汽轮机组热工保护1

1、汽轮机组热工保护汽轮机组热工保护 对汽轮机组进行监测保护的意义？l容量增大，参数提高，系统越来越复杂。容量增大，参数提高，系统越来越复杂。l为了提高机组的热经济性，汽轮机的级间间隙、轴封为了提高机组的热经济性，汽轮机的级间间隙、轴封间隙都选择得比较小。间隙都选择得比较小。l为了保证机组安全启停和正常运行，需对汽轮机组的为了保证机组安全启停和正常运行，需对汽轮机组的轴向位移、偏心度、差胀、振动、转速、油动机和同步轴向位移、偏心度、差胀、振动、转速、油动机和同步器行程等机械参数进行监控，并对轴承温度、油箱油位器行程等机械参数进行监控，并对轴承温度、油箱油位、润滑油压、高压缸上下壁温差、汽缸进水、凝

2、汽器真、润滑油压、高压缸上下壁温差、汽缸进水、凝汽器真空等热工参数进行监视和保护。空等热工参数进行监视和保护。l 当被监控的主要参数超过规定值当被监控的主要参数超过规定值( (报警值报警值) )时发时发出报警信号；在超过极限值出报警信号；在超过极限值( (危险值危险值) )时保护装时保护装置动作，关闭主汽门，实行紧急停机，避免避置动作，关闭主汽门，实行紧急停机，避免避免发生重大恶性事故。免发生重大恶性事故。对汽轮机组的监测由TSI完成3.13.1传感器传感器传感器可分为传感器可分为电量参数变化型与发电型电量参数变化型与发电型两类。两类。电量参数变化型传感器是将机械参量转换成电学参数，电量参数变

3、化型传感器是将机械参量转换成电学参数，如电阻、电容、电感等。如电阻、电容、电感等。由于它本身不能产生电信号，因此，必须接入具有辅由于它本身不能产生电信号，因此，必须接入具有辅助电源的基本测量电路中。常用的有电涡流式、电容助电源的基本测量电路中。常用的有电涡流式、电容式、电阻式传感器等。式、电阻式传感器等。发电型传感器是将被测机械参量直接变换成电信号，发电型传感器是将被测机械参量直接变换成电信号，它本身能产生电信号，无需辅助电源，常用的有磁电它本身能产生电信号，无需辅助电源，常用的有磁电式、压电式传感器等。式、压电式传感器等。电涡流传感器的特点：电涡流传感器的特点： 非接触测量，结构简单、灵敏度

4、高、测量线性范围非接触测量，结构简单、灵敏度高、测量线性范围大、不受油污介质影响，抗干扰能力强。大、不受油污介质影响，抗干扰能力强。 常用来监测常用来监测轴向位移、振动、主轴偏心度、压力、轴向位移、振动、主轴偏心度、压力、温度、转速、电导率、厚度和间隙、金属材料表面缺陷温度、转速、电导率、厚度和间隙、金属材料表面缺陷和裂纹和裂纹等等电感、涡流及其变换原理电感、涡流及其变换原理 1.1.电磁感应电磁感应运动着的电荷产生磁场运动着的电荷产生磁场，那么导线中通过电流亦将在其周围空间那么导线中通过电流亦将在其周围空间产生磁场产生磁场，反之反之，闭合导线切割磁力线时也能产生电流。闭合导线切割磁力线时也能

5、产生电流。另外另外，当通过一个闭合导电回路所包围的面积有磁通变化时当通过一个闭合导电回路所包围的面积有磁通变化时，回回路中亦会产生电流路中亦会产生电流，这种由于磁通变化而产生电流的现场称为电这种由于磁通变化而产生电流的现场称为电磁感应现象磁感应现象，所产生的电动势为感应电动势所产生的电动势为感应电动势，所产生的电流为感所产生的电流为感应电流。应电流。楞次指出了感生电流的方向楞次指出了感生电流的方向它所产生的磁通总是企图阻碍原来它所产生的磁通总是企图阻碍原来磁通的变化。法拉第则指出了闭合回路中的磁通量磁通的变化。法拉第则指出了闭合回路中的磁通量（ ）发生变发生变化时化时，回路中产生的感应电动势回

6、路中产生的感应电动势（ ）的大小正比于磁通的变的大小正比于磁通的变化率化率，即可用电磁感应定律描述为即可用电磁感应定律描述为式中式中： 为线圈的为线圈的匝匝数。数。 Ve，dtdNeN2.自感系数自感系数线圈中通以电流时就会产生磁通线圈中通以电流时就会产生磁通，若电流随时间变化若电流随时间变化，则所产生的磁通也随时间变化则所产生的磁通也随时间变化，交变着的磁通将在线圈自交变着的磁通将在线圈自身回路中产生感应电动势身回路中产生感应电动势，其大小为其大小为这一现象称为自感现象这一现象称为自感现象，所产生的电动势为自感电动势所产生的电动势为自感电动势。 称为自感系数称为自感系数，简称自感简称自感，其

7、大小与线圈其大小与线圈匝匝数、几何数、几何形状以及线圈中铁芯的磁导率有关。形状以及线圈中铁芯的磁导率有关。LdtdILe3.互感系数互感系数两个线圈两个线圈1和和2放得很近时放得很近时，电流电流 流过线圈流过线圈1产生磁通产生磁通 ，它穿过线圈它穿过线圈2的的那部分磁通在线圈那部分磁通在线圈2中将产生感应电动势中将产生感应电动势互感电动势互感电动势：式中，式中， 为互感系数为互感系数，简称互感简称互感， 。同理可知同理可知，线圈线圈2中的电流中的电流 也在线圈也在线圈l中产生互感电动势中产生互感电动势：M1idtdiMe1212idtdiMe212H 两个线圈的互感系数与线圈的两个线圈的互感系

