1-汽轮机监测系统TSI解析

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TSI,对温度的监视,汽轮机组本体参数的检测尚有推力轴瓦金属温度，缸体、法兰螺栓等金属温度和发电机定子和绕组温度，轴承金属温度和润滑油温度等，这些监视均应在机组设计制造时 一并考虑配备。,四、故障分析和专家决策系统,对于大型汽轮机，一 般都配有汽轮机数据采集和故障分析计算机系统，它 利用特地的汽轮机故障分析软件和专家决策软件，对 采集到的参数进展分析和推断。 汽轮机故障分析软件通过实时、自动、连续地采 集和存储汽轮发电机轴系的振动振幅、相位等数据，供给 给操作员和工程师一个实时的轴系运行档案，包括表征 轴系是否正常运转的可承受区域图，以及轴系的轴心 轨迹图、颇谱图、波德图、级联图等多种形式的分析画 面和数据，用以支持轴系的早期故障诊断和猜测修理。,续,专家决策软件是一个实时的专家系统，包括专 门用于汽轮机故障分析的学问库和相应的推理规律软件.它可以依据汽轮机监视系统采集到的数据来检查 汽轮机的运行状态，并依据学问库软件中存储的阅历 数据对设备进展自动地故障诊断和机械信息治理，最 后给出带有严峻程度的故障结果和推举的改正措施.,关于专家系统,专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的学问与阅历，能够利用人类专家的学问和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的特地学问与阅历的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，依据某领域一个或多个专家供给的学问和阅历，进展推理和推断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的简洁问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。,专家系统的根本构造如以以下图，其中箭头方向为数据流淌的方向。专家系统通常由人机交互界面、学问库、推理机、解释器、综合数据库、学问猎取等6个局部构成。,学问库,学问库用来存放专家供给的学问和阅历。,人工智能中的学问表示形式大多数是以IFTHENOR ELSE的形式消逝，就像BASIC等编程语言里的条件语句一样，IF后面跟的是条件前件，THEN后面的是结论后件，条件与结论均可以通过规律运算AND、OR、NOT进展复合。在这里，产生式规章的理解特殊简洁：假设前提条件得到满足，就产生相应的动作或结论。,其它组成局部作用,推理机针对当前问题的条件或信息，反复匹配学问库中的规章，获得新的结论，以得到问题求解结果。,人机界面是系统与用户进展沟通时的界面。,综合数据库特地用于存储推理过程中所需的原始数据、中间结果和最终结论，往往是作为临时的存储区。,解释器能够依据用户的提问，对结论、求解过程做出说明，因而使专家系统更具有人情味。,学问猎取是专家系统学问库是否优越的关键，也是专家系统设计的“瓶颈”问题，通过学问猎取，可以扩大和修改学问库中的内容，也可以实现自动学习功能。,五、,TSI,的产品,美国本特利3300系列、3500系列、7200系列：本钱低 。,德国爱普MMS6000系列：监测模块为双通道，内含振动分析功能，,瑞士韦伯VM600系列：全数字化TSI系统，只用一种模块MPC4即可，削减备件及维护量。