汽輪與機(jī)的監(jiān)測保護(hù)

1、汽輪機(jī)的監(jiān)測保護(hù)一、汽輪機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)成Ø 汽輪機(jī)的保護(hù)系統(tǒng)由： 汽輪機(jī)儀表監(jiān)視系統(tǒng)TSI 汽輪機(jī)危急遮斷系統(tǒng)ETS機(jī)械超速保護(hù)系統(tǒng)共同組成。Ø TSI負(fù)責(zé)對有關(guān)參數(shù)如振動、脹差、軸向位移等進(jìn)行監(jiān)測，ETS系統(tǒng)對監(jiān)測參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行邏輯判斷，發(fā)出跳閘指令，ETS系統(tǒng)動作于AST電磁閥，動作結(jié)果是泄去EH油系統(tǒng)的AST油、OPC油油壓，使主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥快速關(guān)閉，停止汽輪機(jī)運(yùn)行。機(jī)械超速保護(hù)系統(tǒng)僅對轉(zhuǎn)速形成保護(hù)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過機(jī)械超速保護(hù)定值時，泄去潤滑油系統(tǒng)的安全油壓，打開隔膜閥，泄去EH油系統(tǒng)的AST油、OPC油油壓，使主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥快速關(guān)閉，停止汽輪機(jī)運(yùn)行。第一節(jié)

2、汽輪機(jī)儀表監(jiān)視系統(tǒng)簡介一、汽輪機(jī)安全監(jiān)視的內(nèi)容 Ø TSI系統(tǒng)監(jiān)測的基本參數(shù)如下。 (1)振動參數(shù) (2)位置測量 (3)其他參數(shù) 一、汽輪機(jī)安全監(jiān)視的內(nèi)容(1)絕對振動(2)徑向振動(3)軸向位移(4)偏心(5)轉(zhuǎn)速(6)脹差 (7)機(jī)殼膨脹(8)零轉(zhuǎn)速(9)其他參數(shù)： 溫度相關(guān)大型機(jī)組應(yīng)監(jiān)視與保護(hù)的項目 二、常用的汽輪機(jī)儀表監(jiān)視系統(tǒng)u 目前在中國市場上，200MW以上機(jī)組的TSI系統(tǒng)幾乎完全被國外產(chǎn)品壟斷。使用較多的產(chǎn)品有美國本特利(Bently)公司的3300系列、3500系列；德國菲利浦公司(后改為EPRO)的RMS700、EPRO MMS6000系列；日本新川公司的VM-3

3、、VM-5系列；瑞士Vibro-Meter公司的VM 600系統(tǒng)等。第二節(jié) TSI儀表測量原理TSI的基本組成u 無論是國產(chǎn)的TSI，還是進(jìn)口的TSI；無論是由分立元件構(gòu)成的TSI，還是由集成電路組成的TSI，或者是由微處理器芯片構(gòu)成的TSI系統(tǒng)，從硬件結(jié)構(gòu)與功能組成的角度分析，均可由圖16-1所示的三部分描繪。常用傳感器類型u 目前應(yīng)用廣泛的傳感器有電渦流傳感器、電感式速度傳感器、電感式線性差動變壓器和磁阻式測速傳感器等。 一、電渦流傳感器系統(tǒng)電渦流傳感器的工作原理Ø 根據(jù)傳感器的性能和測試對象的要求，可利用電渦流傳感器對汽輪機(jī)組的轉(zhuǎn)速、偏心、軸位移、軸振動、脹差進(jìn)行測量。 n 電

4、渦流傳感器原理簡圖如圖所示。在傳感器的端部有一線圈，線圈通以頻率較高(一般為12MHz)的交變電壓，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)的大小又與兩者之間的距離及導(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， K1值減小，使等效電感增加，因此測定等效電感的變化，可以間接測定d的變化。 電渦流傳感器的工作原理Ø 為了實現(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

5、應(yīng)包括頻率為f0的穩(wěn)定的振蕩器(一般用石英振蕩器)和一個檢波環(huán)節(jié)等。傳感器加上測量線路(稱之為前置器)的框圖如圖7-4所示。從前置器輸出的電壓Ud是正比于間隙d的電壓。它可以分為兩部分：一部分為直流電Udc，對應(yīng)于平均間隙(或初始間隙)d0，另一部分為交流電壓Uac,對應(yīng)于振動間隙d。如果我們只對振動間隙感興趣，可用電容隔直或加反向偏置的辦法取出振動部分電壓。趨近式系統(tǒng)輸出電壓和目標(biāo)距離特性關(guān)系見圖7-5。 電渦流傳感器的工作原理Ø 在安裝電渦流傳感器時，要注意平均間隙的選取。要求平均間隙加上振動間隙，亦即總間隙應(yīng)在傳感器線性范圍之內(nèi)，如圖7-6所示。 Ø 影響趨近式系統(tǒng)的

