汽轮机振动检测系统
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汽轮机安全监测系统 TSI
主讲人：姚勋
主要内容
1.TSI的定义
2.旋转机械振动及测试技术概述
3.汽轮发电机组的监测参数 4.传感器 5.硬件组成 6.软件组态 7.使用过程中的注意事项
1.TSI的定义
1.1 什么是TSI
TSI(Turbine Supervisory Instrument )系统即 汽轮机监测系统，是一种可靠的多通道监 测仪表，能连续不断地测量汽轮机发电机 组转子和汽缸 的机械运行参数，显示机器 的运行状况，提供输出信号给信号仪；并 在超过设定的运行极限时发出报警。另外， 还能使汽机自动停机以及提供可用于故障 诊断的测量数据。
1.2 主要厂商
• • • • 美国：Bently,Metrix,Tkwell; 德国：Schenck,Vibro,Epro; 日本：shinkawa(新川）； 国产：成都名驰，长沙必得利，德阳瑞能。
TSI机柜
传感器、前置器、延长电缆
框架、模件、探头
软件界面
框架
前置器
探头
2.旋转机械及测试技术概述
2.1旋转机械振动概述
一般工厂中常见的机器都装有旋转部件即转子。转子 连同它的轴承和支座系统统称为转子-轴承-基础系统。据 转子-轴承-基础系统的特性，微小的振动是不可避免的， 振动幅度不超过规定标准的属于正常振动。机组转动中振 幅比原有水平增大，就是异常振动。强烈异常振动又会导 致机组其他零部件松动甚至损坏，加剧动静部分摩擦，形 成恶性循环，加剧设备损坏程度。振动同时也是设备的 “体温计”，直接反映了设备安全运行状况。因此，对旋 转机械振动的测量和监测，是旋转机械运行必不可少的手 段。
2.2振动测试技术概述
能反映机组的振动情况 提供保护信号 对机组振动情况进行分析，提前预测机组 故障，进行预防性检修
3. 汽轮发电机组的监测参数
3.1 振动
3.1.1 定义 机械振动是指质点或机械动力系统在某一稳 定位置附近随时间变化所做的一种往复式 运动。 简谐振动，周期振动，非周期振动和随机振 动.
3.1.2 傅立叶级数
3.1.3 简谐振动信号的特性 振幅 频率 相位 波形 位置
3.1.3 .4 振幅
3.1.3 .5 频率
振动的频率通常表现为机械转速的倍数 可以通过键相信号测得
3.1.3 .6 相位
相位定义两个或多个信号间的关系
3.1.3 .7 波形
在示波器上显示的未经处理的数据 时域图
在示波器上显示的未经处理的数据 轨迹图
3.1.3.8 位置
轴径向位置是测量轴中心线在径向 轴承中的位置 源自涡流传感器系统提供的信号中 的直流成分 用来监测轴承的磨损，不对中，外 部预负荷和其他故障
3.2 位置参数
3.2.1 偏心 用于测量轴颈轴承处轴的稳态位置。该种测 量是对轴承磨损和因预应力严重出现不对 中的最佳指示标志 峰峰值 通频值 间隙
3.2.3 轴向位移 测量的是推力盘到推力轴承的相对位置。测 量的目的是为了保证转子与静止部件间不 发生摩擦，以避免灾难性事故发生。
3.2.4 胀差（差胀） 指转子与机壳之间，由于热膨胀量不一致所 引起的膨胀之差值。它的存在将使机组发 生轴向摩擦、导致恶性事故。因此，为了 保证胀差在一定范围之内，在机组末端与 止推轴承间相对安装了一趋近式探头，用 以监测转子与机壳的轴向间隙
3.2.5 缸胀 机壳的膨胀测量是对于机组，提供基础与机 壳相对胀差的数据。掌握了机壳的膨胀量 和胀差就能够断定转子和机壳哪一个膨胀 率高。如果机壳膨胀不当，“滑脚”可能 被阻塞
3.3 其他参数
3.3.1 速度 转子的速度的测量，长久以来已成为一项 必须进行的标准程序。振动测量值与转速 的相关性对最终分析机组性能十分重要。 为汽轮机危机遮断系统提供电子超速保护 信号。
3.3.2 温度 现已愈来愈重视轴向和径向轴承的温度变化。 工作过程的温度数据可提供不少有意义的 信息，振动或位置测量值与温度信息的相 关程度有助于我们对可能发生的机器失灵 做出更明确的判断指示。
3.3.3 相关参数 影响机器运转的温度、压力、流量和其它参 数的相关程度对分析整个系统极为重要。 利用相关性，可建立完善的预保养程序。 机组进汽门阀位信号.
