论文部分内容阅读
【摘 要】汽轮机是重要的火力发电设备，它自身的结构复杂并且运行环境恶劣，故而在实际使用过程中故障率较高，故障危害性也很大。本文将对汽轮机常见的故障进行列举并对其故障进行诊断。
【关键词】汽轮机；故障；排除
在汽轮机实际运作中，其常见故障往往是机组振动过大，零部件过早过量磨损等情况，为了快速准确的查找出引发故障的原因、部位，必须要运用现代化的信号处理方法、并结合故障发生的具体情况，进行综合全面的研究和分析。
一、汽轮机常见故障分析
（一）转子不平衡。现场实践证明，因转子不平衡而产生的激振力（离心力），是导致机组振动的最基本和最普通的原因，转子不平衡是最常见的振动故障之一，不平衡是指转子旋转产生的离心力以振动的方式作用于转子轴承时该转子所处的状态，引起转子不平衡的原因主要有：原始质量不平衡、转子热弯曲、转子热不平衡、旋转部件脱落等。
（二）转子动静碰磨。动静碰磨是机组启动和运行中的常见故障之一，该故障通常会使转子出现剧烈振动，严重时甚至使转轴发生弯曲，导致轴系事故。1、汽轮机转轴振动幅值过大。造成这种振动大的原因主要包括转子初始弯曲、转子质量不平衡等原因。2、由于汽轮机转子不对中等因素，往往会导致汽轮机的轴颈处于非常极端的位置，使整个汽轮机的转子偏斜于正常位置，将会引发动静碰磨故障。3、转子动静间隙过小，低于标准值。这种动静间隙值不符合要求的原因有时是设计上的缺陷所造成的，如果检修安装过程中动静间隙值的调整不符合规范，也会使动静间隙值变小，引发动静碰磨故障。
（三）转轴弯曲。转子弯曲分为永久性弯曲和暂时性弯曲两种类型。永久性弯曲是指转子出现弯曲且不能恢复而暂时性弯曲是可恢复的。1、时域波形近似为等幅正弦波；2、轴心轨迹为较稳定的圆或者偏心率较小的椭圆。由于轴弯曲常常伴有轴瓦的摩擦，所以有时会有摩擦的特征；3、频谱以工频为主，有高次谐波成分。在轴向存在较大的振动。
（四）转子不对中。不对中是汽轮发电机组振动常见故障。所谓不对中，是指用联轴器连结起来的两根轴的中心线存在的偏差，这种偏差有如下几种类型：1、平行不对中，即两根轴的中心线产生了平行偏移；2、偏角不对中，即两根轴的中心线存在一定的夹角；3、组合不对中，是指两根轴的中心线既产生了平行偏移，又存在一定的夹角。
二、汽轮机故障排除的方法
设备故障排除主要包括三个环节，一是信息的采集，为故障分析诊断提供依据；二是信号处理，将杂乱无章的信号去伪存真，并根据分析进行相应的转换（变换），以获得对诊断工作有价值的既敏感又直观的信息；三是通过信号处理得到的信息对设备的状态（含故障状态）进行识别、判断和预报。
（一）振动分析法。常用的振动信号分析方法主要有以下几种：
1、波形分析法。时间波形是最原始的振动信息源。由传感器输出的振动信号一般都是时间波形。对于具有明显特征的波形，可直接用来对设备故障作出初步判断。
2、轨迹分析法。转子轴心相对于轴承座的运动轨迹，直观地反映了转子瞬时运动状态，它包含着许多有关机械运转状态的信息，因此，轴心轨迹分析是诊断设备故障很有用的一种方法，对确诊设备故障能起到很好的作用。
（二）油液分析法。在机械设备的磨损故障中，润滑不良是导致磨损失效的主要原因。随着设备现代化程度的提高，对设备的可靠性、耐久性提出了更高的要求，设备的磨损失效问题也日益受到重视。
1、油样常规分析技术。润滑油的工作性能随着设备运转时间的延长而逐渐劣化，其理化指标超过一定限值后便成了废油，应及时进行更换以保证设备正常运转。
2、油料光谱分析。光谱分有原子吸收及原子发射光谱分析两种方法。油料分析普遍采用的是发射光谱分析法，它通过测量物质发出的特定波长的光及相应的光强度来检测磨料的元素成分及含量浓度。
3、铁谱分析。铁谱分析借助强磁场高磁场梯度的铁谱仪将油液中的铁磁金属磨料有序分离出来，并使非磁性磨料随机沉淀于谱片上，通过对油液中磨粒的大小、型貌、数量等信息的定性、半定量分析，判断磨损形式和磨损部位。
（三）综合分析法。汽轮机机组是多种机械联合工作的系统，如石化系统某些关键汽轮机组甚至是三机组或四机组设备承受着机械、电气、热力等多种变化作用，且工况常随着生产需要经常变化。