,德国飞利浦公司 RMS700系列,ABB 的TSI (用CMM模件组成),ABB公司开发的TSI,近年来，ABB公司开发了多功能的四通道CMM状态监视模件，用它组成TSI汽轮机疼惜系统，统一集成在ABB的SYMPHONY系统中，去监测汽轮机轴系除转速外的各项参数，如轴承振动、大轴振动、偏心、串轴、胀差和确定膨胀，并输出报警和停机信号。,关于CMM模件,CMM从其端子单元采集涡流传感器、加速度传感器、速度传感器、直流LVDT及声波传感器等工业标准传感器的现场信号。经过滤波，鉴别和计算后，通过模件扩展总线与BRC把握器实现通讯，使机组有关的状态参数送到统一的数据库中，这样不仅在DCS或DEH的操作员站上可供给机组的各种轴系参数，产生于与DCS时标同步的报警清单，还可借助贮存在上级计算机中的振动分析软件和专家系统生成多种振动分析报表，并完成汽轮机的故障诊断，在指导机组安全牢靠运行的同时，猜测机组的安康状况，为状态检修作预备。,3,传感器系统,TSI系统主要由传感器及智能板件组成。,传感器是将机械振动量、位移、转速转换为电量的机电转换装置。,各种智能测量板件承受相应传感器的电量信号后进展整形、计算、规律处理等以后，显示出准确、直观的监测数据和报警指示。输出标准的模拟量信号和继电器接点。,传感器,种类,电涡流传感器，对汽轮机组的转速、偏心、轴位移、轴振动、胀差进展测量；,速度传感器对盖振进展测量；,线性可变差动变压器LVDT对热膨胀进展测量；,差动式磁感应传感器来测量机组的转速。,一、涡流传感器,电涡流传感器是通过传感器端部线圈与被测物体导电体间的间隙变化来测物体的振动相对位移量和静位移的，它与被测物之间没有直接的机械接触，具有很宽的使用频率范围从010Hz。,电涡流式传感器原理,它能实现非接触测量，如位移、振动、厚度、转速、应力、硬度等参数。这种传感器还可用于无损探伤。原理如以以以下图示。,这是一种建立在,涡流效应,原理上的传感器,。,1.构造原理与特性,如左图，当通过金属体的磁通变化时，就会在导体中产生感生电流，这种电流在导体中是自行闭合的，这就是所谓电涡流。电涡流的产生必定要消耗一局部能量，从而使产生磁场的线圈阻抗发生变化，这一物理现象称为涡流效应。依据阻抗变化即可测量被测参数。,一般讲，线圈的阻抗变化与导体的电导率、磁导率、几何外形，线圈的几何参数，鼓舞电流频率以及线圈到被测导体间的距离有关。假设把握上述参数中的一个参数转变，而其余参数恒定不变，则阻抗就成为这个变化参数的单值函数。如其他参数不变，阻抗的变化就可以反映线圈到被测金属导体间的距离大小变化。,2.,电涡流式传感器的复阻抗,利用涡流效应原理制造的传感器。,等效电阻,R,等效电感,L,原理图,等效电路,等效,阻抗,距离 互感,M,我们可以把被测导体上形成的电涡流等效成一个短路环，这样就可得到如图,5-16的等效电路。图中,R,1,、,L,1,为传感器线圈的电阻和电感。短路环可以认为是一匝短路线圈，其电阻为,R,2,、电感为,L,2,。线圈与导体间存在一个互感,M，它随线圈与导体间距的减小而增大。,依据等效电路可列出电路方程组：,通过解方程组，可得,I,1,、,I,2,。,因此传感器线圈的复阻抗为：,线圈的等效电感为,：,5-12,5-13,由式5-12和5-13可以看出，线圈与金属导体系统的阻抗、电感都是该系统互感平方的函数。而互感是随线圈与金属导体间距离的变化而转变的。,3,、电涡流传感器的类型,高频反射式电涡流传感器,低频透射式电涡流传感器,1 高频反射式电涡流传感器,金,属,物,体,高频反射式电涡流传感器利用线圈与金属导体之间的磁性耦合程度的变化测量距离。,金属物体的电导率越高，测量灵敏度越高。