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1浅议汽轮机组振动故障的诊断与分析盛连雨【论文摘要】：汽轮机组作为发电厂重要组成部分，其运行异常振动对于整个发电系统都有着重要的影响，本文就汽轮机组振动故障的诊断与原因分析进行简要的论述。【关键词】：汽轮机组；振动故障；诊断；分析随着工业生产和科学技术的发展，机械设备的可靠性、可用性、可维修性与安全性的问题日益突出，从而促进了人们对机械设备故障机理及诊断技术的研究。汽轮机组是火力发电厂的“心脏”，它作为火力发电厂的重要组成部分，由于其设备结构的复杂性和运行环境的特殊性，其故障率的减少对于整个系统安全、正常运行是有着重要的意义。汽轮机运行期间异常振动是比较难确定原因的一种故障，为加强汽轮机组的运行稳定与正常生产，对汽轮机运行异常振动的原因进行分析，并制定出相应的解决方法，就显得极为必要。一、汽轮机组振动故障诊断技术的发展情况早期的振动故障诊断主要是依靠人工，利用触、摸、听、看等手段对设备进行诊断。通过经验的积累，人们可以对一些设备故障做出判断，但这种手段由于其局限性和不完备性，现在已不能适应生产对设备可靠性的要求。而信息技术和计算机技术的迅速发展以及各种先进数学算法的出现，为汽轮机异常振动故障诊断技术的发展提供了有利的条件。人工智能、计算机网络技术和传感技术等已经成为汽轮机异常振动故障诊断系统不可缺少的部分。1、国外发展情况。2美国是最早从事汽轮机故障诊断研究的国家之一，在汽轮机故障诊断研究的许多方面都处于世界领先水平。目前美国从事汽轮机故障诊断技术开发与研究的机构主要有EPRI及西屋、Bently、IRD、CSI等部分电力公司。西屋公司（WHEC）是首先将网络技术应用于汽轮机异常振动故障诊断的，他们在已经开发出的汽轮发电机组故障诊断系统（AID）的基础上，在奥兰多建立了一个诊断中心（DOC），对分布于各地电站的多台机组进行远程诊断。东芝电气公司与东京电力公司于1987年合作开发的大功率汽轮机轴系振动诊断系统，采用计算机在线快速处理振动信号的解析技术与评价判断技术，设定一个偏离轴系正常值的极限值作为诊断的起始点进行诊断。三菱公司则在八十年代初期开发了MHM振动诊断系统，该系统能自动地或通过人机对话进行异常征候检测并能诊断其原因，其特点是可根据动矢量来确定故障。欧洲也有不少公司和部门从事汽轮机故障诊断技术的研究与开发。法国电力部门（EDF）从1978年起就在透平发电机上安装离线振动监测系统。2、我国的发展情况。我国在汽轮机组故障诊断技术方面的研究起步较晚，但是发展很快。一般说来，经历了两个阶段：第一阶段是从70年代末到80年代初，在这个阶段内主要是吸收国外先进技术，并对一些故障机理和诊断方法展开研究；第二阶段是从80年代初期到现在，引入人工智能等先进技术，大大推动了诊断系统的研制和实施，取得了丰硕的研究3成果。并成立了一些行业协会和学术团体，其中和汽轮机故障诊断有关的主要有，中国设备管理协会设备诊断技术委员会、中国机械工程学会设备维修分会、中国振动工程学会故障诊断学会及其旋转机械专业学组等。目前我国从事汽轮机故障诊断技术研究与开发的单位有几十家，主要有哈尔滨工业大学、西安交通大学、清华大学、华中理工大学、东南大学、上海交通大学、华北电力大学等高等院校和上海发电设备成套设计研究所、哈尔滨电工仪表所、西安热工研究所、山东电力科学试验研究所、哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所及一些汽轮机制造厂和大型电厂等。二、汽轮机组振动故障的诊断技术1、传感器技术。由于汽轮机工作环境恶劣，所以在汽轮机振动故障诊断系统中，对传感器性能要求就更高。现行的对传感器自身故障检测技术主要有硬件冗余、解析冗余和混合冗余，由于硬件冗余有其明显的缺点，因而在实际中应用较少。2、信号分析与处理。目前，汽轮机振动故障诊断系统中的振动信号处理，大多采用快速傅立叶变换（FFT），FFT的思想在于将一般时域信号表示为具有不同频率的谐波函数的线性叠加，它认为信号是平稳的，所以分析出的频率具有统计不变性。FFT对很多平稳信号的情况具有适用性，因而得到了广泛的应用。但是，实际中的很多信号是非线性、非平稳的，所以为了提高分辨精度，新的信号分析与处理方法成为许多机构的研究课题。三、汽轮机组振动故障的基本因素4由于汽轮机组转速高、温度高、介质流速高，且运行时间长、部件磨损、膨胀间隙等原因，从而使得汽轮机组故障时常出现。由于机组的异常振动往往受多方面因素的影响，所以只要跟机本体有关的任何部件、基础、介质（进汽参数、疏水、油温、油质）等，都将可能是机组产生异常振动的基本因素。因此，只有细致分析、查明原因才能对症提出解决方法。四、汽轮机组振动故障原因分析1、瓦盖振、轴振的异常变化。根据振动产生的集中原因，在查找振动主要来源时要注意下面几个要素：1.1振动的频率是1X，2X，1/2X...........。