汽輪機故障診斷技術探討

楊致星 賈碧輝

摘要： 汽輪機的組成結構極具復雜性，系統十分嚴謹，出現故障的頻率較高。筆者概述了有關汽輪機故障的分析方法，進而分析了汽輪機振動故障診斷技術，最后以實例對汽輪機振動故障診斷進行了深入研究。

關鍵詞： 汽輪機；振動故障；診斷技術

中圖分類號：F407文獻標識碼： A

汽輪機是一種高速旋轉機械，其主要的構造部件包括轉子、轉子軸承、汽缸以及聯軸器等。由于在加工或者安裝過程中存在缺陷，將導致汽輪機在運行的過程中出現振動。根據振動的類型可以將振動分為橫向振動、軸向振動以及扭轉振動三種。而根據導致振動的激勵方式，又可以將振動分為基頻振動和二倍頻振動。其中，導致汽輪機運行不穩定或者是破壞的主要原因是由橫向振動或者是基頻振動而導致的。

1 汽輪機故障分析方法

對于汽輪機而言，其故障普遍表現為機組振動過大。在現場故障診斷中，常用到的故障分析方法便是振動分析法。

波形分析法

時間波形是最初的振動信息源。由傳感器進行輸出的振動信息在普遍情況下均為時間波形。對一些有著明顯特征的波形，可以直接用于設備故障的判斷。波形分析簡易直觀，這也是波形分析法的優勢之所在。

軌跡分析法

對于軸承座的運動軌跡而言，轉子軸心直接性地對轉子瞬時的運動狀態反應出來，并且涵蓋了很多關于機械運作情況的信息[2]。由此可見，對于設備故障的診斷，軌跡分析法的作用是非常明顯的?；谡顟B，軸心軌跡具有穩定性，每一次轉動循環一般情況下均保持在相同的位置上，且軌跡普遍上是相互重合的。在軸心軌跡的形狀與大小呈現不斷變化的勢態時，便表現轉子運行狀態不具穩定性。面對此種情況，需進行及時有效的調整工序，不然極易致使機組失去穩定性，進而造成停車事故的發生。

頻譜分析法

對于設備故障的分析，頻譜分析法在應用方面極具廣泛性。普遍應用到的頻譜有兩種：其一是功率譜；其二是幅值譜。其中，功率譜代表在振動功率隨振動頻率的分布狀況，其物理含義較為清晰。幅值譜代表相對應的各個頻率的諧波振動分量所具備的振幅，在應用過程中，幅值譜具有直觀的特點。并且，幅值譜的譜線高度便是此頻率分量的振幅大小?？傊?，對于頻譜分析法而言，其目的便是把形成信號的每一種頻率成分均進行分解，以此為振源的識別提供方便。

汽輪機振動故障診斷技術探究

汽輪機存在多方面的振動故障，筆者主要對啟動過程中暖機或脹差過大等原因引起的振動、造成故障診斷準確率低的原因以及振動故障診斷步驟三大方面進行探究。

啟動過程中暖機時間不夠或脹差過大而引起的振動分析

啟動過程中暖機或脹差過大而引起的振動極具明顯性。汽輪機在啟動及停止過程中，轉子和氣缸的熱交換條件是有所區別的。所以，兩者之間在軸向形成的膨脹也有所區別，即為出現相對膨脹現象。所謂的相對膨脹又可稱之為長差。通過脹差的大小，能夠反映出汽輪機軸向動靜間隙的改變狀況。為了讓由軸向間隙改變進而引起的動靜摩擦得到有效規避，不但需要對脹差進行嚴密監視，還需要充分認識到脹差對汽輪機運行所造成的嚴重影響。我們知道，機組從升速至定速過程中，時間短，蒸汽溫度及流量基本上沒有發生改變，因此對脹差造成的影響只能在定速之后才能夠很好地反映出來。定速之后，脹差所增加的幅度比較大的，并且持續時間長。另外，基于低負荷暖機階段，蒸汽對轉子及氣缸的加熱程度較為激烈。大致上分析，造成機組暖機或者脹差的原因主要有：凝汽器真空的改變、暖機時間的長短、軸封供汽溫度的高低以及供汽時長等。因此，在機組啟動過程中，需要從三方面做好：1）在低速階段進行聽音；2）在高速階段對機組的振動引起足夠重視，尤為重要的是在過臨界的狀況下，如果振動超標，是不能夠硬闖的；3）當機組并網之后，因為汽缸溫度較低，額轉子膨脹又比氣缸要打，所以要以差脹的狀況為基礎，進而對進汽溫度進行有效控制，并使低負荷暖機得到有效保證。

