汽轮机振动故障检测与诊断分析
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摘要：随着时代的进步，汽轮发电机组的容量和结构都在不断变化，以求适应新的工业生产。掌握先进的、科学的故障检测技术，不仅对保证机组的安全可靠运行十分重要，同时也会影响到企业的生产周期、工人的工作环境安全以及企业的经济效益。文章对汽轮机振动故障检测与诊断进行了探索，希望能推动汽轮机故障预测与诊断的发展。
关键词：汽轮机；发电机组；振动故障；故障检测；故障诊断 文献标识码：A
中图分类号：TK263 文章编号：1009-2374（2015）33-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.029
汽轮发电机组在电力系统中占有重要地位，由于其结构设计和使用环境非常复杂，故而对其安全性的要求较为严格。一直以来，汽轮机的故障率居高不下，对机器的运转影响巨大。随着科技的进一步发展，人工智能和电子计算机系统大规模跨行业的应用，使工人对汽轮机组震动故障分析自动化提供了技术支持。本文就以独特的视角，对如何进行汽轮机组振动故障分析进行
论述。
1 汽轮机振动故障检测与诊断分析的目的
在当前快节奏的生产中，企业已经不能够承担因机组停工而造成的损失，因此，必须具有一套快速诊断方案，从而保证机组的运转。而汽轮机组振动故障相对于其他故障来讲，可以更快地通过先进技术手段来进行判断和定位，也更容易被管理者和使用者所获悉。所以，在检修技术发展的同时，加快对汽轮机组振动故障快速诊断与分析技术的探索，具有极为重要的战略意义。汽轮发电机组振动异常是运行中最常见的故障之一，汽轮机组振动过大将使汽轮机转动部件如叶片、叶轮等应力超过允许值而损坏，振动严重时，可能导致自动保护器误动作而发生停机事故以及轴承座松动、基础甚至厂房建筑物的共振损坏等。因此，必须使机组的振动程度保持在规定的允许范围内。
2 振动故障检测与分析技术的步骤
2.1 振动信号采集
对于汽轮机组的故障分析，第一步要做到的就是在机组的正常运转中检测机组的振动信号。振动信号是660MW的汽轮发电机组振动故障信息的重要载体与表现形式。收集到振动信号后，才能根据机组运行的特征从信息库内进行对照与分析，从而客观真实地分析出机组故障的部位与大体原因。
2.2 信息处理
哈尔滨660MW的汽轮发电机组属于大功率机械设备，在运行中必然会伴随着大量的噪音，从而会干扰系统对所收集到的振动信号正确性与准确性的判断，所以我们必须对其进行科学的降噪处理，消除噪音的非正常干扰，还原信号本源。
2.3 故障分析与诊断
这是对汽轮机组振动故障进行分析的核心环节，在这个环节，我们要对所收集到的信息进行归纳与整理，通过特征值来识别机组运行中振动的程度是否在合理范围之内，如果出现异常，需要对比数据库进行进一步分析。随后诊断机组出现故障的具体位置，并做出处理方案和维修建议。
2.4 故障分析设计流程图
通过上述分析，我们可以设计出具体的故障分析处理流程（见图1）：
图1 故障分析设计流程图
3 振动故障检测与分析措施
3.1 转子运行问题
对于汽轮机组的振动异常，笔者根据工作经验和数据采集之后进行分析得出，大部分问题是出现在转子工作异常上。具体问题可以从以下四个方面进行诊断：转子质量是否平衡、转子中心是否对称、转子是否变形、转子是否被破坏。
3.1.1 我们要关注转子平衡性相关数据，转子不平衡又分为部分不平衡和部分缺失两种状况，如果在收集的数据中我们发现汽轮机组机轴震动较大，转子的临界转速振幅异常，高速状态下的振动速度异常增加，振动频率与转速相等且为正弦波，我们可诊断振动故障的具体原因是转子平衡性不足。
