汽轮机轴系监测系统

汽轮机轴系监测系统概述

汽轮机轴系监测系统作为热工保护内容的一部分，是实现汽轮机组运行自

动化的机组运行自动化的基础，是保证汽轮机组安全经济运行的必备装置。汽

轮机轴系监视保护项目主要包括：汽轮机振动的监测、转子轴向位移监测、转

速监测、缸胀及胀差监测、偏心监测等。由于各个汽轮机机组的形式、结构以

及组成不尽相同，因而不同形式的汽轮机所配置的监视和保护装置，其项目和

要求也不尽相同。

汽轮机轴系监测（TSI）系统基本参数

（一）、动态运行（振动）参数

1.振幅

振幅是表示机组振动严重程度的一个重要指标，它可以用位移、速度或加

速度表示。根据振幅的监测，可以判断“机器是否平稳运转”。

以前对机组振动的检测，只能测得机壳振幅，虽然机壳振幅能表明某些机

械故障，但由于机械结构、安装、运行条件以及机壳的位置等，转轴与机壳之

间存在着阻抗，所以机壳的振动并不能直接反映转轴的振动情况，因为机壳振

动不足以作为机械保护的合适参数，但是机壳振动通常作为定期监测的参数，

能及早发现叶片共振等高频振动的故障现象。由于接近式传感器能够直接测量

转轴的振动状态，所以能够提供机组振动保护的重要参数，把接近式电涡流传

感器永久的安装在轴承架上，便能随时观测到转轴相对于轴承座的振幅。振动

幅值一般以峰—峰密耳位移值或峰—峰微米位移值表示。一台运行正常的机组的振幅值都是稳定在一个允许的限定值。一般来说，振幅值的任何变化都表明

机械状态有了改变。机组的振幅无论增加或减少，操作和维修人员均应对机组

作进一步调查分析。

2.频率

汽轮发电机组等旋转机械的振动频率(每分钟周期数)，一般用机械转速的

倍数来表示，因为机械振动频率多以机械转速的整数倍和分数倍形式出现的。

这是表示振动频率的一种简单的方法，只把振动频率表示为转速的一倍、二倍

或1/2倍等，而不用把振动频率分别表示为每分钟周期数或赫兹。

在汽缸测量中，振幅和频率是可供测量和分析的惟一主要参数，所以频率

分析在汽缸振幅测量中是很重要的。而且某些故障现象确实与一定的频率有关。但是，并不能说频率与故障有一一对应关系，也就是说，一种特定频率的振动

往往与一种以上的故障有关。频率是分析旋转机械的一种重要资料，但必须综

合分析所有的数据，才能对机器作出正确的诊断。

表示频率的常用办法为：

l倍转速频率：振动频率与机器转速相同。

2倍转速频率：振动频率二倍于机器转速。

1/2倍转速频率：振动频率为机器转速的一半。

0.43倍转速频率：振动频率为机器转速的43%。

要注意区分两种不同的振动，即同步振动和非同步振动。同步振动的频率

是机器转速的整数倍或整分数倍，例如1倍频转速，2倍频转速，1/2倍频转速，1/3倍频转速等。在这些例子中，振动频率与机械转速是“锁定”关系。非同

步振动则发生在非“锁定”频率。

3．相位角(相角)

相位角测量是描述转子在某一瞬间所在位置的一种方法。一个好的相位角

测量系统能够确定对应于每个变换器的转子的高点的位置，这个高点的位置是

相对于机组上某固定点而言的，通过确定旋转体上高点的位置，就能确定转子

的平衡状态及残余不平衡量的位置。或者说，由于高点的改变而导致的转子的

平衡状态的改变会显示为相位角的改变。精确的相位角测量在转子的平衡中及

分析某些机器故障是非常重要的。整个机组上的各变换器所对应的转子的相位

角测量，为机组运行状态及时地提供了重要信息，有助于分析问题。

测量转子相位角的准确和可靠的方法是键相位法。以键相位(轴上的固定标志)作为参考基准时，相位角被定义为从键相位脉冲到振动的第一正向峰值之问的角度数。振动信号经过变换器输出所显示的第一正向峰值相当于转子的“高点”。为了能精确地读出相位角值，需要把变换器输出的振动信号，经滤波后

变成与转速成一倍频关系的信号，然后仪器才能准确地测量和显示相位的角值。

（二）、静态参数（位置测量）

1.轴向位移

轴向位移是推力环对推力轴承的相对位置测量值，轴向位移是汽轮机组最

重要的监测参数之一。监测轴向位移的主要目的是要避免转子与定子之间产生

轴向摩擦。轴向推力轴承的故障可能产生灾难性的后果。因此，要千方百计防

止这种机械故障发生。

要注意仔细选择传感器的安装位置，确保转轴的热膨胀和推力轴承组件的

弹性对仪表读数的影响减至最低限度。由于推力轴承组件的偏差和转轴热膨胀，以至在正常运行条件下，转轴的轴向位移比冷态时的正常浮动还宽。转子与定

子之间有足够的轴向间隙，因此，可采用宽设定点。即使推力环剧烈地摩擦推

力轴承的巴氏合金衬套，也不至引起转子与定子的摩擦。汽轮机在正常运行条

件下，轴向位移也会随机械负荷而改变，因此，轴向位移在允许在一定范围内

变化的。

2．相对膨胀(差胀)

对于大型汽轮机机组，要求启动时汽缸和转子必须以同样的比率受热膨胀。如果转子与汽缸受热膨胀的比率不同，就可能产生轴向摩擦而使机器受到损害。为了测量胀差，要把接近式电涡流传感器安装在机器工作面相反的一侧，在该

处可以观测到汽缸和转子之间的相对膨胀。

3．汽缸绝对膨胀

对大型机组，除了测量胀差以外，还要进行汽缸相对于地基膨胀的测量，

这种汽缸的膨胀称为绝对膨胀。其测量通常由安装在汽缸外部、以地基为参考

基准的线性差动变压器进行的。测得了汽缸膨胀和差胀，就可以确定转子和汽

缸膨胀率的快慢。如果汽缸膨胀不正常，就可以判断汽缸的“滑销”不畅或卡住。