旋轉(zhuǎn)機械軸系保護研究,旋轉(zhuǎn),機械,保護,維護,研究,鉆研 西安文理學院機械電子工程系 本科畢業(yè)設計（論文） 題 目 旋轉(zhuǎn)機械軸系保護研究 專業(yè)班級 機械設計制造及其自動化（2）班 學 號 08102080218 學生姓名 王利卓 指導教師 武善業(yè) 設計所在單位 西安文理學院 2012 年 5 月 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文）任務書 題 目 旋轉(zhuǎn)機械軸系保護研究 學生姓名 王利卓 學 號 08102080218 專業(yè)班級 機 械 設 計 制 造 及 其 自 動 化 08 機 電 (2)班 指導教師 武善業(yè) 職 稱 教授級高工 教 研 室 機械 畢業(yè)設計（論文）任務與要求 任務：旋轉(zhuǎn)機械軸系保護主要由以下幾部分組成：(1)軸振動監(jiān)測保護（2）軸位移監(jiān)測保護 （3）轉(zhuǎn)速監(jiān)測保護（4）軸溫度監(jiān)測保護。本設計在系統(tǒng)總結(jié)旋轉(zhuǎn)機械軸系保護的類型、作 用及系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，通過社會調(diào)查和工程實踐，將理論與實踐相結(jié)合，掌握保護裝置的 使用方法，提出自己的見解。 要求：1、收集并整理關(guān)于旋轉(zhuǎn)機械軸系保護的相關(guān)資料，學習相關(guān)理論； 2、確定研究內(nèi)容，并對各部分進行總結(jié)； 3、完成相關(guān)圖文表達，撰寫畢業(yè)論文。 畢業(yè)設計（論文）工作進程 起止時間 工作內(nèi)容 2012.1.102012.3.02 2012.3.032012.3.17 2012.3.182012.4.01 2012.4.022012.4.23 2012.4.242012.5.06 2012.5.072011.5.11 2012.5.142012.5.18 查（借）閱資料，學習旋轉(zhuǎn)機械軸系保護的基礎(chǔ)理論和知識，了解 旋轉(zhuǎn)機械軸系保護的重要性，撰寫開題報告； 了解軸系保護主流廠家的產(chǎn)品型號與市場應用情況； 對軸振動、位移、轉(zhuǎn)速、溫度監(jiān)測保護的作用及系統(tǒng)構(gòu)成進行研究； 在自動化中心實驗室進行軸系保護的實驗； 對前期理論與實踐進行系統(tǒng)總結(jié)，撰寫畢業(yè)論文； 論文定稿； 答辯。 開始日期 2012-1-10 完成日期 2012-5-11 教研室主任（簽字） 系主任（簽字） 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文）開題報告 題 目 旋轉(zhuǎn)機械軸系保護研究 學生姓名 王利卓 學 號 08102080218 專 業(yè) 機械設計制造及 其自動化 指導教師 武善業(yè) 開題時間 2012.3.4 班 級 08 機電（2）班 一、 選題目的和意義 機械設備中大部分都是旋轉(zhuǎn)機械，它覆蓋著動力、電力、化工、冶金、機械制造等重 要工程領(lǐng)域，是工廠的關(guān)鍵設備。其工況狀態(tài)不僅影響該機械設備正常運行，而且還會對后 續(xù)生產(chǎn)造成損失，甚至導致機毀人亡事故。此時就需要對旋轉(zhuǎn)機械設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測， 其監(jiān)測結(jié)果能反應出機組的運行狀態(tài)。在設備運行中出現(xiàn)異常信號時，盡早地采取保護措施， 避免事故的發(fā)生。 本設計對旋轉(zhuǎn)機械軸系保護的類型、作用及系統(tǒng)構(gòu)成進行系統(tǒng)總結(jié)，通過社會調(diào)查和 工程實踐，掌握保護裝置的使用方法。通過本次畢業(yè)設計，綜合運用所學知識，對軸系保護 進行系統(tǒng)的總結(jié)。 二、 本課題在國內(nèi)外的研究狀況及發(fā)展趨勢 在國內(nèi)，工業(yè)部門中開展狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)研究的工作起步于1986年,80年代中后期以來,我 國開始研究旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測技術(shù),無論在理論研究、測試技術(shù)和儀器研制方面, 都取得了成 果, 并開發(fā)出相應的旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。現(xiàn)在國產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護系統(tǒng)主要有5000 系列和8000系列。5000系列采用電感式測量原理測量軸位移和絕對振動，采用磁阻脈沖傳感 器側(cè)轉(zhuǎn)速。8000系列采用電渦流式測量原理測量軸位移和轉(zhuǎn)速，采用雙探頭電渦流式傳感器 可測量軸的絕對振動、相對振動或軸承座的絕對振動。 在國外，機械設備的狀態(tài)監(jiān)測研究起步較早，因此監(jiān)測保護技術(shù)比國內(nèi)較為先進。