6、因素 有一些因素可能使趨近系統(tǒng)的實際特性不同于理論特性，比如所用目標(biāo)材料，環(huán)境溫度，機(jī)械、電氣缺陷以及某些空間限制(如最小距離等)。 (1)目標(biāo)材料影響。為使趨近系統(tǒng)正常運(yùn)行，目標(biāo)材料必須導(dǎo)電，它們可以是鋼、銅、鋁等，目標(biāo)材料類型大大影響系統(tǒng)靈敏度和測量范圍的線性區(qū)域。 (2)溫度影響。環(huán)境溫度影響目標(biāo)材料的導(dǎo)電性、導(dǎo)磁性、電纜電容和其他因素，因而溫度會影響測量結(jié)果的精度。 (3)搖擺效應(yīng)。搖擺效應(yīng)是兩類產(chǎn)生于非理想目標(biāo)的誤差來源之和，它們是：機(jī)械搖擺，由于目標(biāo)機(jī)械缺陷，對于旋轉(zhuǎn)軸，可能由于同心性不好(不圓)，也可能是由于軸表面狀況不平(如裂痕等)；電氣搖擺，由于軸表面導(dǎo)電性分布不均勻。用趨近

7、系統(tǒng)測量時，這些搖擺效應(yīng)表現(xiàn)為實際不存在的振動信號，可用數(shù)值方法消除這種效應(yīng)。 二、速度傳感器 速度傳感器工作原理Ø 速度傳感器適用于測量軸承座、機(jī)殼及基礎(chǔ)的一般頻帶內(nèi)的振動速度和振動位移(經(jīng)積分后)，其頻帶大約為5-500Hz(即30030000rmin)。Ø 慣性式速度傳感器屬電動力式變換原理的傳感器。這種傳感器具有較高的速度靈敏度(一般可達(dá)100500mVcms)和較低的輸出阻抗(一般為13k)，能輸出較強(qiáng)的信號功率，因此不易受電磁場的干擾，即使在復(fù)雜的現(xiàn)場，接用很長的導(dǎo)線，仍能獲得較高的信噪比。一般來說，這類傳感器勿需設(shè)置專門的前置放大器，測量線路比較簡單，再加上安

8、裝、使用簡易，因此被廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸承、機(jī)殼和基礎(chǔ)等非轉(zhuǎn)動部件的穩(wěn)態(tài)振動測量。Ø 本特利·內(nèi)華達(dá)公司生產(chǎn)的慣性式速度傳感器結(jié)構(gòu)簡圖如圖7-11所示。Ø 線圈及線圈支架通過彈簧連接在殼體上構(gòu)成傳感器的可動部分，永久磁鐵與外殼構(gòu)成傳感器的磁路部分，其可動部分只能軸向平移，因此它是一單自由度振動系統(tǒng)。Ø 傳感器的工作原理：傳感器的單自由度可動系統(tǒng)將被測物的絕對振動速度Vx(輸入)接收為可動部分相對于外殼(即動線圈相對磁隙)的相對振動速度Vy(響應(yīng))，然后電動力變換部分將Vy變換為電動勢e0，設(shè)Vx、Vy、U分別為穩(wěn)定情況下的輸入絕對振動速度、相對振動速度

9、、開路輸出電壓的復(fù)數(shù)幅值，則有： U=BLVy。 Vy=H(f)Vx 式中：B為磁隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度； L為動圈導(dǎo)線的有效長度； H(f)為相對速度對于輸入絕對速度的頻率函數(shù)。 U=BLH(f)VxØ 這樣，一旦傳感器系統(tǒng)確定，傳感器的輸出電壓就與振動速度成確定的正比關(guān)系，測得速度傳感器的輸出電壓就可確定振動速度。Ø 速度傳感器的輸出電壓與振動速度成正比，因此對于那些以振動速度的大小作為監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械，速度傳感器的輸出電壓可直接提供分析和處理。對于那些以位移幅值作為監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械，則需對傳感器的電壓輸出進(jìn)行積分處理，使得經(jīng)過積分線路后的輸出電壓正比于振動位移。三、線性差動變壓

10、器n 線性差動變壓器LVDT的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它由一個振蕩器、一個激勵繞組W0和2個輸出繞組W1、W2組成。振蕩器為激勵繞組提供振蕩頻率為1kHz的激勵電壓，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。 第三節(jié) TSI參數(shù)的測量一、軸振動測量 n (一)軸的相對振動的測量n (二)軸的絕對振動測量n (三)軸承振動的測量(一)軸的相對振動的測量n 在20世紀(jì)50年代之前，由于機(jī)組容量小，對汽輪機(jī)監(jiān)控的要求也不高，一般僅在軸承座上裝幾個速度型的振動傳感器測量瓦振。但是大型機(jī)組的

11、軸承座和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛度遠(yuǎn)大于軸承油膜的剛度，主軸的振動通過油膜傳遞到軸承座上，振動的幅值將大大衰減(其值將縮小48倍甚至更多)，也就是說如果用瓦振的辦法測量的軸承座振動值在50m左右時(按國家標(biāo)準(zhǔn)，這個數(shù)字是符合機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)的)，大軸振動值有可能已達(dá)到400m左右了，所以必須采用新的測量辦法獲取大軸振動的真實值。 n 另外，軸承座振動測量最大的缺點(diǎn)是(與軸測量相比)，出現(xiàn)機(jī)器的轉(zhuǎn)動件或軸承的狀態(tài)發(fā)生變化時，如某些故障(例如葉片損壞引起平衡的突然變化)和由蒸汽激勵或油膜不穩(wěn)定等引起的同步振動(它們使軸的總振動加劇并可能導(dǎo)致危險)，反映在軸承座上的測量值變化很小。n 測量軸的相對振動如圖93所示。n

