汽輪機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（Turbine Supervisory Instrumentation）簡(jiǎn)稱TSI，是一種可靠的能連續(xù)不斷地測(cè)量汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和汽缸的機(jī)械工作參數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng),，可用于顯示機(jī)組的運(yùn)行狀況,，提供輸出信號(hào)給記錄儀；并在超過設(shè)定的運(yùn)行極限時(shí)發(fā)出報(bào)警,。另外,，還能提供使汽機(jī)自動(dòng)停機(jī)以及用于故障診斷的測(cè)量。在全球眾多TSI設(shè)備的制造廠家中,，美國(guó)本特利·內(nèi)華達(dá)公司（Bently Nevada）在該領(lǐng)域的不斷發(fā)展與創(chuàng)新以及其在旋轉(zhuǎn)和往復(fù)式機(jī)械中保護(hù)和管理的豐富經(jīng)驗(yàn)使其在汽輪機(jī)行業(yè)尤其是中國(guó)的汽輪機(jī)市場(chǎng)一直占有重要份額,。             

在高參數(shù)，大容量汽輪發(fā)電機(jī)組中,，軸位移和脹差是直接反映汽輪機(jī)動(dòng)靜間隙的兩項(xiàng)最重要的技術(shù)參數(shù),，也是兩項(xiàng)重要保護(hù)。如果軸系機(jī)械安裝零位和監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的電氣零位不統(tǒng)一，會(huì)發(fā)生因脹差,、位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器的零位鎖定不當(dāng),，使該系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)后，測(cè)量誤差較大,，甚至無(wú)法正常監(jiān)測(cè)和投入保護(hù)的嚴(yán)重事故,。因此，機(jī)組的軸位移,、脹差傳感器的零位鎖定是直接影響機(jī)組啟動(dòng)后,，脹差、位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能否正確反映汽輪機(jī)組的動(dòng)靜間隙,，從而可靠投入保護(hù)的一項(xiàng)重要工作,。

1脹差、位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量原理

脹差,、位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是利用電渦流傳感器的輸出電壓與其被測(cè)金屬表面的垂直距離在一定范圍內(nèi)成正比的關(guān)系,，將位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送至監(jiān)測(cè)儀表，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和保護(hù)的目的?，F(xiàn)以垞城電廠135MW機(jī)組中N135-13.24/535/535型汽輪機(jī)組為例,，對(duì)美國(guó)本特利內(nèi)華達(dá)公司生產(chǎn)的3500-45斜坡式脹差和3500/42軸位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量原理進(jìn)行闡述(軸位移、脹差的測(cè)量探頭采用本特利3300系列330703-00-05-10-02-00,，11mm及330851-02-000-030,，25mm電渦流傳感器)。

1.1本特利3500-45斜坡式脹差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作原理

在機(jī)組正常運(yùn)行中,，脹差傳感器固定在缸體上,，而傳感器的被測(cè)金屬表面鑄造在轉(zhuǎn)子上，因此,，汽缸和轉(zhuǎn)子受熱膨脹的相對(duì)差值稱為“脹差”(一般將轉(zhuǎn)子的膨脹量大于汽缸的膨脹量產(chǎn)生的差值做為“正脹差”,，反之為“負(fù)脹差”)。根據(jù)“輸出電壓與被測(cè)金屬表面距離成正比”的關(guān)系,，該差值被電渦流傳感器測(cè)得,，并利用轉(zhuǎn)子上被測(cè)表面加工的8°斜坡將傳感器的測(cè)量范圍進(jìn)行放大，其換算關(guān)系為：

δ=L×Sin8°

式中δ：傳感器與被測(cè)斜坡表面的垂直距離,；L：脹差,。

如果傳感器的正常線性測(cè)量范圍為4.00mm(即δ＝4.00mm)，則對(duì)應(yīng)被測(cè)脹差范圍L為：

L=δ/Sin8°=4.00/Sin8°=28.74mm

由上式可知：脹差傳感器利用被測(cè)表面8°的斜坡將其4.00mm的正常線性測(cè)量范圍擴(kuò)展為28.74mm的線性測(cè)量范圍,，從而滿足了對(duì)0～20mm的實(shí)際脹差范圍的測(cè)量,。傳感器將其與被測(cè)斜坡表面的垂直距離轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)送至前置放大器進(jìn)行整形放大后，輸出0～24VDC電壓信號(hào)至3500-45斜坡式脹差監(jiān)測(cè)器,，分別將A,、B傳感器輸入的信號(hào)進(jìn)行疊加運(yùn)算后進(jìn)行脹差顯示,，并輸出開關(guān)量信號(hào)送至保護(hù)回路進(jìn)行報(bào)警和跳閘保護(hù)。同時(shí)輸出0～10VDC,、1～5VDC或4～20mA模擬量信號(hào)至DCS,。安裝原理見圖1。

(A,、B：330851-02-000-030,，25mm型電渦流傳感器)

圖1傳感器安裝及信號(hào)傳遞原理圖

1.2本特利3500/42軸位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量原理

由于本特利3500/42軸位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出廠設(shè)計(jì)為：當(dāng)測(cè)量回路開路或機(jī)組的軸向位移達(dá)到報(bào)警或跳閘值時(shí)均會(huì)發(fā)出報(bào)警和跳閘信號(hào)，故一般采用2只傳感器,，分別送入兩個(gè)3500/42軸位移監(jiān)測(cè)器,，將兩個(gè)監(jiān)測(cè)器的開關(guān)量信號(hào)輸出相“與”后做為跳機(jī)保護(hù)條件較為可靠。現(xiàn)以一只傳感器為例說(shuō)明其工作原理,。單只軸向位移傳感器的工作原理與單只脹差傳感器的工作原理一樣,。都是利用電渦流傳感器將其與被測(cè)表面的位移轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送至前置放大器，經(jīng)整形放大后,，輸出0～24VDC電壓信號(hào),，送至3500/42監(jiān)測(cè)器進(jìn)行信號(hào)處理，輸出開關(guān)量信號(hào)至汽輪機(jī)跳閘保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能,。同時(shí)送出4～20mA,、0～10VDC、或1～5VDC模擬量信號(hào)至DCS,。圖2為信號(hào)傳遞原理圖,。

