本特利TSI3500培训资料及总结讲解.docx

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本特利TSI3500培训资料及总结讲解

本特利TSI3500系列培训

本次培训主要内容有涡流传感器和速度传感器的原理、特性及使用条件，TSI3500系统简介、框架与主计算机的通讯、框架组态及探头安装时的注意事项等。

一、测量约定

约定就是一种协议，一种规定，是以语言或文字形式订立的在某个群体或范围内应共同遵守的条件。

对于本特利系统来说，为了便于更好的理解和交流各设备、系统的特性，制定一套大家都习惯和认可的约定是十分必要的，其主要的内容有以下几个：

1、测量速度、加速度和位移的传感器，当探头向测量面靠近时，输出信号趋向正方向；

如图1所示即为测量位移传感器趋向被测面时的电压曲线图；图2为当拿锤子沿其敏感极轴方向轻敲一个速度或加速度传感器时，其输出电压曲线图；

＋电压

图1

图2

2、观察或标注设备时，默认方向为从驱动端向被驱动端看；

如汽轮发电机组，通常是从汽轮机向发电机看，电泵就是从电动机向给水泵侧方向看。

3、当测量探头采用X向和Y向方式时，从驱动端向被驱动端看，各探头名称和安装角度如下图3、图4所示；

图3

图4

4、通常Y向探头接至1通道，X向探头接至2通道，各信号线的颜色如下：

Y向振动信号线

蓝色

X向振动信号线

绿色

键相信号线

黄色

公共端

黑色

电源线

红色

如按照此规则接线，不仅使整个系统接线与本特利的各种资料能对照起来，对系统以后的调试、维护等都将带来很大的方便。

结合以上各规则，我们就可以清楚的理解以下图5、图6所示，当转动轴沿所示特定轨迹运动时，其轴心轨迹及X轴、Y轴输出电压随时间变化的曲线图了。

图5

图6

二、传感器特性

本特利传感器一般分为位移传感器、速度和加速度传感器和机壳膨胀传感器。

1、电涡流位移传感器

我们常接触到的本特利涡流传感器有直径5mm涡流传感器、8mm涡流传感器、11mm涡流传感器、14mm涡流传感器、25mm涡流传感器、50mm差胀传感器、3300耐高温电涡流传感器几种，其中5mm探头和14mm探头不常用。

每个传感器系统都由探头、延长线和前置器组成，本特利探头、延长线和前置器具有完全的可互换性，只要部件号一致，各部分可以互换。

电涡流传感器是以高频电涡流效应为原理的非接触式位移、振动传感器，其基本原理是探头、延伸电缆、前置器以及被测体构成基本工作系统。

前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈，在探头头部的线圈中产生交变的磁场。

如果在这一交变磁场的有效范围内没有金属材料靠近，则这一磁场能量会全部损失；当有被测金属体靠近这一磁场，则在此金属表面产生感应电流，电磁学上称之为电涡流。

与此同时该电涡流场也产生一个方向与头部线圈方向相反的交变磁场，由于其反作用，使头部线圈高频电流的幅度和相位得到改变（线圈的有效阻抗），这一变化与金属体磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。

通常假定金属导体材质均匀且性能是线性和各项同性，则线圈和金属导体系统的物理性质可由金属导体的电导率б、磁导率ξ、尺寸因子τ、头部体线圈与金属导体表面的距离D、电流强度I和频率ω参数来描述。

则线圈特征阻抗可用Z=F（τ,ξ,б,D,I,ω）函数来表示。

通常我们能做到控制τ,ξ,б,I,ω这几个参数在一定范围内不变，则线圈的特征阻抗Z就成为距离D的单值函数，虽然它整个函数是一非线性的，其函数特征为“S”型曲线，但可以选取它近似为线性的一段。