8、数与线圈的匝匝数的乘积成正比数的乘积成正比，与两个线圈与两个线圈的形状、大小、相互位置及周围媒质的磁导率有关的形状、大小、相互位置及周围媒质的磁导率有关，常用常用耦合耦合系数系数 来描绘两个线圈来描绘两个线圈耦合耦合的程度的程度： 与两个线圈的相互位置和方向有关与两个线圈的相互位置和方向有关（ ）。当两个线。当两个线圈的轴线一致时圈的轴线一致时，靠得越近靠得越近，耦，耦合得越紧合得越紧， 值越大值越大，耦合，耦合系数系数 也随着增大。也随着增大。 MK21/LLMK KK10K4.涡流及其变换涡流及其变换原原理理如果在如果在上上图图中中，用一块金属板代替线圈用一块金属板代替线圈2，则在金属板内

9、会产生感应则在金属板内会产生感应电流电流 ，根据电磁感应定律根据电磁感应定律，这种电流呈旋涡形状这种电流呈旋涡形状，故称之为涡流故称之为涡流 ，涡流的大小与金属体的电阻率涡流的大小与金属体的电阻率 、磁导率、磁导率 、厚度、厚度 以及线圈与金属块以及线圈与金属块的距离的距离 、线圈的激磁电流角频率、线圈的激磁电流角频率 、电源、电源 等参数有关等参数有关：事实上事实上，金属导体内的涡流难以直接测量金属导体内的涡流难以直接测量，但涡流所产生的磁场对但涡流所产生的磁场对原激励磁场产生影响原激励磁场产生影响，使原边线圈的品质因素使原边线圈的品质因素 及等效阻抗及等效阻抗 和等效和等效电感电感 发生变

10、化发生变化，因此借助于对因此借助于对 、 、 的测量的测量，可得到相关的一些可得到相关的一些参数。参数。2iDe),( 2DeFi QLZ2iQLZ),(DeFZ ),(DefZ dZdDDZdZdZdZdeeZdZ0ddddde对于稳频稳幅的交变电源和均质的金属导体对于稳频稳幅的交变电源和均质的金属导体 ：dDdDdZdz 它表明阻抗它表明阻抗 近似为距离近似为距离 的单值函数的单值函数，配以适当配以适当的电路的电路，可将可将 的变化成比例地转换为电压变化的变化成比例地转换为电压变化，实现实现“位移位移- -电压电压”转换。转换。 DZZMr2r1i1i2L1L2U01222221111Mi

11、jiLjriUMijiLjri若采用高频振荡若采用高频振荡电电源源，则则 )()(2212221LMLjrLMrZ)()(22222221222222211LLrMLjLrrMriUZ22rL )1 ()/(2122211KLjrKLLrZ222122222112)1 ()/(KLrKLLrz22222122221212222212212211)1 ()()1 (2)(2KLLrKLLrLKLLKkrLrKLrLKZ在在 的近似下的近似下， 对对 的偏微分可近似为的偏微分可近似为rL ZK12KLKZ由此可得到下述结论由此可得到下述结论：（1）阻抗阻抗 受受耦合耦合系数系数 影响较大影响较大，

12、但但耦合耦合系数系数 主主要与其探头要与其探头与与金属导体的距离金属导体的距离 有关。有关。（2）探头内阻探头内阻 、金属导体的内阻、金属导体的内阻 和自感系数和自感系数 对对阻抗阻抗 的影响较小。的影响较小。（3）增加探头的电感增加探头的电感 与提高振荡频率有利于测量阻与提高振荡频率有利于测量阻抗抗 。从回路的品质因素从回路的品质因素 角度出发角度出发，也可探讨出影响电涡流也可探讨出影响电涡流传感器的因素。回路的品质因素传感器的因素。回路的品质因素 定义为无功功率与有定义为无功功率与有功功率之比功功率之比，有有ZKD1r2r2L1LQKQ1222121)1 (rLKrLKLQZ12KLKZ1

13、222121)1 (rLKrLKLQ由此由此可见可见：（1 1）耦合）耦合系数系数K K增大增大（即探头线圈与金属导体的即探头线圈与金属导体的距离小距离小），），品质因素会下降。品质因素会下降。（2 2）r r1 1和和r r2 2大大，则对提高回路品质因素不利。则对提高回路品质因素不利。（3 3）探头线圈探头线圈L L1 1和金属导体和金属导体L L2 2大大，品质因素大品质因素大，所以应增大探头线圈的电感所以应增大探头线圈的电感L L1 1，以获得较大的线以获得较大的线性范围性范围。（4 4）增加角频率增加角频率，能提高品质因素。有利于能提高品质因素。有利于改善回路性能改善回路性能，所以宜

14、采用高频测量。所以宜采用高频测量。 两种分析方法在理论上可获得两种分析方法在理论上可获得一致的结果。当金属导体靠近传感一致的结果。当金属导体靠近传感器时器时，K增加增加，Q下降下降，其谐振曲线其谐振曲线的峰值下降的峰值下降，如图所示。在引如图所示。在引入入金金属导体后属导体后，传感器的等效电感传感器的等效电感为：为：2222221)()(LrLMLL由式可得谐振曲线的峰值下降由式可得谐振曲线的峰值下降，式中式中，第一项第一项L L1 1与静磁效与静磁效应有关应有关，第二项与涡流回路的反射电感有关。因此第二项与涡流回路的反射电感有关。因此，对于对于一个未置入被测导体的传感器一个未置入被测导体的传

15、感器，调谐到某一谐振频率后调谐到某一谐振频率后，再引再引入入被测导体时被测导体时，回路将失谐回路将失谐，且当靠近传感器的被测且当靠近传感器的被测导体为非铁磁性材料和硬磁性材料时导体为非铁磁性材料和硬磁性材料时，传感器线圈的等效传感器线圈的等效电感量减少电感量减少，谐振峰将右移。若为软磁材料谐振峰将右移。若为软磁材料，传感器线圈传感器线圈的 等 效 电 感 量 增 大的 等 效 电 感 量 增 大 ， 谐 振 峰 将 左 移谐 振 峰 将 左 移 ， 其 特 性 方 程其 特 性 方 程为为 ，此乃此乃 “电感法电感法” 测量的依据。测量的依据。)(2DfL 二、电涡流测量方法二、电涡流测量方法