目 前，在風機的旋轉(zhuǎn)機械軸系監(jiān)測保護中較為常用的有美國本特利公司7200系列、3300系列、 3500系列和西德飛利浦公司RMS700系列旋轉(zhuǎn)機械監(jiān)測保護系統(tǒng)等。其中，美國本特利公司 3300系列使用雙通道電渦流式軸向位移監(jiān)測器，邏輯“或”報警，邏輯“與”停機，采用電 渦流式傳感器和速度傳感器組合成的雙探頭徑向振動傳感器監(jiān)測軸的絕對振動、相對振動和 軸承座的相對振動。它具有參數(shù)顯示功能、狀態(tài)顯示與開關(guān)量輸出功能、參數(shù)設定功能、緩 沖輸入功能、可編程選擇記錄驅(qū)動信號類型、報警功能等。3500系列保留了3300系列的有優(yōu) 點，還降低了使用時的安裝和維修費用，改進利系統(tǒng)的整體性，加強信息運行，進行遠距離 的數(shù)據(jù)通信。 隨著社會的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機械軸系保護研究也會不斷發(fā)展。旋轉(zhuǎn)機械狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)趨向 由離線定期監(jiān)測方式、在線檢測離線分析監(jiān)測方式，發(fā)展為自動在線監(jiān)測方式。對于旋轉(zhuǎn)機 械，它的工作環(huán)境一般較差，因此監(jiān)測保護系統(tǒng)應能更好地適應惡劣的工作環(huán)境，監(jiān)測信號 是隨機的變量，需要監(jiān)測保護系統(tǒng)具有更好的快速響應能力，使機器更加可靠安全運行。由 于機組不斷增大和對選裝機械軸的要求不斷提高，要求監(jiān)測保護系統(tǒng)應更全面、更精確監(jiān)測 旋轉(zhuǎn)機械軸系的各個參數(shù)。檢測保護系統(tǒng)還應更加方便使用，使用戶易于操作。 三、 主要研究內(nèi)容 1.學習旋轉(zhuǎn)機械軸系保護的基礎(chǔ)理論和知識，了解旋轉(zhuǎn)機械軸系保護的的重要性，了 解軸系保護主流廠家的產(chǎn)品型號及其應用情況； 2.研究軸振動監(jiān)測保護、軸位移監(jiān)測保護、轉(zhuǎn)速監(jiān)測保護、軸溫度監(jiān)測保護，總結(jié)旋 轉(zhuǎn)機械軸系保護的類型、作用及系統(tǒng)構(gòu)成； 3.完成軸系保護的實驗，掌握保護裝置的使用方法； 4.系統(tǒng)分析總結(jié)本次畢業(yè)設計，完成畢業(yè)設計論文。 指導教師意見及建議： 研究方向正確，研究內(nèi)容比較全面。同意開題。 建議重點研究軸系保護中最重要的內(nèi)容軸振動和軸位移監(jiān)測 保護系統(tǒng)在實際中的應用。 簽字： 2012 年 3 月 7 日 教研室審核意見： 簽字： 年 月 日 注：此表前三項由學生填寫后，交指導教師簽署意見，經(jīng)教研室審批后，才能開題。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文）中期檢查表 題 目 旋轉(zhuǎn)機械軸系保護研究 學生姓名 王利卓 學 號 08102080218 專業(yè)名稱 機 械 設 計 制 造 及其 自 動 化 指導教師 武善業(yè) 檢查時間 2012/4/6 班 級 08 機 電 (2)班 畢 業(yè) 設 計（論文） 進 展 情 況 通過學習旋轉(zhuǎn)機械軸系保護的基礎(chǔ)理論知識及相關(guān)資料 ，現(xiàn)已完成以下任 務： 1、了解旋轉(zhuǎn)機械軸系保護的的重要性以及以及研究的主要內(nèi)容； 2、了解旋轉(zhuǎn)機軸系保護主流廠家的產(chǎn)品型號與市場應用情況； 3、對旋轉(zhuǎn)機械軸系保護主要組成部分：軸振動監(jiān)測保護、軸位移監(jiān)測保護、 轉(zhuǎn)速監(jiān)測保護、軸溫度監(jiān)測保護的作用、系統(tǒng)構(gòu)成及使用方法進行研究。 下一步畢業(yè)設計的內(nèi)容：在自動化中心實驗室完成軸系保護的實驗，完成相 關(guān)圖文表達、畢業(yè)論文。 指 導 教 師 意 見 能按畢業(yè)設計時間節(jié)點要求完成任務，完成情況好，請盡快安排時間到自動 化中心實驗室進行軸系保護的模擬實驗，以確保畢業(yè)論文的按期完成。 簽字： 年 月 日 教研室意見 簽字： 年 月 日 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文）指導教師評分表 學生姓名 王利卓 學 號 08102080218 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 08 機 電 (2)班 畢業(yè)設計（論文）題目 旋轉(zhuǎn)機械軸系保護研究 設計（論文）起止時間 2012 年 1 月 10 日至 2012 年 5 月 11 日 指導教師評語： （應從選題、收集資料與運用、論點、論述依據(jù)、結(jié)論、論證方法、寫作規(guī)范 以及日常表現(xiàn)等方面對論文進行評述。 ） 建議成績： 指導教師簽名： 年 月 日 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文）評閱教師評分表 學生姓名 王利卓 學 號 08102080218 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 08 機 電 (2)班 畢業(yè)設計（論文）題目 旋轉(zhuǎn)機械軸系保護研究 設計（論文）起止時間 2012 年 1 月 10 日至 2012 年 5 月 11 日 評閱教師評語： （應從選題、寫作規(guī)范、問題論證或說明效果等方面對論文進行評述） 建議成績： 評閱教師簽名： 年 月 日 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文）答辯記錄 學生姓名 王利卓 學 號 08102080218 專業(yè)名稱 機械設計制造及其 自動化 答辯時間 年 月 日 答辯地點 指導教師 武善業(yè)/張雪妮 題 目 旋轉(zhuǎn)機械軸系保護研究 姓 名 職 稱 姓 名 職 稱 答辯小組 成 員 提問及回答情況記錄： 記錄人簽字： 年 月 日 答辯成績： 答辯小組組長簽名： 年 月 日 畢業(yè)論文成績 答辯委員會 認定成績 畢業(yè)論文等級 系（院）答辯委員會意見： 負責人簽名： 年 月 日 注：1、畢業(yè)論文成績=指導教師成績40% 評閱教師成績20% 答辯成績40%； 2、答辯委員會認定成績是根據(jù)該生畢業(yè)設計期間的表現(xiàn)及該專業(yè)整體論文情況的綜合評定成績。 3、論文等級分優(yōu)秀（90 分） 、良好（8089 分） 、中等（7079 分） 、及格（6069 分） 、 不及格（508mm 152mm 探頭中心線應與軸心線正交，探頭監(jiān)測的表面(正對探頭中心線的兩邊 1.5 倍 探頭直徑寬度的軸的整個圓周面，見圖 3.2)應無刻劃痕跡或其它任何不連續(xù)的表面 (如油孔或鍵槽等)，且在這個范圍內(nèi)不能有噴鍍金屬或電鍍，表面粗糙度應在 0.4m 0.8m 之間。 除非特別說明，通常將軸的徑向振動測量探頭安裝在傳感器的線性范圍中點， 對應的前置器輸出電壓為中點電壓(線性范圍中點間隙值和中點電壓值可以從校準 數(shù)據(jù)單或校準曲線中查到，一般電壓輸出傳感器線性中點電壓為-10V 左右，電流輸 出傳感器線性中點電流為 12mA)。特別是對于大軸承機器，其最大軸承間隙接近傳 感器線性工作范圍時(建議選用線性工作范圍更寬的傳感器)。但是對于臥式機器， 在機器啟動時，軸會抬高 0.25mm 左右，因而在停機時安裝垂直方向探頭，應將安 裝間隙(冷態(tài)間隙)調(diào)整到傳感器的線性范圍中點偏 0.25mm 左右，對應的前置器輸 出電壓可從校準數(shù)據(jù)單或校準曲線中查到。 3.5.2 振動探頭安裝步驟 電渦流式傳感器的探頭安裝結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3.3 所示。 1）檢查連接螺紋：安裝振動、位移探頭前首先需要檢查各處連接螺紋是否完 好，具體包括： （1）松開調(diào)節(jié)桿鎖緊螺母后，調(diào)節(jié)桿在安裝支架上伸縮靈活； 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 （2）探頭在調(diào)節(jié)桿上安裝螺紋正確，旋轉(zhuǎn)靈活； （3）安裝支架與安裝底板（一般為軸承箱壓蓋）連接螺紋正確，旋入深度符 合要求。 注意：第（3）項是最容易出現(xiàn)問題的地方，經(jīng)常是螺紋不對或加工深度不夠。 圖 3.3 探頭安裝結(jié)構(gòu)示意圖 2）檢查探頭好壞和極性：安裝探頭前需要檢查探頭的好壞與極性，以便后面 調(diào)整的正確。將探頭、延伸電纜和前置器連接（如圖 3.4 所示） 。 圖 3.4 探頭連接示意圖 連接好后，接通系統(tǒng)供電，用萬用表測量 VT 和 COM 端子之間應有-24V 左右 的直流電壓。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 18 頁 用萬用表測量 COM 和 OUT 端子，手持探頭逐漸向一個光滑的金屬表面靠近， 直到最終基本接觸，觀察電壓在整個移動過程中的變化。 一般來講，隨著探頭接近金屬表面的距離變小，電壓從-24 逐漸增大到接近 0V，說明整個檢測系統(tǒng)是完好的。 拆開探頭與延伸電纜之間的連接，進行下一步工作。 3）粗測調(diào)節(jié)位置：由于探頭與金屬表面之間的間隙在調(diào)整是無法觀察，此項 工作就是為了防止由于連接不好或個別器件問題，在調(diào)節(jié)時萬用表檢查電壓沒有變 化，一直將調(diào)節(jié)桿向內(nèi)旋，結(jié)果最終將探頭前端被擠碎。 具體方法為：不要安裝探頭，將安裝支架安裝在安裝底板上并緊固，用一根焊 條從調(diào)節(jié)桿內(nèi)孔插入一直到與被檢測對象接觸，記錄焊條長度?？紤]探頭安裝在調(diào) 節(jié)桿上后的長度 L，粗略計算出調(diào)節(jié)桿旋入的基本長度，并在調(diào)節(jié)桿上做好標記。 L 長度（如圖 3.5 所示） 。 L 圖 3.5 探頭長度示意圖 4）探頭與調(diào)節(jié)桿的固定：將探頭安裝于調(diào)節(jié)桿中并用兩個扳手緊固。 注意：（1）一定不要忘記安裝密封圈，否則可能導致漏油。 （2）探頭沒有緊固，將來會發(fā)出虛假信號。 5）安裝支架與安裝底板的連接：安裝支架之前，一定要將調(diào)節(jié)桿向外退出， 確保探頭與被測量面之間有 3 厘米以上的安全距離，否則在安裝支架的過程中有可 能損壞探頭。 將支架纏上生料帶，并擰進安裝底板孔中并緊固。 注意：支架沒有緊固，將來同樣可能發(fā)出虛假信號。 