4. 传感器
4.1 电涡流传感器
金属导体置于变化的磁场中，导体内就会有 感应电流产生，这种电流的流线在金属体 内自行闭合，通常称为电涡流。电涡流的 产生必然要消耗一部分磁场能量，从而使 激励线圈的阻抗发生变化。电涡流式传感 器就是基于这种涡流效应制成的。 一套电涡流传感器包括探头、延伸电缆 和前置放大器。
4.1.1 电涡流传感器工作原理
1 2
H 1
I H 1 2 I2 （U,V
D
阻抗Z近似为距离D的单值函数， 配以适当的电路，可将Z的变 化成比例地转换为电压变化， 实现“位移-电压”转换。
）
图3-5 电涡流原理 1-线圈；2-金属导体
涡流传感器的原理
<100mil
RF 信 号
延伸电缆 和探头
前置器
DEMODULATOR
OSCILLATOR
在间隙不变时传感器输出的调频信号
RF 信 号
0
解调器的操作
解调器 的输入
0
前置器 输出
0
4.1.2 传感器的灵敏度
24
22
20 18
CHANGE IN GAP
OUTPUT (- Vdc)
16 14 12
CHANGE IN VOLTAGE
10
8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70
80 90 100 110 120 130 140
PROBE GAP (mils)
8mm探头电压-间隙对应图（1mil = 0.0254mm ）7.87 V/mm
200 mV/mil
延长电缆，探头，前置器
用于测量大轴的振动
4.2 速度传感器
速度传感器将机械振动转换为与振动速度 成正比的电信号。 速度是位移变化对时间的微分。 用于测量壳体或缸体的振动。
4.3 加速度传感器
速加度传感器将机械振动转换为与振动加 速度速度成正比的电信号。 速度是位移变化对时间的微分。 用于测量壳体或缸体的振动。
4.4 Velomitor传感器
Velomitor传感器与速度传感器相同，测量 相同的振动，提供相同的输出信号，只是 信号转换方法不一样。
4.5 LVDT位移传感器
机壳膨胀测量能够帮助用户决定机器的热膨胀 差是否超过了预期值。这是一个起机参数，从而 可以确保机壳和转子以几乎相同的速率膨胀。如 果热膨胀速率不同，将引起机器转动部件和静止 部件之间发生内部摩擦。机壳膨胀传感器组件由 一个LVDT （线性可变差动互感器）和对 其进行保护的防护罩组成。 机壳膨胀传感器的工作原理为：机壳膨胀传感器 系统使用LVDT 测量机壳的热膨胀。LVDT 有一 个探杆与机器相连。当机壳膨胀时，探杆在LVDT 内移动，引起LVDT 信号发生变化。信号经过调 节后输出到监测器上，用于显示和报警。
5. TSI的硬件（3500）
5.1 框架
3500框架采用EIA导轨安装、 面板安装或壁板安装形式。 框架最左端是专为两个电 源模块和一个框架接口模 块预留的位置，框架中的 其余14个（7个）插槽可 以被监测器、显示模块、 继电器模块、键相模块和 通讯网关模块任意组合所 占用。所有模块插入到框 架的底板中，由前面板部 分和框架后部相应的I/O模 块组成。
框架
5.2 模块
3500/15 电源模块 3500/20 框架接口模块 3500/22 瞬态数据接口 模块 3500/25 键相器模块 3500/40M 位移监测器 3500/42M 位移、速度 加速度监测器 3500/45M 差胀、轴位 置监测器 3500/50 转速模块 3500/53 超速监测模块 3500/32 4通道继电器模 块 3500/34 三重冗余继电 器模块 3500/92 通讯网关
3500/15
1. 状态发光二极管 2. 传感器缓冲输出
3. 位移/速度加速度带内部端子 的 I/O 模块
4. 位移/速度加速度带外部端子的 I/O 模块 5. 带外部端子的三重冗余I/O 模块
3500/42
监测器模块面板LED指示灯说明
6. TSI的软件（3500）
6.1 概述
框架组态软件 设置运行参数使得3500监测框架 中的所有模块能够在一起工作 RIM上位机接口测试软件 测试组态接口的输出。 这种接口分别位于框架接口模块（框架前面）和 框架组态软件 框架输入/输出接口模块上的上位机接口（框架背 面） 通讯网关接口测试软件 测试通讯网关输入/输出接口 模块上的上位机和框架接口。 框架组态演示软件 提供框架组态及硬件设置的演示
6.2 模块组态
组态框架接口模块 组态键相位模块 组态监测器 组态继电器模块 组态通讯网关模 三重冗余的框架组态
6.3 应用软件的使用
