汽轮机故障诊断技术探讨

杨致星 贾碧辉

摘要： 汽轮机的组成结构极具复杂性，系统十分严谨，出现故障的频率较高。笔者概述了有关汽轮机故障的分析方法，进而分析了汽轮机振动故障诊断技术，最后以实例对汽轮机振动故障诊断进行了深入研究。

关键词： 汽轮机；振动故障；诊断技术

中图分类号：F407文献标识码： A

汽轮机是一种高速旋转机械，其主要的构造部件包括转子、转子轴承、汽缸以及联轴器等。由于在加工或者安装过程中存在缺陷，将导致汽轮机在运行的过程中出现振动。根据振动的类型可以将振动分为横向振动、轴向振动以及扭转振动三种。而根据导致振动的激励方式，又可以将振动分为基频振动和二倍频振动。其中，导致汽轮机运行不稳定或者是破坏的主要原因是由横向振动或者是基频振动而导致的。

1 汽轮机故障分析方法

对于汽轮机而言，其故障普遍表现为机组振动过大。在现场故障诊断中，常用到的故障分析方法便是振动分析法。

波形分析法

时间波形是最初的振动信息源。由传感器进行输出的振动信息在普遍情况下均为时间波形。对一些有着明显特征的波形，可以直接用于设备故障的判断。波形分析简易直观，这也是波形分析法的优势之所在。

轨迹分析法

对于轴承座的运动轨迹而言，转子轴心直接性地对转子瞬时的运动状态反应出来，并且涵盖了很多关于机械运作情况的信息[2]。由此可见，对于设备故障的诊断，轨迹分析法的作用是非常明显的。基于正常状态，轴心轨迹具有稳定性，每一次转动循环一般情况下均保持在相同的位置上，且轨迹普遍上是相互重合的。在轴心轨迹的形状与大小呈现不断变化的势态时，便表现转子运行状态不具稳定性。面对此种情况，需进行及时有效的调整工序，不然极易致使机组失去稳定性，进而造成停车事故的发生。

频谱分析法

对于设备故障的分析，频谱分析法在应用方面极具广泛性。普遍应用到的频谱有两种：其一是功率谱；其二是幅值谱。其中，功率谱代表在振动功率随振动频率的分布状况，其物理含义较为清晰。幅值谱代表相对应的各个频率的谐波振动分量所具备的振幅，在应用过程中，幅值谱具有直观的特点。并且，幅值谱的谱线高度便是此频率分量的振幅大小。总之，对于频谱分析法而言，其目的便是把形成信号的每一种频率成分均进行分解，以此为振源的识别提供方便。

汽轮机振动故障诊断技术探究

汽轮机存在多方面的振动故障，笔者主要对启动过程中暖机或胀差过大等原因引起的振动、造成故障诊断准确率低的原因以及振动故障诊断步骤三大方面进行探究。

启动过程中暖机时间不够或胀差过大而引起的振动分析

启动过程中暖机或胀差过大而引起的振动极具明显性。汽轮机在启动及停止过程中，转子和气缸的热交换条件是有所区别的。所以，两者之间在轴向形成的膨胀也有所区别，即为出现相对膨胀现象。所谓的相对膨胀又可称之为长差。通过胀差的大小，能够反映出汽轮机轴向动静间隙的改变状况。为了让由轴向间隙改变进而引起的动静摩擦得到有效规避，不但需要对胀差进行严密监视，还需要充分认识到胀差对汽轮机运行所造成的严重影响。我们知道，机组从升速至定速过程中，时间短，蒸汽温度及流量基本上没有发生改变，因此对胀差造成的影响只能在定速之后才能够很好地反映出来。定速之后，胀差所增加的幅度比较大的，并且持续时间长。另外，基于低负荷暖机阶段，蒸汽对转子及气缸的加热程度较为激烈。大致上分析，造成机组暖机或者胀差的原因主要有：凝汽器真空的改变、暖机时间的长短、轴封供汽温度的高低以及供汽时长等。因此，在机组启动过程中，需要从三方面做好：1）在低速阶段进行听音；2）在高速阶段对机组的振动引起足够重视，尤为重要的是在过临界的状况下，如果振动超标，是不能够硬闯的；3）当机组并网之后，因为汽缸温度较低，额转子膨胀又比气缸要打，所以要以差胀的状况为基础，进而对进汽温度进行有效控制，并使低负荷暖机得到有效保证。