16、目前常用的检测转换方式有调幅式、调频调幅式及调频式目前常用的检测转换方式有调幅式、调频调幅式及调频式 （一）（一）调幅调幅法法 以稳幅稳频正弦波高频振荡器的输出作为电源以稳幅稳频正弦波高频振荡器的输出作为电源，接在接在与固定电阻与固定电阻R R相串联的并联相串联的并联LCLC谐振电路上并使电路处于谐谐振电路上并使电路处于谐振状态。传感器电感线圈振状态。传感器电感线圈L L感应的高频电磁场作用于金属感应的高频电磁场作用于金属板表面板表面，由于金属板表面的涡流反射作用由于金属板表面的涡流反射作用，使使L L的值降低的值降低，并使回路失谐并使回路失谐，从而使电阻从而使电阻R R上的压降减少。上的压降

17、减少。L L的数值随距的数值随距离离D D的变化而变化的变化而变化，由此将距离由此将距离D D转换成电压的变化转换成电压的变化，此法此法称之为调幅法称之为调幅法。 U0U0还并不是最后所还并不是最后所要的电压，因为它是要的电压，因为它是载波频率为载波频率为f0f0的调幅的调幅信号。为了得到最后信号。为了得到最后正比于间隙的直流电正比于间隙的直流电压输出，还需对输出压输出，还需对输出电压电压U0U0进行检波，这进行检波，这才是得到最后间隙随才是得到最后间隙随时间变化的电压波形。时间变化的电压波形。为了实现电涡流位为了实现电涡流位移测量，必须有一个移测量，必须有一个专用的测量线路。这专用的测量线路

18、。这一测量线路应包括频一测量线路应包括频率为率为f0f0的稳定的振荡的稳定的振荡器器( (一般用石英振荡一般用石英振荡器器) )、检波环节、滤、检波环节、滤波环节和放大环节等。波环节和放大环节等。 小 间 隙RF 信信 号号0RF 信信 号号0 大大 间间 隙隙( (二二) )前置器前置器( (信号转换器信号转换器) )1.1.测量原理测量原理当电涡流式传感器线圈通以较高频率当电涡流式传感器线圈通以较高频率12MHz的交变电压时，无论的交变电压时，无论是用于测量位移或振动，其载波频率保持不变，而幅值相应发生变化。是用于测量位移或振动，其载波频率保持不变，而幅值相应发生变化。测量位移时，谐振回路

19、输出的是高频等幅电压；测量振动时，输出的测量位移时，谐振回路输出的是高频等幅电压；测量振动时，输出的是载波调幅电压。如果直接将这种混频信号送到测量仪表，即使采用是载波调幅电压。如果直接将这种混频信号送到测量仪表，即使采用高频电缆，也会使传感器灵敏度显著降低，而且易受干扰。为防止这高频电缆，也会使传感器灵敏度显著降低，而且易受干扰。为防止这些不利影响，必须在电涡流式传感器附近设置检波器些不利影响，必须在电涡流式传感器附近设置检波器( (振幅解调器振幅解调器) )、滤波器、放大器、线性化网络和输出放大器，这一电子线路称为电涡滤波器、放大器、线性化网络和输出放大器，这一电子线路称为电涡流式传感器的信

20、号转换器流式传感器的信号转换器( (前置器前置器).). 涡 流 传 感 器 的 原 理100milRF 信信 号号 延延 伸伸 电电 缆缆 和和 探探 头头 前前 置置 器器DEMODULATOROSCILLATOR 电涡流式传感器与被测件之间的电涡流式传感器与被测件之间的d d发生变化时，使传感器测发生变化时，使传感器测量线圈的电感量亦随之改变，即传感器与被测件之间相对位置量线圈的电感量亦随之改变，即传感器与被测件之间相对位置的变化，导致振荡器的振幅也做相应的变化。这样，便可使位的变化，导致振荡器的振幅也做相应的变化。这样，便可使位移的变化移的变化( (如旋转轴的振动、轴向位移等如旋转轴的

21、振动、轴向位移等) )转换成相应振荡幅度转换成相应振荡幅度的调制信号。的调制信号。 由振荡器输出的振荡幅度调制信号，送入振幅解调器由振荡器输出的振荡幅度调制信号，送入振幅解调器( (检波检波器器) )解调成直流电压信号，高频的残留波由低通滤波器滤去，然解调成直流电压信号，高频的残留波由低通滤波器滤去，然后送入放大器进行放大。由于传感器与被测件之间的间隙变化后送入放大器进行放大。由于传感器与被测件之间的间隙变化与经转换成直流电压的信号存在非线性关系，所以经低通滤波与经转换成直流电压的信号存在非线性关系，所以经低通滤波器后的直流电压信号，送入线性化网络进行线性化处理，然后器后的直流电压信号，送入线

22、性化网络进行线性化处理，然后再经输出放大器放大，得到所需的测量电压信号。再经输出放大器放大，得到所需的测量电压信号。 前置器的输入来自传感器的线圈，其额定工作电压约前置器的输入来自传感器的线圈，其额定工作电压约3.5V(3.5V(有效值有效值) )，其额定工作频率约，其额定工作频率约1.5MHz1.5MHz。前置器的输出是在。前置器的输出是在直流电压上叠加相当于轴振动或位移的交流电压或直流电压，直流电压上叠加相当于轴振动或位移的交流电压或直流电压，具有开路和短路保护。具有开路和短路保护。 前置器到电涡流式传感器的高频电缆是由制造厂精心调配前置器到电涡流式传感器的高频电缆是由制造厂精心调配好的，

23、不同型号或不同系列的传感器不能互换，而且不能延长好的，不同型号或不同系列的传感器不能互换，而且不能延长或缩短。有些电涡流式传感器为了安装方便，制造厂配制了延或缩短。有些电涡流式传感器为了安装方便，制造厂配制了延长电缆，目前最长达长电缆，目前最长达10m10m。凡是配制了延长电缆的电涡流式传感。凡是配制了延长电缆的电涡流式传感器，使用时必须将延长电缆接上，否则会引起测量误差。器，使用时必须将延长电缆接上，否则会引起测量误差。tfUUmi0sin2dkkUi21idUkU3kddkkkUd3213.3.位移和振动测量位移和振动测量电涡式流传感器有种最常用的测量方式，即位移测量、振动测量电涡式流传感

