浅谈汽轮机故障诊断分析方法

吴闯

摘 要：汽轮机发生故障停修，会产生非常严重的经济损失，所以汽轮机故障问题一直受到人们重视。本文结合汽轮机的机械结构以及运行工作原理，分析汽轮机的故障类型以及问题的发生原因，提出多种诊断方法，以供相关工作及研究人员参考。

关键词：汽轮机；故障；诊断

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.030

汽轮机，是一种能量转换的动力机械，它将蒸汽的能量转换为旋转的机械能。转动部分和静止部分组成汽轮机结构，转动部分包括叶片、联轴器、主轴及装在轴上的其他零件；静止部分包括隔板、气缸、汽封、进汽部分等。

1 汽轮机的典型故障

1.1 转子不平衡故障

转子的不平衡故障是汽轮机常见的振动故障之一。不平衡振动是因为惯性离心力发生的，径向振动较大。根据发生原因，可分为：原始不平衡、渐发性不平衡和突发性不平衡。原始不平衡是由于制造或者更换转动零部件引起的。其振动特征比较稳定，振幅和相位变化小。渐发性不平衡主要因为转子热弯曲发生的，其振动是动态变化的。突发性不平衡是由于转子运动过程中，其转动零件脱落，或者联接零件发生松动。

1.2 转子不对中故障

不对中是指相邻转子的轴线和轴承中心线存在偏移。汽轮机为多转子设备，各转子是由联轴器连接的，由于安装或者使用原因，会出机壳变形、轴承座变形，进而产生转子不对中故障。轴系不对中，又可细分为：角度不对中、平行不对中和综合不对中。

1.3 动静碰磨故障

动静碰磨是指零件间隙过小是，动静零部件接触，然后再弹开，这样改变零部件的动态刚度。碰磨使转子的振动情况变的复杂，严重的碰磨可导致轴系永久弯曲。

1.4 油膜振荡

轴系在高速转动时，滑动轴承和轴径之间的油膜压力是动态变化的，这样可以保证转子的轴心围绕某个平衡点旋转。当油膜涡动频率接近转子的临界频率，转子会产生激烈振动，这个情况叫油膜振荡。

1.5 转轴弯曲

转轴弯曲，分为永久性弯曲和暂时弯曲两种。永久性弯曲是指转轴出现弯曲，且不能恢复。暂时性弯曲是可以恢复的。转轴的永久性弯曲发生原因，一般是由设计制造，运营维护不当引起的。预负载过大、转轴热变形不均匀或者暖机不充分可能造成暂时性弯曲。

1.6 转子裂纹

在变负载工况下，由于转轴在制造过程中形成的缺陷：如气孔、沙眼、刀痕等，受到交变的机械应力和热应力的联合作用，产生应力集中，出现了裂纹。裂纹如不及時的处理，会发展成为断裂，导致严重事故。

针对上述故障，如果及时掌握早期征兆，采取相应的措施，处理故障，将会避免或减少重大事故的发生。所以故障诊断技术是非常重要的。

2 汽轮机故障信号提取方法

因为汽轮机故障是由于振动过大造成的，所以故障诊断技术主要就是振动分析和油液分析这两大类。诊断技术的实现，主要包括三个方面：一是信号的采集，为故障分析诊断提供基础；二是信号处理，对杂乱的信号进行处理，得到对诊断工作有价值的信息；三是通过信息，对汽轮机的状态进行分析、判断和预报。

故障信息提取是故障诊断的关键技术之一，故障信息提取的准确性、完备性，对故障诊断结论的准确性影响很大。

（1）时域分析法。物理量随时间变化的函数关系，如果以图形的形式来表达这样关系，就是信号的时域波形。分析物理量和时间的关系，称为时域分析，时域波形、轴心轨迹、相关分析等式常用的时域分析。汽轮机转子不平衡、转子不对中等常见故障，可通过时域波形做出预判断。

（2）频域分析。频域分析，是把时域内的信号，通过傅里叶变换，让其在频域内显示出来。频域分析是为了将复杂的信号，分解成多个信号。频域分析是信号分析的常用方法，在故障诊断领域应用非常广泛。频域分析将振幅和频率建立了函数关系，一些故障特征可以在频域内形象的展现。工程中使用频率很高的频域分析方法是幅值谱和功率谱。幅值谱是表示振动幅值和频率分量的函数，横坐标是频率分量，纵坐标是振动幅值。功率谱是各频率成分和振动功率的函数。通过频率和能量的关系，可以对故障进行判断。

（3）时频分析。时频分析是指对信号同时进行时域分析和频域分析的统称。这是一个非传统的方法，在一个函数内描述时间、频率、幅值的关系。信号处理领域，常用的时频分析是小波分析。按照处理信号的类型来分，小波分析分为三种：小波包分解、离散小波、连续小波。

3 结束语

我国汽轮机故障诊断技术发展经历很长的发展期，由于技术落后，起步晚，和发达国家相比存在一定差距。那么这需要我国研究人员大力研发新的诊断技术，积极学习国外先进技术，全面提高我国汽轮机诊断方法，以减少汽轮机故障对经济发展的影响。