1 引言

汽輪機(jī)監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)（TSI系統(tǒng)）特指汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)、軸向位移、漲差、轉(zhuǎn)速、零轉(zhuǎn)速、偏心鍵相、缸漲等熱控參數(shù)監(jiān)控的總稱，在機(jī)組啟停及正常運(yùn)行中，實(shí)時(shí)監(jiān)測汽輪機(jī)組各項(xiàng)參數(shù)，并提供報(bào)警、停機(jī)保護(hù)等功能，對汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行起著重要作用。TSI系統(tǒng)功能的好壞直接取決于就地一次元件的安裝：渦流傳感器及前置器。希望通過本文對TSI系統(tǒng)各類探頭的測量原理，以及安裝、校驗(yàn)的方法，對熱控人員的調(diào)試和日常維護(hù)工作起到幫助作用。

2 TSI系統(tǒng)的構(gòu)成

TSI系統(tǒng)主要構(gòu)成為：旋轉(zhuǎn)機(jī)械監(jiān)視保護(hù)系統(tǒng)及其配套的現(xiàn)場測量探頭。均采用模塊化設(shè)計(jì)，可在其框架內(nèi)安裝不同種類及數(shù)量的模件，完成各種測量，并通過柜內(nèi)的繼電器回路完成保護(hù)信號的輸出。

汽機(jī)軸系上安裝的探頭主要分為以下幾類：

a）汽機(jī)各部分位移測量：轉(zhuǎn)子的軸向位移、轉(zhuǎn)子與汽缸的相對膨脹（fg括高壓脹差和低壓賬差）、汽缸的熱膨脹（絕對膨脹）、偏心；

b）汽機(jī)軸狀態(tài)測量：轉(zhuǎn)子軸的振動(dòng)（軸振）、軸承的振動(dòng)（瓦振）、振動(dòng)的相位角；

c）汽機(jī)轉(zhuǎn)速測量：轉(zhuǎn)速、零轉(zhuǎn)速。

3 振動(dòng)的測量與調(diào)試

汽輪機(jī)主要通過旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換而完成預(yù)定的功能，轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的核心部件。因此當(dāng)汽機(jī)功率的增大和轉(zhuǎn)速的不斷提高，振動(dòng)所產(chǎn)生的應(yīng)力、摩擦、轉(zhuǎn)軸過度彎曲等情況，會引起一系列事故的發(fā)生。因此，振動(dòng)的測量與監(jiān)視越來越顯得重要。    

3.1 振動(dòng)的測量原理

對轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，一般通過非接觸的渦流傳感器測量振動(dòng)的位移量。此時(shí)測量的振動(dòng)位移是轉(zhuǎn)子軸表面相對于渦流傳感器探頭間的位置變化，因此又稱作相對振動(dòng)測量。有一個(gè)專用的測量路線實(shí)現(xiàn)電渦流位移測量：包括高頻信號發(fā)生器和濾波電路等，這些電路均安裝在前置器內(nèi)（見圖1）。

圖1 振動(dòng)信號測量原理

對于軸承座或缸體的振動(dòng)，可以通過接觸式的慣性速度傳感器測量振動(dòng)的變化速度，或者通過接觸式的壓電加速度傳感器測量振動(dòng)變化的加速度。測量的振動(dòng)變化速度和加速度都是相對于大地這一固定的參照系度量的，因此又稱作絕對振動(dòng)測量。一般來說，人們習(xí)慣于將測量的振動(dòng)速度值和加速度值通過積分變換成位移量。

3.2 振動(dòng)探頭的安裝    

渦流傳感器安裝的一項(xiàng)重要工作是調(diào)整間隙電壓，即調(diào)整傳感器前端面與被測面表面的距離，使間隙處在線性范圍之內(nèi)，否則，在非線性段的靈敏度變化將帶來測量上誤差和波形失真。