6）間隙的調(diào)整：用手或扳手輕輕旋入調(diào)節(jié)桿，在接近預測位置（粗測標記） 約 1 厘米左右，將延伸電纜、前置器連接好并送電。將萬用表兩個表筆壓在前置器 的 COM 和 VT 端子，看著萬用表調(diào)整調(diào)節(jié)桿，直到間隙電壓符合要求。 注意：調(diào)整時在接近標記的地方如果間隙電壓還沒有變化，一定不要用扳手強 行加力，可以改為用手輕輕擰一點，如果還是不行要將支架拆除做全面檢查。 7）調(diào)節(jié)桿的鎖定：在鎖定調(diào)節(jié)桿時探頭的間隙電壓會發(fā)生變化，所以第一次 鎖緊時有一定的力就可以了，然后再次調(diào)整探頭和鎖緊，有時需要幾個反復。 8）扣蓋，連線：鎖緊調(diào)節(jié)桿后，松開延伸電纜與探頭的連接頭，扣好支架上 蓋。最后連接探頭、延伸電纜、前置器（注意探頭引出線的接頭和延伸電纜的接頭 不要放到機殼上，要用絕緣膠布纏好） ，探頭安裝完成。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 19 頁 第四章 軸位移監(jiān)測保護 4.1 產(chǎn)生軸位移的原因 在正常工作狀態(tài)下，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子借助潤滑油膜緊貼于止推軸承工作面上， 瓦塊一般為平面結(jié)合單錐面或雙錐面形式，在起動和停車的低速過程中，利用平面 來承受載荷以減輕磨損。瓦塊背面鉸支點使瓦面上壓力分布不對稱，從而形成力矩 使瓦塊始終平行貼合于轉(zhuǎn)子推力盤上。 旋轉(zhuǎn)機械的動靜部分一般都有一定的間隙，在有軸向推力的作用時，轉(zhuǎn)子就會 產(chǎn)生軸向位移，是動靜部分之間的間隙減少甚至消失，這是不允許的。以風機為例， 造成軸位移異常增大的原因主要有以下幾個方面： 1）殘余不平衡力的影響：轉(zhuǎn)子葉輪前后靜壓差、氣動推力及聯(lián)軸器產(chǎn)生的軸 向推力，主要由平衡盤產(chǎn)生的反力抵消掉，其殘余不平衡力由止推軸承承擔，殘余 不平衡力發(fā)生變化，經(jīng)常表現(xiàn)出軸位移、止推軸承溫度或軸向振動等參量的變化； 2）密封泄漏量的影響：高壓氣體沿葉輪輪盤流向外緣，然后又沿輪蓋流向葉 輪吸入口。由于在擴壓器中壓力升高，回流器內(nèi)的氣體壓力高于輪盤背后的壓力， 因而產(chǎn)生一個由回流器向輪盤、再沿輪盤向外流動的泄漏。密封的損壞不但造成了 效率的下降，而且也使軸向載荷加大，造成軸位移增大； 3）止推軸承及潤滑狀況的影響。止推軸承常見故障有瓦塊卡澀、硬質(zhì)顆粒進 入及合金層磨損等，以及潤滑不量，都會不同程度地造成軸承瓦塊合金的磨損，使 軸位移的變化超出到正常范圍； 4）超負荷運行，使軸向推力增大； 5）由于煙、風道系統(tǒng)中氣流的壓力脈動與擾動而引起的軸向推力。 另外，其他因素如溫度變化、熱膨脹異常以及止推盤(或測位移圓盤)瓢偏等都 可能對軸位移變化產(chǎn)生不同程度的影響。 4.2 軸向位移的危害 當軸向推力過大時，推力軸承過載，使推力瓦塊燒毀或動靜部分發(fā)生碰擦，造 成設備的損壞。也會破壞油膜，使推力瓦塊烏金燒熔，造成轉(zhuǎn)子竄動。當軸向位移 超過動靜部分之間預留的間隙時，將會造成葉片折斷、大軸彎曲、隔板和葉輪碎裂 等惡性事故。因此對機組進行軸向位移監(jiān)測保護非常必要。 4.3 軸向位移監(jiān)測保護措施 機組軸位移過大時，不僅會影響機組的經(jīng)濟性，而且會直接危害機組的安全運 行。一般在機組上裝設軸向位移監(jiān)測保護裝置，當機組正常工作時顯示軸的位移量； 當軸向位移超過一定限值時，發(fā)出報警信號，提醒工作人員嚴格監(jiān)視機組狀態(tài)，采 取處理措施；當軸向位移達到“危險”限值時，發(fā)出脈沖信號驅(qū)動保護控制電路實 現(xiàn)緊急停機，保護機組安全。 4.3.1 軸向位移的測量 測量軸的軸向位移時，測量面應該與軸是一個整體，這個測量面是以探頭中心 線為中心，寬度為 1.5 倍（如圖 4.1 所示）探頭頭部直徑的圓環(huán)(在停機時，探頭只 對正了這個圓環(huán)一部分，機器啟動后，整個圓環(huán)都會成為被測面)，整個被測面應 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 20 頁 該滿足第二章中對被測體尺寸與材料的要求。 探頭安裝位置距離止推法蘭盤不應超過 305mm(API670 標準推薦值)，否則測 得的結(jié)果不僅包括軸向位置的變化，而且包括脹差在內(nèi)的變化，不能真實地反映軸 向位移量。 圖 4.1 軸向位移測量 通常采用兩套傳感器對推力軸承端同時進行監(jiān)測，這樣即使有一套傳感器損壞 失效，也可以通過另一套傳感器有效地對軸的軸向位移進行監(jiān)測。這兩個探頭可以 設置在軸的同一個端面，也可以是兩個不同端面進行監(jiān)測，但這兩個端面應在止推 法蘭盤 305mm 以內(nèi)；安裝方向可以相同，也可以不同。一般將這兩套傳感器的測量 結(jié)果通過“與”的邏輯關(guān)系控制機器，安裝方向不同時，其邏輯關(guān)系要先“非”再 “與”。 在停機時安裝傳感器探頭，由于軸通常都會移向工作推力的反方向，因而探頭 的安裝間隙應該偏大，原則是保證：當機器啟動后，軸處于其軸向竄動量的中心位 置時，傳感器應工作在其線性工作范圍的中點。 