速保要求，超速保护应具有快速响具有快速响应和和错误冗余表冗余表决决逻辑，因此，因此测量装置采用量装置采用“三取二三取二”方式，如方式，如图19-9所示。所示。由三只装于前箱、正由三只装于前箱、正对于于60齿盘的的涡流流传感
34、器和三感器和三块转速表速表组成，成，设定定值为3300rpm。与。与转速速测量同量同样的原理，的原理，转速速值（脉冲（脉冲频率率/齿数）数）60。各机。各机组超速的超速的测量范量范围：05000rpm。超速保超速保护未未动作案例作案例南非，Duvha电厂，1975年建厂，1980年装机容量6X600MW。2011年2月10日，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传感器系统TSI系系统主要由主要由传感器及智能板件感器及智能板件组成。成
35、。传感器是将感器是将机械振机械振动量、位移、量、位移、转速速转换为电量的机量的机电转换装置。装置。根据根据传感器的性能和感器的性能和测试对象的要求，可利用象的要求，可利用电涡流流传感器，感器，对汽汽轮机机组的的转速、偏心、速、偏心、轴位移、位移、轴振振动、胀差差进行行测量，如量，如BN公司的公司的8mm、11mm、25mm、50mm传感器，利用速度感器，利用速度传感器感器对盖振盖振进行行测量，量，如如BN公司的公司的9200传感器，；利用感器，；利用线性可性可变差差动变压器（器（LVDT）对热膨膨胀进行行测量量.另外，另外，还可利用差可利用差动式磁感式磁感应传感器来感器来测量机量机组的的转速速
36、.由前置放大器的高由前置放大器的高频振振荡器向器向传感器的感器的头部部线圈供圈供给一个高一个高频电流，流，线圈所圈所产生的交生的交变磁磁场在具有在具有铁磁性能的被磁性能的被测物体的表面就会物体的表面就会产生生电涡流，由流，由该电涡流所流所产生的磁生的磁场在方向上与在方向上与传感器的磁感器的磁场相反，因而相反，因而对传感器具有阻抗。当感器具有阻抗。当传感器与被感器与被测物体的表面物体的表面间隙隙较小的小的时候，候，电涡流也流也较强，阻抗，阻抗较大，大，传感器最感器最终的的输出出电压变小；当小；当传感器与被感器与被测物体的表面物体的表面间隙隙变大大的的时候，候，电涡流会流会变弱，阻抗弱，阻抗变小，
37、小，传感器最感器最终的的输出出电压变大。大。涡流的流的强弱与弱与间隙的大小隙的大小成正比，因而，成正比，因而，传感器的感器的输出与振出与振动位移成正位移成正比。比。电涡流传感器电涡流传感器1、被测体材料对传感器的影响传感器特性与被测体的电导率、磁导率有关，当被测体为导磁材料（如普通钢、结构钢等）时，由于涡流效应和磁效应同时存在，磁效应反作用于涡流效应，使得涡流效应减弱，即传感器的灵敏度降低。而当被测体为弱导磁材料（如铜，铝，合金钢等）时，由于磁效应弱，相对来说涡流效应要强，因此传感器感应灵敏度要高。2、被测体表面平整度对传感器的影响不规则的被测体表面，会给实际的测量带来附加误差，因此对被测体表
38、面应该平整光滑，不应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷。一般要求，对于振动测量的被测表面粗糙度要求在0.4um0.8um之间；对于位移测量被测表面粗糙度要求在0.4um1.6um之间。3、被测体表面磁效应对传感器的影响电涡流效应主要集中在被测体表面，如果由于加工过程中形成残磁效应，以及淬火不均匀、硬度不均匀、金相组织不均匀、结晶结构不均匀等都会影响传感器特性。在进行振动测量时，如果被测体表面残磁效应过大，会出现测量波形发生畸变。4)、被测体表面镀层对传感器的影响被测体表面的镀层对传感器的影响相当于改变了被测体材料，视其镀层的材质、厚薄，传感器的灵敏度会略有变化。5)、被测体表面尺寸对传感器的影响