調(diào)整時(shí)需將傳感器探頭接到前置器上，給前置器提供一24V電源，然后松開探頭緊固螺母，調(diào)整探頭并測量前置器輸出電壓在傳感器

 特性曲線線性中點(diǎn)附近，一般調(diào)整至間隙電壓為-8V～-12V之間即可。

4 位移的測量與調(diào)試

軸在運(yùn)行中，由于各種因素，諸如負(fù)荷、溫度等的變化使軸在軸向有所移動(dòng)。這樣轉(zhuǎn)子和定子之前有可能發(fā)生動(dòng)靜摩擦，所以需要傳感器測量轉(zhuǎn)子相對于定子軸向位置的變化，即：軸在軸向相對于止推軸承的間隙。所以就需要渦流探頭探測這一間隙的變化，通過檢測傳感器輸出信號的直流間隙電壓，就可以確定推力盤在軸承中的相對位置。由于參數(shù)的重要性通常設(shè)計(jì)3-4個(gè)探頭同時(shí)探測一個(gè)對象。

5 位移的測量原理與安裝

軸向位移是指轉(zhuǎn)子在軸向與推力軸承的位置或位移的變化；脹差是指汽缸與轉(zhuǎn)子間發(fā)生的熱膨脹的差值。軸承座和汽缸沿橫銷和縱銷作橫向和縱向膨脹，通過橫銷和縱銷的兩條直線的交點(diǎn)稱為汽缸的死點(diǎn)。轉(zhuǎn)子以推力盤為死點(diǎn)，沿軸向前后膨脹。脹差是機(jī)組啟停和正常運(yùn)行時(shí)必須監(jiān)測的重要參量。

對于目前的機(jī)組來說，利用渦流傳感器除了能測量軸向振動(dòng)外，根據(jù)間隙電壓變化可以測量軸向位移及高、低壓脹差的變化。由于軸向位移與高、低脹差存在正負(fù)方向，因此安裝探頭時(shí)一定要注意：    

a）如果轉(zhuǎn)子軸向膨脹大于汽缸值，稱為正脹差，反之稱為負(fù)脹差。一般來說，在冷態(tài)啟動(dòng)過程中，主要表現(xiàn)為正脹差，在熱態(tài)啟動(dòng)和停機(jī)過程中，主要表現(xiàn)為脹差往負(fù)向走。

b）有些國產(chǎn)引進(jìn)機(jī)組高壓脹差的被測面有一定的角度，因此在冷態(tài)安裝時(shí)，注意查閱安裝資料，確認(rèn)被測面的傾斜角度值，通過計(jì)算調(diào)整其初始值與軸向位移相同。

c）在安裝軸向位移探頭之前，必須確定汽機(jī)的推力間隙，即K值；先推向工作面，再推向非工面，測出推力間隙（注意扣除瓦本身的位移），再推向工作面，此時(shí)將軸向位移值定為推力間隙值的一半。這就是“中間定零"的方式，即以K/2位置作為軸向位移的零點(diǎn)。靠近工作面為正，遠(yuǎn)離工作面為負(fù)。

另外還有兩種定零方式：在冷態(tài)時(shí)將轉(zhuǎn)子的推力盤推向推力瓦的工作瓦塊（發(fā)電機(jī)側(cè)），并與工作面靠緊，此時(shí)將軸向位移定為零位；或是推向非工作面，靠緊定零位，具體選哪一種看廠家要求。

d）如果軸向位移設(shè)計(jì)如上圖（b）所示方式，那么相對于A、C探頭來說，B、D探頭內(nèi)部組態(tài)中的“電壓一距離"曲線必須進(jìn)行取反，以保證在4個(gè)探頭在初始安裝時(shí)示值一樣。

6 轉(zhuǎn)速的測量與調(diào)試

目前大型火電機(jī)組汽輪機(jī)安裝轉(zhuǎn)速探頭較多，DEH系統(tǒng)一般有獨(dú)立的測量回路，用于機(jī)組的調(diào)速控制，而 TSI系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速測量多用于電超速保護(hù)。

一般情況下用磁感應(yīng)傳感器來測量機(jī)組的轉(zhuǎn)速，就是利用側(cè)速齒盤輪與測量探頭之間的高、低電壓的變化所形成的脈沖信號的數(shù)量，來獲得實(shí)際的轉(zhuǎn)速值。零轉(zhuǎn)速是事先設(shè)定好的軸的旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)正在運(yùn)行的機(jī)器需要停車時(shí)，機(jī)器的轉(zhuǎn)速達(dá)到零轉(zhuǎn)速的設(shè)置點(diǎn)，繼電器觸點(diǎn)的動(dòng)作，使盤車的齒輪嚙臺，使軸可以持續(xù)慢速的旋轉(zhuǎn)，以防止軸變得彎曲，來防止在開車的過程中因?yàn)檩S的彎曲對機(jī)器產(chǎn)生損壞。測量鏈?zhǔn)怯蓛蓚€(gè)裝在前箱的正對60°或者134°的齒盤的板件和傳感器組成。汽機(jī)轉(zhuǎn)速口的探頭安裝時(shí)可以利用塞尺來進(jìn)行測量。轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：轉(zhuǎn)速 =脈沖的頻率（f）/齒的數(shù)量（z）×60（rpm）。 