4.3.2 常用位移監(jiān)測器 用于軸向位移監(jiān)測的監(jiān)測器有 3500/40M 位移監(jiān)測器和 3500/42M 位移/速度加 速度監(jiān)測器, 3500/40M 位移監(jiān)測器可以接受本特利內(nèi)達華位移傳感器的輸入，而 3500/42M 位移 /速度加速度監(jiān)測器可以接受來自位移、速度、加速度、傳感器的信 號，功能比 3500/40M 更強一些，應用比較多。 3500/42M 監(jiān)測器已在第三章振動監(jiān)測保護中介紹，在監(jiān)測軸向位移時，情況 與振動監(jiān)測相似。 4.4 位移探頭的安裝 軸位移探頭一般都已止推間隙的中間位置作為位移測量的基準零點(如圖 4.2)， 但是機械一般很難將止推盤推到中間位置，故圖 4.2 的狀態(tài)只是理想狀態(tài)，實際中 達不到，下面我們以止推盤靠到主推力面上來計算間隙電壓。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁 圖 4.2 推力結(jié)構(gòu)示意圖 1）測量止推間隙 b 的值，并做記錄； 注：至少測量 23 次。 2）查看隨機文件（如附錄一）中提供的軸位移報警和停機值，并做好記錄； 報警值：A 停機值：B 3）將推力盤與主推面靠死(如圖 4.3)； 圖 4.3 推力盤與主推面靠死示意圖 4）計算間隙電壓或電流；我們所用的探頭在測量范圍內(nèi)直線位移與間隙電壓 的關(guān)系為 1mm/7.87V。 （1）假定實際結(jié)構(gòu)如圖 4.3 所示，推力盤靠死主推面是向遠離探頭的方向移 動，間隙 b 實測為 0.4，探頭零點電壓為-10V（零點電壓隨著探頭的型號不同有差 異，詳見表 2.1），主推間隙中點為零點，那么目前顯示的位移量應當是-b/2（假定 遠離為負），所對應的間隙電壓應當是： -b/27.87-10（9.75）= -0.27.87-10= -11.574V （2）假定推力盤靠死主推面是向靠近探頭的方向移動，其它條件不變，則間 隙電壓應當是： 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 22 頁 b/27.87-10（9.75）= 0.27.87-10=-8.246 V 5）調(diào)整探頭：調(diào)整間隙電壓為-11.574V，調(diào)整過程見振動監(jiān)測保護中的探頭 安裝。 6）開車后觀察結(jié)果，驗證數(shù)據(jù)。 開車后機組顯示的軸位移應當是 b/2（或 b/2）左右且數(shù)值穩(wěn)定，說明安裝正確， 如果差別較大，則說明探頭安裝有問題，應當查找原因。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 23 頁 第五章 轉(zhuǎn)速監(jiān)測保護 機組超速時，會產(chǎn)生嚴重的危害，本章以汽輪機為例介紹轉(zhuǎn)速監(jiān)測保護。 5.1 超速的原因 汽輪機運行中的轉(zhuǎn)速是由調(diào)速器自動控制并保持恒定的。當負荷變動時，機組 的轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化。這時調(diào)速器便動作，調(diào)速汽門隨著開大或關(guān)小，改變進汽量， 使轉(zhuǎn)速維持在額定轉(zhuǎn)速。 汽輪機發(fā)生超速的原因主要是負荷突變且調(diào)速系統(tǒng)不能正常工作時，無法控制 轉(zhuǎn)速。 在下列情況下，汽輪機的轉(zhuǎn)速上升很快，這時若調(diào)速系統(tǒng)工作不正常，失去控 制轉(zhuǎn)速的作用，就會發(fā)生超速： 1）汽輪發(fā)電機組運行中，由于電力系統(tǒng)線路故障，使發(fā)電機油斷路器跳閘， 汽輪機負荷突然甩到零。 2）單個機組帶負荷運行時，負荷聚然下降。 3）正常停機過程中，解列的時候或解列后空負荷運行時。 4）汽輪機啟動過程中，闖過臨界速度后應定速時或定速后空負荷運行時。 5）危急保安器作超速試驗時。 6）運行操作不當。如運行中同步器加得太多，遠遠超過高限位置，開啟升速 主汽門開得太快，或停機過程中帶負荷解列等。 調(diào)速系統(tǒng)工作不正常造成超速的原因： 1）調(diào)速器同步器的下限太高，當汽輪機甩負荷降至零時，轉(zhuǎn)速上升速度太快 以致超速。 2）速度變動率過大，當負載聚然由滿負荷降至零時，轉(zhuǎn)速上升速度太快以致 超速。 3）調(diào)速系統(tǒng)遲緩率過大，在甩負荷時，調(diào)速汽門不能迅速關(guān)閉，立即切斷進 氣。 4）調(diào)速系統(tǒng)連桿卡澀或調(diào)速汽門卡住，失去控制轉(zhuǎn)速的作用。 5.2 超速的危害 汽輪機是高速旋轉(zhuǎn)的機械，轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)動部件會產(chǎn)生很大的離心力，這個離心力 與材料承受的應力有關(guān)，而離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比。當轉(zhuǎn)速增加 10%時，應力 將增加 21%；當轉(zhuǎn)速增加 20%時，應力將增加 44%。在設計時，轉(zhuǎn)動部件的強度裕 度是有限的，與葉輪等緊力配合的旋轉(zhuǎn)件，其松動轉(zhuǎn)速通常是按高于額定轉(zhuǎn)速的 20%考 慮的。