12、在測軸振時，常常把探頭裝在軸承殼上，探頭與軸承變成一體，因而所測結(jié)果是軸相對于軸承殼的振動。由于軸在垂直方向與在水平方向的振動并沒有必然的內(nèi)在聯(lián)系，亦即在垂直方向的振動已經(jīng)很大，而在水平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，用以分別測量垂直和水平方向的振動。為了安裝方便，實際上兩個探頭不一定非裝在垂直和水平方向不可，很多安裝都如圖9-4所示為復(fù)合安裝，每個探頭與鉛垂線各成45°角，按慣例，垂線右面探頭認(rèn)為是水平探頭，左面為垂直探頭，上述測振方式用得十分普諞。n 前面討論的關(guān)于軸振動的測量中，渦流傳感器是固定在軸承座上的，亦即以軸承座為參考坐標(biāo)系。由于軸承座本身也

13、在振動，因此所測得的軸振動是相對于軸承座而言的。對于油膜軸承來說，軸頸與軸瓦之間有比較大的間隙，視油膜軸承的型式不同，這一間隙約為直徑的千分之幾。因此在軸頸處的軸的相對振動比之軸承座本身的振動一般來說要大。究竟大多少。取決于旋轉(zhuǎn)機(jī)械的類型、油膜軸承的型式，軸頸的直徑、支承及基礎(chǔ)的動力特性等。有的可以大幾十倍，有的可能是在同一數(shù)量級含義下的稍大。有的資料認(rèn)為，當(dāng)軸的相對振動幅值比軸承座的振動幅值大34倍以上時，軸的相對振動信息足以提供分析振動問題和故障的依據(jù)，而不必去測定軸的絕對振動。否則的話，為了可靠和全面地分析問題和故障，還必須要求測定軸的絕對振動。(二)軸的絕對振動測量n 測定軸的絕對振動

14、，最直接的辦法是將渦流傳感器安裝在“不動”的參考點(diǎn)上，這樣測得的就是軸的絕對振動。但是這一辦法只有在輕小型旋轉(zhuǎn)機(jī)械或?qū)嶒炇夷M轉(zhuǎn)子上或許有這一可能性，而在較大型的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，由于振動波及的范圍較廣，包括基礎(chǔ)在內(nèi)都參與振動，因此實際上的旋轉(zhuǎn)機(jī)械附近找不到一處“不動”的參考點(diǎn)，所以上述方法就不適用。n 本特利內(nèi)華達(dá)公司采用如圖9-4所示的復(fù)合式探頭，用來測量軸的絕對振動。在測量轉(zhuǎn)軸的絕對振動時，雙探頭組件是固定在軸承箱上。雙探頭組件內(nèi)有兩個探頭，一個是渦流探頭，另一個是磁電式振動傳感器。渦流探頭用以測量轉(zhuǎn)軸相對于軸承箱的振動(相對振動)；磁電式振動傳感器用以測量該處的軸承箱振動(軸承箱的絕對振動)

15、。將此兩探頭測得的信號，經(jīng)監(jiān)視器內(nèi)的電路處理后，即可獲得軸的絕對振動值。其處理過程如圖所示。圖中Sa表示某測量點(diǎn)轉(zhuǎn)軸絕對振動的振幅矢量，Sc表示測量點(diǎn)附近某處軸承箱的絕對振動的振幅矢量，則圖中Sr表示的是轉(zhuǎn)軸相對于軸承箱的絕對振動的振幅矢量。因此，已知Sc和Sr，矢量相加后即可得到Sa。圖中為軸承絕對振動滯后于轉(zhuǎn)軸絕對振動的相位角。 采用上述原理測量轉(zhuǎn)軸的絕對振動時必須注意，當(dāng)磁電式振動傳感器在傳感器的固有頻率附近時，會產(chǎn)生90°的相位差，因此，必須對磁電式振動傳感器的輸出信號進(jìn)行相位補(bǔ)償，才能與軸的相對振動信號矢量相加。 (三)軸承振動的測量n 在有的情況下，如果汽輪機(jī)轉(zhuǎn)軸能將大部

16、分振動傳到軸承座上，軸承座振動值能明確在指示正常和不正常的工作狀態(tài)，則軸承振動的測量是必要的。另外，為了全面分析汽輪機(jī)的振動狀態(tài)，軸承振動也能提供某些有益的信息。n 軸承振動的測量可采用安裝于軸承座上的加速度或速度傳感器來實現(xiàn)。需要注意的是，加速度或速度傳感器輸出的是軸承振動速度信號，要想得到振動幅值信號，還須經(jīng)過積分。二、軸向位移的測量 非接觸式的渦流探頭能夠成功地應(yīng)用于推力位置的精確測量，如圖9-6所示。 1探頭的位置n 一個主要應(yīng)遵循的規(guī)則是：使得測量盡可能地靠近推力軸承。推力盤與推力測試點(diǎn)之間的距離越大，失真的因素也就越大。失真是由溫度上升及各種在轉(zhuǎn)軸和機(jī)殼上的壓力應(yīng)變引起的，所有這些