于此，通过前置器电子线路的处理，将线圈阻抗Z的变化，即头部体线圈与金属导体的距离D的变化转化成电压或电流的变化。

输出信号的大小随探头到被测体表面之间的间距而变化，电涡流传感器就是根据这一原理实现对金属物体的位移、振动等参数的测量。

①8mm探头，现在常用的为3300XL8mm系统，其系统能输出正比于探头端部与被测导体表面之间的距离的电压信号。

它既能进行静态（位移）测量又能进行动态（振动）测量，主要用于油膜轴承机械的振动和位移测量，以及键相位和转速测量。

3300XL8mm传感器系统的每一个组件都是向后兼容的，并且和其它的非XL3300系列的5mm和8mm传感器系统组件可互换。

例如，当没有足够的空间安装8mm探头时，通常使用33005mm探头来代替。

其线性范围为2mm（80mils），从距被测靶面约0.25mm（10mils）处开始，从0.25至2.3mm（10至90mils）（约-1至-17Vdc）；探头灵敏度系数为7.874V/mm，前置器在出厂时都经过AISI4140钢校准，如被测表面特性与AISI4140钢差异很大，可根据被测表面特性重新校准。

前置器的电源要求在无安全栅时为-17.5Vdc至-26Vdc，电流最大为12mA，有安全栅时要求－23Vdc至－26Vdc。

当在高于－23.5Vdc电压下工作时将导致线性范围减小。

现场联线要求0.2至1.5mm

（16至24AWG）[有金属环时0.25至0.75mm

（18至23AWG）]。

建议使用三芯屏蔽电缆。

从3300XL前置器到监测器的最大长度为305米（1000英尺）。

探头要求最小靶面尺寸：

直径15.2mm（0.6inch）（平面靶面），轴直径：

最小50.8mm（2in）推荐最小：

76.2mm（3in）当对直径小于50mm（2in）的轴进行测量时，通常要求径向振动或轴向位移传感器间距很近，这将导致因传感器的电磁场相互干扰而发生读数错误。

应注意保持传感器端面之间的最小距离以防止交叉干扰，对于轴向位移测量不小于40mm（1.6in），对于径向振动测量不小于38mm（1.5in）。

对于轴直径小76.2mm（3in）的径向振动或位移测量，将导致灵敏度发生变化。

其他安装安装时应注意的最小尺寸如下图7所示。

图7

②11mm探头，现在常用的为3300XL11mm系统，对于油膜轴承机器非接触式振动和位移测量，3300XL11mm电涡流传感器系统灵敏度可输出3.94V/mm（100mV/mil）。

11mm的探头端部使这种传感器与我们标准的3300XL8mm传感器系统相比具有更大的线性区，线性范围为4.0mm（160mils），从距被测靶面约0.5mm（20mils）处开始，从0.5至4.5mm（20至180mils）。

