Le système TSI (Turbine Supervisory Instrumentation) constitue la barrière de sécurité la plus critique pour les unités de turbine à vapeur ; les fonctions de protection clés – telles que la surveillance du déplacement axial, des vibrations de l'arbre, de la dilatation différentielle, de la vitesse de rotation et de l'excentricité de l'arbre – dépendent entièrement des signaux capturés par les sondes TSI. Des problèmes tels que des réglages incorrects de l'entrefer des sondes, des supports de montage desserrés ou des pratiques de câblage de qualité inférieure peuvent entraîner une dérive des mesures et des alarmes intempestives fréquentes, ou, dans les cas graves, des arrêts imprévus de l'unité. Les professionnels de l'instrumentation de contrôle thermique savent bien qu'il n'y a pas de problèmes triviaux concernant la protection de l'unité : la stabilité de l'unité principale dépend de la stabilité des points de mesure TSI. Toutes les fonctions critiques de surveillance, de verrouillage et de protection contre les déclenchements pour la turbine à vapeur dépendent des sondes TSI. En fin de compte, de nombreux problèmes sur site – y compris les fausses alarmes, les fluctuations de signal et les anomalies du système de protection – proviennent d'entrefer d'installation inexacts, de points zéro non calibrés, de montages non sécurisés ou de pratiques d'installation non standard.
I. Installation de la sonde de déplacement axial (Protection principale de l'unité principale)
La surveillance du déplacement axial suit la position axiale relative entre le rotor et le carter pour éviter le frottement entre les pièces rotatives et stationnaires ; c'est l'un des systèmes de protection de plus haut niveau pour les turbines à vapeur.
Un étalonnage complet de la sonde doit être effectué avant l'installation : vérification des dommages physiques et de l'intégrité de l'isolation électrique. La linéarité doit être vérifiée sur un banc d'essai à l'aide d'un comparateur, et les sorties 4-20 mA et 0-10 V, ainsi que les états d'actionnement des relais d'alarme et de déclenchement, doivent être vérifiés pour assurer une bonne linéarité.
Normes d'installation sur site : Les sondes doubles sont installées du même côté de l'arbre principal, face au carter basse pression. Spécifications de la sonde : Φ14 mm ; sensibilité : 3,937 V/mm ; alimentation du proximiteur : -24 V. La distance entre la sonde et le collier de butée doit être inférieure à 305 mm pour éviter une distorsion de mesure due à la dilatation thermique.
- Plage de mesure : -2 mm à +2 mm (état froid).
- Tension d'installation : -9,75 ± 0,2 V.
La logique de déclenchement à double sonde utilise une configuration "ET" pour prévenir efficacement les déclenchements intempestifs dus à des défaillances ponctuelles.
II. Installation de la sonde de dilatation absolue
Lors du démarrage, de l'arrêt et des changements de charge de la turbine à vapeur, les fluctuations de température dans le carter provoquent une dilatation thermique. Si les clavettes de glissement se bloquent ou si la dilatation est inégale, des risques tels que l'inclinaison du carter, des contraintes anormales sur la fondation et un désalignement de l'arbre peuvent survenir.
Deux capteurs de dilatation absolue LVDT sont installés lorsque l'unité est en état froid ; ils sont montés sur des supports dédiés avec leurs noyaux solidement connectés au carter.
La dilatation du carter entraîne le déplacement du noyau du capteur, générant un signal électrique linéaire. Après traitement par la carte de circuit imprimé, un signal standard de 4-20 mA est émis pour surveiller l'état global de la dilatation du carter en temps réel. Le point zéro d'installation doit être aligné avec le repère zéro de l'échelle.
III. Installation de la sonde de dilatation différentielle des carters haute et basse pression
La dilatation différentielle fait référence à la différence de dilatation entre le rotor et le carter.
Le rotor a une faible masse, chauffe rapidement et subit une dilatation importante, tandis que le carter a une masse élevée et chauffe lentement ; par conséquent, leurs taux de dilatation ne sont pas synchronisés. Si les limites de dilatation différentielle sont dépassées pendant le démarrage ou l'arrêt, un frottement entre les pièces rotatives et stationnaires (ou un contact rotor-stator) est très probable.
- Paramètres d'installation – Spécification de la sonde : sonde à courants de Foucault Φ25 mm
- Sensibilité : 0,8 V/mm
- Plage de mesure : -2 mm à 10 mm
- Tension de position zéro standard (installée face au générateur) :
- Dilatation différentielle haute pression (HP) : -11,10 V
Dilatation différentielle basse pression (BP) : -3,80 V
Convention industrielle : L'expansion du rotor vers le côté générateur est définie comme la direction positive pour la dilatation différentielle, facilitant la surveillance unifiée et l'analyse des tendances.
IV. Installation des sondes de vitesse de rotation et de vitesse nulle
La vitesse de rotation est un paramètre clé pour le contrôle des turbines à vapeur ; la détection de vitesse nulle est principalement utilisée pour le verrouillage du train d'entraînement pendant l'arrêt afin d'éviter le cintrage du rotor dû à un repos statique.
