TSI的基本測(cè)量原理

#圖2-3-2三種安裝方式的斜面型安裝斜面型測(cè)量的斜面修正系數(shù)計(jì)算原理如下：假設(shè)被測(cè)軸水平位移量為X,垂直位移量為Y；傳感器探頭1測(cè)得的位移變化量為Ad,輸出電壓變化量為AU，靈敏度為S(V/mm)，傳感器探頭2測(cè)11,1,得的位移變化量為Ad,靈敏度為S；斜面的傾斜角為8。22選用安裝方式1時(shí)，Ad二XSine-YCosOAd=-XSin0-YCos0，則12Ad-Ad=2XSine，可推得乂=(Ad-Ad)/2Sin8=(AU/S-AU1212112/S)/2Sine。2選用安裝方式2時(shí)，Ad二XSine-YCose，Ad二-XSine+YCose，則12Ad+Ad=2XSine，可推得乂=(Ad+Ad)/2Sine=(AU/S+AU1212112/S)/2Sine。2選用安裝方式3時(shí)，Ad二XSine-YCose,Ad=-Y，貝JAd-AdCos1212e=XSine，可推得乂=(Ad-AdCose)/Sine=(AU/S-AUCos12112e/S)/Sine=(au/s)Csce-(au/s)Ctge。21122從以上可以得出軸水平位移量X的值，也就是真正的脹差量。2-4轉(zhuǎn)速和零轉(zhuǎn)速參數(shù)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速指示和超速保護(hù)是機(jī)器的重要參數(shù)之一，每臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)械都有一個(gè)設(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速，對(duì)中國(guó)的汽輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)的額定轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分，一般轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速110%即3300轉(zhuǎn)/分時(shí)，超速保護(hù)儀表需要發(fā)出報(bào)警信號(hào),而當(dāng)轉(zhuǎn)速超過113%，即3390轉(zhuǎn)/分時(shí)，超速保護(hù)儀表需發(fā)出跳機(jī)信號(hào)，關(guān)閉主汽門，強(qiáng)迫機(jī)組停下來(lái)，以確保機(jī)組的安全。零轉(zhuǎn)速保護(hù)則是檢測(cè)低轉(zhuǎn)速信號(hào)(即零轉(zhuǎn)速)，當(dāng)機(jī)組從正常轉(zhuǎn)速停下來(lái)時(shí)，主蒸汽供氣減少最后全部關(guān)閉，在汽輪機(jī)內(nèi)部轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)分布不一樣，此時(shí)如果強(qiáng)行停機(jī)，會(huì)造成轉(zhuǎn)子的永久性彎曲，所以一般在機(jī)組啟停時(shí)，均需用盤車裝置對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行盤車，以保證轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)均勻布置，然后再讓機(jī)組完全停下來(lái)。零轉(zhuǎn)速信號(hào)就是檢測(cè)當(dāng)機(jī)組到達(dá)某設(shè)計(jì)低轉(zhuǎn)速時(shí)發(fā)出信號(hào)并觸發(fā)自動(dòng)盤車裝置，特別在當(dāng)超速保護(hù)儀表的超速跳機(jī)動(dòng)作，機(jī)組自動(dòng)停下來(lái)時(shí)，讓零轉(zhuǎn)速監(jiān)視器自動(dòng)觸發(fā)機(jī)組的盤車裝置。在此時(shí)零轉(zhuǎn)速監(jiān)視器顯得尤為重要。轉(zhuǎn)速和零轉(zhuǎn)速屬于動(dòng)態(tài)測(cè)量。轉(zhuǎn)速測(cè)量一般使用磁阻式速度傳感器，穩(wěn)定可靠以及高性價(jià)比是其主要優(yōu)點(diǎn)，但在零轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)，磁阻式速度傳感器由于被其測(cè)量原理所限制，輸出信號(hào)太小，信噪比變小，所以不能采用，只能采用渦流式傳感器來(lái)測(cè)量零轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速測(cè)量時(shí)，所選用的一般監(jiān)視器系統(tǒng)根據(jù)API670標(biāo)準(zhǔn)，其觸點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)該小于100ms，但是對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組特別是大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如600MW、1000MW的發(fā)電機(jī)組,100ms的響應(yīng)時(shí)間偏大，在這種情況下，應(yīng)該選用日本新川公司生產(chǎn)的MP系列旋轉(zhuǎn)機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)，其響應(yīng)時(shí)間小于30ms，完全能滿足要求。2-5偏心參數(shù)偏心是對(duì)軸頸軸承中，轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)位置的測(cè)量。在轉(zhuǎn)子沒有內(nèi)部和外部負(fù)荷的正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，大多數(shù)機(jī)械機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)子會(huì)在油壓阻尼作用下，在設(shè)計(jì)確定的位置浮動(dòng)。