24、器有种最常用的测量方式，即位移测量、振动测量、转速测量和键相器信号测量等。、转速测量和键相器信号测量等。(l)(l)位移测量。位移测量。当传感器用于位移测量时，若采用恒定频率元，则当传感器用于位移测量时，若采用恒定频率元，则输入到检波器的信号是等幅的高频电压信号，如图输入到检波器的信号是等幅的高频电压信号，如图3-7(a)3-7(a)所示。所示。检波器前的输入信号可表示为检波器前的输入信号可表示为k1为传感器变换系数；为传感器变换系数；k2为放大器的放大倍数为放大器的放大倍数 ；k3为检波器系数。为检波器系数。 涡流探头校验图CHANGE IN VOLTAGECHANGE IN GAP24OU

25、TPUT (- Vdc)PROBE GAP (mils)001020 304050607080 90 100 110 120 130 140246810121416182022(2)(2)振动测量。振动测量。 当传感器用于振幅测量时，输入到检波器的信号就当传感器用于振幅测量时，输入到检波器的信号就成为调幅波。图所示为经检波后的输出信号仍由两部分成为调幅波。图所示为经检波后的输出信号仍由两部分组成：一是与振动频率组成：一是与振动频率fxfx和振幅和振幅A A有关的交流电压信号；有关的交流电压信号；二是与位移二是与位移d d比例的直流电压信号。比例的直流电压信号。 检波和滤波后的输出电压即为前置器

26、的输出信号，检波和滤波后的输出电压即为前置器的输出信号，输往相应的监测模块，通过微处理器的运算处理，输出输往相应的监测模块，通过微处理器的运算处理，输出信号进行显示、报警或跳问保护等。信号进行显示、报警或跳问保护等。 解 调 器 的 操 作 解解 调调 器器 的的 输输 入入 前前 置置 器器 输输 出出004.4.电涡流式传感器的优缺点电涡流式传感器的优缺点(1)(1)优点：优点：可以测量轴的振动、轴的位置以及可以测量轴的振动、轴的位置以及自速转动自速转动(Slow Roll)(Slow Roll)时轴的弯曲；时轴的弯曲；2)2)可测量转速及相位角；可测量转速及相位角；3)3)校准比较方便；

27、校准比较方便；4)4)传感器系统是一个整体，其中没有相对运动传感器系统是一个整体，其中没有相对运动部分，也不会产生磨损、疲劳；部分，也不会产生磨损、疲劳；5)5)可用于永久性监测，所测轴的振动曲线，可可用于永久性监测，所测轴的振动曲线，可用来对机械进行故障诊断，并可得到很多有用测用来对机械进行故障诊断，并可得到很多有用测量信息。量信息。(2)(2)缺点：缺点：1)1)对被测材料的成分，以及表面缺陷比较敏感；对被测材料的成分，以及表面缺陷比较敏感；2)2)需要外接电源；需要外接电源；3)3)有时安装比较困难。有时安装比较困难。( (三三) )影响测量的因素影响测量的因素(l)(l)被测体面积的影

28、响。被测体面积的影响。当被测体的面积比传感器相对当被测体的面积比传感器相对应的面积大得多时，传感器的灵敏度不受影响。当被测应的面积大得多时，传感器的灵敏度不受影响。当被测体面积为传感器线圈面积的一半时，其灵敏度减小很多，体面积为传感器线圈面积的一半时，其灵敏度减小很多，面积更小时，灵敏度则显著下降。面积更小时，灵敏度则显著下降。 (2)(2)被测体的厚度也会影响测量结果。被测体的厚度也会影响测量结果。如果被测体太薄，如果被测体太薄，将会影响电涡流效应，使传感器灵敏度下降。将会影响电涡流效应，使传感器灵敏度下降。(3)(3)不规则的被测体表面不规则的被测体表面会给实际的测量值造成附加误会给实际的

29、测量值造成附加误差，因此被测表面应该光洁，不应该存在裂痕、洞眼、差，因此被测表面应该光洁，不应该存在裂痕、洞眼、凸台、凹槽等缺陷，通常对于振动测量。凸台、凹槽等缺陷，通常对于振动测量。 (4)(4)被测体材料的影响。被测体材料的影响。实验表明：工件表面热处理对实验表明：工件表面热处理对测量结果有影响，工件表面镀后，会使灵敏度增加，镀测量结果有影响，工件表面镀后，会使灵敏度增加，镀层厚度不均匀，会引起读数跳动。传感器特性与被测体层厚度不均匀，会引起读数跳动。传感器特性与被测体的导电率和导磁率有关。当被测体为导磁材料的导电率和导磁率有关。当被测体为导磁材料( (如普通钢、如普通钢、结构钢等结构钢等

30、) )时，由于磁效应和涡流效应同时存在，而且磁时，由于磁效应和涡流效应同时存在，而且磁效应和涡流效应相反，会抵消部分涡流效应而使传感器效应和涡流效应相反，会抵消部分涡流效应而使传感器感应灵敏度降低。感应灵敏度降低。( (四四) )电涡流传感器的安装电涡流传感器的安装1.1.对被测体的要求对被测体的要求 安装时传感器头部四周必须留有一安装时传感器头部四周必须留有一定范围非导磁介质空间。若被测体与传感定范围非导磁介质空间。若被测体与传感器间不允许有空间，可采用绝缘材料灌封。器间不允许有空间，可采用绝缘材料灌封。若测试过程中在某一部位需要同时安装两若测试过程中在某一部位需要同时安装两个或两个以上的传