17、失真沿著推力盤和測試點(diǎn)之間的地方都可能產(chǎn)生，可以出現(xiàn)每米有幾個毫米的溫度偏移，這將會引起監(jiān)視器讀數(shù)的嚴(yán)重偏移。n 總之，應(yīng)將軸向位移探頭裝入推力軸承一塊托板之內(nèi)的地方，并且是在同一結(jié)構(gòu)體上。測量的最好方法是使軸向位移探頭裝在能夠直接觀察到推力盤的地方，測量探頭頂端與被觀察表面的軸間距的平均值。n 推力軸承的墊片在重的負(fù)載情況下有一個被擠在一起從而縮減的趨勢。由于這種擠壓而形成的凹形的推力座上一輕微的變形將導(dǎo)致一個比正常值高出幾個rail(1mil：00254mm)的推力移動量。溫度上升引起的mil(1mil=00254mm)值再加上這些值，就會導(dǎo)致一種非必需的報警情況出現(xiàn)。因此，一旦機(jī)器達(dá)到工

18、作溫度及滿載時，這時是在監(jiān)視器上建立探頭間隙到零點(diǎn)位置的理想時間。應(yīng)該避免將推力探頭安裝在薄殼形端蓋上。軸的位置隨著目光、壓力及許多小的干擾會很快偏移。反之，將探頭安在剛度大的端罩上是很理想的，這樣測量的結(jié)果應(yīng)該與有關(guān)的振動沒有關(guān)系。n 軸在運(yùn)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。如果軸往右移動，間隙消除后，會碰到軸承，二者發(fā)生摩擦，則其后果將不堪設(shè)想。由于這一參數(shù)十分重要，因而APl670(美國石油協(xié)會)標(biāo)準(zhǔn)要求用兩個探頭同時探測一個對象，以免發(fā)生誤報警現(xiàn)象。n 兩個探頭要能同時探測一個平面，該平面應(yīng)和軸是一個整體。2探測探頭的零點(diǎn)預(yù)置n 一般來說，因為有以下原因，

19、確定推力探頭范圍的精確零點(diǎn)是不可能的。n (1)不是總能知道機(jī)器是否是處于正常的運(yùn)轉(zhuǎn)還是不正常的推力軸承狀態(tài)。n (2)在軸承外殼上，溫度上升和壓應(yīng)力改變，改變了冷卻狀態(tài)的間隙。n 推力探頭的初始縫隙總是建立在一個猜想基礎(chǔ)上。我們的意愿是使探頭總的線性范圍的中點(diǎn)位置定在機(jī)器通常的推力位置。所有的推力位置保護(hù)監(jiān)視器通道都有一個零點(diǎn)預(yù)置電位器以用來補(bǔ)償初始預(yù)置的誤差，零點(diǎn)預(yù)置可以通過使用電位器來調(diào)節(jié)，但零點(diǎn)預(yù)置不能以一個絕對的基準(zhǔn)來選擇，必須根據(jù)當(dāng)機(jī)器正處于標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下時的推力的縫隙值。n 報警和危險狀態(tài)，正常和非正常狀態(tài)應(yīng)事先定好，檢查之，并在零點(diǎn)預(yù)置以后進(jìn)行檢查。3正常的和反向的推力報警對于

20、透平和其他軸向流向的機(jī)器，軸的推力方向一般來說并不是惟一的，所以機(jī)器有工作和非工作的推力瓦塊。實際運(yùn)行經(jīng)驗表明，在汽輪機(jī)變負(fù)荷運(yùn)行過程中，完全可能產(chǎn)生正向的軸向位移或反向的軸向位移，如果不設(shè)置正向反向軸位移的雙方向監(jiān)視器，就會發(fā)生重大的故障4軸向位移的測量n 一般應(yīng)當(dāng)采用兩只探頭，采用雙選式安排，兩個探頭要能同時探測一個平面，該平面和軸是一個整體。探頭應(yīng)能直接探測止推法蘭或者其他垂直于軸水平方向的平面。n 某電廠采用四只趨近式探頭進(jìn)行軸向位移的測量，這四只傳感器兩只一組，兩只傳感器對稱于轉(zhuǎn)子安裝，測量的是止推法蘭的左右平面，每組的兩只傳感器測量同一部位的止推法蘭平面(左平面或右平面)，每組中的

21、兩只傳感器測量結(jié)果是“與”的關(guān)系，保證某一通道失效時，不會給出錯誤的危險信號，這兩組測量傳感器的結(jié)果是相互獨(dú)立的，即“或的關(guān)系，以便有效及時地保護(hù)汽輪機(jī)組的安全。n 有的電廠軸向位移的停機(jī)保護(hù)采用雙通道監(jiān)視器，對二路測量信號進(jìn)行“二取二邏輯處理，使誤動的可能性最小三、偏心的測量 n 偏心實際上就是軸的彎曲。偏心的測量，對于評價旋轉(zhuǎn)機(jī)械全面的機(jī)械狀態(tài)是非常重要的。特別是對于裝有透平監(jiān)視儀表系統(tǒng)(TSI)的汽輪機(jī)，在啟動或停機(jī)過程中，偏心測量已成為不可少的測量項目。通過偏心測量可以知道由于受熱或重力所引起的軸彎曲的幅度。探測偏心的探頭，裝在機(jī)器上的什么地方，這一點(diǎn)應(yīng)該考慮。一般情況下，偏心探頭的最