造成故障诊断准确率低的原因分析

在汽轮机中，振动诊断技术当前已经得到广泛的应用。造成故障诊断准确率低的原因表现在三个方面：1）对振动特征的掌握程度不够；2）在认识上对故障机理存在偏差；3）只重视直观的故障，对内部故障不深入了解。并且，在实际应用中，如果遇到振动故障，作业人员只是凭借自身的经验进行处理。然而振动诊断的实际价值之所在便是对振动状况进行有效规避。如果故障诊断的准确率大于50%，便说明消除振动的指导作用极具明显性。如果准确率只在20%至30%之间，那么说明消除振动的效果不具良好性，甚至可能是一种误导。对于汽轮机的振动故障诊断，常用的两种方法便是正向推理法与反向推理法。在对机组振动故障正确的认识之下，适宜采用正向推理法。但从实践情况上分析，对于振动故障诊断并不经常使用正向推理法。因此，便经常性采用反向推理法。该方法是根据振动的特征进行分析，并对故障的特点进行反推，以此获取多种结论，让振动故障在引导之下得到处理。此种方法会使故障诊断的准确率大大降低。

振动故障诊断步骤分析

对传统故障诊断的方法进行改善是使诊断故障诊断准确率得到提升的有效策略。若想要使诊断故障准确率大大提升，还需要进行充分做好以下步骤：1）首先对振动的种类进行确认。主要是对振动频谱及外在特征进行观察，进而将各类振动进行有序的分类。将所存在的故障的原因充分确认之后，再实施判断措施；2）先对轴承座刚度进行检查，看是不是正常，然后对激振力故障原因进行分析；3）对转子进行检查，检查是不是存在不平衡力、不平衡电磁力以及平直度偏差等故障，进而对基于稳定的普通强迫振动是否存在进行确认，最终使故障类型能够得到有效诊断。 3 汽轮机振动故障诊断实例分析

实例概况：以某热电厂4#汽轮发电机组为实例，它是由上海汽轮机厂所生产的50 MW汽轮发电机，其型号为C50-90/1.2-1，并且是单缸冲动一级调整抽汽凝汽式机组，在配装方面，配置了由上海电机厂生产的发电机，其型号为QFs-60-2。

振动情况：此机组在运作过程当中有3#瓦轴向振动偏大的现象存在，高达20 mm/s，经过反复检查后依旧没有找出其中的原因[3]。

诊断：3#瓦轴向振动的主频率为50 Hz，据分析可知为普通强迫振动。造成普通强迫振动存在两方面的原因：其一，轴承座动刚度偏低；其二，激振力偏大。

处理因素：通过对3#瓦轴承座检查发现轴承座存在多方面的问题，主要有球面垫铁接触性能不良、轴承紧力不够、地脚螺栓较为松动以及轴承座垫片不具合理性等。其中，在对压轴承紧力进行检修时发现，轴承体球面和球面座两者间有0.02毫米的间隙，轴承盖和轴承体两者间有0.15毫米的间隙。此机的检修标准在轴承体球面和球面座两者间为0.02毫米到0.04毫米时呈过盈状态；轴承盖和轴承体两者间在0.02毫米到0.05毫米时呈过盈状态。由此可见，整个轴瓦的紧力明显不够，且垂直方向没有办法对振动进行控制。

故障诊断结论：通过数据分析可知，在垂直振动的差异达到两倍的情况下，轴向振动可达到9 mm/s；在垂直振动的差异振动比较小的情况，轴向振动便偏小。振动故障出现后，不能仅靠现场动平衡进行解决，应该对问题的根源进行严谨分析，然后对问题进行有效解决。

结束语

通过本文的探究，充分认识到造成故障诊断准确率低的现象存在三方面的原因，分别为：对振动特征的掌握程度不够、在认识上对故障机理存在偏差、只重视直观的故障，对内部故障不深入了解。因此充分掌握汽轮机振动故障诊断技术便显得尤为重要。最后笔者通过实例进行深入分析，希望以此为今后关于汽轮机振动故障诊断技术的研究提供一些具有建设性的参考依据。

参考文献

[1]谢亮.汽轮机振动故障诊断技术探讨[J].科技传播，2011（07）.

[2]韩中合，刘明浩.基于支持向量机的汽轮机振动故障诊断系统[J].汽轮机技术，2013.

[3]潘高峰.赵彦海.富气压缩机组汽轮机振动故障诊断[J].设备管理与维修，2011.