然而，一旦機(jī)器承受一定的預(yù)加負(fù)荷，軸承內(nèi)的軸頸就會(huì)出現(xiàn)偏心，這種偏心是測(cè)量軸承磨損，重預(yù)負(fù)荷狀態(tài)（例如不對(duì)中）的一種指示。另外在機(jī)組啟停過程中，轉(zhuǎn)子的溫度場(chǎng)分布是不一樣的，由于材料的熱變形，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生彎曲，同樣也會(huì)使轉(zhuǎn)子偏離中心位置，偏心保護(hù)裝置就是監(jiān)視上述二種情況所產(chǎn)生的偏心度的綜合參數(shù)，應(yīng)該控制在某一個(gè)正常數(shù)據(jù)范圍之內(nèi)。偏心測(cè)量屬于動(dòng)態(tài)測(cè)量，汽輪發(fā)電機(jī)組現(xiàn)在一般都采用低速盤車，一般為3.0轉(zhuǎn)/分，即周期為20秒，所以一定要解決好其中的峰值保持技術(shù)和同步跟蹤技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。偏心的監(jiān)測(cè)需要兩個(gè)傳感器信號(hào)輸入，一個(gè)是趨近式探頭，它用于偏心的測(cè)量，另一個(gè)是鍵相器探頭，它用在峰-峰值信號(hào)保持電路上，以確保轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周的峰-峰測(cè)量值。早期的B.N公司生產(chǎn)的7200系列監(jiān)視器，其偏心測(cè)量就備有鍵相和模擬鑒相兩種選型供用戶選擇。模擬鍵相實(shí)際上是使用一個(gè)內(nèi)部振蕩器，設(shè)置成模擬盤車轉(zhuǎn)速的值以代替鍵相信號(hào)，但此種測(cè)量不能嚴(yán)格保證每轉(zhuǎn)一周的偏心測(cè)量值。由于此種測(cè)量方式可省去一個(gè)鍵相傳感器，節(jié)約成本，尤其對(duì)于老機(jī)組改造，在老機(jī)組上沒有鍵相位置的情況下，有一定的使用價(jià)值。但是現(xiàn)在機(jī)組上大部分都有鍵相位置，所以現(xiàn)在的TSI生產(chǎn)廠家已基本上不使用模擬鍵相器的設(shè)計(jì)方案了。2-6鍵相參數(shù)我們已經(jīng)敘述了振動(dòng)信號(hào)是一個(gè)矢量，可用振動(dòng)的振幅和相位角來(lái)描述，有了振動(dòng)的相位角就能確定轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)及殘余不平衡量的位置。精確地相角測(cè)量對(duì)確定轉(zhuǎn)子的平衡中心位置及分析汽輪機(jī)的故障是非常重要的，準(zhǔn)確測(cè)量出整個(gè)機(jī)組各軸承上的轉(zhuǎn)子振幅和相位角，為機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)地提供了重要信息，有助于分析下面的問題：發(fā)生了什么事情？在什么地方發(fā)生了問題？如何發(fā)生的？準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)子的相位角其可靠方法就是鍵相法，鍵相實(shí)際上就是一個(gè)標(biāo)記，感受固定在軸上的一個(gè)標(biāo)志（鍵或鍵槽）并使轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一次發(fā)出一個(gè)脈沖，作為相位測(cè)量的參考基準(zhǔn)，相位角被定義為從鍵相位脈沖到振動(dòng)的第一正向峰值之間的角度值。鍵相信號(hào)是試驗(yàn)人員在機(jī)組大修完成后進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡測(cè)試時(shí)必不可少的依據(jù)，所以大型機(jī)組一般都需安裝鍵相器。鍵相測(cè)量屬于動(dòng)態(tài)測(cè)量，往往在軸上開一鍵槽，當(dāng)軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，就能產(chǎn)生一個(gè)脈沖電壓。但是由于機(jī)組在起停過程中軸會(huì)上抬或下降，會(huì)導(dǎo)致閥值電平跑出傳感器輸出波形之外，從而無(wú)法輸出脈沖電壓，這就要求處理好其中的閥值電平自動(dòng)跟蹤技術(shù)。2-7汽輪缸膨脹，油動(dòng)機(jī)行程，閥位等參數(shù)在機(jī)組啟、停過程中，汽缸因受熱膨脹，以及機(jī)組升降速控制系統(tǒng)需控制油動(dòng)機(jī)行程，閥位開度等，所以要對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行指示、控制。這些參數(shù)的測(cè)量都是靜態(tài)測(cè)量，而且要求測(cè)量的量程都比較大，所以一般采用技術(shù)比較成熟的大量程LVDT傳感器來(lái)測(cè)量這些參數(shù)。TSI的發(fā)展趨勢(shì)一、TSI的發(fā)展過程在50年以前，由于機(jī)組的容量比較小，汽輪機(jī)組的監(jiān)視儀表也較簡(jiǎn)單，一般僅監(jiān)視軸承座的瓦振和利用山字型電磁式傳感器來(lái)監(jiān)視一下機(jī)組的軸承振動(dòng)、軸向位移、脹差等即可，但山字型電磁式位移傳感器存在著線性差，安裝調(diào)試麻煩等缺點(diǎn)，美國(guó)BN.公司在60年代發(fā)明了非接觸式的電渦流位移傳感器，使TSI產(chǎn)品在技術(shù)上向前邁了一大步，為大型汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行提供了有力的技術(shù)支持。