22、好安裝位置是沿軸向，在兩個軸承跨度中間，即遠(yuǎn)離軸承，監(jiān)測器上所指示的數(shù)值大小，取決于探頭安裝位置，越接近軸承，其指示偏心的讀數(shù)越小。但實際上，裝在兩個軸承之間往往很困難，因此經(jīng)常是按圖97的情況安裝，即把渦流傳感器裝在軸承的外側(cè)。在圖98中，測偏心探頭即為圖97中的探頭，另一個是鍵相器探頭，是為測轉(zhuǎn)速之用，因為我們要求知道偏心度的峰一峰值，這就需要用到鍵相器。n 傳統(tǒng)的方法是在透平機(jī)軸承以外測量偏心。因為在缸體內(nèi)部測量偏心很困難(由于環(huán)境和安裝的原因)，故經(jīng)常在高壓缸軸承前部軸的外伸段測量偏心。n 雖然可以在缸體內(nèi)部可能出現(xiàn)最大幅值處測量偏心，但在外部測量通常是令人滿意的。如果很好地掌握了轉(zhuǎn)子

23、的動態(tài)特性(剛度和振型)，那么在軸承外部測量偏心就能準(zhǔn)確地表明內(nèi)部的偏心情況。在低速時測量偏心與在透平機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)或帶負(fù)荷時進(jìn)行測量同樣重要，因此偏心探測器必須具有低到零轉(zhuǎn)速的頻率響應(yīng)，而電渦流探頭則能夠滿足這種要求。在許多情況下，調(diào)速器端的軸承座結(jié)構(gòu)允許在需要時，在機(jī)器帶負(fù)荷的情況下更換探頭。n 目前典型的TSI系統(tǒng)均有能指示偏心峰一峰值的偏心監(jiān)視器，其轉(zhuǎn)速范圍為1。600rmin。這種監(jiān)視器采用專門研制的“采樣和保持”技術(shù)，使之隨時都能指示轉(zhuǎn)子實際的峰一峰值偏心量。此外，還需要安裝一個軸轉(zhuǎn)速探頭(鍵相器)，軸每轉(zhuǎn)一圈，該探頭發(fā)出一個脈沖信號，以便在軸轉(zhuǎn)速變化時控制監(jiān)視器的采樣電路。安裝“鍵相

24、器”探頭對于振動監(jiān)視和分析來說也是必需的，因此它可以同時用于這兩個目的。n 某電廠的偏心測量采用獨(dú)立的傳感器和監(jiān)視器實現(xiàn)，可以測量和指示在高中壓缸和低中壓缸之間的軸偏心。四、相對膨脹的測量n 脹差是軸和機(jī)器殼體之間的相對增長。當(dāng)熱增長的差值超過允許的間隙時，便可能產(chǎn)生摩擦。開機(jī)和停機(jī)過程，由于轉(zhuǎn)子與機(jī)器殼體質(zhì)量、熱膨脹系數(shù)、熱耗散系數(shù)的不同，轉(zhuǎn)子的溫度就比機(jī)殼溫度上升得快。其結(jié)果是，如果超過了機(jī)內(nèi)所能允許的間隙公差，就會發(fā)生摩擦。對于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)，表面與旋轉(zhuǎn)面相擦?xí)?dǎo)致災(zāi)難性事故，為防止這種事故的發(fā)生，就需要用電渦流探頭探測轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的間隙。一般情況下，可把探頭安裝在機(jī)殼上來測量軸的端

25、面與機(jī)殼之間的距離，如圖9-9所示。n 由于脹差的變化范圍較大，所以測量時多采用補(bǔ)償式測量方法。如圖9-10所示，在軸端法蘭的兩端各安裝一支探頭，在熱膨脹過程中，當(dāng)被監(jiān)測法蘭的移動超出第一個探頭測量范圍后，緊接著就進(jìn)入第二個探頭監(jiān)測范圍。由監(jiān)測器的微處理機(jī)選擇從一個傳感器線性范圍轉(zhuǎn)換到另一個傳感器的線性范圍。這種補(bǔ)償裝置僅多用一個探頭就可將系統(tǒng)的量程提高一倍。n 某電廠脹差的測量包括高壓缸側(cè)和低壓缸側(cè)兩部分，均是通過安裝支架固定在機(jī)殼上的電渦流探頭直接測量出來的。四、相對膨脹的測量五、機(jī)殼膨脹的測量n 汽輪機(jī)在開機(jī)過程中，由于受熱使其膨脹。如果膨脹不均勻就會使機(jī)殼變斜或翹起，這樣的變形會使機(jī)殼

26、與基礎(chǔ)之間產(chǎn)生巨大的應(yīng)力，由此帶來的不對中現(xiàn)象會引起非常嚴(yán)重的后果。n 機(jī)殼膨脹一般在機(jī)殼兩側(cè)各設(shè)置一個測點(diǎn)，監(jiān)測兩側(cè)的膨脹速率是否一樣，不均勻的膨脹說明機(jī)殼變斜或翹起。為了探測由于滑動表面卡住和不均勻膨脹可能產(chǎn)生的“偏斜”，應(yīng)該在汽輪機(jī)兩側(cè)測量殼體的膨脹。第四節(jié) TSI儀表的安裝1、探頭安裝時應(yīng)考慮的問題 Ø 為了傳感器安裝的正確，在安裝之前，必須確定一些基本條件。在新的安裝(更新)及停機(jī)或系統(tǒng)校驗后的重新安裝中，這些條件必須加以考慮。 （1）初步條件 組成傳感器系統(tǒng)的各部分之間必須相互匹配； 各個部分必須與應(yīng)用的目的及環(huán)境相適合； 檢查各部分是否有物理損壞，需要時應(yīng)更換； 對各部