,线圈,框架,框架,衬套,固定螺母,电缆,a.高频反射式电涡流传感器的构造,由一个固定在框架上的扁平线圈组成。,为了充分有效地利用电涡流效应，对于平板型的被测体则要求被测体的半径应大于线圈半径的1.8倍，否则灵敏度要降低。当被测物体是圆柱体时，被测导体直径必需为线圈直径的3.5倍以上，灵敏度才不受影响。,b、高频反射式电涡流传感器的原理,电涡流传感器的线圈与被测金属导体间是磁性耦合，电涡流传感器是利用这种耦合程度的变化来进展测量的。因此，被测物体的物理性质，以及它的尺寸和开关都与总的测量装置特性有关。一般来说，被测物的电导率越高，传感器的灵敏度也越高。,c.高频反射式电涡流传感器的应用(测距离,这种传感器的构造很简洁，主要由一个固定在框架上的扁平线圈组成。线圈可以粘贴在框架的端部，也可以绕在框架端部的槽内。以以以下图为某种型号的高频反射式电涡流传感器。,2 低频透射式电涡流传感器测厚度,接收线圈,发射线圈,涡流及磁场,金属板越厚，接收侧磁场越弱，接收线圈的感应电压u,2,越小。发射线圈的电源频率取,1kHz左右。,发射,磁场,接收侧,磁场,4,、 电涡流式传感器的应用,a测量位移,被测零件,涡流传感器,被测零件,涡流传感器,动态位移,测量,4、电涡流式传感器的应用,b测量振动,涡流传感器,机械轴,振形图,测量,机械轴,c测量转速,被测,零件,涡流,传感器,被测,零件,涡流,传感器,设测出脉冲频率为fHz，被测零件齿数为N，则轴的转速为：,转/分,d测量厚度,涡流,传感器,1,涡流,传感器,2,测出距离,x,1,测出距离,x,2,预置距离,D,e测量温度,测出等效电感变化,测出谐振频率变化,温度变化 变化,电感变化 谐振频率变化,. 零件计数,f其他测量,.连续油管的椭圆度测量,Coiled Tube,Eddy Sensor,Reference Circle,.无损探伤,原理,裂纹检测，缺陷造成涡流变化,。,二、速度传感器,它的工作原理是基于一个惯性质量和移动壳体，传感器有一个永久磁铁，它被固定在传感器壳体上。,速度传感器,工作原理,围围着磁铁是一个惯性质量线圈，通过弹簧连在壳体上。测量时，将传感器刚性固定在被测物体上，随着被测物振动，磁铁运动，使其产生磁场运动。而线圈因固定在弹簧上，具有较大的惯性质量，即相对高频振动的物体，其是相对静止的。这样，线圈在磁场中作直线运动，产生感应电动势，其大小与线圈运动的线速度即：机壳的速度成正比。通过对感应电动势的检测，即能获得被测物体的线速度。,恒定磁通式磁电传感器构造原理图,a 动圈式； (b) 动铁式,磁通式磁电传感器测振动,磁路系统产生恒定的直流磁场，磁路中的工作气隙固定不变，因而气隙中磁通也是恒定不变的。 其运动部件可以是线圈动圈式，也可以是磁铁动铁式，动圈式图6-1a和动铁式图6-1(b)的工作原理是完全一样的。 当壳体随被测振动体一起振动时，由于弹簧较软，运动部件质量相对较大， 当振动频率足够高远大于传感器固有频率时，运动部件惯性很大，来不及随振动体一起振动， 近乎静止不动，振动能量几乎全被弹簧吸取，永久磁铁与线圈之间的相对运动速度接近于振动体振动速度，磁铁与线圈的相对运动切割磁力线，从而产生感应电势.,图6.2是变磁通式磁电传感器，用来测量旋转物体的角速度。a)图为开磁路变磁通式：线圈、磁铁静止不动， 测量齿轮安装在被测旋转体上，随被测体一起转动。每转动一个齿， 齿的凹凸引起磁路磁阻变化一次，磁通也就变化一次， 线圈中产生感应电势，其变化频率等于被测转速与测量齿轮上齿数的乘积。,1.,永久磁铁,2.,软铁,3.,线圈,4.,测量齿轮,5.,被测旋转体,图6. 