造成故障診斷準確率低的原因分析

在汽輪機中，振動診斷技術當前已經得到廣泛的應用。造成故障診斷準確率低的原因表現在三個方面：1）對振動特征的掌握程度不夠；2）在認識上對故障機理存在偏差；3）只重視直觀的故障，對內部故障不深入了解。并且，在實際應用中，如果遇到振動故障，作業人員只是憑借自身的經驗進行處理。然而振動診斷的實際價值之所在便是對振動狀況進行有效規避。如果故障診斷的準確率大于50%，便說明消除振動的指導作用極具明顯性。如果準確率只在20%至30%之間，那么說明消除振動的效果不具良好性，甚至可能是一種誤導。對于汽輪機的振動故障診斷，常用的兩種方法便是正向推理法與反向推理法。在對機組振動故障正確的認識之下，適宜采用正向推理法。但從實踐情況上分析，對于振動故障診斷并不經常使用正向推理法。因此，便經常性采用反向推理法。該方法是根據振動的特征進行分析，并對故障的特點進行反推，以此獲取多種結論，讓振動故障在引導之下得到處理。此種方法會使故障診斷的準確率大大降低。

振動故障診斷步驟分析

對傳統故障診斷的方法進行改善是使診斷故障診斷準確率得到提升的有效策略。若想要使診斷故障準確率大大提升，還需要進行充分做好以下步驟：1）首先對振動的種類進行確認。主要是對振動頻譜及外在特征進行觀察，進而將各類振動進行有序的分類。將所存在的故障的原因充分確認之后，再實施判斷措施；2）先對軸承座剛度進行檢查，看是不是正常，然后對激振力故障原因進行分析；3）對轉子進行檢查，檢查是不是存在不平衡力、不平衡電磁力以及平直度偏差等故障，進而對基于穩定的普通強迫振動是否存在進行確認，最終使故障類型能夠得到有效診斷。 3 汽輪機振動故障診斷實例分析

實例概況：以某熱電廠4#汽輪發電機組為實例，它是由上海汽輪機廠所生產的50 MW汽輪發電機，其型號為C50-90/1.2-1，并且是單缸沖動一級調整抽汽凝汽式機組，在配裝方面，配置了由上海電機廠生產的發電機，其型號為QFs-60-2。

振動情況：此機組在運作過程當中有3#瓦軸向振動偏大的現象存在，高達20 mm/s，經過反復檢查后依舊沒有找出其中的原因[3]。

診斷：3#瓦軸向振動的主頻率為50 Hz，據分析可知為普通強迫振動。造成普通強迫振動存在兩方面的原因：其一，軸承座動剛度偏低；其二，激振力偏大。

處理因素：通過對3#瓦軸承座檢查發現軸承座存在多方面的問題，主要有球面墊鐵接觸性能不良、軸承緊力不夠、地腳螺栓較為松動以及軸承座墊片不具合理性等。其中，在對壓軸承緊力進行檢修時發現，軸承體球面和球面座兩者間有0.02毫米的間隙，軸承蓋和軸承體兩者間有0.15毫米的間隙。此機的檢修標準在軸承體球面和球面座兩者間為0.02毫米到0.04毫米時呈過盈狀態；軸承蓋和軸承體兩者間在0.02毫米到0.05毫米時呈過盈狀態。由此可見，整個軸瓦的緊力明顯不夠，且垂直方向沒有辦法對振動進行控制。

故障診斷結論：通過數據分析可知，在垂直振動的差異達到兩倍的情況下，軸向振動可達到9 mm/s；在垂直振動的差異振動比較小的情況，軸向振動便偏小。振動故障出現后，不能僅靠現場動平衡進行解決，應該對問題的根源進行嚴謹分析，然后對問題進行有效解決。

結束語

通過本文的探究，充分認識到造成故障診斷準確率低的現象存在三方面的原因，分別為：對振動特征的掌握程度不夠、在認識上對故障機理存在偏差、只重視直觀的故障，對內部故障不深入了解。因此充分掌握汽輪機振動故障診斷技術便顯得尤為重要。最后筆者通過實例進行深入分析，希望以此為今后關于汽輪機振動故障診斷技術的研究提供一些具有建設性的參考依據。

參考文獻

[1]謝亮.汽輪機振動故障診斷技術探討[J].科技傳播，2011（07）.

[2]韓中合，劉明浩.基于支持向量機的汽輪機振動故障診斷系統[J].汽輪機技術，2013.

[3]潘高峰.趙彥海.富氣壓縮機組汽輪機振動故障診斷[J].設備管理與維修，2011.