三、汽轮机故障排除的步骤分析
汽轮机发电机组是一个非常复杂的系统，故障机理和故障原因非常复杂，其故障具有多层次性、模糊性、不确定性等特点。。
（一）信号采集。由于汽轮发电机组本身结构的复杂性，其大部分的振动故障都与汽轮机的转速有关，信号的采集主要通过传感器检测汽轮发电机组轴系处的时域信号，通过滤波、放大后，把信号传递给计算机进行存储和分析。
（二）信号预处理。一般来讲，汽轮机不同故障对应的时域信号之间没有显著的差别，为了能更清楚地反映各种故障间的征兆差别，需要对其故障信号进行数据预处理，将不同故障之间的差别最大限度的反映出来。
（三）特征提取。进行故障的模式识别，首先要分析各种故障特征的有效性并从中提取最能反映分类本质的故障征兆。因此，一个好的分类器必须能够对冗余和不相干信息进行有效的数据压缩和特征提取。通过对汽轮机组故障机理和信号处理方法的研究，运用各种先进的处理手段，提取出最能反映机组故障的信号特征，以便于后续的故障类型识别。
（四）状态识别。在完成故障的特征提取之后，依据机组的实际运行状态和不同故障对应的特征信息，组建训练样本集合，然后进行故障的模式识别。
（五）维修决策。针对机组不同类型的故障，联系其结构、制造、安装和运行历史等情况，并结合专家经验，提出相应的维修策略，为检修人员提供指导。
只靠对常见故障的排除是一种事故发生后的补救措施。对于有些关系重大的应用场合，一旦发生故障，其损失不可估量。因此，单纯的排除故障是不够的，我们要研究如何预测，要在故障发生之前，预测出各种故障发生的可能性，从而及时制定各种治理措施，将故障带来的损失降到最低，这才是故障诊断的本质。
参考文献：
[1]朱鹏华.基于网络的汽轮机振动监测分析系统开发[D].上海交通大学 2012
[2]杨欢.大型汽轮机故障特征提取方法研究[D].华北电力大学（北京）2011
[3]王子玉.基于小波分析的滚动轴承故障特征提取技术[D].中国科学技术大学 2011。
作者简介：
郭锐（1974.06.28），男，陕西省渭南人，单位：陕西煤化能源有限公司，职务：空分设备主任。
【关键词】汽轮机；故障；排除
在汽轮机实际运作中，其常见故障往往是机组振动过大，零部件过早过量磨损等情况，为了快速准确的查找出引发故障的原因、部位，必须要运用现代化的信号处理方法、并结合故障发生的具体情况，进行综合全面的研究和分析。
一、汽轮机常见故障分析
（一）转子不平衡。现场实践证明，因转子不平衡而产生的激振力（离心力），是导致机组振动的最基本和最普通的原因，转子不平衡是最常见的振动故障之一，不平衡是指转子旋转产生的离心力以振动的方式作用于转子轴承时该转子所处的状态，引起转子不平衡的原因主要有：原始质量不平衡、转子热弯曲、转子热不平衡、旋转部件脱落等。
（二）转子动静碰磨。动静碰磨是机组启动和运行中的常见故障之一，该故障通常会使转子出现剧烈振动，严重时甚至使转轴发生弯曲，导致轴系事故。1、汽轮机转轴振动幅值过大。造成这种振动大的原因主要包括转子初始弯曲、转子质量不平衡等原因。2、由于汽轮机转子不对中等因素，往往会导致汽轮机的轴颈处于非常极端的位置，使整个汽轮机的转子偏斜于正常位置，将会引发动静碰磨故障。3、转子动静间隙过小，低于标准值。这种动静间隙值不符合要求的原因有时是设计上的缺陷所造成的，如果检修安装过程中动静间隙值的调整不符合规范，也会使动静间隙值变小，引发动静碰磨故障。
（三）转轴弯曲。转子弯曲分为永久性弯曲和暂时性弯曲两种类型。永久性弯曲是指转子出现弯曲且不能恢复而暂时性弯曲是可恢复的。1、时域波形近似为等幅正弦波；2、轴心轨迹为较稳定的圆或者偏心率较小的椭圆。由于轴弯曲常常伴有轴瓦的摩擦，所以有时会有摩擦的特征；3、频谱以工频为主，有高次谐波成分。在轴向存在较大的振动。
（四）转子不对中。不对中是汽轮发电机组振动常见故障。所谓不对中，是指用联轴器连结起来的两根轴的中心线存在的偏差，这种偏差有如下几种类型：1、平行不对中，即两根轴的中心线产生了平行偏移；2、偏角不对中，即两根轴的中心线存在一定的夹角；3、组合不对中，是指两根轴的中心线既产生了平行偏移，又存在一定的夹角。