39、由于探头线圈产生的磁场范围是一定的，而被测体表面形成的涡流场也是一定的。这样就对被测体表面大小有一定要求。通常，当被测体表面为平面时，以正对探头中心线的点为中心，被测面直径应大于探头头部直径的1.5倍以上；当被测体为圆轴且探头中心线与轴心线正交时，一般要求被测轴直径为探头头部直径的3倍以上，否则传感器的灵敏度会下降，被测体表面越小，灵敏度下降越多。实验测试，当被测体表面大小与探头头部直径相同，其灵敏度会下降到72%左右。被测体的厚度也会影响测量结果。被测体中电涡流场作用的深度由频率、材料导电率、导磁率决定。因此如果被测体太薄，将会造成电涡流作用不够，使传感器灵敏度下降，一般要求厚度大于0.1m
40、m以上的钢等导磁材料及厚度大于0.05mm以上的铜、铝等弱导磁材料，则灵敏度不会受其厚度的影响。瓦振瓦振传感器感器固定在壳体内部的永久磁固定在壳体内部的永久磁铁，随着外壳与振，随着外壳与振动物体一起振物体一起振动，同，同时，由于，由于内部由内部由弹簧固定着的簧固定着的线圈不能与磁圈不能与磁铁同步运同步运动，磁，磁铁的磁力的磁力线被被线圈以一圈以一定的速度切割，从而定的速度切割，从而产生了生了电动势输出。而所出。而所输出的出的电动势的大小的大小则与磁与磁通量的大小和通量的大小和线圈参数（在此圈参数（在此处均系常数）以及均系常数）以及线圈切割磁力圈切割磁力线的速度成的速度成正比，所以我正比，所以我
41、们可以得到和磁可以得到和磁铁的运的运动速度成正比的速度成正比的输出出电动势，即：，即：传感器的感器的输出出电压与被与被测物体的振物体的振动速度成正比。速度成正比。LVDT传感器感器其工作原理是利用其工作原理是利用电磁感磁感应中的互感中的互感现象，象，实质上就是一个上就是一个变压器，如器，如图19-6所示。所示。变压器上初器上初级线圈圈W和两个参数完全相同的次和两个参数完全相同的次级线圈圈W1，W2组成，成，线圈中心圈中心扦入入圆柱形柱形铁心，次心，次级线圈圈W1和和W2反极性串反极性串联，当初，当初级线圈圈W加上交加上交变电压时，铁芯中芯中产生交流磁通生交流磁通,次次级W1和和W2分分别产生感
42、生感应电势e1和和e2，其大小与，其大小与铁心位置有关。心位置有关。磁感磁感应传感器感器差差动式磁感式磁感应传感器的工作原理是利用一个差感器的工作原理是利用一个差动式敏感元件。式敏感元件。该元件由一元件由一块永久性磁永久性磁铁上的两个相互串上的两个相互串联的磁敏半的磁敏半导体体电阻阻组成（成（这两个半两个半导体的材料及几何尺寸相同）。在体的材料及几何尺寸相同）。在传感器感器电路路中，中，这两个两个电阻阻组成一个差成一个差动电感感电桥（如惠斯（如惠斯顿电桥）。当）。当磁磁铁或或钢的触的触发体接近或体接近或远离离传感器且相互成直角（即感器且相互成直角（即传感器感器探探头表面磁表面磁铁所所产生的磁生
43、的磁场与触与触发体体边沿成直角）沿成直角）时，它干，它干扰了了传感器内部的磁感器内部的磁场，使差，使差动电感感电桥失去平衡而失去平衡而输出一出一电压。通通过对这一一电压测量，即能量，即能获得被得被测物（即触物（即触发体）与体）与传感器感器探探头间的的间隙隙变化。化。在在TSI测量量实际应用中，我用中，我们一般用一般用该磁感磁感应传感器感器测量机量机组转速，就是通速，就是通过测量探量探头与与测速速齿盘轮间的高、低的高、低电压变化所化所形成脉冲信号的数量，来得到形成脉冲信号的数量，来得到实际转速速值。高阻探头应该在500欧姆左右，如果开路侧来那个没有阻值那么探头基本可以判断已坏。如果是闭路测量，在被测有转速速的时候，阻值是变化的，因为内部线路感应电势的原因。低速时输出信号容易受干扰信号影响。