1.2振动的相位是否有变化及相邻轴承相位的关系。1.3振动是否随转速、负荷、温度、励磁电流、时间等的变化而有所变化。2、转子质量不平衡引起的振动异常。转子升速时振动与转速的二次方成正比，转速高、振动大，特别在过临界时振动比以往大很多，振动的频率主要是1X。振动的相位一般不变化及相邻轴承相位出现同相或反相。振动的稳定性与重复性好（在振动没有引起磨擦的情况下）。3、汽流激振引起的异常。汽流激振有两个主要特征：一是应该出现较大量值的低频分量；二是振动的增大受运行参数的影响明显。如负荷，且增大应该呈突发性。其原因主要是由于叶片受不均衡的气体来流冲击而发生汽流激振。5对于大型机组，由于末级较长，气体在叶片膨胀末端产生流道紊乱也可能发生汽流激振现象；轴封也可能发生汽流激振现象。针对汽轮机组汽流激振的特征，其故障分析要通过长时间记录每次机组振动的数据，连同机组满负荷时的数据记录，做出成组曲线，观察曲线的变化趋势和范围。通过改变升降负荷速率，从5T/h到50/h的给水量逐一变化的过程，观察曲线变化情况。通过改变汽轮机不同负荷时高压调速汽门重调特性，消除气流激振。简单的说就是确定机组产生汽流激振的工作状态，采用减低负荷变化率和避开产生汽流激振的负荷范围的方式来避免汽流激振的产生。4、转子热变形导致的机组异常振动。转子热变形引发的振动特征是一倍频振幅的增加与转子温度和蒸汽参数有密切关系，大都发生在机组冷态启机定速后带负荷阶段，此时转子温度逐渐升高，材质内应力释放引起转子热变形，一倍频振动增大，同时可能伴随相位变化。由于引起了转子弯曲变形而导致机组异常振动。转子永久性弯曲和临时性弯曲是两种不同的故障，但其故障机理相同，都与转子质量偏心类似，因而都会产生与质量偏心类似的旋转矢量激振力。与质心偏离不同之处在于轴弯曲会使两端产生锥形运动，因而在轴向还会产生较大的工频振动。另外，转轴弯曲时，由于弯曲产生的弹力和转子不平衡所产生的离心力相位不同，两者之间相互作用会有所抵消，转轴的振幅在某个转速下会有所减小，即在某个转速上，转轴的振幅会产生一个“凹谷”，这点与不平衡转子动力特性有所不同。当弯曲的作用小于不衡量时，振幅的减少发生在临界转速以下；当弯曲作用大于不平衡量时，振幅的减少就发生在临界转速以上。针6对转子热变形的故障处理就是更换新的转子以减低机组异常振动。没有了振动力的产生机组也就不会出现异常振动。5、摩擦振动引起的异常。摩擦振动的特征：一是由于转子热弯曲将产生新的不平衡力，因此振动信号的主频仍为工频，但是由于受到冲击和一些非线性因数的影响，可能会出现少量分频、倍频和高频分量，有时波形存在“削顶”现象。二是发生摩擦时，振动的幅值和相位都具有波动特性，波动持续时间可能比较长。摩擦严重时，幅值和相位不再波动，振幅会急剧增大。三是降速过临界时的振动一般较正常升速时大，停机后转子静止时，测量大轴的晃度比原始值明显增加。摩擦振动的机理：对汽轮机转子来讲，摩擦可以产生抖动、涡动等现象，但实际有影响的主要是转子热弯曲。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度是不同的，由于重摩擦侧温度高于轻摩擦侧，导致转子径向截面上温度不均匀，局部加热造成转子热弯曲，产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。6、设计有通病引起的异常振动。根据振动特征与安装、检测记录等多方面进行分析，要做好心理准备并牢记其故障点，一旦出现情况首先要检查设计缺陷部件，找出故障原因最终排除。汽轮机组异常振动是汽轮机运行过程中不可避免的故障，同时也是较为常见的故障。在进行此类故障排除时，不能急于拆解机组，首先要根据故障特征进行故障分析，确定故障点后查看机组维修记录，确认故障点零部件情况。如故障点零部件为刚刚检修过并更换，因再次确认故障点，确认为改点后进行拆解。一般来讲短期内进过维护保养的部件出现故障的几率远远小于维护时间长的部件。因此，在进行7汽轮机异常振动原因分析时要格外注意。许多情况时需要维修人员长期积累的经验来判断的，加强企业汽轮机组维护保养人员培训，提高维修人员素质及专业技能时提高汽轮机故常排除效率的最佳途径。参考文献:[1]陈有利.发电机组常见故障检测与排除[J].电力信息,2005,12.[2]张阳.发电机组异常振动原因探析[J].电力科技,2006,4.[3]王东炎.发电机组异常振动排除[J].机械工业,2007,12.[4]赵瑞林.关于发电机组异常震动的分析[J].工业科技,2005,8.[5]艾欣芳.发电机组检修技术手册[J].机械研究与分析,2006,4.作者简介：姓名：盛连雨性别：男民族：汉年龄：37学历：大专职称：助理工程师身份证号码：230106197306220814电话号码：15866658065职务：黑火电一公司邹平七电项目部质保主任