電廠汽輪機故障診斷技術分析

馬靜楠(大唐山東電力檢修運營公司,山東 青島 266000）

電廠汽輪機故障診斷技術分析

馬靜楠
(大唐山東電力檢修運營公司,山東 青島 266000）

摘 要：電廠汽輪機是電廠發電機組的重要的關鍵設備，隨時電力工業的不斷發展，電廠汽輪機的結構和系統也不斷的復雜化。電廠汽輪機一旦發生故障，就會給整個發電機組帶來相當大的危害，直接影響到電廠機組的安全運行。因此，汽輪機的故障診斷技術一直都是技術人員研究的重點。

關鍵詞：汽輪機;故障;診斷

0 引言

根據汽輪機現場運行過程，汽輪機故障大多表現為零部件過早磨損和汽輪機設備振動較大等，因此在汽輪機的故障診斷技術中主要就汽輪機的油液分析和振動分析兩方面的診斷技術考慮。對典型的和常見故障進行診斷在工程實踐中具有重要意義，可在一定程度上提高設備故障診斷的準確率。

1　汽輪機故障分析方法

汽輪機的故障診斷是指為了了解汽輪機的運行狀態，在此基礎上能夠預測設備的發展變化，并能夠及時的發現設備存在的隱患，對設備的故障部位、原因及發展趨勢做出準確的判斷，提出設備的維修建議和故障的解決對策。汽輪機的一般是由設備零部件過量的磨損和設備較大的振動等原因造成的，因此汽輪機的故障診斷技術是主要對設備的油液分析和振動分析。

（1）汽輪機油液分析法。油液分析法是對汽輪機設備的潤滑系統進行監測、診斷的重要手段，是其他診斷技術難以替代的，可及時發現設備的早期磨損和潛在隱患。另外油液分析法也可對設備的振動確認有著很大的參考作用，可見油液分析法是汽輪機故障診斷中不可缺少的技術手段之一。油液分析技術可分為油料光譜分析技術、常規油樣分析技術、紅外光譜分析技術、鐵譜分析技術等等。在汽輪機設備的診斷中議案采用鐵譜分析技術，此項技術主要是對汽輪機的油樣進行采集、制譜、磨粒分析、磨損趨勢分析、磨損機理分析及故障診斷等。此項技術應用以來可有效提高汽輪機設備的故障診斷準確性，提高設備的安全性能；（2）汽輪機振動分析方法。1）波形分析法。由汽輪機設備上的傳感器輸出的振動信號一般為時間波形，技術人員對波形進行分析可對設備故障做出初步的診斷。可見波形分析法具有直觀、簡潔的優勢，受到工程技術人員的青睞，通過對波形的分析可有助于區分汽輪機設備的不同故障；2）軸心位置分析法。軸心的位置通過汽輪機軸承的內徑、軸承間隙、轉軸外徑、傳感器輸出信號多個數據綜合得出。汽輪機的軸心是轉子在運行過程中平衡與否的重要參數，軸心位置分析法可判斷汽輪機轉子運轉的狀態，為技術人員對設備的故障判斷提供重要參考；3）軸心軌跡分析法；在汽輪機轉子正常的運轉過程中，轉子的每次轉動都在同一位置上，因此軸心軌跡也是固定的，如果在汽輪機的轉子運轉過程中軸心軌跡的大小、形狀發生紊亂，則可判斷出轉子的運轉狀態發生偏差。此時技術人員就要對汽輪機轉子進行調整控制，以免造成機組停運。可見軸心軌跡分析法也是汽輪機故障診斷的重要方法之一；4）頻譜分析法。汽輪機的故障診斷中頻譜分析法是較為常用的診斷方法，頻譜分析法中常用的為幅值譜和功率譜。幅值譜在應用時可直觀的顯示諧波振動分量的振幅，譜線高度可表示頻率分量的振幅，功率譜表示振動頻率的分布情況，可直接顯示出其振動情況。頻譜分析的機理是分解出構成信號的頻率成分，便于技術人員對設備振動來源的辨識，有效提高汽輪機設備的故障診斷的準確性。

2　常見汽輪機故障診斷技術

電廠汽輪機設備振動故障的類型有很多種，但綜合分析起來，常見的故障發生率占到百分之九十以上。根據筆者和其他工程技術人員的的現場工作經驗，對汽輪機常見和典型的故障進行判斷分析，可解決實際生產中的故障，保障生產需要。

（1）轉子質量不平衡。若汽輪機轉子質量不平衡，則轉子在不平衡力的作用下將發生振動，主要表現在轉子的振動與轉速同頻，振動幅值隨轉速按振動理論中的共振曲線規律變化；在固定的轉速情況下幅值和相位不隨時間的變化而變化；轉子的軸心運行軌跡表現為橢圓形或圓形。汽輪機轉子質量不平衡的原因一般由汽輪機轉子在轉動運行過程中發生零部件的飛脫、松動以及轉子的熱彎曲或者轉子原始質量不平衡，通過對轉子質量不平衡的分析，為技術人員對故障的診斷提供了參考；（2）設備的動靜碰摩。在汽輪機設備的運行過程中，設備的動靜碰摩也是常見的故障，但動靜碰摩的故障認定難度較大，在故障的認定過程中需要汽輪機的開缸處理，可見故障診斷要求的高度精確性和準確性。目前主要是根據設備的頻譜、振幅和汽輪機的軸心軌跡進行判斷，通過觀察軸頸的靜態位置也可以做成初步的判斷，若設備發生碰摩，可使軸頸中心發生較大的變化。另外，記錄汽輪機組在升速和降速的級聯圖、極坐標圖和波特圖，并進行比較，對此項故障的診斷有一定的幫助；（3）汽輪機轉子不對中。汽輪機的轉子不對中也是常見的故障之一，通過對故障的特征的分析可判斷出是否為轉子不對中。若汽輪機設備在運行中出現振動的時域波形上旋轉基本頻率的高次成分；在頻譜圖上出現工頻的高次分量；轉子的軸心軌跡呈橢圓形或出現香蕉形等，根據現場作業經驗可初步判斷為汽輪機轉子不對中；（4）汽輪機轉子中心孔進油。在汽輪機運行過程中若出現工頻振動增大的現象，具體表現為設備的工頻振幅隨著時間緩慢增大，此種情況一般出現在帶負荷或空負荷的過程；在機組調試或者大修時，工頻振動在后幾次出現并越來越明顯等等情況。判斷為設備振動是由中心孔進油引起的，維護人員可取下軸端堵頭，清理中心孔即可消除故障。

3　結語

通過對電廠汽輪機故障分析方法的介紹，我們得知汽輪機的常見分析方法為汽輪機油液分析法和汽輪機振動分析方法，重點介紹了汽輪機的振動分析方法，包括波形分析法、軸心位置分析法、軸心軌跡分析法和頻譜分析法等等。在此基礎上提出了常見的汽輪機的故障診斷技術，文中介紹了汽輪機的轉子質量不平衡、設備的動靜碰摩、汽輪機轉子不對中、汽輪機轉子中心孔進油等故障的判斷技術，對常見的故障進行判斷，可保障機組的正常運行，也為相似的工程實踐提供了參考和借鑒。

參考文獻：

[1]施維新.汽輪發電機組振動及事故[M].北京：中國電力出版社,1999.

[2]崔寧博.設備診斷技術--振動分析及其應用[M].天津：南開大學出版社,1998.

[3]梁萌.汽輪機故障診斷技術研究[D].大慶：大慶石油學院,2005.

作者簡介：馬靜楠(1987-)，助理工程師。