汽輪機(jī)軸系的狀態(tài)檢修

摘要：分析了氣輪機(jī)軸系狀態(tài)檢修的重要性，介紹了一種新穎的“氣輪機(jī)軸系預(yù)測(cè)維修系統(tǒng)”，給出了其硬件和軟件，該系統(tǒng)在電廠實(shí)際運(yùn)行中取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：氣輪機(jī)軸系 狀態(tài)檢修

1、概述

汽輪機(jī)是機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中最重要的設(shè)備之一，而汽輪機(jī)軸系動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)又是汽輪機(jī)這一設(shè)備中最關(guān)鍵、最難于分析的運(yùn)行狀態(tài)，其中與汽輪機(jī)軸系動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)更是很難獲取。為了進(jìn)一步提高汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修的目的，我們根據(jù)多年來(lái)在電廠技術(shù)監(jiān)督及基建調(diào)試的經(jīng)驗(yàn)和理論的結(jié)晶，研制和開(kāi)發(fā)了“汽輪機(jī)軸系預(yù)測(cè)維修系統(tǒng)”。該系統(tǒng)通過(guò)汽輪機(jī)監(jiān)視和保護(hù)儀表(TsI)系統(tǒng)的緩沖接口，可以實(shí)時(shí)、自動(dòng)、連續(xù)地采集和存儲(chǔ)汽輪機(jī)軸系動(dòng)力系統(tǒng)的各種數(shù)據(jù)，提供了完整的軸系運(yùn)行檔案；特別是它提供了目前國(guó)內(nèi)外諸多系統(tǒng)所沒(méi)有的、多種特殊的分析手段。

該系統(tǒng)具有下列功能和特點(diǎn)：

汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)和正常運(yùn)行中，軸瓦磨損的精確檢測(cè)。為確定汽輪機(jī)是否需要揭開(kāi)軸承蓋檢修而提供可靠的依據(jù)，檢測(cè)精度達(dá)到微米級(jí)。 汽輪機(jī)的軸頸和軸瓦間最小油膜厚度的精確檢測(cè)。觀察最小油膜厚度長(zhǎng)時(shí)間在徑向軸承間隙內(nèi)的變化情況和變化趨勢(shì)，可以比其它參量提早很多顯示許多振動(dòng)故障的發(fā)展，為早期故障診斷和預(yù)測(cè)提供了確切可靠的數(shù)據(jù)，檢測(cè)精度達(dá)到微米級(jí)。 汽輪機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)(油質(zhì))狀態(tài)的在線診斷功能。為運(yùn)行人員提供了潤(rùn)滑油狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，從而可以對(duì)汽輪機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，減少或避免被動(dòng)停機(jī)故障的發(fā)生。

在事故狀態(tài)下，利用狀態(tài)檢修的數(shù)據(jù)，汽輪機(jī)無(wú)需開(kāi)缸，轉(zhuǎn)子中心精確定位、快速更換軸瓦功能。(十幾天的工作只需要 2 天就可以完成)。 提供傳統(tǒng)的故障分析手段：轉(zhuǎn)子位置圖、軸心軌跡圖、頻譜圖、波德圖、級(jí)聯(lián)圖、極坐標(biāo)圖、瀑布圖、時(shí)基圖、事件異常等，可以在機(jī)組工作狀態(tài)不正常的情況下，進(jìn)一步分析振動(dòng)的性質(zhì)，診斷出汽輪機(jī)軸系的具體的故障原因。 采集汽輪機(jī)軸系的數(shù)據(jù)是同時(shí)采用兩種方式：(任意設(shè)置)時(shí)間間隔和轉(zhuǎn)速間隔，從而提供了一個(gè)實(shí)時(shí)的、全方位的軸系運(yùn)行檔案。 電廠普通的汽輪機(jī)檢修人員使用該系統(tǒng)就可以進(jìn)行汽輪機(jī)軸系的早期故障診斷和狀態(tài)檢修。避免了以前此類工作完全依賴汽輪機(jī)振動(dòng)專業(yè)人員的情況。

該系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)是通過(guò) TsI 系統(tǒng)的緩沖接口，因而不會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行。由于該系統(tǒng)使用的是 TsI 系統(tǒng)的傳感器，因此汽輪機(jī)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)安裝工作，維護(hù)方便。 通過(guò) TCP／IP 和以太網(wǎng)連接，其通訊速率可達(dá) 10Mbps。可以將上述各項(xiàng)功能在DCS 系統(tǒng)的操作員站上完成，即和 DCS 系統(tǒng)溶為一體，方便了運(yùn)行人員的使用；也可以將上述各項(xiàng)功能組成一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)供檢修人員使用，并把數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳之電力診斷中心，請(qǐng)振動(dòng)專家分析。