模块和通道开关的设置（Software Switches） 3500框架日期和时间设置（Date And Time） 报警失效（Alarm Inhlblt） 观看系统事件列表（System Events/Module Self-Test） 观看报警列表（Alarm Events） 确认3500框架的运行状态（Verification）
报警事件
鉴别
7. 使用过程中的注意是事项
主讲人：姚勋
主要内容
1.TSI的定义
2.旋转机械振动及测试技术概述
3.汽轮发电机组的监测参数 4.传感器 5.硬件组成 6.软件组态 7.使用过程中的注意事项
1.TSI的定义
1.1 什么是TSI
TSI(Turbine Supervisory Instrument )系统即 汽轮机监测系统，是一种可靠的多通道监 测仪表，能连续不断地测量汽轮机发电机 组转子和汽缸 的机械运行参数，显示机器 的运行状况，提供输出信号给信号仪；并 在超过设定的运行极限时发出报警。另外， 还能使汽机自动停机以及提供可用于故障 诊断的测量数据。
1.2 主要厂商
• • • • 美国：Bently,Metrix,Tkwell; 德国：Schenck,Vibro,Epro; 日本：shinkawa(新川）； 国产：成都名驰，长沙必得利，德阳瑞能。
TSI机柜
传感器、前置器、延长电缆
框架、模件、探头
软件界面
框架
前置器
探头
2.旋转机械及测试技术概述
2.1旋转机械振动概述
一般工厂中常见的机器都装有旋转部件即转子。转子 连同它的轴承和支座系统统称为转子-轴承-基础系统。据 转子-轴承-基础系统的特性，微小的振动是不可避免的， 振动幅度不超过规定标准的属于正常振动。机组转动中振 幅比原有水平增大，就是异常振动。强烈异常振动又会导 致机组其他零部件松动甚至损坏，加剧动静部分摩擦，形 成恶性循环，加剧设备损坏程度。振动同时也是设备的 “体温计”，直接反映了设备安全运行状况。因此，对旋 转机械振动的测量和监测，是旋转机械运行必不可少的手 段。
2.2振动测试技术概述
能反映机组的振动情况 提供保护信号 对机组振动情况进行分析，提前预测机组 故障，进行预防性检修
3. 汽轮发电机组的监测参数
3.1 振动
3.1.1 定义 机械振动是指质点或机械动力系统在某一稳 定位置附近随时间变化所做的一种往复式 运动。 简谐振动，周期振动，非周期振动和随机振 动.
3.1.2 傅立叶级数
3.1.3 简谐振动信号的特性 振幅 频率 相位 波形 位置
3.1.3 .4 振幅
3.1.3 .5 频率
振动的频率通常表现为机械转速的倍数 可以通过键相信号测得
3.1.3 .6 相位
相位定义两个或多个信号间的关系
3.1.3 .7 波形
在示波器上显示的未经处理的数据 时域图
在示波器上显示的未经处理的数据 轨迹图
3.1.3.8 位置
轴径向位置是测量轴中心线在径向 轴承中的位置 源自涡流传感器系统提供的信号中 的直流成分 用来监测轴承的磨损，不对中，外 部预负荷和其他故障
3.2 位置参数
3.2.1 偏心 用于测量轴颈轴承处轴的稳态位置。该种测 量是对轴承磨损和因预应力严重出现不对 中的最佳指示标志 峰峰值 通频值 间隙
3.2.3 轴向位移 测量的是推力盘到推力轴承的相对位置。测 量的目的是为了保证转子与静止部件间不 发生摩擦，以避免灾难性事故发生。
3.2.4 胀差（差胀） 指转子与机壳之间，由于热膨胀量不一致所 引起的膨胀之差值。它的存在将使机组发 生轴向摩擦、导致恶性事故。因此，为了 保证胀差在一定范围之内，在机组末端与 止推轴承间相对安装了一趋近式探头，用 以监测转子与机壳的轴向间隙
3.2.5 缸胀 机壳的膨胀测量是对于机组，提供基础与机 壳相对胀差的数据。掌握了机壳的膨胀量 和胀差就能够断定转子和机壳哪一个膨胀 率高。如果机壳膨胀不当，“滑脚”可能 被阻塞
3.3 其他参数
3.3.1 速度 转子的速度的测量，长久以来已成为一项 必须进行的标准程序。振动测量值与转速 的相关性对最终分析机组性能十分重要。 为汽轮机危机遮断系统提供电子超速保护 信号。
3.3.2 温度 现已愈来愈重视轴向和径向轴承的温度变化。 工作过程的温度数据可提供不少有意义的 信息，振动或位置测量值与温度信息的相 关程度有助于我们对可能发生的机器失灵 做出更明确的判断指示。
3.3.3 相关参数 影响机器运转的温度、压力、流量和其它参 数的相关程度对分析整个系统极为重要。 利用相关性，可建立完善的预保养程序。 机组进汽门阀位信号.