二、汽轮机故障排除的方法
设备故障排除主要包括三个环节，一是信息的采集，为故障分析诊断提供依据；二是信号处理，将杂乱无章的信号去伪存真，并根据分析进行相应的转换（变换），以获得对诊断工作有价值的既敏感又直观的信息；三是通过信号处理得到的信息对设备的状态（含故障状态）进行识别、判断和预报。
（一）振动分析法。常用的振动信号分析方法主要有以下几种：
1、波形分析法。时间波形是最原始的振动信息源。由传感器输出的振动信号一般都是时间波形。对于具有明显特征的波形，可直接用来对设备故障作出初步判断。
2、轨迹分析法。转子轴心相对于轴承座的运动轨迹，直观地反映了转子瞬时运动状态，它包含着许多有关机械运转状态的信息，因此，轴心轨迹分析是诊断设备故障很有用的一种方法，对确诊设备故障能起到很好的作用。
（二）油液分析法。在机械设备的磨损故障中，润滑不良是导致磨损失效的主要原因。随着设备现代化程度的提高，对设备的可靠性、耐久性提出了更高的要求，设备的磨损失效问题也日益受到重视。
1、油样常规分析技术。润滑油的工作性能随着设备运转时间的延长而逐渐劣化，其理化指标超过一定限值后便成了废油，应及时进行更换以保证设备正常运转。
2、油料光谱分析。光谱分有原子吸收及原子发射光谱分析两种方法。油料分析普遍采用的是发射光谱分析法，它通过测量物质发出的特定波长的光及相应的光强度来检测磨料的元素成分及含量浓度。
3、铁谱分析。铁谱分析借助强磁场高磁场梯度的铁谱仪将油液中的铁磁金属磨料有序分离出来，并使非磁性磨料随机沉淀于谱片上，通过对油液中磨粒的大小、型貌、数量等信息的定性、半定量分析，判断磨损形式和磨损部位。
（三）综合分析法。汽轮机机组是多种机械联合工作的系统，如石化系统某些关键汽轮机组甚至是三机组或四机组设备承受着机械、电气、热力等多种变化作用，且工况常随着生产需要经常变化。
三、汽轮机故障排除的步骤分析
汽轮机发电机组是一个非常复杂的系统，故障机理和故障原因非常复杂，其故障具有多层次性、模糊性、不确定性等特点。。
（一）信号采集。由于汽轮发电机组本身结构的复杂性，其大部分的振动故障都与汽轮机的转速有关，信号的采集主要通过传感器检测汽轮发电机组轴系处的时域信号，通过滤波、放大后，把信号传递给计算机进行存储和分析。
（二）信号预处理。一般来讲，汽轮机不同故障对应的时域信号之间没有显著的差别，为了能更清楚地反映各种故障间的征兆差别，需要对其故障信号进行数据预处理，将不同故障之间的差别最大限度的反映出来。
（三）特征提取。进行故障的模式识别，首先要分析各种故障特征的有效性并从中提取最能反映分类本质的故障征兆。因此，一个好的分类器必须能够对冗余和不相干信息进行有效的数据压缩和特征提取。通过对汽轮机组故障机理和信号处理方法的研究，运用各种先进的处理手段，提取出最能反映机组故障的信号特征，以便于后续的故障类型识别。
（四）状态识别。在完成故障的特征提取之后，依据机组的实际运行状态和不同故障对应的特征信息，组建训练样本集合，然后进行故障的模式识别。
（五）维修决策。针对机组不同类型的故障，联系其结构、制造、安装和运行历史等情况，并结合专家经验，提出相应的维修策略，为检修人员提供指导。
只靠对常见故障的排除是一种事故发生后的补救措施。对于有些关系重大的应用场合，一旦发生故障，其损失不可估量。因此，单纯的排除故障是不够的，我们要研究如何预测，要在故障发生之前，预测出各种故障发生的可能性，从而及时制定各种治理措施，将故障带来的损失降到最低，这才是故障诊断的本质。
参考文献：
[1]朱鹏华.基于网络的汽轮机振动监测分析系统开发[D].上海交通大学 2012
[2]杨欢.大型汽轮机故障特征提取方法研究[D].华北电力大学（北京）2011
[3]王子玉.基于小波分析的滚动轴承故障特征提取技术[D].中国科学技术大学 2011。
作者简介：
郭锐（1974.06.28），男，陕西省渭南人，单位：陕西煤化能源有限公司，职务：空分设备主任。