大型汽輪發(fā)電機振動故障診斷與分析

（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

大型汽輪發(fā)電機振動故障診斷與分析

孫 偉

（哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

本文介紹了大型汽輪發(fā)電機振動故障的類型及產(chǎn)生原因，闡述了振動故障診斷和分析的方法。

大型汽輪發(fā)電機；振動故障；故障診斷方法

振動故障是大型汽輪發(fā)電機組最常見的故障之一，由于大型汽輪發(fā)電機組一般自動化程度較高，而且機組主要機構(gòu)在運行過程中由于旋轉(zhuǎn)作用使得產(chǎn)生振動，這在日常工作中往往是不可避免的，再加上大型汽輪發(fā)電機本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，就更增加了其振動故障診斷的復(fù)雜性。因此研究大型汽輪發(fā)電機振動故障的產(chǎn)生原因，并采取有效的振動故障診斷措施使故障被及時發(fā)現(xiàn)、及時消除具有十分重要的意義。

1 大型汽輪發(fā)電機振動故障分類及原因分析

1.1 大型汽輪發(fā)電機組振動的分類

大型汽輪發(fā)電機組的振動根據(jù)振動的性質(zhì)不同可分為強迫振動和自激振動兩大類，其中強迫振動分為普通強迫振動、電磁激振、高次諧波共振、分諧波共振、撞擊震動、拍振、隨機振動；自激振動包括軸瓦自激振動、參數(shù)振動、汽流激振、摩擦渦動等，在我國當(dāng)前投入運行的大型汽輪發(fā)電機中，氣流激振和摩擦渦動這兩種振動形式一般不作考慮。而根據(jù)產(chǎn)生的原因不同大型汽輪發(fā)電機振動又可分為機械振動和電磁振動兩大類。因此，在分析大型汽輪發(fā)電機振動故障時要先弄清楚其振動的原因是機械方面的還是電磁方面的，從而制定有針對性的消振措施。

1.2 大型汽輪發(fā)電機組振動故障的類型及原因分析

汽輪發(fā)電機組常見的十二種機械振動故障有∶動靜碰摩、汽流激振、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、汽輪機轉(zhuǎn)子熱彎曲、發(fā)電機轉(zhuǎn)子熱彎曲、轉(zhuǎn)子部件脫落、轉(zhuǎn)子不對中、油膜渦動、油膜振蕩、參數(shù)振動、轉(zhuǎn)子橫向裂紋、支承松動。

圖1 動靜碰磨原理圖

汽輪發(fā)電機組的電磁故障主要發(fā)生在發(fā)電機上，也能通過軸系傳到機組的其他部常見的部位，電磁故障有∶轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、定轉(zhuǎn)子之間氣隙不均、定子繞組端部振轉(zhuǎn)子中心位置偏移、不對稱負(fù)荷和電磁諧振等。

在上述諸多振動故障中，動靜碰磨與氣流激振是最常見的兩種振動故障，因此本文將這兩種振動故障作為典型分析其產(chǎn)生的原因。

1.2.1 動靜碰磨

動靜碰磨指的是在大型汽輪發(fā)電機中轉(zhuǎn)子與定子之間發(fā)生碰撞、摩擦從而產(chǎn)生振動的現(xiàn)象，動靜碰磨是機械振動故障里最常見也是危害最大的，產(chǎn)生動靜碰磨的原因有很多，究其內(nèi)在來說，主要是由于轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙過小，同時由于安裝、檢修等過程中導(dǎo)致了動靜間隙沿圓周方向不均勻，或者由于氣缸、軸承座受熱變形跑偏造成的動靜摩擦、碰撞等導(dǎo)致的振動。圖1為動靜碰磨原理圖，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心O′偏離了原本的中心O，在轉(zhuǎn)子以角速度w旋轉(zhuǎn)時與定子碰撞時就會產(chǎn)生徑向沖擊力N以及反向摩擦力f。