27、分予以確認(rèn)并加標(biāo)簽，這會對以后的安裝過程及應(yīng)用提供幫助； 為保證系數(shù)的完整性，在安裝之前和之后必須對傳感器系統(tǒng)進(jìn)行校驗； 設(shè)定并保持探頭定向方案，這會為后來的應(yīng)用及機(jī)械故障診斷提供幫助。（2）探頭目標(biāo)區(qū)域的準(zhǔn)備 被測量的表面必須具有一致的導(dǎo)電和導(dǎo)磁參數(shù)，不能有剩磁和表面的不平整(例如：劃痕、壓痕、銹斑、腐蝕等)。要正確地決定和解決問題，做“假信號”檢查，如果需要應(yīng)做表面處理。例如軸的表面處理鍍鉻，假如應(yīng)用不當(dāng)會引起“假信號”問題。理想情況下，希望去除鍍層來觀測原始金屬。但假如鍍層要保留，就必須至少要均勻地涂18mil厚(1mil=0.0254mm)，并且前置器要根據(jù)鍍層重新校驗。（3）探頭目標(biāo)

28、區(qū)域的材料 本特利·內(nèi)華達(dá)公司的標(biāo)準(zhǔn)趨近式傳感器在工廠中是按照AISIE4140號鋼標(biāo)定的。正確地確定軸的材料十分關(guān)鍵。假如與標(biāo)準(zhǔn)不同，前置器就必須根據(jù)軸的材料重新標(biāo)定，這方面的資料可以從原始設(shè)備制造廠(OEM)或機(jī)械的運(yùn)行和維護(hù)手冊中獲得。（4）探頭目標(biāo)區(qū)域的空間 為了得到被測量參數(shù)的準(zhǔn)確信號，每一傳感器都要求有足夠的側(cè)向間隙和軸表面目標(biāo)區(qū)域。就像必須有足夠的探頭磁場區(qū)域所要求的目標(biāo)區(qū)域以防止目標(biāo)區(qū)域的干擾一樣，探頭頭部周圍也需要足夠的空間以防止側(cè)向干擾。同樣，探頭頭部之間也需要有足夠的距離以防止干擾。間隙不足或目標(biāo)區(qū)域不夠會改變傳感器輸出的靈敏度，在相互作用的探頭范圍內(nèi)會由于干擾

29、導(dǎo)致產(chǎn)生錯誤信號。 當(dāng)兩只探頭安裝太近，以至于它們的無線電頻率(RF)信號區(qū)域相互影響時會發(fā)生相互干擾。由于探頭的無線電頻率可能不同，因此當(dāng)它們相互混合、干擾，就會產(chǎn)生一個頻率。這一頻率經(jīng)常處于可能出現(xiàn)的振動頻率范圍之內(nèi)，因此當(dāng)目標(biāo)靜止時，有可能顯示出振動。所以根據(jù)每只傳感器尺寸和型號的不同，探頭體間的最小安裝距離也不同。 當(dāng)探頭安裝在探頭體側(cè)面空間不足的地方時，會發(fā)生側(cè)視現(xiàn)象。渦流將在這一區(qū)域的每一塊導(dǎo)體材料上產(chǎn)生。這將導(dǎo)致系統(tǒng)中不是基于真正目標(biāo)的損失。目標(biāo)尺寸必須足夠大，以使得能夠接觸到探頭體正前部的全部無線電頻率區(qū)域。最小安裝范圍應(yīng)是探頭頭部直徑的2倍，對于8mm探頭，則應(yīng)為16mm。尺

30、寸過小的目標(biāo)，根據(jù)產(chǎn)生的渦流的狀況對系統(tǒng)線性范圍和靈敏度會產(chǎn)生不同的影響。兩個傳感器之間的最小距離見圖7-7，圖7-8為探頭頭部的側(cè)向間隙效果圖，其具有足夠的側(cè)向空間。（5）機(jī)械狀態(tài) 必須辨明一些永久性的機(jī)械結(jié)構(gòu)，例如管道、其他設(shè)備、支架、蓋等不會與傳感器相互干擾或妨礙傳感器的安裝與操作。在機(jī)械調(diào)速器范圍內(nèi)的機(jī)械超速保護(hù)裝置附近安裝探頭支架時要特別小心。假如不經(jīng)考慮或安裝不正確，機(jī)械由冷態(tài)到運(yùn)行溫度時的熱膨脹就會引起嚴(yán)重問題。當(dāng)在軸的一端安裝時，要確認(rèn)在轉(zhuǎn)子膨脹時法蘭盤、倒角、軸階不會損壞探頭、滑動及目標(biāo)在軸向的移動不會超出所用的傳感器的觀測范圍。要確信安裝的安裝結(jié)構(gòu)如支架保險且穩(wěn)固，同時機(jī)械