7 絕對膨脹探頭的安裝

汽輪機(jī)在開機(jī)的過程中因?yàn)槭軣釋?dǎo)致其汽缸膨脹，如果膨脹不夠均勻便會造成汽缸的翹起或變斜，這類變形會使基礎(chǔ)與汽缸之間產(chǎn)生出巨大的應(yīng)力，因此出現(xiàn)不對中的現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象一般是由滑銷系統(tǒng)的“卡澀"現(xiàn)象所引起的。將LVDT傳感器的汽缸與鐵芯連接，在膨脹時(shí)，鐵芯便會運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)成比例的電信號，輸入測量板件并進(jìn)行線性處理，顯示并輸出（4～20）mA的信號。在安裝的時(shí)候，在機(jī)組的冷態(tài)下應(yīng)將2只熱膨脹傳感器緊緊的裝在熱膨脹支架上，零點(diǎn)應(yīng)是傳感器上的指針指示為示零位置。

8 TSI系統(tǒng)探頭現(xiàn)場安裝、調(diào)試注意事項(xiàng)及解決方法

8.1 探頭安裝中注意事項(xiàng)

a）對應(yīng)軸位移和漲差傳感器的安裝，應(yīng)使探頭的中心與有效被測面的中心對應(yīng)或偏外一些。

b）在探頭安裝時(shí)為防止機(jī)械損壞，應(yīng)把探頭引線與延伸電纜分開，不能握住傳感器引線旋轉(zhuǎn)，應(yīng)用工具夾住探頭上的扳手平臺緊固，探頭引線隨之旋轉(zhuǎn)。

c）按要求緊固探頭后，接好探頭引線與延伸電纜接頭，再捆扎好固定在箱體內(nèi)，防止運(yùn)行時(shí)損壞電纜。

d）每個(gè)傳感器對于被測面都要求垂直，最大偏移角度<1.0。    

8.2 調(diào)試過程中遇到問題及解決方法

a）在振動(dòng)出現(xiàn)異常時(shí)，注意油溫變化、潤滑油壓，是不是汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分出現(xiàn)大軸彎曲或者動(dòng)靜摩擦，同時(shí)要注意發(fā)電機(jī)內(nèi)部氫氣溫度的變化情況。

b）在低壓差漲探頭和高壓差漲探頭安裝完成后，發(fā)現(xiàn)低壓差漲、高壓差漲偏離零位時(shí)，應(yīng)先去現(xiàn)場充分了解低壓缸的加熱情況，再分析出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象的原因：探頭安裝的不太牢靠出現(xiàn)大軸零位移動(dòng)或松動(dòng)現(xiàn)象，然后再針對問題及時(shí)采取相應(yīng)的解決措施。

c）當(dāng)發(fā)現(xiàn)軸向的位移在增大，軸向位移值逐漸增至±0.89mm時(shí)，應(yīng)檢查蒸汽參數(shù)、凝汽器真空、負(fù)荷、密切的監(jiān)視差漲變化、推力軸承金屬溫度并及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)對進(jìn)行表計(jì)檢測，同時(shí)傾聽機(jī)組是否出現(xiàn)異聲，各軸承是否出現(xiàn)振動(dòng)，注意低壓缸的排氣溫度，主蒸汽及再熱蒸汽的溫度。

9 結(jié)語

TSI系統(tǒng)可以為機(jī)組系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供重要的保障，我們要充分重視起TSI系統(tǒng)的安裝調(diào)試工作，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。對TSI系統(tǒng)在安裝與調(diào)試中遇到的問題進(jìn)行深入的分析與研究，以求可以盡快排除故障，確保機(jī)組能夠安全可靠的運(yùn)行。