- Paramètres techniques
- Plage de mesure : 0-5000 tr/minValeur d'actionnement de vitesse nulle :
- <4 tr/min
- Alarme haute vitesse : 3240 tr/min
Entrefer de la sonde : 0,8–1,0 mm (calibré à l'aide d'une cale étalon)
Deux sondes à induction magnétique sont installées face à la roue dentée ; la vitesse de rotation est calculée via la fréquence des impulsions :
Vitesse de rotation = Fréquence des impulsions ÷ Nombre de dents * 60
Lorsque la vitesse de l'unité descend en dessous du seuil de vitesse nulle, le train d'entraînement s'engage automatiquement pour maintenir une rotation lente continue du rotor.
V. Installation des sondes de vibration de chapeau de palier (vibration de coquille de palier)
- Le capteur de vibration de la coquille de palier capture les signaux de vitesse de vibration du logement du palier ; ceux-ci sont filtrés et intégrés pour les convertir en valeurs de déplacement de vibration crête à crête, surveillant le niveau de vibration global du palier.
Plage de mesure : 0–100 µm.
Un étalonnage de canal est requis avant l'installation ; un signal standard est appliqué pour vérifier que la boucle fonctionne correctement, garantissant une mesure précise et fiable.
VI. Installation des sondes de vibration d'arbre (Critique)
Les points de mesure de vibration d'arbre fournissent les données les plus sensibles et directes pour diagnostiquer les défauts du système d'arbre.
Deux sondes à courants de Foucault Φ8 mm (sensibilité : 7,87 V/mm) sont installées à chacun des paliers de l'unité (n° 1 à n° 6).
- Les deux sondes sont positionnées à un angle de 90° l'une par rapport à l'autre et à 45° par rapport au plan horizontal, surveillant les vibrations dans les directions X et Y, respectivement. Normes d'installation
- Tension d'entrefer standard : -9,75 ± 0,2 V
Entrefer physique correspondant : environ 1,2 mm
Assurer que le fonctionnement dans toutes les conditions reste dans la plage linéaire de la sonde.
Expérience de terrain : Bien que de légères fluctuations du point zéro de vibration d'arbre soient admissibles, un étalonnage précis du point zéro améliore considérablement la précision de l'analyse des défauts ultérieure.
VII. Installation des sondes d'excentricité d'arbre
L'excentricité surveille le cintrage du rotor et est un paramètre critique à vérifier avant le démarrage ; le roulement de la turbine est strictement interdit si l'excentricité dépasse les limites. Tension d'entrefer d'installation standard : -10 V.
Les sondes Key-phasor ne doivent pas être installées directement face à la rainure de clavette.
Les signaux Key-phasor fournissent également des données de phase de vibration pour l'analyse spectrale et le diagnostic des défauts.
- VIII. Précautions générales d'installation pour les sondes TSI (Essentiel pour le personnel de terrain)
Ne pas tordre le fil de plomb pour serrer la sonde
- Utiliser une clé pour maintenir le corps/la plateforme de la sonde stable lors du serrage ; tordre le câble de signal est interdit. Le câblage interne fin des sondes à courants de Foucault est susceptible de dommages cachés, ce qui peut entraîner des pics de signal erratiques ou des défauts de connexion intermittents pendant le fonctionnement – des problèmes extrêmement difficiles à dépanner.
Les câbles doivent être soigneusement groupés et solidement fixés
- S'assurer que les connecteurs sont fermement branchés et que le câblage interne est organisé pour éviter les risques d'abrasion, de tension ou de mise à la terre.
La face de la sonde doit être perpendiculaire à la surface cible
- Angle d'inclinaison maximal ≤ 1° ; l'inclinaison provoque directement des erreurs de linéarité et des inexactitudes de mesure.
Alignement précis pour les sondes de déplacement et de dilatation différentielle
Aligner le centre de la sonde avec le centre de la bride cible (ou légèrement décalé vers l'extérieur) pour assurer une mesure efficace dans toutes les conditions de fonctionnement.
- IX. Défauts de mise en service courants et actions correctives standard
Décalage du point zéro de dilatation différentielle haute/basse pression
Causes : Sonde desserrée, déplacement du support dû aux vibrations, décalage du point zéro de l'arbre ou température de cylindre inégale.
- Action corrective : Vérifier la température du cylindre basse pression, resserrer le support de la sonde, recalibrer la tension du point zéro standard et sécuriser la position du point de mesure.
Augmentation continue du déplacement axial (montant à ±0,89 mm)
- Effectuer immédiatement une inspection complète : vérifier la charge de l'unité, les températures de vapeur principale et de réchauffage, le vide du condenseur, les températures des coussinets de butée, les tendances de dilatation différentielle, les vérifications audibles locales, les vibrations des paliers et la température d'échappement ; coordonner avec le personnel I&C pour vérifier l'instrumentation et ajuster rapidement les conditions de fonctionnement afin d'éviter l'actionnement du système de protection.
Vibration anormale dépassant les limites (critères "ligne rouge" de l'unité)
Avant le réchauffement à vitesse moyenne : Si la vibration du palier > 0,03 mm, déclencher immédiatement l'unité.
Pendant le passage de la vitesse critique : Si la vibration du palier > 0,1 mm ou la vibration de l'arbre > 0,254 mm, forcer un déclenchement ; interdire strictement le passage forcé à travers la vitesse critique – au lieu de cela, réduire la vitesse et effectuer le réchauffement.
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