它主要应用在要求大线性范围的下列测量：

•轴向（推力）位移测量

•蒸汽轮机的斜面差胀测量

•往复式压缩机活塞杆位移或下降的测量

•转速计和零转速测量

•相位参考（键相位）信号

3300XL11mm前置器的设计目标是取代7200系列11mm和14mm传感器系统。

当从7200系统升级到3300XL11mm系统时，所有的部件都必须被3300XL11mm部件替换；同时，监测系统也要升级。

如果使用3500监测系统，则需要软件组态的升级版本，该版本可以兼容3300XL11mm系统；现存的3300监测系统也需要作相应的修改。

应用建议：

3300XL11mm趋近式传感器系统设计用于频率范围从0到8kHz的位移或振动测量，典型应用包括径向振动和位移、轴向位移以及键相位测量。

探头要求最小靶面尺寸：

直径30.5mm（1.2inch）（平面靶面），推荐最小轴直径：

152mm（6.0inch）

当对直径小于76mm（3.0in）的轴进行测量时，通常要求径向振动或轴向位移传感器间距很近，将导致因传感器的电磁场相互干扰而发生读数错误。

应注意保持传感器端面之间的最小距离以防止交叉干扰，对于复合轴向位移测量不小于64mm（2.5in），对于径向振动测量不小于54mm（2.1in）。

对于轴直径小于152mm（6.0in）的径向振动或位移测量，轴表面的曲率将导致灵敏度发生变化。

其他安装安装时应注意的最小尺寸如下图8所示。

11mm探头前置器电源要求、现场联线等其他特性与8mm探头一致。

③25mm探头，现在常用的为3300XL25mm系统，0.787V/mm（20mV/mil）的灵敏度输出使系统的线性范围达12.7mm（500mil）。

线性范围从距被测靶面约0.63mm（25mils）处开始，从0.63至13.33mm（25至525mils）（约-1.5至-11.5Vdc）。

由于具有这样的线性范围，3300XL25mm传感器系统适用于测量中到大型蒸汽透平发电机上由于透平转子和机器定子（壳体）膨胀率不同所引起的差胀（DE）。

差胀测量由两个电涡流传感器实现，测量与推力轴承有一定距离的凸缘或斜面。

典型的传感器安装方式包括：

•两个传感器测量凸缘的同一侧，如下图9；

•两个补偿式输入传感器分别测量凸缘的相对一侧，有效地使可测量的DE范围加倍，如下图10；

•两个传感器中至少有一个传感器测量转子的一个斜面，另一个传感器测量一个独立斜面或转子上的不同位置，以补偿径向移动。

这种安装方式会对测量引入某些误差，但是能够测量比补偿式测量更长的总DE距离，如下图11；

安装方式需要根据可用的靶面尺寸、预计的转子轴向位移量以及机器内部（凸缘相对于斜面）的DE靶面类型。

当可用的凸缘高度足够时，应采用两个传感器测量凸缘的同一侧这种安装方式。

两个传感器将提供互为冗余的测量。

3300XL25mm探头具有多种壳体配置形式，可以代替所有标准的720025mm、720035mm和25mmDE传感器系统（包括侧面和尾部引出探头）。

前置器的输出也与7200和25mmDE系统的输出相同，使用户在升级时不需要修改任何监测器组态。

当升级以前的系统时，传感器系统的每个组件（探头、延伸电缆和前置器）必须全部替换成3300XL25mm的组件。

3300XL25mm探头设计用于最苛刻的蒸汽透平DE环境。

它能在高达200°C（392°F）的温度下持续运行并保持精度，还可以承受250°C（482°F）的间歇高温。

25mm探头前后密封，并使用FluidLoc®电缆（所有标准25mm探头），防止湿气进入探头端部。

特殊的高温ClickLoc™接头也是探头和延伸电缆的标准配置。

每个探头和电缆都带有接头保护器和一次性接头保护器安装工具，确保接头不受污染。

探头头部上的ClickLoc™接头具有可拆卸的衬套，帮助在紧密间隙内缠绕电缆。

探头安装时应注意的尺寸如下图12－图14。

图8

图9

图10

图11

图12推荐最小靶面尺寸

图13最小侧面距离

图14推荐探头间最小距离

④50mm差胀传感器，它是为大型蒸汽透平的差胀提供精确可靠的测量方法。

在用凸缘观测时，选择安装方法的准则和25mm探头相似，观测靶面的尺寸以及所预料的轴向差胀的大小。

如果凸缘的高度足够大，用一个传感器观测凸缘的一个侧面，可测量胀差。

如果胀差的大小，超过用一个传感器观察凸缘一个侧面的范围时，则需要用两个探头采用补偿的安装方式进行测量，两个探头各观测凸缘的一个侧面，凸缘在两个探头之间移动，这样可以把测量范围加大一倍。