31、感器，两个传感器中间个或两个以上的传感器，两个传感器中间应保持一定的距离。应保持一定的距离。 直径为直径为5mm5mm的探头安装的探头安装时，应保证端部之间的时，应保证端部之间的距离不少于距离不少于38.1mm38.1mm。另。另外，被测体表面应为传外，被测体表面应为传感器直径的感器直径的3 3倍以上；倍以上；表面不应有锤击、撞伤表面不应有锤击、撞伤以及小孔和缝隙等，不以及小孔和缝隙等，不允许表面镀铬。被测材允许表面镀铬。被测材料应与探头、前置器标料应与探头、前置器标定的材料一致，否则需定的材料一致，否则需重新校验重新校验 2.2.对传感器支架的要求对传感器支架的要求支架应有足够的刚度，以提高

32、其自振频率，避免或减小支架应有足够的刚度，以提高其自振频率，避免或减小被测体振动时支架的受激自振。支架自激频率至少应为机被测体振动时支架的受激自振。支架自激频率至少应为机器旋转速度的器旋转速度的1010倍。支架分为永久性、非永久性和临时性倍。支架分为永久性、非永久性和临时性三种。永久性固定支架用于油介质密封的被测系统。非永三种。永久性固定支架用于油介质密封的被测系统。非永久性固定支架用于一般位移振动测量，为便于调整间隙，久性固定支架用于一般位移振动测量，为便于调整间隙，常设计为可调式，一旦调试完毕，常用螺钉锁紧。临时性常设计为可调式，一旦调试完毕，常用螺钉锁紧。临时性固定一般用于实验室或简单现

33、场测试。支架支承的传感器固定一般用于实验室或简单现场测试。支架支承的传感器位置应与被测体的表面相垂直。位置应与被测体的表面相垂直。3.3.安装步骤安装步骤(l)(l)探头插入安装孔之前，应保证孔内无外物，探头能探头插入安装孔之前，应保证孔内无外物，探头能自由转动不会与导线缠绕。自由转动不会与导线缠绕。(2)(2)为避免擦伤探头端部或监视表面，可用非金属测隙为避免擦伤探头端部或监视表面，可用非金属测隙规整定探头的间隙。规整定探头的间隙。(3)(3)也可采用电气方法整定探头间隙。也可采用电气方法整定探头间隙。 当探头间隙调整合适时，旋紧防松螺母。探头被固定后，当探头间隙调整合适时，旋紧防松螺母。探

34、头被固定后，探头的导线亦需牢固，以免由于油流、空气流或各种异常的探头的导线亦需牢固，以免由于油流、空气流或各种异常的应力引起的疲劳损坏。应力引起的疲劳损坏。 延长电缆的长度应与前置器所需的长度一致，任意地加延长电缆的长度应与前置器所需的长度一致，任意地加长或缩短均将导致测量误差。长或缩短均将导致测量误差。 前置器应置于铸铝的盒子内，以免机械损坏及污染。不前置器应置于铸铝的盒子内，以免机械损坏及污染。不允许盒上附有多余的电缆。在不改变探头到前置器的电缆长允许盒上附有多余的电缆。在不改变探头到前置器的电缆长度的情况下，允许在同一个盒内装有多个前置器，以降低安度的情况下，允许在同一个盒内装有多个前置

35、器，以降低安装成本，简化从前置器到监视器的电缆分布。装成本，简化从前置器到监视器的电缆分布。 采用适当的隔离和屏蔽接地，将信号所受的干扰降到最采用适当的隔离和屏蔽接地，将信号所受的干扰降到最低限度。延长电缆的屏蔽层只连到前置器外壳。每一种现场低限度。延长电缆的屏蔽层只连到前置器外壳。每一种现场引接电缆的屏蔽层只允许一端接地。在同一框架内接到监视引接电缆的屏蔽层只允许一端接地。在同一框架内接到监视器的所有现场导线的屏蔽应接在同一接地点，以免形成接地器的所有现场导线的屏蔽应接在同一接地点，以免形成接地回路。回路。 ( (五五) )电涡流式传感器的标定电涡流式传感器的标定 1.1.静态标定静态标定它

36、可以测量传感器的电压它可以测量传感器的电压- -位移曲线，位移曲线，并可确定传感器的输出灵敏度和线性范并可确定传感器的输出灵敏度和线性范围。围。将传感器插入连接测微仪将传感器插入连接测微仪1 1与支架与支架3 3中，并将测微仪置零位；将传感器轻中，并将测微仪置零位；将传感器轻抵在静标定模拟试件抵在静标定模拟试件2 2上并用支架固定好；上并用支架固定好；以每次以每次10m10m量程增加间隙，直至读到量程增加间隙，直至读到满量程为止，记录每次的输出电压；满量程为止，记录每次的输出电压；根据所测结果，绘出静态特性曲线，并根据所测结果，绘出静态特性曲线，并与出厂规定曲线进行比较，在线性范围、与出厂规定

37、曲线进行比较，在线性范围、灵敏度不符合要求时，应进行电路调整；灵敏度不符合要求时，应进行电路调整；若标定不同的材料，应更换模拟被测若标定不同的材料，应更换模拟被测体。体。2.2.动态标定动态标定它是在静态标定的基础上，检查显示传感器输出信号的表头指示是它是在静态标定的基础上，检查显示传感器输出信号的表头指示是否正确。将千分表插入摆臂中，并调节指示值至中点。转动振动否正确。将千分表插入摆臂中，并调节指示值至中点。转动振动板，调整摆臂达到所要求的振动值板，调整摆臂达到所要求的振动值( (等于监视仪表满量程等于监视仪表满量程) )，然后锁紧，然后锁紧摆臂。把传感器插入摆臂，使其间隙位于线性区中点。将

38、摆臂移摆臂。把传感器插入摆臂，使其间隙位于线性区中点。将摆臂移动到所要标定的位置，启动电动机，若监视仪表显示的峰峰值与千分动到所要标定的位置，启动电动机，若监视仪表显示的峰峰值与千分表摆动值相同，则认为标定正确；若不相同则应以千分表指示值为准，表摆动值相同，则认为标定正确；若不相同则应以千分表指示值为准，调整监视仪的刻度系数。调整监视仪的刻度系数。二、磁电式速度传感器二、磁电式速度传感器 机组振动测量常用的磁电式速度传感器及压电式加速度传感器均机组振动测量常用的磁电式速度传感器及压电式加速度传感器均属于发电型接触式振动传感器，从力学角度而言，都是根据惯性原理属于发电型接触式振动传感器，从力学角

