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。