2 变磁通式磁电传感器构造原理图,(a) 开磁路,变磁通式磁电传感器测速度,三、,LVDT传感器,其工作原理是利用电磁感应中的互感现象，实质上就是一个变压器，如以以下图。,LVDT,传感器原理,变压器上初级线圈W和两个参数完全一样的次级线圈W1，W2组成，线圈中心扦入圆柱形铁心，次级线圈W1和W2反极性串联，当时级线圈W加上交变电压时，次级W1和W2分别产生感应电势e1和e2，其大小与铁心位置有关。,差动变压器,工作原理,当铁心位于正中，,当铁心左移，,E2增大,原边,副边,1,副边,2,*,*,*,+,+,-,-,注意同名端,当铁心右移，,E2减小,因两个副边反向串联,原边,副边,1,副边,2,铁心,四、差动式磁感应传感器,差动式磁感应传感器的工作原理是利用一个差动式敏感元件。该元件由一块永久性磁铁上的两个相互串联的磁敏半导体电阻组成这两个半导体的材料及几何尺寸一样。,差动式磁感应传感器,原理,在传感器电路中，这两个电阻组成一个差动电感电桥如惠斯顿电桥。当磁铁或钢的触发体接近或远离传感器且相互成直角即传感器探头外表磁铁所产生的磁场与触发体边沿成直角时，它干扰了传感器内部的磁场，使差动电感电桥失去平衡而输出一电压。通过对这一电压测量，即能获得被测物即触发体与传感器探头间的间隙变化。,磁电式振动传感器,磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换成感应电势输出的传感器。它不需要帮助电源，就能把被测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传感器。,磁电式振动传感器的构造原理,图5-18 磁电式振动传感器的构造原理图,1-壳体 2-永久磁铁 3-阻尼器 4-引线,5-芯杆 6-外壳 7-线圈 8-弹簧片,根本工作原理：,该传感器在使用时，把它与被测物体紧固在一起，当物体振动时，传感器外壳随之振动，此时永久磁铁、阻尼环和芯杆的整体由于惯性而不随之振动，因此它们与壳体产生相对运动，位于磁路气隙间的线圈就切割磁力线，于是线圈就产生正比于振动速度的感应电动势。该电动势与速度成一一对应关系，可直接测量速度，经过积分或微分电路便可测量位移或加速度。,振动监测,压电式加速度传感器,压电式加速度传感器又称压电加速度计。它也属于惯性式传感器。压电式加速度传感器的原理是利用压电陶瓷或石英晶体的压电效应，在加速度计受振时，质量块加在压电元件上的力也随之变化。当被测振动频率远低于加速度计的固有频率时，则力的变化与被测加速度成正比。压电式加速度传感器具有高频响应以及动态响应特性好的特点。,压电式加速度传感器,基座,基座,压电片,质量块,m,压簧,壳体,压阻式加速度传感器,基于世界领先的MEMS硅微加工技术，压阻式加速度传感器具有体积小、低功耗等特点，易于集成在各种模拟和数字电路中，广泛应用于汽车碰撞试验、测试仪器、设备振动监测等领域。,电容式加速度传感器,图示为差动式电容加速度传感器构造图。 它有两个固定极板与壳体绝缘, 中间有一用弹簧片支撑的质量块, 此质量块的两个端面经过磨平抛光后作为可动极板与壳体电连接。,当传感器壳体随被测对象在垂直方向上作直线加速运动时, 质量块在惯性空间中相对静止, 而两个固定电极将相对质量块在垂直方向上产生大小正比于被测加速度的位移。此位移使两电容的间隙发生变化, 一个增加, 一个减小, 从而使C1、 C2产生大小相等, 符号相反的增量, 此增量正比于被测加速度。 ,电容式加速度传感器的主要特点是频率响应快和量程范围大, 大多承受空气或其它气体作阻尼物质。