4. 传感器
4.1 电涡流传感器
金属导体置于变化的磁场中，导体内就会有 感应电流产生，这种电流的流线在金属体 内自行闭合，通常称为电涡流。电涡流的 产生必然要消耗一部分磁场能量，从而使 激励线圈的阻抗发生变化。电涡流式传感 器就是基于这种涡流效应制成的。 一套电涡流传感器包括探头、延伸电缆 和前置放大器。
4.1.1 电涡流传感器工作原理
1 2
H 1
I H 1 2 I2 （U,V
D
阻抗Z近似为距离D的单值函数， 配以适当的电路，可将Z的变 化成比例地转换为电压变化， 实现“位移-电压”转换。
）
图3-5 电涡流原理 1-线圈；2-金属导体
涡流传感器的原理
<100mil
RF 信 号
延伸电缆 和探头
前置器
DEMODULATOR
OSCILLATOR
在间隙不变时传感器输出的调频信号
RF 信 号
0
解调器的操作
解调器 的输入
0
前置器 输出
0
4.1.2 传感器的灵敏度
24
22
20 18
CHANGE IN GAP
OUTPUT (- Vdc)
16 14 12
CHANGE IN VOLTAGE
10
8 6 4 2 0 0 10 20 30 40 50 60 70
80 90 100 110 120 130 140
PROBE GAP (mils)
8mm探头电压-间隙对应图（1mil = 0.0254mm ）7.87 V/mm
200 mV/mil
延长电缆，探头，前置器
用于测量大轴的振动
4.2 速度传感器
速度传感器将机械振动转换为与振动速度 成正比的电信号。 速度是位移变化对时间的微分。 用于测量壳体或缸体的振动。
4.3 加速度传感器
速加度传感器将机械振动转换为与振动加 速度速度成正比的电信号。 速度是位移变化对时间的微分。 用于测量壳体或缸体的振动。
4.4 Velomitor传感器
Velomitor传感器与速度传感器相同，测量 相同的振动，提供相同的输出信号，只是 信号转换方法不一样。
4.5 LVDT位移传感器
机壳膨胀测量能够帮助用户决定机器的热膨胀 差是否超过了预期值。这是一个起机参数，从而 可以确保机壳和转子以几乎相同的速率膨胀。如 果热膨胀速率不同，将引起机器转动部件和静止 部件之间发生内部摩擦。机壳膨胀传感器组件由 一个LVDT （线性可变差动互感器）和对 其进行保护的防护罩组成。 机壳膨胀传感器的工作原理为：机壳膨胀传感器 系统使用LVDT 测量机壳的热膨胀。LVDT 有一 个探杆与机器相连。当机壳膨胀时，探杆在LVDT 内移动，引起LVDT 信号发生变化。信号经过调 节后输出到监测器上，用于显示和报警。
5. TSI的硬件（3500）
5.1 框架
3500框架采用EIA导轨安装、 面板安装或壁板安装形式。 框架最左端是专为两个电 源模块和一个框架接口模 块预留的位置，框架中的 其余14个（7个）插槽可 以被监测器、显示模块、 继电器模块、键相模块和 通讯网关模块任意组合所 占用。所有模块插入到框 架的底板中，由前面板部 分和框架后部相应的I/O模 块组成。
框架
5.2 模块
3500/15 电源模块 3500/20 框架接口模块 3500/22 瞬态数据接口 模块 3500/25 键相器模块 3500/40M 位移监测器 3500/42M 位移、速度 加速度监测器 3500/45M 差胀、轴位 置监测器 3500/50 转速模块 3500/53 超速监测模块 3500/32 4通道继电器模 块 3500/34 三重冗余继电 器模块 3500/92 通讯网关
3500/15
1. 状态发光二极管 2. 传感器缓冲输出
3. 位移/速度加速度带内部端子 的 I/O 模块
4. 位移/速度加速度带外部端子的 I/O 模块 5. 带外部端子的三重冗余I/O 模块
3500/42
监测器模块面板LED指示灯说明
6. TSI的软件（3500）
6.1 概述
框架组态软件 设置运行参数使得3500监测框架 中的所有模块能够在一起工作 RIM上位机接口测试软件 测试组态接口的输出。 这种接口分别位于框架接口模块（框架前面）和 框架组态软件 框架输入/输出接口模块上的上位机接口（框架背 面） 通讯网关接口测试软件 测试通讯网关输入/输出接口 模块上的上位机和框架接口。 框架组态演示软件 提供框架组态及硬件设置的演示
6.2 模块组态
组态框架接口模块 组态键相位模块 组态监测器 组态继电器模块 组态通讯网关模 三重冗余的框架组态
6.3 应用软件的使用
模块和通道开关的设置（Software Switches） 3500框架日期和时间设置（Date And Time） 报警失效（Alarm Inhlblt） 观看系统事件列表（System Events/Module Self-Test） 观看报警列表（Alarm Events） 确认3500框架的运行状态（Verification）
报警事件
鉴别
7. 使用过程中的注意是事项