Il sistema TSI (Turbine Supervisory Instrumentation) funge da barriera di sicurezza più critica per le turbine a vapore; le principali funzioni di protezione, come il monitoraggio dello spostamento assiale, delle vibrazioni dell'albero, dell'espansione differenziale, della velocità di rotazione e dell'eccentricità dell'albero, si basano interamente sui segnali catturati dalle sonde TSI. Problemi quali impostazioni errate della distanza della sonda, staffe di montaggio allentate o pratiche di cablaggio non conformi agli standard possono portare a derive di misurazione e frequenti allarmi fastidiosi o, in casi gravi, provocare interruzioni non pianificate dell'unità. I professionisti della strumentazione per il controllo termico sanno bene che non esistono questioni banali per quanto riguarda la protezione dell'unità: la stabilità dell'unità principale dipende dalla stabilità dei punti di misura TSI. Tutte le funzioni critiche di monitoraggio, interblocco e protezione dallo scatto per la turbina a vapore si basano su sonde TSI. In definitiva, molti problemi in loco, tra cui falsi allarmi, fluttuazioni del segnale e anomalie del sistema di protezione, derivano da lacune di installazione imprecise, punti zero non calibrati, montaggio non sicuro o pratiche di installazione non standard.
I. Installazione della sonda di spostamento assiale (protezione del nucleo per l'unità principale)
Il monitoraggio dello spostamento assiale traccia la posizione assiale relativa tra il rotore e l'involucro per evitare sfregamenti tra le parti rotanti e fisse; è uno dei sistemi di protezione di massimo livello per turbine a vapore.
Prima dell'installazione è necessario completare la calibrazione completa della sonda: verifica dell'eventuale presenza di danni fisici e verifica dell'integrità dell'isolamento elettrico. La linearità deve essere verificata su un banco di prova utilizzando un comparatore e le uscite 4–20 mA e 0–10 V, nonché gli stati di attivazione del relè di allarme e di sgancio, devono essere controllati per garantire una buona linearità.
Standard di installazione in loco: le doppie sonde sono installate sullo stesso lato dell'albero principale, rivolte verso l'involucro di bassa pressione. Specifiche della sonda: Φ14 mm; sensibilità: 3.937 V/mm; alimentazione prossimità: -24 V. La distanza tra la sonda e il collare di spinta deve essere inferiore a 305 mm per evitare distorsioni della misura causate dalle dilatazioni termiche.
- Campo di misura: da -2 mm a +2 mm (a freddo).
- Tensione di installazione: -9,75 ± 0,2 V.
La logica di intervento a doppia sonda utilizza una configurazione "AND" per prevenire efficacemente interventi fastidiosi causati da guasti a punto singolo.
II. Installazione della sonda di espansione assoluta
Durante l'avvio, l'arresto e le variazioni di carico della turbina a vapore, le fluttuazioni di temperatura nell'involucro causano dilatazione termica. Se le chiavette scorrevoli si inceppano o l'espansione non è uniforme, possono verificarsi rischi come l'inclinazione dell'involucro, sollecitazioni anomale sulla fondazione e disallineamento dell'albero.
Due sensori di espansione assoluta LVDT sono installati mentre l'unità è a freddo; sono montati su staffe dedicate con i loro nuclei saldamente collegati all'involucro.
L'espansione dell'involucro determina lo spostamento del nucleo del sensore, generando un segnale elettrico lineare. Dopo l'elaborazione da parte della scheda di circuito, viene emesso un segnale standard da 4–20 mA per monitorare lo stato di espansione generale dell'involucro in tempo reale. Il punto zero dell'installazione deve essere allineato con la tacca zero della bilancia.
III. Installazione della sonda di espansione differenziale dell'involucro di alta e bassa pressione
L'espansione differenziale si riferisce alla differenza di espansione tra il rotore e l'involucro.
Il rotore ha massa bassa, si riscalda rapidamente e subisce una notevole dilatazione, mentre l'involucro ha massa elevata e si riscalda lentamente; di conseguenza, i loro tassi di espansione non sono sincronizzati. Se i limiti di espansione differenziale vengono superati durante l'avvio o l'arresto, è molto probabile che si verifichi uno sfregamento tra le parti rotanti e quelle fisse (o il contatto rotore-statore). Parametri di installazione - Specifiche della sonda: sonda a correnti parassite da Φ25 mm
- Sensibilità: 0,8 V/mm
- Intervallo di misurazione: da -2 mm a 10 mm
- Tensione di posizione zero standard (installata di fronte al generatore):
- Espansione differenziale alta pressione (HP): -11,10V
- Espansione differenziale bassa pressione (LP): -3,80V
Convenzione del settore: l'espansione del rotore verso il lato del generatore è definita come la direzione positiva dell'espansione differenziale, facilitando il monitoraggio unificato e l'analisi delle tendenze.
IV. Installazione di sonde di velocità di rotazione e di velocità zero
La velocità di rotazione è un parametro fondamentale per il controllo delle turbine a vapore; Il rilevamento della velocità zero viene utilizzato principalmente per l'interblocco dell'ingranaggio di rotazione durante l'arresto per evitare l'incurvamento del rotore dovuto al riposo statico.
Parametri tecnici
- Intervallo di misurazione: 0–5000 giri/min
- Valore di attuazione a velocità zero: <4 giri/min
- Allarme ad alta velocità: 3240 giri/min
- Distanza della sonda: 0,8–1,0 mm (calibrato utilizzando uno spessimetro)
Di fronte alla ruota dentata sono installate due sonde di induzione magnetica; la velocità di rotazione viene calcolata tramite la frequenza degli impulsi:
Velocità di rotazione = Frequenza degli impulsi ÷ Numero di denti * 60
Quando la velocità dell'unità scende al di sotto della soglia di velocità zero, l'ingranaggio di rotazione si inserisce automaticamente per mantenere una rotazione lenta e continua del rotore.
