汽轮机转子运行故障分析及诊断

李茂燕

摘 要：在目前工业生产中，汽轮机作为重要的旋转设备，是工业生产中必不可少的机械设备。其中汽轮机转子是汽轮机的主要零部件，使得汽轮机转子安全性、可靠性、适用性以及可维修性特点受到人们的关注，促使关于汽轮机转子运行故障机理与诊断技术也在飞速发展。在汽轮机转子运行过程中，发生的振动信号是判断汽轮机工作状态的重要指标，更是影响机械设备运行安全与操作人员人身安全的因素，因此对汽轮机转子运行故障分析及诊断的研究工作迫在眉睫。

关键词：汽轮机；转子；运行故障；分析与诊断

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.035

受到工业产业的发展，汽轮机机械设备也逐渐地走向成熟，如大型、自动型以及连续型汽轮机屡见不鲜。随着汽轮机机械设备的使用，不仅提升工业生产效率，还能有效地降低工业企业生产成本的消耗以及人力资源的使用，但是在汽轮机大范围运用过程中，对其可靠性与安全性性能面临着严峻的考验。目前，在工业生产中，实现大型产业化发展，如在石油、化工以及电力行业中，均采用满负荷与连续性生产模式，促使汽轮机成为重要的工业生产设备。

1 汽轮机转子运行故障类型

在汽轮机转子运行过程中，振动信号发生是转子发生故障的前提表现，对此应在汽轮机转子运行过程中，对其振动信号进行准确测量，为了更好地判断汽轮机转子运行故障类型，对其进行分类阐述。

振动频率：基频振动、倍频振动、整分数基频振动、比例基频振动、超低基频振动以及超高基频振动；振幅方位：横向振动（水平振动和垂直振动）、轴向振动与扭转振动；振动原因：转子平衡度较差、轴系不对称和零件松动、摩擦（密封件摩擦、转子和定子之间产生的摩擦）、轴承损坏、轴承内部油膜涡动与油膜振动、动力和水力的影响、轴承刚度较差、电气等；振动部位：转子和轴系振动（轴颈、轴纹叶片）、轴承（油膜滑动和波动）、壳体振动与轴承座振动、基础振动（基座、工作台、支架）、其他结构振动（阀门、阀杆、管道等）。

2 结合实际案例对汽轮机转子运行故障及诊断进行分析

某市炼油厂，利用延迟焦化装置中采用汽轮机，其具体的汽轮机厂商为杭州汽轮机厂，类型为凝气反动式汽轮机，现采用ENTEK振动检测系统对汽轮机运行状态进行诊断与监测。其详细的汽轮机转子运行故障诊流程为：对汽轮机转子振动信号信息进行检测和采集、分析与处理、传输、推理以及控制等。因为振动信号检测是判断汽轮机转子运行故障的主要依据，振动信号分析与处理工作是判断汽轮机转子故障的关键环节，传输与推理是整体运行故障判断的核心，控制是汽轮机转子运行故障诊断的最终目标。同时在汽轮机转子内部安装电涡流传感器，将线缆与控制箱相连，控制箱自带的振动监测模块可完成高速度数字振动信号的传输与处理工作，再使用以太网将信号处理结果上传至上位机中，从而完成汽轮机转子运行故障的诊断工作。

2.1 对ENTEK振动检测系统的利用

在该炼油厂使用的ENTEK振动检测系统性能参数如下所示：型号：NK25/NK28/NK12.5；额定功率：1178KW、常规功率：1071KW；额定转速：12176RPM、常规转速：9132RPM-12785RPM；最大进汽压力：1.2MPa（a）、常规进汽压力：1MPa（a）；常规排汽压力：0.012MPa（a）；最大进汽温度300摄氏度、常规进汽温度230摄氏度。

在ENTEK振动检测系统中，对于汽轮机转子运行故障的诊断，产生的信号数据直接送至XM模块中，经过以太网的传输，将信号传输至e monitor系统软件内部，在该软件界面中，实现传感器与信号数据的相接，使其成为振幅型数据，从而可知由e monitor系统软件连接的采集器、监测模块以及保护监测表共同组成具有共享能力的数据库，其共享数据库内自主携带故障诊断工作，能够依据实际需求，对汽轮机转子的运行故障类别进行准确定位，对此，操作人员以手动输送的方式，完成故障诊断报告的生成工作。

在此系统故障诊断环节中，由汽轮机转子振动值超出限定值而产生的故障，则需对汽轮机进行停机检修，同时加大对转子运行状态的监测工作，并对转子的转速进行妥善控制。其中具体的汽轮机组振动值如下表所示。在表1中可知，汽轮机转子在初始运行期间，振动值均以达到限定值范围，但是由于难以在生产中对汽轮机进行检修。因此，采用转子减速与状态控制的方式，实现对汽轮机转子运行故障的诊断工作。

2.2 报警和故障诊断

在对汽轮机转子振动信号数据分析过程中，应利用事先采集的信号设置与之相对应的报警界定，进而才能在振动值高出正常限定值时，及时对汽轮机转子的运行故障类型进行识别和分类，其详细的振动值高超报警流程为：输定报警值界限——输入采集数据限号——汽轮机转子运行——发生警报。首先，对转子平衡度较差故障诊断：水平与垂直倍频不平衡值均大于等于1、单倍频振动效果较为明显；其次，转子摩擦故障诊断：4倍频占据1倍频20%以上、5倍频与0.5倍频占据1倍频10%以上、2倍频占据1倍频50%以上、3倍频占据1倍频20%以上以及1倍頻在界定值以上；最后，油膜涡动与油膜振动故障诊断：0.5倍频、1倍频其幅值均在2.0以上。

3 结束语

总结上文，汽轮机作为工业生产中不可或缺的机械设备，在结构上具有复杂性以及特殊性的特点，促使其运行故障发生率相对较高。因此关于汽轮机诊断机理与诊断方法研究工作具有较高的现实价值、应用价值。在汽轮机运行过程中，产生平稳与非平稳振动信号，其中涵盖众多汽轮机运行特征，在汽轮机运行故障诊断中，应以振动信号为依据，对其进行详细分析。

参考文献：

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