2、硬件部分

32個(gè)通道的高速同步瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是硬件部分的技術(shù)關(guān)鍵。該數(shù)據(jù)采集部分采用的是 12 位的 A／D 轉(zhuǎn)換電路，考慮到渦流振動(dòng)傳感器的最高輸出電壓為 24V，因此，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分辨率為 5．859mv／LSB。由于汽輪機(jī)軸系振動(dòng)傳感器的靈敏度一般為 7．874mv／um，因此采集系統(tǒng)的精度可以達(dá)到 1 個(gè)微米。為了達(dá)到這個(gè)精度和減少 1LsB 波動(dòng)所可能產(chǎn)生的誤差，同時(shí)提高采集系統(tǒng)抗干擾的能力，在數(shù)據(jù)采集和予處理的軟、硬件方面，根據(jù)采集數(shù)據(jù)信號(hào)的性質(zhì)不同(主要是判定汽輪機(jī)是工作在升、降速狀態(tài)，還是工作在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的情況下)，使用了多項(xiàng)特殊的方式自動(dòng)切換不同的數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采用一個(gè)同步脈沖的上升沿同時(shí)鎖定 32 路數(shù)據(jù)信號(hào)的方法，以保證 32 路采集數(shù)據(jù)的同步精度。每路數(shù)據(jù)采集通道在汽輪機(jī)每轉(zhuǎn)時(shí)采 32 個(gè)點(diǎn)。為了保證使用快速富氏變換(FFT)的 8 倍頻信號(hào)的有效性，由鎖相環(huán)等組成的瞬態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件同頻帶大于 400Hz。各路振動(dòng)信號(hào)的相位角由 FFT 計(jì)算產(chǎn)生，這樣通過(guò)系統(tǒng)的精細(xì)調(diào)試，可以嚴(yán)格保證振動(dòng)信號(hào)相位角的精度。

3、軟件部分

汽輪機(jī)軸系狀態(tài)分析軟件包是本項(xiàng)專題的研究重點(diǎn)。其中一個(gè)很重要的原因在于目前國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域中，大多數(shù)系統(tǒng)及軟件是用于故障的診斷和分析。對(duì)于汽輪機(jī)軸系進(jìn)行全方位在線狀態(tài)檢修(預(yù)測(cè)性維修)方面的軟件還是一個(gè)空白，可以借用的技術(shù)手段也還很少，這就給我們研制和開(kāi)發(fā)增加了很大的難度。汽輪機(jī)軸系狀態(tài)分析軟件包有十幾種重要的功能，限于篇幅，本文將重點(diǎn)介紹其中的一種功能：SAPF 模型的允許區(qū)域判定法。

建立每個(gè)軸瓦的“同步振幅、相位因子”模型(簡(jiǎn)稱：SAPF。即：SynchronousAmplitudeandPhaseFactor)，是國(guó)際上用于重型臥式機(jī)器狀態(tài)檢修時(shí)的一種方法。但實(shí)際使用時(shí)，有一定的困難，主要在于模型必須要建立得準(zhǔn)確。我們根據(jù)多年的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和理論分析，根據(jù)國(guó)內(nèi)機(jī)組的實(shí)際情況，推出了我們自己的SAPF 模型，用于我電廠#4 機(jī)組。

該模型建立按照以下三個(gè)原則：

(1)小信號(hào)不監(jiān)測(cè)相位。這是因?yàn)樵谛⌒盘?hào)中往往含有大量的高次諧波(信噪比太小，誤差大)，而且其振幅也小，相位信號(hào)參考意義不大。

(2)測(cè)量信號(hào)在使用機(jī)組負(fù)荷修正后，重點(diǎn)要判定該信號(hào)是否對(duì)其它軸段傳遞了不平衡量。

(3)建模信號(hào)經(jīng)多種數(shù)理方法處理，并以歐洲標(biāo)準(zhǔn) ISO／CDl0816—2 為建摸參考依據(jù)。

經(jīng)過(guò) 20 個(gè)月運(yùn)行，該模型準(zhǔn)確地反映了機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。表明：#4 機(jī)組軸系運(yùn)行基本正常。順便指出，美國(guó) BENTLY(本特利)公司的 DM2000 系統(tǒng)也提供類似的功能。但其系統(tǒng)不提供 SAPF 模型，而是由使用者自行設(shè)置各個(gè)振動(dòng)矢量的振幅和相位的報(bào)警值(即允許區(qū)域的邊界)，這樣軟件編制容易，但在給使用者靈活性的同時(shí)，也要求使用者有很高的專業(yè)水平，給國(guó)內(nèi)電廠的普通用戶帶來(lái)了困難。 機(jī)組中安裝的 TsI 系統(tǒng)是僅用于監(jiān)視汽輪機(jī)軸系振動(dòng)的振幅，而 SAPF 模型的允許區(qū)域判定法則不僅監(jiān)視振幅而且還監(jiān)視相位角是提供給電廠汽機(jī)點(diǎn)檢人員一種判定汽機(jī)軸系運(yùn)行狀態(tài)的最簡(jiǎn)便的方法。

4、結(jié)論

限于本文章的篇幅，其它功能無(wú)法逐一詳述。實(shí)際上，機(jī)組軸系的狀態(tài)檢修不需要非常高深的汽機(jī)動(dòng)力方面的專家來(lái)做，只需要把“汽輪機(jī)軸系預(yù)測(cè)維修系統(tǒng)”中的“最小油膜厚度和方位矢判定法”、“SAPF 模型的允許區(qū)域判定法”和“軸瓦的動(dòng)、靜態(tài)磨損判別”等等幾種簡(jiǎn)單的功能用好，就能夠發(fā)現(xiàn)機(jī)組軸系工作狀態(tài)異常，就可起到事半功倍的作用，許多工作可以讓計(jì)算機(jī)去做。在發(fā)現(xiàn)機(jī)組軸系工作狀態(tài)異常后，下一步更具體的診斷工作可以交給振動(dòng)方面的專業(yè)人員使用該系統(tǒng)(通過(guò)人機(jī)對(duì)話)去做。