,4,测点及传感器安装位置,1. 转速及零转速检测与超速疼惜,2. 轴振动与轴承振动盖或瓦振,3. 偏心,4. 轴位移,5.热膨胀与胀差,6. 相位,1. 转速及零转速检测与超速疼惜,转速值显示是汽轮机组开车、停车以及稳定运行时的重要参数。转速的测量范围：05000rpm；转速报警值：3240rpm。,零转速是预先设定的轴旋转速度，当运行的机器需停车时，机器转速到达零转速设置点，继电器触点动作，使盘车齿轮啮合，使轴持续慢速旋转，来防止轴产生弯曲，以避开在接踵而来的开车中由于轴弯曲对机器造成损坏。零转速设定值：小于4rpm；,测量装置由两只装于前箱正对60或134齿盘的传感器和板件组成，如上图所示当机器旋转时，齿盘的齿顶和齿底经过探头，探头将周期地转变输出信号，即脉冲信号，板件接收到此脉冲信号进展计数、显示，与设定值比较后，驱动继电器接点输出。,超速疼惜应具有快速响应和错误冗余表决规律，因此测量装置承受“三取二”方式，如上图所示。由三只装于前箱、正对于60齿盘的涡流传感器和三块转速表组成，设定值为3300rpm。,测量轴振时，常常把涡流探头装在轴承壳上，探头与轴承壳变为一体，,2. 轴振动与轴承振动盖或瓦振,利用速度传感器测量机壳相对于自由空间的运动速度，板件把从传感器来的速度信号进展检波和积分，变成位移值，并计算出相应的峰-峰值位置信号如图19-11所示。机组瓦振的测量范围：0100m。,2. 轴振动与轴承振动盖或瓦振,偏心监测板承受两个涡流传感器信号输入，如上图所示。一个用于偏心的测量，另一个是键相器的测量，它用在峰-峰信号调整电路上。键相探头观看轴上的一个键槽，当轴每转一转时，就产生一个脉冲电压，这个脉冲可用来把握计算峰-峰值。机组偏心的测量范围：0100m。报警值：大于原始值的30m。,3.,偏心,两个涡流探头测量转子的轴向变化，输出探头与被测法兰的间隙成正比的直流电压值，板件承受此电压值后，经过计算处理，显示出位移值。为避开误报警，停机规律输出为“与”规律。机组轴向位移的测量范围：-2+2mm。,4.,轴位移,把LVDT传感器的铁芯与汽缸连接，当膨胀时，铁芯运动，产生成比例的电信号，输入测量板件进展线性处理，显示输出420mA信号，即是测量缸胀时，传感器外壳固定在汽轮机根底上，而铁芯与汽缸相连。,5.,热膨胀与胀差,由于不行能在汽缸内安装涡流传感器，利用滑销系统，传感器被固定在轴承箱的平台上。即是测量胀差时，传感器外壳固定于汽缸上，而铁芯与转轴上的凸缘相连。,5.,热膨胀与胀差,当知道了测振探头与键相探头的夹角时，,就测出了振动的相位，也就可找出不平衡质量的位置，即转子高点的位置。,6.,振动相位,关于,OK,检测电路,一般每个监测器内都有,OK检测,电路，用于连续检测每个传感器及其相应的现场连线的完好性。,传感器输出的直流电压信号1，送到输入阻尼器2电压跟随放大器，实现输入输出阻抗转换。其输出一路经阻尼器3向面板接线插座供给传感器的输出信号；另一路送到信号调整放大器4。信号调整放大器4将输出电压转换为0-10V，然后供指示仪表5指示缸胀，同时经驱动器6驱动外接记录仪表记录缸胀。指示仪表的零刻度对应0V，满刻度对应-10V。,OK,检测电路的作用,监视器内设有,OK,电路，用于检验输入到监视器的传感器信号是否正常。当信号不正常时，,OK,电路发出一个“非,OK”,信号，该信号使监视器前仪表盘上的,OK,发光二极管熄灭，使信号盘上的系统状态“非,OK”,指示灯亮。,OK,电路,a 跟随器 b c 比较器 d 非OK驱动器 e OK指示驱动电路,