39、度而言，都是根据惯性原理工作的，故又称为惯性传感器。工作的，故又称为惯性传感器。 惯性式速度传感器适用于测量轴承座、机壳及基础的一般频带内惯性式速度传感器适用于测量轴承座、机壳及基础的一般频带内的振动速度和振动位移的振动速度和振动位移(经积分后经积分后)。其频带大约从。其频带大约从5500Hz(即即30030000r/min)。测量更低的频率时，要求采用具有摆式结构的速度。测量更低的频率时，要求采用具有摆式结构的速度传感器。传感器。1.磁电式速度传感器的工作原理磁电式速度传感器的工作原理磁电式速度传感器按活动部件不同可分为动圈式和动钢磁电式速度传感器按活动部件不同可分为动圈式和动钢式式，按力学

40、原理又可分为惯性式和直接式。它是利用电按力学原理又可分为惯性式和直接式。它是利用电磁感应原理磁感应原理，将运动速度转换成线圈中的感应电势予以将运动速度转换成线圈中的感应电势予以输出输出。 质量块质量块m m通过弹簧通过弹簧2 2和阻尼器和阻尼器3 3装在传感器的基础上装在传感器的基础上，振振动时传感器的基座随外界被测体一起振动动时传感器的基座随外界被测体一起振动，质量块质量块m m与基与基座之间将产生相对运动。座之间将产生相对运动。假设系统只有一个自由度假设系统只有一个自由度，并具有线性弹性和阻尼特并具有线性弹性和阻尼特性。设性。设 为振动物体的绝对位移为振动物体的绝对位移， 为质量块的绝对位

41、为质量块的绝对位移移，则质量块与振动物体之间的相对位移为则质量块与振动物体之间的相对位移为 ：0 xmxtx0 xxxmt maFmaxcxktt)( 为振动物体的质量、阻尼和弹性系数；为振动物体的质量、阻尼和弹性系数； 质量块质量块的绝对加速度。且的绝对加速度。且kcm与、a0 xxxatm )()(0022xxkxxdtdcdtxdmmmm以微分算子以微分算子 代入，得代入，得dtds 02)()(xkscxkscsmm它描述了振动体的绝对位移它描述了振动体的绝对位移 与质量块与质量块 的绝对位移的绝对位移 之间的关之间的关系，求其传递函数，有系，求其传递函数，有0 xmmxkscsmks

42、csxsxsGm20)()()(200220012)(sssxxxsGmmkc 2/mk /0js 式中式中 为阻尼比，为阻尼比， 为振动系统的固有频率。为振动系统的固有频率。当振动物体当振动物体作简谐振动时，即输入信号为正弦波时，以作简谐振动时，即输入信号为正弦波时，以 代入即可得频率响应函数为代入即可得频率响应函数为BjjxxxjGm202020001)(2)(1)()()(200220012)(sssxxxsGm其中，其中， 为幅值（振幅比）。为幅值（振幅比）。B2022020000)(2)(1 )(xxxxxBmt200)(1)(2arctg0222221B212arctg令频率比，令

43、频率比， 得得可见，振幅比可见，振幅比 和相角和相角 均是频率比和阻尼比的函数。均是频率比和阻尼比的函数。当振动物体的频率当振动物体的频率 等于等于传感器的固有频率传感器的固有频率 时，系统出时，系统出现共振，这时有现共振，这时有B021B即系统出现共振时，相位超前即系统出现共振时，相位超前9090，振幅比，振幅比 只与阻尼只与阻尼比比 有关，阻尼越小，振幅比越大。有关，阻尼越小，振幅比越大。B 当振动物体的频率比传感器的固有频率高得多时当振动物体的频率比传感器的固有频率高得多时， 质量质量m m（常称地震质量常称地震质量）与振动物体之间的相对位与振动物体之间的相对位移移 接近于振动物体的绝对

44、位移接近于振动物体的绝对位移 ，即。即。 tx0 x10 xxt9010 系统处于这种情况下系统处于这种情况下，传感器的质量块可以传感器的质量块可以看作是静止的看作是静止的，即相当于一个静止的基准即相当于一个静止的基准，惯性惯性式传感器正基于此原理来测量振动。式传感器正基于此原理来测量振动。 从上述讨论中得知从上述讨论中得知，惯性传感器作为位移计惯性传感器作为位移计使用的条件是系统频率使用的条件是系统频率 必须远远大于其固有频必须远远大于其固有频率率 ，否则将产生误差否则将产生误差- -线性失真。实际制作时线性失真。实际制作时为了扩大仪器的使用频率范围为了扩大仪器的使用频率范围，常将其质量元件

45、常将其质量元件做得相对大一些做得相对大一些，以降低其固有频率以降低其固有频率 。00传感的磁钢与壳体固定在一起。芯轴穿过磁钢的中心孔传感的磁钢与壳体固定在一起。芯轴穿过磁钢的中心孔，并由左右两片柔软的圆形弹簧片支承在壳体上。芯轴的并由左右两片柔软的圆形弹簧片支承在壳体上。芯轴的一端固定着一个线圈一端固定着一个线圈；另一端固定一个圆筒形铜杯另一端固定一个圆筒形铜杯（阻阻尼杯尼杯）。这种结构形成的传感器。这种结构形成的传感器，其惯性元件其惯性元件（质量质量m m）是线圈组件、阻尼杯和芯轴。当振动频率远远高于传感是线圈组件、阻尼杯和芯轴。当振动频率远远高于传感器的固有频率时器的固有频率时，线圈接近静

46、止不动线圈接近静止不动，而磁钢则随振动而磁钢则随振动体一起振动。因此体一起振动。因此，线圈与磁钢之间产生相对运动线圈与磁钢之间产生相对运动，其其相对运动的速度等于振动物体的振动速度。相对运动的速度等于振动物体的振动速度。 线圈以相对线圈以相对速度切割磁力线速度切割磁力线，传感器就有正比于振动速度的电动势传感器就有正比于振动速度的电动势输出输出，所以这类传感器也称为速度式传感器。线圈的感所以这类传感器也称为速度式传感器。线圈的感应电动势应电动势 为为edtdxLBe 磁场气隙中的磁感应强度磁场气隙中的磁感应强度，T；线圈导线总长度线圈导线总长度，m；线圈和磁铁间的相对直线运动的速度线圈和磁铁间的