尤其是隨著機組參數(shù)的提高和單機功率的增大，機組時間常數(shù)越來越來小， 甩負荷后飛升加速度更大。因此，運行中若轉(zhuǎn)速超過這個極限，就會發(fā)生嚴重的設 備損壞事故，甚至造成飛車事故。所以，為了保護機組的安全，必須嚴格監(jiān)視轉(zhuǎn)子 的轉(zhuǎn)速，并設置超度保護裝置。 5.3 轉(zhuǎn)速的測量 5.3.1 轉(zhuǎn)速的測量方法 轉(zhuǎn)速的測量方法有很多種，有離心式、測速發(fā)電機式、磁阻式、磁敏式、電渦 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 24 頁 流式等，本章主要以電渦流式說明轉(zhuǎn)速的測量方法。 采用電渦流傳感器測速時，在旋轉(zhuǎn)軸上開一條或數(shù)條槽，或者在軸上安裝一塊 有輪齒的圓盤或圓板，在有槽的軸或有輪齒的圓板附近按裝電渦流傳感器。當軸旋 轉(zhuǎn)時，由于槽或齒的存在，電渦流傳感器將周期性地改變輸出信號電壓，此電壓經(jīng) 過過大、整形變成脈沖信號(如圖 5.1 所示)，然后輸入頻率計指示出脈沖數(shù)，或者 輸入專門的脈沖計數(shù)電路指示頻率值。此脈沖值（或頻率值）與轉(zhuǎn)速相對應。用計 數(shù)器對脈沖計數(shù)時，如果每秒鐘計數(shù) N 個，標記的數(shù)量或者齒輪的齒數(shù)為 K 個，則 轉(zhuǎn)速 V 按下式計算： （式 5.1）min60rKV 如軸上有一條槽或一個齒，頻率計指示 1Hz 相當于轉(zhuǎn)速為 1r/s；如有 60 個槽或齒的 存在，若頻率計指示 3000Hz，則轉(zhuǎn)速為 50r/s 或 3000r/min，這時每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)就可 以直接讀出。如果軸上無法安裝齒形圓板或者不開槽，那么可以利用軸上的凹凸部 分來產(chǎn)生脈沖信號，例如軸上的鍵槽等。 圖 5.1 轉(zhuǎn)速測量 5.3.2 轉(zhuǎn)速測量的要求 軸上有一條槽或一個齒可以測量機器的轉(zhuǎn)速，但是只能產(chǎn)生每轉(zhuǎn)一個脈沖的信 號，用它作為轉(zhuǎn)速測量的精度不高。專門的轉(zhuǎn)速測量一般都是在軸的測量圓周上設 置多個凹槽或凸鍵標記，或者直接利用軸上的齒輪，使探頭能每轉(zhuǎn)產(chǎn)生多個脈沖。 標記的數(shù)量或者齒輪的齒數(shù)，就是傳感器每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖數(shù)量，數(shù)量越大，測量越 精確。但是當轉(zhuǎn)速較高時，由于傳感器的頻率響應限制，標記的數(shù)量或者齒輪的齒 數(shù)不能太多，一般要求脈沖的頻率不能超過 10kHz。 凹槽或凸鍵要足夠大，以使得產(chǎn)生的脈沖峰峰值足夠大。一般若采用 8 探頭， 則這一凹槽或凸鍵寬度應大于 7.6mm、深度或高度應大于 1.5mm(推薦采用 2.5mm 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 25 頁 以上)、長度應大于 10mm。凹槽或凸鍵應平行于軸中心線，其長度盡量長，以防止 當軸產(chǎn)生軸向竄動時，探頭還能對著凹槽或凸鍵。應盡可能地將電渦流探頭安裝在 機組的驅(qū)動部分上，這樣即使機組的驅(qū)動部分與載荷脫離，傳感器仍會有轉(zhuǎn)速信號 輸出。軸上的標記可以是凹槽，也可以是凸鍵（如圖 5.2 所示）。當標記是凹槽時， 安裝探頭要對著軸的完整部分調(diào)整初始安裝間隙，而不能對著凹槽來調(diào)整初始安裝 間隙。而當標記是凸鍵時，探頭一定要對著凸起頂部表面調(diào)整初始安裝間隙，不能 對著軸的其它完整表面進行調(diào)整。否則當軸轉(zhuǎn)動時，可能會造成凸鍵與探頭碰撞， 剪斷探頭。為了便于快速判斷轉(zhuǎn)速信號的位置，應該對電渦流探頭安裝位置在機器 外殼上做上標志。 5.4 轉(zhuǎn)速監(jiān)測保護 汽輪機在正常運行時,其轉(zhuǎn)速是由調(diào)速系統(tǒng)自動控制在額定轉(zhuǎn)速 3000 轉(zhuǎn)/分的。 當機組或電網(wǎng)出現(xiàn)故障時就有可能發(fā)生超速現(xiàn)象。汽輪發(fā)電機組主軸轉(zhuǎn)動部件等都 是按照額定轉(zhuǎn)速的 115設計的,若機組轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的 115時,就有可能發(fā) 生設備損壞事故。因此,為保證機組安全,在機組上都設置了轉(zhuǎn)速監(jiān)視和超速保護裝 置。 我們以測速盤上裝有 6 個轉(zhuǎn)速探頭（如圖 5.2）為例來介紹轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 圖 5.2 轉(zhuǎn)速監(jiān)測示意圖 SE6406 轉(zhuǎn)速探頭連接轉(zhuǎn)速表，直觀的顯示機組的轉(zhuǎn)速；SE640464056406 三 個轉(zhuǎn)速探頭信號進入 203 超速保護器，進行三取二表決，在 PLC 內(nèi)部將測得的實 際值和設定值進行 PID 運算，繼而發(fā)出“報警”或“停機”信號；轉(zhuǎn)速控制回路 接受兩個來自電磁式傳感器 SE6401/6402 或有源轉(zhuǎn)速探頭的汽輪機轉(zhuǎn)速信號。