1.2.2 氣流激振

在大容量汽輪發(fā)電機組中，尤其是超臨界或超超臨界機組，當(dāng)運行負(fù)荷增大，導(dǎo)致作用在轉(zhuǎn)子上的氣流激振力也隨之增大，當(dāng)增大到一定程度時，就會在汽輪機轉(zhuǎn)子上會誘發(fā)產(chǎn)生振動現(xiàn)象，這種振動一般具有突發(fā)性的特點。

2 大型汽輪發(fā)電機組振動故障診斷與分析方法

2.1 傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)振動故障診斷方法就是利用工作人員、專家的聽覺、觸覺或使用頻譜儀、聲壓計等設(shè)備來確定振動故障的原因及發(fā)生故障的部位，更多的是依靠專家的主觀經(jīng)驗和業(yè)務(wù)能力，綜合頻譜分析、概率統(tǒng)計等學(xué)科的知識，是一種常用的故障診斷方法，對線性特征明顯的振動故障實用性很強，而對相對復(fù)雜、非線性的振動故障效果較差。

2.2 專家系統(tǒng)故障診斷分析法

在傳統(tǒng)振動故障檢測診斷技術(shù)中，由于每個專家的水平差異很大，并且本領(lǐng)域國內(nèi)頂尖的專家不可能及時到達(dá)故障現(xiàn)場，因此傳統(tǒng)的依靠專家的診斷方法有一定的局限性。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，將本行業(yè)專家的經(jīng)驗、理論等錄入數(shù)據(jù)庫，結(jié)合計算機、數(shù)據(jù)庫、仿生學(xué)等知識，使系統(tǒng)可以模擬專家的思維對大型汽輪發(fā)電機組的振動故障進(jìn)行診斷，有利于提高振動故障檢測診斷的準(zhǔn)確性和效率。

2.3 模糊故障診斷分析法

模糊診斷法是一種基于數(shù)值運算的診斷方法，其主要是利用模糊數(shù)學(xué)的知識，根據(jù)振動故障的現(xiàn)象以及其形成的原因建立起模糊關(guān)系，利用計算機設(shè)定好的程序進(jìn)行運算，從而確定出振動故障的未來發(fā)展趨勢。模糊故障診斷法一般可實現(xiàn)高度的自動化，在無人工干預(yù)的情況下實現(xiàn)對故障的模糊運算，其對振動故障發(fā)展的過程可完全不考慮，只針對故障最初發(fā)生的現(xiàn)象，因此不必要求數(shù)據(jù)的實時性，一般只對振動故障進(jìn)行簡單的和初步的診斷，給工作人員提供參考，并且只能針對單一目標(biāo)，對多原因造成的振動故障無法做出判斷。但是，由于模糊診斷法自身的特點，使其尤其適用于難以確定標(biāo)準(zhǔn)信息征兆群的情況。

結(jié)語

隨著大型汽輪發(fā)電機組在我國發(fā)電站中得到普遍的應(yīng)用，其運行的安全性和可靠性已經(jīng)成為不得不關(guān)注的問題，大型汽輪發(fā)電機在運行的過程中會發(fā)生機械性的或者電磁性的振動，這些振動極有可能導(dǎo)致振動故障的發(fā)生，因此作為工作人員必須弄清楚故障發(fā)生的原因，從而有的放矢的采取相應(yīng)的措施，消除振動故障的影響。在我國當(dāng)前大型汽輪發(fā)電機振動故障診斷技術(shù)正在快速發(fā)展，不斷與國際接軌，然而也應(yīng)當(dāng)看到，在實際工作中故障診斷準(zhǔn)確率以及故障原因分析水平還有待提高，因此必須繼續(xù)加大大型汽輪發(fā)電機振動故障診斷技術(shù)的研究，以適應(yīng)我國電力行業(yè)的飛速發(fā)展。

[1]芮冬梅.大型汽輪發(fā)電機組故障診斷[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013.

[2]荊建平，孟光，趙玫，等.超超臨界汽輪機汽流激振研究現(xiàn)狀與展望[J].汽輪機技術(shù)，2004.

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