V. Installazione delle sonde di vibrazione del coperchio del cuscinetto (vibrazione del guscio del cuscinetto).
Il sensore di vibrazione del guscio del cuscinetto acquisisce i segnali di velocità di vibrazione dall'alloggiamento del cuscinetto; questi vengono filtrati e integrati per convertirli in valori di spostamento delle vibrazioni picco-picco, monitorando il livello di vibrazione complessivo del cuscinetto.
- Intervallo di misurazione: 0–100 μm.
La calibrazione del canale è necessaria prima dell'installazione; viene immesso un segnale standard per verificare che il circuito funzioni correttamente, garantendo una misurazione accurata e affidabile.
VI. Installazione di sonde di vibrazione dell'albero (critica)
I punti di misurazione delle vibrazioni dell'albero forniscono i dati più sensibili e diretti per diagnosticare i guasti del sistema dell'albero.
Due sonde per correnti parassite da Φ8 mm (sensibilità: 7,87 V/mm) sono installate su ciascuno dei cuscinetti dell'unità (dal n. 1 al n. 6).
Le due sonde sono posizionate ad un angolo di 90° tra loro e a 45° rispetto al piano orizzontale, monitorando le vibrazioni rispettivamente nelle direzioni X e Y. Standard di installazione
- Voltaggio gap standard: -9,75 ± 0,2 V
- Divario fisico corrispondente: ca. 1,2 mm
Assicurarsi che il funzionamento in tutte le condizioni rimanga entro l'intervallo lineare della sonda.
Esperienza sul campo: sebbene siano ammissibili piccole fluttuazioni nel punto zero delle vibrazioni dell'albero, una calibrazione precisa del punto zero migliora significativamente la precisione della successiva analisi dei guasti.
VII. Installazione delle sonde di eccentricità dell'albero
L'eccentricità monitora l'inclinazione del rotore ed è un parametro fondamentale da controllare prima dell'avvio; è severamente vietato far rotolare la turbina se l'eccentricità supera i limiti. Tensione di installazione standard: -10 V.
Le sonde chiave-fasore non devono essere installate direttamente rivolte verso la sede della chiavetta.
I segnali dei fattori chiave forniscono anche dati sulla fase di vibrazione per l'analisi dello spettro e la diagnosi dei guasti.
VIII. Precauzioni generali per l'installazione delle sonde TSI (essenziali per il personale sul campo)
- Non torcere il cavo per stringere la sonda
Utilizzare una chiave per tenere fermo il corpo/piattaforma della sonda durante il serraggio; è vietato attorcigliare il cavo del segnale. Il sottile cablaggio interno delle sonde a correnti parassite è suscettibile a danni nascosti, che possono portare a picchi di segnale irregolari o errori di connessione intermittenti durante il funzionamento, problemi estremamente difficili da risolvere.
- I cavi devono essere raggruppati in modo ordinato e fissati saldamente
Assicurarsi che i connettori siano collegati saldamente e che il cablaggio interno sia organizzato in modo da evitare rischi di abrasione, tensione o messa a terra.
- La faccia della sonda deve essere perpendicolare alla superficie target
Angolo di inclinazione massimo ≤ 1°; l'inclinazione provoca direttamente errori di linearità e imprecisioni di misurazione.
- Allineamento accurato per sonde di spostamento e di espansione differenziale
Allineare il centro della sonda con il centro della flangia target (o leggermente spostato verso l'esterno) per garantire una misurazione efficace in tutte le condizioni operative.
IX. Errori comuni di messa in servizio e azioni correttive standard
- Spostamento del punto zero dell'espansione differenziale ad alta/bassa pressione
Cause: sonda allentata, spostamento della staffa dovuto a vibrazioni, spostamento della posizione zero dell'albero o temperatura non uniforme del cilindro.
Azione correttiva: controllare la temperatura della bombola a bassa pressione, serrare la staffa della sonda, ricalibrare la tensione del punto zero standard e fissare la posizione del punto di misurazione.
- Aumento continuo dello spostamento assiale (in aumento fino a ±0,89 mm)
Condurre immediatamente un'ispezione completa: controllare il carico dell'unità, le temperature del vapore principale e di riscaldamento, il vuoto del condensatore, le temperature dei cuscinetti reggispinta, le tendenze dell'espansione differenziale, i controlli acustici locali, le vibrazioni dei cuscinetti e la temperatura di scarico; coordinarsi con il personale I&C per verificare la strumentazione e regolare tempestivamente le condizioni operative per impedire l'attivazione del sistema di protezione.
- Vibrazioni anomale che superano i limiti (criterio della "linea rossa" dell'unità)
Prima del riscaldamento a velocità media: se le vibrazioni del cuscinetto > 0,03 mm, far scattare immediatamente l'unità.
Durante il passaggio a velocità critica: se la vibrazione del cuscinetto > 0,1 mm o la vibrazione dell'albero > 0,254 mm, forzare uno scatto; vietare severamente di forzare il passaggio attraverso la velocità critica; ridurre invece la velocità ed eseguire il riscaldamento.
Dai la priorità al controllo della pressione dell'olio lubrificante, della temperatura dell'olio e della temperatura dell'idrogeno; valutare il rischio di sfregamento del sistema di alberi o di piegamento del rotore.
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