轉(zhuǎn) 速 PID 控制放大器將信號與轉(zhuǎn)速給定值相比較并給執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出- 輸出信號 （通過信號低選總線） 轉(zhuǎn)速回路的給定值可以通過調(diào)速器面板鍵盤，遠程觸電輸入或通信線路的升或 降指令來調(diào)整，也可以通過鍵盤或 Modbus 通訊直接輸入新的給定值。此外，也 能夠?qū)⒛M輸入組態(tài)用于遠程調(diào)整轉(zhuǎn)速給定值。 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 26 頁 第六章 軸溫度監(jiān)測保護 機組在運行過程中，由于出現(xiàn)故障或潤滑不良動靜部分相互摩擦，機組運行時 間過長等，都會產(chǎn)生大量的熱，使機組（特別軸頸和軸瓦接觸部分）溫升過高，從 而損壞機組，因此再生產(chǎn)中就需要進行軸溫度監(jiān)測保護。 6.1 熱電阻的測量原理 熱電阻是根據(jù)在中低溫區(qū)導體或半導體的電阻值隨溫度變化的性質(zhì)制成的最常 用的一種溫度檢測器。它的主要特點是測量精度高，性能穩(wěn)定。目前使用的金屬熱 電阻有兩種，一是銅熱電阻，一種是鉑熱電阻，其中鉑熱電阻的測量精確度是最高 的，它不僅廣泛應用于工業(yè)測溫，而且被制成標準的基準儀。 PT100(鉑熱電阻) 溫度傳感器（見圖 6.1）具有精度高、測溫范圍寬、使用方 便等優(yōu)點，在工業(yè)過程控制和測量系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。平時所說的 Pt100 指 的是電阻在 0時的阻值是 100，常溫下熱電阻的阻值可以用以下公式近似計算， 即 Rt=100+0.385t （式 6.1） 式中：t 是環(huán)境溫度，Rt 是當前測量阻值。Pt100 溫度傳感器的主要技術(shù)參數(shù) 如下：測量范圍：-200 +850 ；允許偏差值 ：A 級（0.150.002t ）， B 級 （0.30 0.005t）；熱響應時間 100k Outputs 4-20mA Outputs: Each output is independently programmed to represent speed or acceleration, from 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 36 頁 either channel 2 isolated outputs 300 ohm max load Buffered Outputs: 1 active buffer per input channel Resistive buffer for tachometer Indicators 7 LEDs: Module Status - red/green Network Status - red/green Channel 1 Status - off/yellow/red Channel 2 Status - off/yellow/red Tachometer Status - off/yellow/red Setpoint Multiplier - off/yellow Relay - off/red Signal Conditioning Sampling Modes: Asynchronous Synchronous Frequency range: 1 Hz to 20 kHz Resolution: A/D Conversion: 24 bits Dynamic Range: 100k 輸出 4-20mA輸出： 每個輸出從任意的通道獨立的通過軟件選擇測速度或加速度 兩個獨立的輸出 最大負載300 ohm 輸出緩沖： 每個輸入通道1有效地緩沖 轉(zhuǎn)速傳感器電阻緩沖 指示燈 7 個 LED狀態(tài)指示燈 模塊狀態(tài)- 紅色/綠色 網(wǎng)絡狀態(tài)-紅色/綠色 通道1狀態(tài)-熄滅/黃色/紅色 通道2狀態(tài)-熄滅/黃色/紅色 轉(zhuǎn)速表狀態(tài)-熄滅/黃色/紅色 設定值倍乘-熄滅/黃色 繼電器-熄滅/黃色 信號調(diào)節(jié) 采樣模式： 非同步 同步 頻率范圍：1 Hz到20 kHz 分辨率： A/D 轉(zhuǎn)換： 24 位 動態(tài)范圍： 80 dB 滿量程(0.01% 滿量程) ，90 dB 滿量程(典型值) FFT線 /波形的大數(shù) 100/256 200/512 400/1024 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 45 頁 800/2048 振幅范圍：依靠靈敏度 集成:提供兩個層面,首先在硬件，第二軟件 平均值：任何平均值的數(shù)據(jù)可以被指定的抽樣模式： 異步：平均值在范圍內(nèi)。 