这种方法之所以可以加大差胀的测量范围，是因为当凸缘移出一个传感器的测量范围时，它就进入另一个探头的测量范围。

还有一个差胀测量技术的选项，就是用斜面测量，它较之一般的凸缘测量，可以加大传感器的测量范围。

50mm差胀传感器，其先进的前置放大器以及非接触式探头，都安装在密封的传感器箱体内部。

这一设计消除了传感器和部件之间的互换误差。

由于将整个传感器作为一个系统进行校准，使传感器系统高度准确。

内装的温度敏感元件在整个温度-35℃到+120℃（-31℉到℉+248℉℉）的范围内，可以补偿信号输出。

在汽轮机运行温度范围内，传感器的输出是稳定的，它具有精确的差胀测量。

同时在每一传感器的内部，都装有内层屏蔽，它可以降低对转子表面的侧视，这样就可以允许凸缘的高度102mm（4.0in）时，传感器可以在27.9mm（1.1in）范围内保持线性。

线性范围从距离观测靶面约1.3mm（50mils）处开始，从1.3到29.2mm（50到1150mils），探头的平均灵敏度为0.394±0.008V/mm。

50mm差胀传感器电源要求:

-17.5Vdc到-26Vdc，最大电流13.3mA。

完整的现场联线由5米或9米的三芯绞线、屏蔽层和环形接线端子组成。

传感器和监测系统之间的最大长度为610米（2000英尺）；观测靶面最小尺寸：

最大线性范围在102mm（4in）凸缘高度。

⑤3300耐高温电涡流传感器，因燃气和蒸汽透平可产生高温，其温度之高足以破坏普通的电涡流探头。

3300耐高温电涡流传感器系统（HTPS）的设计可以承受燃气、蒸汽透平和其它类型旋转机械中产生的高温。

HTPS可以测量这些机器高温区域的振动、轴位移、差胀以及其它参数。

其主要特点有：

•具有整体硬线电缆的电涡流探头在极端条件下可连续承受+350°C（+662°F）的高温；

•具有4mm（160mils）的线性范围，可在机器的高温部位进行大部分测量；

•密闭式密封的陶瓷探头端部可以防潮，并可防止杂质进入，因而可增加寿命；

•陶瓷端部以及不锈钢结构耐热、防潮、防腐蚀；

•具有螺纹和无螺纹类型的壳体，适用于多种探头安装类型；

•可采用长度为1、2和5米的硬线电缆用于从机械的高温部位引线；

•具有3.94mv/m（100mv/mil）的信号输出，与新的以及现有的所有本特利内华达监测器及故障诊断设备兼容。

3300耐高温电涡流传感器系统可用来保护和管理关键机械，并可以增加安全性和有效性。

当在透平中间部位进行测量时，还可用来进行模态分析。

模态分析对于研究和开发新的蒸汽透平和燃气透平以及对现有的透平进行故障诊断时都很重要。

模态识别探头可提供水平的模态信息，这对于平衡旋转机械以及确认轴裂纹、轴承失效、转子和静止部分之间的摩擦等故障和其它机械问题是非常有价值的。

由于使用厚的硬线电缆，耐高温电涡流传感器系统不适宜采用传统的螺纹探头和支架方式。

因此，我们推荐使用无螺纹壳体探头，尤其是订购更长（2米或5米）的探头系统。

无螺纹壳体探头带有夹钳形式的安装支架，使探头在安装时无需转动。

电源要求-19.6Vdc至-26Vdc，电流最大为12mA。

当在高于－23.5Vdc电压下工作时，将导致线性范围减小。

现场联线要求从3300HTPS前置器到监测器的最大长度为305米（1000英尺）。

线性范围：

4.0mm（160mils），线性范围从距被测靶面约0.5mm（20mils）处开始，从0.5至4.5mm（20至180mils）（约-2至-18Vdc）。

推荐最小靶面尺寸：

30.5mm（1.2inch）直径（平面靶面），推荐最小轴直径：

152mm（6.0inch）

2、速度及加速度传感器

常见本特利速度传感器主要有9200,74712,47633Seismoprobe®速度传感器系统，速度计（Velomitor®）压电式速度传感器，330525Velomitor®XA压电式速度传感器，330750高温Velomitor®速度计系统，190501Velomitor®CT速度传感器；加速度传感器主要有330400和330425加速度计加速度传感器及200150加速度计。