31、的運(yùn)行狀態(tài)不會引起導(dǎo)致錯誤的輸出或發(fā)生施加于傳感器或支架上引起損壞的應(yīng)力的移動。（6）工作溫度 一般電渦流傳感器最高允許溫度不大于180 ，目前，多數(shù)電渦流傳感器最高允許溫度在120以下，實際上工作溫度超過70 時，不僅靈敏度會顯著降低，還會造成傳感器的損壞，因此測量汽輪機(jī)軸振動時，傳感器必須安裝在軸瓦內(nèi)，只有特制的高溫傳感器才允許安裝在汽封附近。（7）避免支架共振和松動 傳感器支架在測振方向的自振頻率必須高于機(jī)器的最高轉(zhuǎn)速對應(yīng)的頻率，否則會因支架共振使測量結(jié)果失真。本特利廠規(guī)定，傳感器支架在測振方向的自振頻率應(yīng)高于機(jī)器10倍的最高工作頻率，這一點(diǎn)在實際中往往難于達(dá)到，一般支架測振方向頻率高于

32、23倍的轉(zhuǎn)子工作頻率時就可基本滿足測振要求。 為了提高支架自振頻率，一般應(yīng)用68mm厚的扁鋼制成支架，其懸臂長度不要超過l00mm，當(dāng)懸臂較長時，應(yīng)采用型鋼，例如角鐵、工字鋼等，以便有效地提高支架自振頻率。測試中防止支架或傳感器發(fā)生松動，支架必須緊固在穩(wěn)定性好的支承部件上，最好固定在軸瓦或軸承座上，傳感器與支架連接應(yīng)采用支架上攻絲再用鎖母拼緊的方式。（8）正確的初始間隙 為了趨近系統(tǒng)的正常工作，傳感器與目標(biāo)間的距離必須在趨近傳感器的測量范圍之內(nèi)，因此必須了解傳感器與目標(biāo)之間相對位移的大致幅度和方向。如果位移方向是變化的(如相對振動測量的情況)，初始間隙應(yīng)設(shè)置在傳感器的測量范圍的中點(diǎn)，如圖7-9

33、(a)所示。 如果位移是單向的(如軸向位移的測量情況)，應(yīng)將初始間隙按預(yù)期的位移方向設(shè)置在傳感器的量程范圍的一端，如圖7-9(b)所示。 在以上兩種情況下，一定要留出足夠的安全裕度，防止傳感器碰到目標(biāo)。 由于傳感器的測量范圍是已知的，所以只需將所需的厚度塞尺插到傳感器頭與目標(biāo)之間，即可進(jìn)行機(jī)械調(diào)整。 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)和機(jī)組帶負(fù)荷之后，轉(zhuǎn)子相對于傳感器將發(fā)生位移，如把傳感器裝在軸承頂部，其間隙將減??；如裝在軸承水平方向，其間隙取決于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向；當(dāng)轉(zhuǎn)向一定時，其間隙取決于安裝在左側(cè)還是右側(cè)。為了獲得合適的工作間隙值，在安裝時應(yīng)估算轉(zhuǎn)子從靜態(tài)到轉(zhuǎn)動狀態(tài)機(jī)組帶負(fù)荷后軸頸位移值和位移方向，從靜態(tài)到工作轉(zhuǎn)速，軸

34、頸抬高大約為軸瓦頂隙的12，水平方向位移與軸瓦型式、軸瓦兩側(cè)間隙和機(jī)組滑銷系統(tǒng)工作狀況有關(guān)，一般位移值為005020mm，位移方向如圖7-10所示，傳感器安裝在右側(cè)水平位置，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，間隙c增大，裝在左側(cè)d減小。 軸頸在軸瓦內(nèi)發(fā)生的位移除與轉(zhuǎn)速有關(guān)外，還與機(jī)組有功負(fù)荷有關(guān)，對于質(zhì)量較小的汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子和帶減速器的轉(zhuǎn)軸，在部分進(jìn)汽和齒輪傳遞力矩作用下，會把軸頸推向軸瓦的一側(cè)，其位移值有可能接近于軸瓦的直徑間隙。 在調(diào)整傳感器初始間隙時，除了要考慮上述這些因素外，還要考慮最大振動值和轉(zhuǎn)子原始晃擺值。傳感器初始間隙應(yīng)大于轉(zhuǎn)軸可能發(fā)生的最大振幅和轉(zhuǎn)軸原始晃擺值的12。2、速度傳感器安裝時應(yīng)考慮的問題

35、(1)工作溫度。u 一般速度傳感器工作溫度均在120以下，溫度過高會使傳感器絕緣損壞和退磁，使其靈敏度降低。對于高中壓轉(zhuǎn)子的軸承，當(dāng)其軸封漏氣嚴(yán)重時，傳感器不能較長時間裝在軸承上。 (2)避免傳感器固定不穩(wěn)和共振。u 傳感器連接不論是采用哪一種方式，傳感器都必須緊密地固定在被測物體上，不能有松動，否則會引起傳感器的撞擊，使測量結(jié)果失真。傳感器采用單個螺絲固定，有時會引起傳感器的共振，使傳感器產(chǎn)生較明顯的橫向振動，引起測量誤差。為了避免傳感器固定在振動物體上發(fā)生共振，其連接螺絲不能小于M8。而且傳感器與被測物體之間接觸面要平整，接觸面的直徑不能小于20mm。如果采用外加夾具把傳感器固定在軸承座上