同步：平均值表現(xiàn)在時間波形上 低通濾波器:獨立配置每通道 最大頻率范圍： 10 Hz - 20 kHz 可選的總測量 LP過濾器：200 Hz - 20 kHz 頻率響應下降：每倍頻-24dB 高通濾波器 ：獨立配置每通道 XM-120: 集成斷路：1, 5, 10, 40, 1000 Hz 頻率響應下降：1Hz 可用最高頻率每倍頻-30dB，其他可用最高頻率時每倍頻- 24dB 集成閉路： 5, 10, 40, 1000 Hz 頻率響應下降： 單個集成：5Hz 可用最高頻率每倍頻-30dB， 其他可用最高頻率時每倍頻-24dB 雙集成：5Hz 可用最高頻率每倍頻-42dB， 其他可用最高頻率時每倍頻-24dB XM-121: 集成閉路：0.2, 0.8, 2, 4, 23.8 Hz 頻率響應下降：0.2Hz 可用最高頻率每倍頻-30dB，其他可用最高頻率時每倍頻 -24dB 集成閉路： 0.8, 2, 4, 23.8 Hz 頻率響應下降： 單個集成：0.8Hz 可用最高頻率每倍頻-30dB， 其他可用最高頻率時每倍頻-24dB 雙集成：0.8Hz 可用最高頻率每倍頻-42dB， 其他可用最高頻率時每倍頻-24dB 單位： g volt mils um mm/s Pa ips psi 合成數(shù)據(jù) 范圍（同步的和異步的） 時間波形（同步的和異步的） 同步時間波形（同步的） 數(shù)據(jù)緩沖 趨勢緩沖：儲存一系列包含在響應一個觸發(fā)事件的測量參數(shù)的記錄 趨勢記錄：1到16個數(shù)據(jù) 趨勢間隔： 1到3600秒鐘 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 46 頁 觸發(fā)：趨勢是為了關(guān)閉一個指定的繼電器,或在命令一個XM-440,主機或控制 器 容量：170至 2048的記錄取決于有多少參數(shù)存儲 旅行范圍或時間波形：保存在同一個觸發(fā)事件的當前時間波形或范圍是緩沖的趨勢 (以上)。 速度緩沖：儲存一個啟動/ 在響應速度變化時測量參數(shù)滑行測試趨勢 Su/Cd記錄：1到16個數(shù)據(jù) Su/Cd間隔：1到3600 RPM 觸發(fā)：速度在用戶指定的最大和最小值之間記錄是樣本 只有在啟動時速度增加的取樣。 Su/Cd緩沖器可能在后續(xù)事件被鎖定維持的初始數(shù)據(jù) 測量參數(shù) 總體： 均方根 峰值（真實或計算） 峰峰值（真實或計算） 每通道4波段：在頻率域或命令領(lǐng)域定義范圍。波段可以重疊 計算值： 波段的總體 波段的最大峰值 差距（傳感器偏壓） 速度 加速度(RPM/min) 命令： 量：1x, 2x, 3x 位相：: 1x, 2x 非1x SMAX大小和相位 總和諧波：總和諧波之和都從一個用戶定義的諧波階最大波形。 報警 數(shù)量：16對警告和危險報警 報警參數(shù)：任何可測量參數(shù) 運算符： 大于 小于 范圍內(nèi) 范圍外 滯后值：用戶定義 啟動禁止/設定值倍乘： 周期：在0.1最小時間增量0到1092分鐘 禁止/倍乘功能： -乘以 2 -乘以3 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 47 頁 -解除 啟動禁止/倍乘功能： -前面的終端(SPM)電路關(guān)閉 -設備網(wǎng)命令 終止禁止/倍乘功能： -過期定時器 -前面的終端(SPM)電路開放 -設備網(wǎng)命令 速度禁止：為每個報警指定速度范圍。啟動該功能時，如果速度超過了定義的范圍， 則報警功能失效。 繼電器 數(shù)量： 一個內(nèi)部繼電器，兩個接觸方式 DPDT (2 Form C) 四個虛擬繼電器-或- 當連接到一個XM - 441擴展模塊繼電器四個附加繼電器 內(nèi)部繼電器功能： 最大電壓=12VDC,125VAC 最大電流=3.5（最大電流可達40C,65C時減小到2A） 最小電流=0 最大功率：60W，62.5VA UL等級： 120 Vac 0.5安培 電阻式; 110 Vdc 0.3安培 電阻式; 30 Vdc 1.0安培 電阻式 故障防護： 常勵磁(安全模式) 非常勵磁(非安全模式) 鎖定： 鎖定，-或- 非鎖定 延時：100 毫秒增量時0到25.5秒 表決邏輯：單個或成對的“與”或“或”邏輯，適用于任何報警 復位： 頂部模塊的當?shù)刂刂瞄_關(guān) 連接到終端基地的遠程重置開關(guān) 通過串接或設備網(wǎng)界面的數(shù)碼重置命令 激活條件： 報警狀態(tài) 故障 正常 傳感器超程 警告 模塊錯誤 危險 轉(zhuǎn)速表故障 解除故障 認證 西安文理學院本科畢業(yè)設計（論文） 第 48 頁 CE, C-Tick, ODVA, UL, EEX, CSA I 類 2 區(qū)，A、B、C和 D 組 記憶配置 一份模塊配置副本是保留在非記憶性記錄從那里在上電。 注意：配置儲存在記憶只能通過串行接口被模塊復位命令,利用串行配置實用 程序,或通過用從任何兼容的應用軟件。 供電 備用電源：所有XM測量和繼電器模塊備用電源。每個模塊包括備用電源投入終端 設備的基地。 模塊：21.6 - 26.4Vdc 功耗： 最大值 300mA 典型值 175mA 生熱： 最大值 7W (24 BTU/hr) 典型值 4W(14 BTU/hr) 傳感器：24V DC，用戶配置和布線 環(huán)境 工作溫度：-20到+65C(-4到149F) 存儲溫度：-40到+85C(-40到185F) 相對濕度：95%(非凝結(jié)) 保護涂層：所有印刷電路板是形涂層： 材料規(guī)格：MIL-I-46058C/IPC-CC-830 依照IPC-A-610C 物理特性 尺寸： 高度：3.8 in（97mm） 寬度：3.7 in（94mm） 厚度：3.7 in（94mm） 重量： 模塊：6.8 盎司(193 克) 端子基座：8.2 盎司(232 克)