这些都是接触式传感器，速度传感器主要测量轴承箱、壳体的绝对振动，加速度主要用于有撞击或高频地方的测量，如齿轮箱和滚动轴承。

①9200,74712,47633Seismoprobe®速度传感器系统，本特利内华达Seismoprobe.速度传感器系统测量轴承箱、机壳或结构的绝对（相对于自由空间）振动。

该两线系统由传感器、电缆和可选的速度-位移转换器组成。

Seismoprobe.系列速度传感器是两线结构，采用动线圈技术，提供直接正比于传感器振动速度的电压输出。

与固体速度传感器（本质上是加速度计中嵌入积分电子电路）不同，动线圈传感器对冲击或脉冲励磁的敏感性降低，是更好的应用选择。

此外，由于它们不要求外部电源，所以使便携式测量应用更加方便。

所有Seismoprobe.速度传感器的安装角度从驱动端看，0°是垂直方向。

Seismoprobe.速度传感器共有三种：

•9200:

9200是两线传感器，适用于连续监测或与测试或故障诊断仪表一起应用于周期性测量中。

当与整体电缆一同订购时，9200具有卓越的抗腐蚀性，不需要额外保护。

•74712:

74712是9200的高温应用版本。

•47633:

47633的安装方式较少，只提供整体铠装电缆。

它的设计采用可替换的夹头，当动线圈磨损后易于替换。

它用于速度传感器安装方式有限且只需提供简单性能的一般用途机械。

多种联接电缆可以将9200和74712传感器与其它仪表或速度-位移转换器联接起来。

这些电缆以300毫米（1英尺）递增，有或没有不锈钢铠装。

有两种类型的速度-位移转换器（VDC）可供选择:

•9513:

与9200和74712传感器一起使用。

•46687:

与47633传感器一起使用。

9200和74712Seismoprobe.速度传感器灵敏度:

当正确地终止并定位在校准角时，在100Hz（6,000cpm）时为20mV/mm/s（500mV/in/s）±5%，在100Hz（6,000cpm）时为25mm/s（1in/s）零到峰值±5%

速度-位移转换器电源要求：

型号9513要求:

-18Vdc

型号46687要求:

-24Vdc

输出灵敏度（输入为500mV/in/s）

9513-02:

200mV/mil（8V/mm）±5%

46687-01:

200mV/mil（8V/mm）±5%

②速度计（Velomitor®）压电式速度传感器，Velomitor.压电式速度传感器用于测量轴承箱体、壳体或结构的绝对（相对于自由表面）振动。

与带有运动部件的速度传感器，如本特利内华达Seismoprobe.系列速度传感器不同，Velomitor.传感器采用晶体形式，在压电式加速度计的基础上进行专业化设计，嵌入积分电路。

因其采用晶体电路，没有移动部件，所以不会产生磨损和退化，并且可以垂直、水平或以任何角度安装。

灵敏度:

3.94mV/mm/s（100mV/in/s）±5%在100Hz时，最大电缆长度:

305米（1,000英尺）电缆,BN部件号02173006,将不会引起信号衰减。

③330525Velomitor®XA压电式速度传感器，Velomitor.XA（扩展应用）是本特利内华达330500速度传感器的坚固耐用型。

它具有不锈钢外壳、环境防护接头和电缆组件，在安装时不需要箱体。

Velomitor.XA及电缆组件可应用于潮湿环境中，在正确安装时可满足IP-65和NEMA4X的要求。

灵敏度:

4mV/mm/s（100mV/in/s）±5%，在100Hz时，最大电缆长度:

305metres（1,000feet）电缆,BN部件号02173006,将不会引起信号衰减。

④330750高温Velomitor®速度计系统，标准330500Velomitor压电速度计由于其信号处理电子元件与敏感元件位于同一壳体内，所以能承受的外界温度受到限制电子元件的温度限制将它的最大使用温度限制在+121°C（+250°F）。

330750高温Velomitor系统（HTVS）以完全不同的结构解决了这个问题。

它的设计将敏感元件和信号处理电子元件隔离，通过硬质电缆将两者永久性联结。

这种结构允许敏感头安装在温度高达+300°C（+572°F）的表面，而信号处理电子元件可以安装在温度低的位置。

它达到了与其它速度计传感器系统同样的功能，但可以工作在更高的温度。

由于消除了敏感头和信号处理电子元件之间的连接，因而也消除了潜在的传感器故障（接头问题）发生的可能性。

灵敏度:

5.7mV/mm/s（145mV/in/s）±5%在100Hz。

最大电缆长度:

在305米（1000英尺）之内信号不会衰减。

⑤190501Velomitor®CT速度传感器，Velomitor.CT速度传感器是我们标准Velomitor.压电速度传感器的低频版本。

它专门用于测量转速等于或大于90rpm的冷却塔和空气冷却热交换器风扇的壳体振动速度。

这些机器的运行转速通常在100到300rpm。

速度计CT传感器测量这些频率下的

振动幅值以及由风扇马达和减速器产生的振动频率。

灵敏度:

3.94mV/mm/s（100mV/in/s）±5%，在100Hz时。

⑥330400和330425加速度计加速度传感器，其应用于要求对壳体加速度进行测量的关键机械，如齿轮啮合监测。

330400的设计满足美国石油协会标准670对加速度计的要求。

它提供50g峰值的振幅和100mV/g的灵敏度。

330425与330400基本相同，除了它的振幅范围更大（75g峰值），灵敏度为25mV/g。

330400灵敏度:

10.2mV/m/s2（100mV/g）±5%在100Hz。

加速度范围:

在1Hz到20kHz频带内整体加速度为490m/s2（50g）峰值。

振动频率超过20kHz,尤其是在传感器的共振频率时，加速度范围将严重降低。

330425灵敏度:

2.5mV/m/s2（25mV/g）±5%在100Hz。

加速度范围:

在1Hz到20kHz频带内整体加速度为735m/s2（75g）峰值。

电源要求：

偏置电流:

额定2mA；输出偏置电压:

额定-8.5Vdc。

最大电缆长度:

在305米（1000英尺）内无信号衰减。

⑦200150加速度计，200150加速度计是一般用途的壳体安装地震式传感器，专门与Trendmaster.2000加速度-速度传感器接口模块（TIM和flexiTIMTM版本）以及本特利内华达1900/25和1900/27监测器一起使用。

200150是固定在热塑壳体内的压电式传感器。

这种结构使传感器极其坚固耐用，非常适用于恶劣的工业环境。

传感器顶部安装的四针螺钉式接头使传感器电缆的拆装都很方便。

传感器底部具有一个3/8-24UNF螺纹阴接头，允许有多种安装方式。

灵敏度:

10.2mV/m/s2（100mV/g）±12%，在80Hz时。

3、机壳膨胀传感器系统和高温机壳膨胀传感器系统

机壳膨胀是透平监测仪表的一项重要位移测量参数。

机壳膨胀（有时称构架膨胀）是指机壳在机器起动或在线运行期间产生的热膨胀。

机壳膨胀传感器系统通常安装在与汽轮机机壳固定端相对的基础上，提供机壳相对于基础的膨胀信息。

机壳膨胀参数应使用双重传感器进行测量。

这种测量方式可以随时显示机壳滑动支脚的位置。

当一个支脚受到阻碍或被卡住时，将导致机壳变形和机器损坏。

双重机壳膨胀传感器系统与3500或3300监测器共同使用时，可以对这种情况提供报警信息。

高温双重机壳膨胀传感器系统只与3500/45位移监测器兼容。

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