47、相对直线运动的速度，m/s。阻尼杯常用紫铜或铝制成阻尼杯常用紫铜或铝制成，既作为线圈的支架既作为线圈的支架，又利用它在磁场又利用它在磁场运动时产生的涡流运动时产生的涡流，起阻尼器的作用。阻尼杯的设计应使其可提供起阻尼器的作用。阻尼杯的设计应使其可提供 =0.7的阻尼效果的阻尼效果，以便扩展频率使用范围。但是以便扩展频率使用范围。但是，涡流将使传感器涡流将使传感器在高频时灵敏度下降在高频时灵敏度下降，故应采取补偿措施。故应采取补偿措施。由于传感器线圈的感应电势由于传感器线圈的感应电势 与振动速度成正比，所以又称它与振动速度成正比，所以又称它为为速度传感器速度传感器。因为其振动的相对速度是相对于空

48、间某一静止物体。因为其振动的相对速度是相对于空间某一静止物体而言，故又称它为绝对式速度振动传感器，或又称为地震式速度传而言，故又称它为绝对式速度振动传感器，或又称为地震式速度传感器。感器。 因为电磁式振动传感器的感应电动势因为电磁式振动传感器的感应电动势 与振动速度成正比与振动速度成正比，所所以传感器可以作为振动速度计使用。若对此电动势以传感器可以作为振动速度计使用。若对此电动势 进行积分进行积分，则则可用它测量位移可用它测量位移；若对其进行微分若对其进行微分，则可测量加速度。则可测量加速度。BLdtdxee 相对式速度振动传感器和绝对式速度振动相对式速度振动传感器和绝对式速度振动传感器的工作

49、原理基本相同，不同的是工作线传感器的工作原理基本相同，不同的是工作线圈采用较硬的弹簧片和壳体固定。与工作线圈圈采用较硬的弹簧片和壳体固定。与工作线圈直接相连的拾振杆伸出传感器外壳，测量振动直接相连的拾振杆伸出传感器外壳，测量振动时，将拾振杆直接压到振动物体上，传感器外时，将拾振杆直接压到振动物体上，传感器外壳固定到支架上。测量的振动是表示支架相对壳固定到支架上。测量的振动是表示支架相对于物体的振动，所以称它为相对式速度振动传于物体的振动，所以称它为相对式速度振动传感器。感器。双向拾振器结构图双向拾振器结构图1-1-外外壳壳；2 2、11-11-导磁体导磁体；3 3、12-12-磁钢磁钢；4-4

50、-线线圈圈；5-5-阻尼线圈架阻尼线圈架；6-6-灵敏度调节电阻灵敏度调节电阻；7 7、16-16-弹簧片弹簧片；8-8-上盖上盖；9-9-接地螺钉接地螺钉；10-10-引线引线端子端子；13-13-侧盖侧盖；14-14-侧盖螺钉侧盖螺钉；15-15-安装固定安装固定脚脚；17-17-活动系统心杆活动系统心杆；18-18-配重体配重体；19-19-下盖下盖双向拾振器在水平双向拾振器在水平方向和铅直方向各方向和铅直方向各有一个测振结构有一个测振结构 压电式加速度传感器压电式加速度传感器 利用某些晶体材料利用某些晶体材料( (如石英、陶瓷和酒石酸钾钠等如石英、陶瓷和酒石酸钾钠等) )的压电的压电特

51、性，当有外力作用在这些材料上时便产生电荷而制成加速度特性，当有外力作用在这些材料上时便产生电荷而制成加速度传感器。这种传感器比较适合于轻型高速旋转机械的轴承座及传感器。这种传感器比较适合于轻型高速旋转机械的轴承座及壳体振动的加速度测量。此外，对于监测滚动轴承及气流脉冲壳体振动的加速度测量。此外，对于监测滚动轴承及气流脉冲等引起的高频机械噪声，也推荐使用加速度传感器测量。等引起的高频机械噪声，也推荐使用加速度传感器测量。一般说来，在旋转机械中，振动频率越高，其相应的振动位移一般说来，在旋转机械中，振动频率越高，其相应的振动位移的幅值也越小，而其振动加速度幅值仍有一定的量级，此时用的幅值也越小，而

52、其振动加速度幅值仍有一定的量级，此时用速度传感器或涡流位移传感器，显得灵敏度不够，但加速度传速度传感器或涡流位移传感器，显得灵敏度不够，但加速度传感器就比较能适应在这种情况下的测量。由于加速度作用，使感器就比较能适应在这种情况下的测量。由于加速度作用，使得压电晶体受到压力或张力，产生与加速度成正比的电荷，经得压电晶体受到压力或张力，产生与加速度成正比的电荷，经积分放大器将电荷转换成电压。目前在现场振动测量中一般均积分放大器将电荷转换成电压。目前在现场振动测量中一般均采用人工烧结合成的多晶体压电材料，又称为压电陶瓷。这类采用人工烧结合成的多晶体压电材料，又称为压电陶瓷。这类材料必须在一定的温度下

53、进行高压极化处理后才具有压电效应，材料必须在一定的温度下进行高压极化处理后才具有压电效应，其性能可以通过制造时改变其组成成分或极化条件来控制，以其性能可以通过制造时改变其组成成分或极化条件来控制，以获得很大的压电模数和介电常数，较高的机械性能和安全温度。获得很大的压电模数和介电常数，较高的机械性能和安全温度。 晶体压电效应的强弱采用压电系数晶体压电效应的强弱采用压电系数d d来衡量，它表示来衡量，它表示压电晶体承受机械力作用时所产生的电量压电晶体承受机械力作用时所产生的电量Q Q与所加机械力与所加机械力F F的比值，的比值，FQd AfAa2224振动传感器的选择振动传感器的选择 目前较先进的

