關于汽輪機振動故障分析技術的探討

摘要：汽輪機的振動是電廠機組是否安全運行的重要標志之一。隨著我國經濟建設的發展，我國的發電技術也越來越先進，甚至走在世界的前沿。而作為火電廠中重要的組成部分——汽輪機，在生產運行時往往會發生的振動，其發生故障的原因有多種。本文從汽輪機的結構及特點出發，同時結合汽輪機運行特點提出汽輪機振動的故障原因分析，針對這些原因，提出了故障的查找和確定的先進測量技術方法，以此給汽輪機的維修帶來很好的技術支持。

關鍵字：汽輪機故障 小波分析 傅立葉

1.前言

設備的故障分析是最近幾年發展起來的比較新興的一門技術和學科，這其中主要包含有兩個方面的相關內容：首先是對現場的設備的運行狀況進行技術檢測；其次，機械出現故障時，通過相應的技術手段對設備進行檢測同時作出相應的分析和判斷。汽輪機故障的分析技術是借助機械振動中的轉子動力學為理論基礎，通過深入研究汽輪機振動發生的機理，同時運用現代化的測試技術和測量技術，對設備噪聲、溫度以及水壓等參數進行實時比較；利用信號分析和數據處理技術，對從上述獲得的參數進行相應的試驗或者是模擬，并建立一個動態的信息與設備故障間的聯系，運用現代智能技術對其進行監視和診斷；該技術的是以計算機技術作為故障分析的核心，同時建立故障的檢測和分析系統，在應用中能夠做到隨時監控，隨時報警。

2.汽輪機的結構與振動特點分析

2.1.汽輪機的結構分析

從運轉的角度來看，汽輪機的結構可分為兩個部分，一個部分為轉動部分，另一個為靜止部分。在這個結構系統中，轉動的部分主要由主軸、葉片聯軸器以及葉輪等部件構成，成為轉子；靜止的部分主要是以汽缸、隔板、軸承等組成，稱為定子。從汽輪機進汽壓力與溫度等級來看，則通常將汽輪機整體分為高壓缸、中壓缸以及低壓缸，汽缸外部還連接有進汽、排汽、回熱抽汽及輸水管道等。一般汽輪機結構中，往往機組軸承包括徑向的軸承和推力軸承，徑向軸承在確保轉子在汽缸中的徑向位置的同時，還保證了轉子與汽缸的中心線一致，推力軸承則確定了轉子的軸向位置，并確保了汽輪機動靜部分的間隙。在汽輪機的運行過程中，為減少摩擦和對汽輪機的影響，通常采用在汽輪機上加裝一個高壓頂軸裝置與低速自動盤車的裝置來減少對其軸承的損壞。

2.2.汽輪機振動特點分析

汽輪機的振動特點表現在其第一次啟動升速到超過其臨界轉速的時候，通過對軸承振動的大小來判斷汽輪機是否產生故障。如果情況良好，則可以判斷汽輪機轉子與拖帶機組的轉子在當前處于平衡的狀態，軸承未有任何的損傷。若要在停機后對汽輪機的末級的葉輪進行配重，應注意先在其空載的時候，保持其空轉速度在3000轉/每分鐘，同時將下軸承基頻振動降到安全線以下方可進行操作。待機組的配置再次發動之后，根據相關的標準是將軸承的垂直的振動調整為 15 祄，同時帶負荷在20MW的時候，其振動基本不變。待振動升到91.7 祄時，這個時候要及時打閘停機，并且在這個時候大軸的擾度比在開機的時候要大100.當在進行第三次啟動的時候，在后汽封的溫度達到300度的時候，并且在90.7的時候，要打閘和停機。機組在整個啟動過程中造成的振動突增，會導致監測系統報警，說明汽輪機的故障在逐漸的惡化。

3.汽輪機振動故障分析

汽輪機的振動故障，在實際的工作中主要體現為三種不同的類型。

首先是由于滑銷系統的不暢導致汽輪機的振動。在實際的案例中，我們發現火電廠在使用的過程中存在軸承的振動偏高的現象，后來通過調節系統以及盤車的運行仍然產生不穩定，在更換了轉子之后，啟動后雖振動的情況稍微有所改善，但是在經過一段的時間之后，其故障又突然產生，現場人員判定為滑銷系統不暢造成。

其次的故障就是汽輪機的前箱發生振動。如某汽輪機，其原裝為單缸沖動式機組，經過調整后，變成為抽氣凝氣式的機組，但在汽輪機工作運行的過程總發現前箱的振動很厲害，利用振動頻譜來進行分析，發現其振動的頻率為以往的7倍。

最后就是軸向的振動。在實際的工作中，我們可以發現，汽輪機的瓦軸振動過大，通過現場平衡的方法，安裝配重板塊，同時減低原來的振動頻率，但是還是不能有效地消除軸向的振動。

4.汽輪機振動故障分析技術

4.1.振動信號分析

在振動信號分析技術中，小波技術可以說是和傅里葉變換密不可分。而在實際的案例分析中，檢測汽輪機故障分析技術的方法通常采用傅里葉變換技術。但是在這其中雖然傅里葉變換能很好的刻畫振動的頻域特點，但是不提供任何在時域上的任何信息。

小波分析中可以講時域和空域進行取樣步長，從而可以利用小波分析將其聚焦到任何的對象的任意細節中去。所以小波變換符合在高頻和高分辨率下使用，而且小波的變換在適當的離散之后能構成標準的正交系，所以不管從理論上還是實踐中來講，小波分析都極其有用。故小波分析克服了傅里葉的缺點和不足，使得在汽輪機中的故障檢測成為可能。但兩者又有以下不同：

4.1.1.傅立葉變換，其實質就是把能量的有限信號全部分解到以 上.而小波變化的根本是將能量的有限信號分解到以 （j=1 2--，J）和V 所形成的空間。

4.1.2.傅立葉變換的基函數為三角函數，具有唯一性；小波函數則具有多樣性，其可根據不同的環境下的因素做出不同的變換，這樣其利用的空間和范圍更廣。

4.1.3.在頻率的分析中，傅立葉具有很好的局部化的能力，特別是對那些頻率成分比較簡單的確定的信號，傅立葉很容易將信號表示成各頻率成分的疊加；但在時域中，它就沒有局部化能力。而小波分析技術中，小波不僅在時域中能起到很好的效果，同時在頻域中也能取得很好的作用，這樣就從另外一個方面來講，小波分析比傅里葉變換的使用的范圍要廣。

5.總結語

汽輪機的振動影響著整發電機組的安全運行和正常運行，而產生這種振動的原因有很多中，在不同的領域和不同的材料、部位其特征不也同。要解決這樣的技術難題，就必須加強新技術的使用，小波分析作為這樣一個新的故障檢測手段，對汽輪機的檢測具有重大的意義：通過利用小波分析，能夠準確的將故障源頭進行定位分析，利用計算機智能系統，也能更好的處理汽輪機的故障，從而達到高效的目的；因此，從某個方面來講，小波分析理論在汽輪機的故障分析技術中優于傅里葉變換理論的分析。

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