36、，夾具高度應(yīng)盡量降低，否則會把被測物體的振動放大。(3)測點(diǎn)位置前后一致。u 一般機(jī)組的軸承在不同的位置振動有較大的差別，因此凡是采用手扶、橡皮泥黏接和永磁吸盤固定傳感器，都應(yīng)標(biāo)出測點(diǎn)位置，避免因前后測點(diǎn)位置不同而發(fā)生誤差。這一點(diǎn)對于振動故障診斷和轉(zhuǎn)子平衡中振動測量尤為重要。(4)傳感器的互換性。u 為了減輕測試中勞動強(qiáng)度，目前在機(jī)組振動測試中一般采用幾個以至十幾個傳感器測量各種振動。對同一點(diǎn)振動來說，當(dāng)前后采用不同的傳感器測量時，各個傳感器靈敏度和相位特性應(yīng)統(tǒng)一，只有經(jīng)過嚴(yán)格試驗的傳感器在測試中才能互換，否則會引起較大的測量誤差。為了避免傳感器互換性不好引起的測量誤差，傳感器應(yīng)對號入座(測點(diǎn)

37、)。(5)傳感器安裝方向與要求測量方向應(yīng)一致。u 軸承振動往往在某一方向上特別顯著，當(dāng)傳感器方向稍為偏離測量方向時，表計指示值就會發(fā)生較大的變化，特別是采用手扶傳感器，傳感器不大的偏斜往往不易覺察，另外采用橡皮泥黏接傳感器時，由于軸承溫度的升高，橡皮泥軟化，傳感器發(fā)生傾斜而偏離測量方向。所以測量振動時應(yīng)隨時注意傳感器安裝方向。第五節(jié) 汽輪機(jī)的危急遮斷系統(tǒng)一、汽輪機(jī)主要保護(hù)項目及功能 1凝汽器真空低保護(hù)n 當(dāng)凝汽器真空下降時，會造成汽輪機(jī)內(nèi)焓降下降，不僅影響汽輪機(jī)效率，同時會產(chǎn)生水滴，對汽輪機(jī)低壓葉片產(chǎn)生水擊，損壞葉片。因此幾乎所有機(jī)組都將真空保護(hù)設(shè)計為汽輪機(jī)的主保護(hù)。n 根據(jù)機(jī)組設(shè)計的不同，有

38、的機(jī)組采用壓力開關(guān)采集真空低信號直接送至ETS系統(tǒng)跳閘。有的則采用變送器，將凝汽器壓力信號送至DCS系統(tǒng)進(jìn)行處理，經(jīng)過限值判斷后送至ETS系統(tǒng)跳機(jī)。一般采用三取二邏輯。n 關(guān)于真空測點(diǎn)的安裝，必須注意以下兩點(diǎn)：n (1)變送器或壓力開關(guān)的安裝位置標(biāo)高要高于采樣點(diǎn)位置。n (2)取樣管中間不能有“U”型彎。這樣做的目的是防止取樣管積水，影響測量。2潤滑油壓低保護(hù)n 汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)是保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要輔助系統(tǒng)。如果潤滑油壓過低，會造成軸承冷卻不夠、油膜建立不當(dāng)，甚至燒瓦等重大設(shè)備損壞事故。因此潤滑油壓低保護(hù)是必不可少的保護(hù)。n 潤滑油壓的測量也分為壓力開關(guān)和變送器兩種。一般用于汽輪機(jī)跳閘的

39、壓力取樣管從冷油器后潤滑油母管上開取樣口。3EH油壓低保護(hù)n EH油是汽輪機(jī)油動機(jī)的工作介質(zhì)，也就是通常所說的抗燃油。如果EH油壓過低，油動機(jī)的工作驅(qū)動力就會降低，會造成調(diào)閥開啟速度變慢，主汽門緩慢關(guān)閉，引起汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)異常，不能滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，因此大型電調(diào)機(jī)組設(shè)置了此項保護(hù)。EH油壓的測量也分為壓力開關(guān)和變送器兩種。4汽輪機(jī)溫度保護(hù)n 汽輪機(jī)溫度保護(hù)主要包括汽輪發(fā)電機(jī)軸系軸承溫度保護(hù)、發(fā)電機(jī)定子繞組溫度保護(hù)、高壓缸排汽溫度保護(hù)等。5鍋爐MFT保護(hù)n 當(dāng)鍋爐跳閘后，汽輪機(jī)跳閘，然后聯(lián)跳發(fā)電機(jī)，實現(xiàn)機(jī)爐電聯(lián)動，防止發(fā)電機(jī)逆功率動作。6發(fā)電機(jī)一變壓器組保護(hù)n 當(dāng)發(fā)電機(jī)、主變壓器及線路發(fā)生故障，危及機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)一變壓器組保 護(hù)系統(tǒng)發(fā)出跳閘信號送至汽輪機(jī)保護(hù)(ETS)系統(tǒng)，及時將機(jī)組安全停運(yùn)，防止事故擴(kuò)大。7超速保護(hù)n 超速保護(hù)是汽輪機(jī)保護(hù)的一項重要內(nèi)容，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子根據(jù)材料、重量 和結(jié)構(gòu)設(shè)計所能承受的最大安全轉(zhuǎn)速時，機(jī)組停止運(yùn)行，防止事故擴(kuò)大。一般分為機(jī)械超速 保護(hù)和電超速保護(hù)。8軸向位移保護(hù)n 軸向位移保護(hù)是為使汽輪機(jī)軸向推力軸承處動靜部分的水平間隙保持在合理的設(shè)計范圍之內(nèi)而設(shè)定的一項安全保護(hù)措施。9軸承振動n 這是為保證各軸承處汽輪機(jī)動、靜部分之間的徑向間距保持在合理的設(shè)計允許范圍之