54、振动测量系统分别配有电目前较先进的振动测量系统分别配有电涡流式传感器、磁电式速度传感器和压电式涡流式传感器、磁电式速度传感器和压电式加速度传感器。加速度传感器。 合理地选择传感器主要考虑两个方面：合理地选择传感器主要考虑两个方面：一是一是传感器性能传感器性能，二是，二是被测对象的条件和要被测对象的条件和要求求，只有两者很好地结合，才能获得最佳效，只有两者很好地结合，才能获得最佳效果。果。3.2 旋转机械状态参数的测量旋转机械状态参数的测量 为了保证机组安全启停和正常运行，对旋转为了保证机组安全启停和正常运行，对旋转机械的状态参数必须严格监视，如对轴向位移，机械的状态参数必须严格监视，如对轴向位

55、移，相对膨胀差、缸体绝对膨胀、振动、偏心和转速相对膨胀差、缸体绝对膨胀、振动、偏心和转速等状态参数进行测量和监视。当被监测的主要参等状态参数进行测量和监视。当被监测的主要参数超过规定值时发出报警信号，在超过极限值时数超过规定值时发出报警信号，在超过极限值时触发保护装置动作，迫使停机，以避免机毁人亡触发保护装置动作，迫使停机，以避免机毁人亡的重大事故发生。的重大事故发生。如图如图3-16所示为某所示为某600MW汽轮机组状态参数测点布置图。汽轮机组状态参数测点布置图。该机组需要监测的状态参数多达该机组需要监测的状态参数多达38个测点，大部分采用个测点，大部分采用电涡流原理进行测量电涡流原理进行测

56、量.包括轴向位移包括轴向位移4个测点个测点(2730)，差胀，差胀2个测点个测点(24、35)，缸胀，缸胀2个测点个测点(19、20)，偏心，偏心1个测点个测点(22)，键相键相1个测点个测点(21)，零转速，零转速1个测点个测点(23)，振动，振动27个测点。其中轴振动用个测点。其中轴振动用18个电涡流式传感器测个电涡流式传感器测9道道轴承的轴承的X方向和方向和Y方向的轴振，用方向的轴振，用9个磁电式速度传感器测量个磁电式速度传感器测量9道轴承道轴承(瓦瓦)的振动。的振动。一、轴向位移测量一、轴向位移测量（一）产生轴向推力的原因（一）产生轴向推力的原因(1)(1)蒸汽进出各动叶片时的速度沿轴

57、向分速度所产生的轴向蒸汽进出各动叶片时的速度沿轴向分速度所产生的轴向推力。推力。(2)(2)转子上各叶轮、动叶片及转鼓阶梯上前后的压力差所产转子上各叶轮、动叶片及转鼓阶梯上前后的压力差所产生的轴向推力。生的轴向推力。(3)(3)由于转子的挠度不同而产生的转子重力沿轴向的分力。由于转子的挠度不同而产生的转子重力沿轴向的分力。1.引起转子轴向推力增大的原因引起转子轴向推力增大的原因(1)(1)轴向推力随机组流量的增加而增大。这是因为当流量增轴向推力随机组流量的增加而增大。这是因为当流量增加时，压力级前后压差增大，汽轮机超负荷运行时，蒸汽加时，压力级前后压差增大，汽轮机超负荷运行时，蒸汽流量增加，轴

58、向推力就增大。流量增加，轴向推力就增大。(2)(2)汽轮机发生水击时，即含有大量水分的蒸汽进入汽轮汽轮机发生水击时，即含有大量水分的蒸汽进入汽轮机，造成汽轮机叶片的汽蚀，损坏动叶和静叶，这是不允机，造成汽轮机叶片的汽蚀，损坏动叶和静叶，这是不允许发生的工况。水珠冲击叶片时，使轴向推力增大。由于许发生的工况。水珠冲击叶片时，使轴向推力增大。由于水珠在汽轮机内流动速度较慢，堵塞蒸汽通路，在叶轮前水珠在汽轮机内流动速度较慢，堵塞蒸汽通路，在叶轮前后造成很大的压力差，使轴向推力增大。后造成很大的压力差，使轴向推力增大。(3)(3)蒸汽品质不良，含有较多盐分时，会在动叶片结垢，蒸汽品质不良，含有较多盐分

59、时，会在动叶片结垢，结垢使蒸汽流通面积缩小，使叶片和叶轮前后压差增大，结垢使蒸汽流通面积缩小，使叶片和叶轮前后压差增大，使轴向推力变大。使轴向推力变大。(4)(4)真空下降，使理想焓降下降，动叶中焓降所占比重增真空下降，使理想焓降下降，动叶中焓降所占比重增加，使轴向推力增大。加，使轴向推力增大。(5)(5)新蒸汽温度急剧下降，转子温度也跟着降低，由于转新蒸汽温度急剧下降，转子温度也跟着降低，由于转子的收缩量大于汽缸的收缩量，使推力轴承的负荷增加。子的收缩量大于汽缸的收缩量，使推力轴承的负荷增加。 冲动式汽轮机的轴向推力全部由推力轴承来承担，冲动式汽轮机的轴向推力全部由推力轴承来承担，反动式汽轮

60、机的轴向推力的大部分或全部由平衡盘来抵反动式汽轮机的轴向推力的大部分或全部由平衡盘来抵消，其余的轴向推力由推力轴承来承担。推力轴承承担消，其余的轴向推力由推力轴承来承担。推力轴承承担了转子的轴向推力，并保持转子和汽缸的相对轴向位置，了转子的轴向推力，并保持转子和汽缸的相对轴向位置，保证了机组的稳定工作。保证了机组的稳定工作。 汽轮机在正常运行时，整个转子上的轴向推力指向汽轮机在正常运行时，整个转子上的轴向推力指向发电机侧，推力盘靠向推力轴承的工作推力瓦块。在某发电机侧，推力盘靠向推力轴承的工作推力瓦块。在某些特殊情况下，轴向推力会指向汽轮机侧，这时推力盘些特殊情况下，轴向推力会指向汽轮机侧，这