(1,、2：為330703-00-05-10-02-00,，11mm型電渦流傳感器)

圖2軸位移信號(hào)傳遞原理圖

2脹差、位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器的零位鎖定

2.1脹差,、位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器的零位鎖定必須參考的因素

(1)大軸推力瓦的間隙△值,。

(2)大軸位置(即大軸推力盤已靠在推力瓦的工作面或非工作面)。

(3)脹差,、位移監(jiān)測(cè)器及傳感器的校驗(yàn)數(shù)據(jù),。

現(xiàn)以N135-13.24/535/535型汽輪機(jī)組為例，分別介紹了3500-45脹差和3500/42軸位移監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的零位鎖定,。

已知：△＝0.36mm,，脹差監(jiān)測(cè)器量程為0～20mm，軸位移監(jiān)測(cè)器量程為+1.25mm,，大軸推力盤靠在工作面,，位置如圖3所示。

(1,、2：軸位移傳感器,；A、B：脹差傳感器)

圖3脹差、軸位移傳感器安裝示意圖

2.2 3500-45斜坡式脹差傳感器的零位鎖定步驟

(1)因3500-45監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)量程為0～20mm,，而實(shí)際機(jī)組停運(yùn)后會(huì)產(chǎn)生約0～2.50mm的負(fù)脹差(此數(shù)據(jù)可以在汽輪機(jī)廠供調(diào)試說(shuō)明書中查到),，因此，傳感器安裝零位對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)器的顯示為+2.50mm,。由傳感器的校驗(yàn)報(bào)告可知,，此種型號(hào)的傳感器安裝基準(zhǔn)電壓為10VDC，按此電壓將A,、B傳感器分別固定,，此時(shí)，3500-45監(jiān)測(cè)器應(yīng)顯示為+10.00mm,，然后利用千分表和可調(diào)拖架將A,、B傳感器同時(shí)向圖3所示的脹差方向調(diào)整7.50mm，此時(shí)監(jiān)測(cè)器的顯示應(yīng)為+2.50mm,。

(2)若大軸推力盤靠在工作面,，等于將大軸從推力瓦的中間零位向機(jī)頭推了1/2×△mm，應(yīng)利用可調(diào)拖架將A,、B傳感器同時(shí)再向圖3所示的脹差方向調(diào)整1/2×△mm后,，將可調(diào)拖架鎖定即可。此時(shí),，A,、B傳感器的間隙δ1、δ2可按下式推算：

δ1=δAO+(1/2×△+7.50)×Sin8°

δ2=δBO-(1/2×△+7.50)×Sin8°

式中：δAO　,、δBO為A,、B傳感器在安裝基準(zhǔn)電壓10VDC安裝時(shí)，傳感器與其被測(cè)表面之間的間隙,。最終零位鎖定后,，應(yīng)記錄A、B傳感器的輸出電壓,。此時(shí),，3500-45監(jiān)測(cè)器應(yīng)顯示為+2.32mm。

(3)若推力盤靠在推力瓦的非工作面,，則在完成第1步后,，利用可調(diào)拖架將A、B傳感器同時(shí)再向脹差的反方向(機(jī)頭方向)調(diào)整1/2×△mm后,，將可調(diào)拖架鎖定即可,。此時(shí)，3500-45監(jiān)測(cè)器應(yīng)顯示為+2.68mm,。δ1,、δ2可按下式推算：

δ1=δAO-(1/2×△-7.50)×Sin8°

δ2=δBO+(1/2×△-7.50)×Sin8°

2.3 3500/42軸位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零位鎖定

因2只軸位移傳感器均無(wú)可調(diào)拖架,，故以傳感器的零位電壓計(jì)算值鎖定較為準(zhǔn)確可靠。已知：△=0.36mm,，大軸推力盤靠在工作面,，3500/42監(jiān)測(cè)器量程為+1.25mm，傳感器靈敏度F=4.00V/mm,，零位安裝電壓VO=10.00V,，則零位電壓X的計(jì)算：

X=VO-F×1/2×△=10-4.00×1/2×0.36=9.28V

最終零位鎖定后，3500/42監(jiān)測(cè)器應(yīng)顯示為-0.18mm,。

注：若大軸推力盤靠在推力瓦非工作面,，則X應(yīng)按下式計(jì)算：

X=VO+F×1/2×△

最后，按照計(jì)算出的X值安裝鎖定傳感器,。監(jiān)測(cè)器應(yīng)顯示為+0.18mm,。

3現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試中傳感器零位鎖定應(yīng)注意的問題

(1)未考慮推軸間隙，表計(jì)則會(huì)產(chǎn)生1/2×△mm的測(cè)量誤差,。

(2)將1/2×△mm的推軸間隙調(diào)反,，表計(jì)則會(huì)產(chǎn)生△mm的測(cè)量誤差。

(3)脹差監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零位鎖定時(shí),，未考慮2.50mm的負(fù)向脹差余量,，造成零位鎖定錯(cuò)誤。

在實(shí)際生產(chǎn)中,，若出現(xiàn)上述問題,，均會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差，使保護(hù)系統(tǒng)不能正常投入,。因此,，在實(shí)際脹差、位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的零位鎖定中,，應(yīng)十分注意上述注意事項(xiàng)從而避免此類問題的發(fā)生,。

編輯：蘭陵王