由于渦流式位移傳感器具有線性范圍大，精度和靈敏度高，頻響寬，抗干擾能力強(qiáng)和溫度特性好，安裝調(diào)試方便，檢測(cè)值不受油污、蒸汽等非金屬介質(zhì)影響等優(yōu)點(diǎn)，所以以渦流式位移傳感器為主要傳感器組成的TSI產(chǎn)品一投入商業(yè)運(yùn)行，立即受到廣大用戶的普遍歡迎，特別是渦流式位移傳感器采用了非接觸式的測(cè)量方式，徹底解決了大機(jī)組旋轉(zhuǎn)主軸的相對(duì)振動(dòng)測(cè)量問題，解決了以前只能用速度傳感器測(cè)量軸承座振動(dòng)而難以獲取機(jī)械振動(dòng)可靠信息的困難，以及用接觸式觸軸速度傳感器來(lái)測(cè)量軸振動(dòng)時(shí)很難解決的機(jī)械磨損的問題。另外渦流式位移傳感器直接測(cè)量的是振動(dòng)的振幅，所以更直接地反映用戶所最關(guān)心的振動(dòng)振幅，避免了用速度傳感器測(cè)量振動(dòng)必須將速度信號(hào)通過積分電路轉(zhuǎn)換成振幅信號(hào)所造成的誤差，從而提高了了系統(tǒng)的測(cè)量精度。利用渦流式位移傳感器還可以方便地測(cè)量轉(zhuǎn)速的相位角，為大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)譜分析，校動(dòng)平衡等提供了必不可少的參數(shù)，總之，渦流式位移傳感器的發(fā)展，解決了許多技術(shù)上的難題，為正確可靠安全監(jiān)視保護(hù)大型汽輪機(jī)組提供了檢測(cè)手段，為計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集，事故追憶，故障診斷等技術(shù)的發(fā)展提供了有力的保障，我院從76年起從事渦流式位移傳感器及配套儀表的研究開發(fā)工作，取得了一定的成績(jī)，特別從83年列入國(guó)家六五攻關(guān)項(xiàng)目后在資金人力上有了較大的保證。76年研究開發(fā)了基于模擬電路為主的第一代SPI系列汽輪機(jī)保護(hù)儀表，87年研究開發(fā)出基于數(shù)?；旌想娐窞橹鞯牡诙?000系列汽輪機(jī)保護(hù)儀表裝置，之后馬上研究開發(fā)出基于單片機(jī)技術(shù)的主從分布式第三代9000系列汽輪機(jī)保護(hù)儀表裝置，并于1989年投入商業(yè)運(yùn)行，隨后又進(jìn)行完善化及增加與通用微機(jī)的通訊接口開發(fā)使其系列化，通用性，多功能。二、汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)保護(hù)儀表的發(fā)展方向目前，在國(guó)際上已投入工業(yè)運(yùn)行的TSI儀表主要功能如下：在監(jiān)視器中利用單片機(jī)進(jìn)行信號(hào)處理，并可利用便攜式電腦通過串行口用軟件組態(tài)的方式對(duì)儀表的各參數(shù)進(jìn)行任意組態(tài)，監(jiān)視器可以通過以太網(wǎng)采集到的數(shù)據(jù)或經(jīng)過儀表處理的數(shù)據(jù)送上網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳送和控制，并可將數(shù)據(jù)打包傳送到異地的設(shè)備故障診斷中心，對(duì)機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)視和診斷，并實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的預(yù)測(cè)性維修，也可將數(shù)據(jù)傳送到電廠的其他控制系統(tǒng)如DCS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)正在運(yùn)行機(jī)組的集中監(jiān)控。從我們收集到的有關(guān)資料來(lái)分析，TSI儀表應(yīng)該往基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的方向發(fā)展，打破傳統(tǒng)的TSI儀表由傳感器和監(jiān)視器（二次表）兩部分組成的傳統(tǒng)方式，開發(fā)數(shù)字式傳感器并配備強(qiáng)大的通訊功能，去掉二次儀表部分，將傳感器信號(hào)直接掛于網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組各運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)視。實(shí)現(xiàn)了減少現(xiàn)場(chǎng)電纜，提高系統(tǒng)可靠性和精度，許多功能將由計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，TSI儀表也有研究人員在研發(fā)采用無(wú)線通訊的方向發(fā)展，例如將藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用到汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)儀表（TSI）中。隨著射頻技術(shù)、集成電路技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信功能的實(shí)現(xiàn)越來(lái)越容易，數(shù)據(jù)傳輸速度越來(lái)越快，逐漸可以和有線網(wǎng)絡(luò)相媲美。而有線網(wǎng)絡(luò)布線麻煩，線路故障難以檢查，設(shè)備重新布局時(shí)要重新布線，且不能隨意移動(dòng)?；谒{(lán)牙芯片的TSI系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體思路如下：用PC機(jī)和帶有單片機(jī)的TSI儀表組成的二級(jí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。TSI儀表作為下位機(jī)組成前端測(cè)量單元，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理和發(fā)送等。PC機(jī)作為上位機(jī)（稱作終端）負(fù)責(zé)接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集中處理、故障的診斷和控制命令的發(fā)送