3.1.2 对于转子中心对称性故障的诊断，我们要关注转子中心调整的相关数据：转子与汽缸或静子的同心度、轴承坐标高度和左右长度，联轴器数据。前两个数据异常，会导致机组运行中出现异常的气流、电磁变化、非正常摩擦力等，导致转子不稳定而出现振动故障，第三个数值异常会导致连接轴系的不同心，致使转子承受预载荷。
3.1.3 转子形状也是振动故障分析的重要诊断依据。转子形状问题主要有两种，即电机转子热弯曲和汽轮机转子热弯曲。如果电机长时间运行，振动会比正常状态下大。这时候如果转子冷热交加，极容易出现弯曲变形，这种变形统称为转子热弯曲。如果汽轮机组在运行中出表现出冷态启动以及通过一阶临界转速时，振动无明显异常，但是延长暖机后出现汽轮机整体振动大增，负荷增加变慢，振幅、相位变化激增现象，我们也可以分析是否存在汽轮转子热弯曲问题。
3.1.4 如果汽轮机组转子部位出现异常振动，但是上述三个方面均没有特别的问题，那么我们可以初步诊断是否由于转子出现裂缝或者破损而导致的振动故障。
3.2 转轴摩擦问题
转轴径向碰磨也是汽轮机组在启动和正常运行中出现振动故障的主要原因之一，具体有下面两种情况：
3.2.1 机组启停中的转轴碰磨。在汽轮机组启停的过程中，我们可以根据振幅的变化来判断转轴碰磨的程度和时期。如果机组的振动情况呈阶段性振动，而且随着振动停止，碰磨停止，转轴径向不再出现不对称的温差，一旦振动增加，转轴又恢复碰磨，那么我们可以断定，出现问题的原因是机组内部转轴某金属出现热弯曲或者磨损严重导致变形。对于转轴启停中的转轴碰磨问题，我们必须高度重视，尽量在早期完成诊断和修复处理。因为在转轴碰磨开始的时候，金属部件的碰撞磨损速度低于转子热弯曲的弯曲变化速度，这时如果对机器进行及时的维修，还可以控制机器碰磨程度。随着金属变形程度的增加，一旦转子速度高于一阶临界转速，就会加剧转轴振动幅度，出现振动失控。这时即使我们强行关闭电源，在转速下降期间的共振也会加剧转轴的摩擦。
3.2.2 工作转速下的转轴碰磨。工作转速下的转轴碰磨有许多表象可以进行判断分析。一般来讲，有以下四个特征：（1）振动的基频分量波动和突变；（2）振幅波动不稳定；（3）汽轮机组振动特征在第一临界转速下振动不清晰；（4）运转中，初期振幅以较大的速度增加，但是在接近振幅最大值时，振幅增长较慢。
出现上述情况，我们可以对振动故障是否是工作转速下的转轴碰磨做出诊断。
3.3 其他导致振动故障的原因
导致汽轮机组振动故障发生的原因还有很多，比如基础台板与基础接触不良、润滑油不足或油质低劣、轴承工作特性较差等。如果使用之前的诊断分析无法做出正确的判断，则需要使用专业的振动分析设备和软件进行检测，看看机组是否只存在这些原因，不能放任机组的故障。
4 结语
综上所述，660MW的汽轮发电机组在工作中承受着多种应力的作用，其中包括气流作用力、叶片、叶轮离心力、温差热应力等。因此，机组内部或多或少会出现振动现象。但是当振动的程度超出正常范围之后，我们就必须提高警惕，对振动故障进行检测与诊断分析，确保机组的安全运营。同时，我们还要努力收集各种振动数据，丰富振动故障分析的数据库，不断提高对振动故障的诊断水平，加快故障分析与定位速度，提高故障预测能力，保证汽轮机组的正常运转。
参考文献
[1] 王仕龙.300MW汽轮机故障诊断系统的研究和应用
[J].华东机械，2013，（10）.
[2] 余熳烨.基于Matlab的某电厂汽轮机振动故障诊断系统的研究[J].中国劳动关系学院学报，2014，24（4）.
作者简介：刘建清（1986-），男，甘肃景泰人，大唐景泰发电厂助理工程师，研究方向：火电厂集控运行。
（责任编辑：陈 洁）
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