汽輪機轉子運行故障分析及診斷

李茂燕

摘 要：在目前工業生產中，汽輪機作為重要的旋轉設備，是工業生產中必不可少的機械設備。其中汽輪機轉子是汽輪機的主要零部件，使得汽輪機轉子安全性、可靠性、適用性以及可維修性特點受到人們的關注，促使關于汽輪機轉子運行故障機理與診斷技術也在飛速發展。在汽輪機轉子運行過程中，發生的振動信號是判斷汽輪機工作狀態的重要指標，更是影響機械設備運行安全與操作人員人身安全的因素，因此對汽輪機轉子運行故障分析及診斷的研究工作迫在眉睫。

關鍵詞：汽輪機；轉子；運行故障；分析與診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.06.035

受到工業產業的發展，汽輪機機械設備也逐漸地走向成熟，如大型、自動型以及連續型汽輪機屢見不鮮。隨著汽輪機機械設備的使用，不僅提升工業生產效率，還能有效地降低工業企業生產成本的消耗以及人力資源的使用，但是在汽輪機大范圍運用過程中，對其可靠性與安全性性能面臨著嚴峻的考驗。目前，在工業生產中，實現大型產業化發展，如在石油、化工以及電力行業中，均采用滿負荷與連續性生產模式，促使汽輪機成為重要的工業生產設備。

1 汽輪機轉子運行故障類型

在汽輪機轉子運行過程中，振動信號發生是轉子發生故障的前提表現，對此應在汽輪機轉子運行過程中，對其振動信號進行準確測量，為了更好地判斷汽輪機轉子運行故障類型，對其進行分類闡述。

振動頻率：基頻振動、倍頻振動、整分數基頻振動、比例基頻振動、超低基頻振動以及超高基頻振動；振幅方位：橫向振動（水平振動和垂直振動）、軸向振動與扭轉振動；振動原因：轉子平衡度較差、軸系不對稱和零件松動、摩擦（密封件摩擦、轉子和定子之間產生的摩擦）、軸承損壞、軸承內部油膜渦動與油膜振動、動力和水力的影響、軸承剛度較差、電氣等；振動部位：轉子和軸系振動（軸頸、軸紋葉片）、軸承（油膜滑動和波動）、殼體振動與軸承座振動、基礎振動（基座、工作臺、支架）、其他結構振動（閥門、閥桿、管道等）。

2 結合實際案例對汽輪機轉子運行故障及診斷進行分析

某市煉油廠，利用延遲焦化裝置中采用汽輪機，其具體的汽輪機廠商為杭州汽輪機廠，類型為凝氣反動式汽輪機，現采用ENTEK振動檢測系統對汽輪機運行狀態進行診斷與監測。其詳細的汽輪機轉子運行故障診流程為：對汽輪機轉子振動信號信息進行檢測和采集、分析與處理、傳輸、推理以及控制等。因為振動信號檢測是判斷汽輪機轉子運行故障的主要依據，振動信號分析與處理工作是判斷汽輪機轉子故障的關鍵環節，傳輸與推理是整體運行故障判斷的核心，控制是汽輪機轉子運行故障診斷的最終目標。同時在汽輪機轉子內部安裝電渦流傳感器，將線纜與控制箱相連，控制箱自帶的振動監測模塊可完成高速度數字振動信號的傳輸與處理工作，再使用以太網將信號處理結果上傳至上位機中，從而完成汽輪機轉子運行故障的診斷工作。

2.1 對ENTEK振動檢測系統的利用

在該煉油廠使用的ENTEK振動檢測系統性能參數如下所示：型號：NK25/NK28/NK12.5；額定功率：1178KW、常規功率：1071KW；額定轉速：12176RPM、常規轉速：9132RPM-12785RPM；最大進汽壓力：1.2MPa（a）、常規進汽壓力：1MPa（a）；常規排汽壓力：0.012MPa（a）；最大進汽溫度300攝氏度、常規進汽溫度230攝氏度。

在ENTEK振動檢測系統中，對于汽輪機轉子運行故障的診斷，產生的信號數據直接送至XM模塊中，經過以太網的傳輸，將信號傳輸至e monitor系統軟件內部，在該軟件界面中，實現傳感器與信號數據的相接，使其成為振幅型數據，從而可知由e monitor系統軟件連接的采集器、監測模塊以及保護監測表共同組成具有共享能力的數據庫，其共享數據庫內自主攜帶故障診斷工作，能夠依據實際需求，對汽輪機轉子的運行故障類別進行準確定位，對此，操作人員以手動輸送的方式，完成故障診斷報告的生成工作。

在此系統故障診斷環節中，由汽輪機轉子振動值超出限定值而產生的故障，則需對汽輪機進行停機檢修，同時加大對轉子運行狀態的監測工作，并對轉子的轉速進行妥善控制。其中具體的汽輪機組振動值如下表所示。在表1中可知，汽輪機轉子在初始運行期間，振動值均以達到限定值范圍，但是由于難以在生產中對汽輪機進行檢修。因此，采用轉子減速與狀態控制的方式，實現對汽輪機轉子運行故障的診斷工作。

2.2 報警和故障診斷

在對汽輪機轉子振動信號數據分析過程中，應利用事先采集的信號設置與之相對應的報警界定，進而才能在振動值高出正常限定值時，及時對汽輪機轉子的運行故障類型進行識別和分類，其詳細的振動值高超報警流程為：輸定報警值界限——輸入采集數據限號——汽輪機轉子運行——發生警報。首先，對轉子平衡度較差故障診斷：水平與垂直倍頻不平衡值均大于等于1、單倍頻振動效果較為明顯；其次，轉子摩擦故障診斷：4倍頻占據1倍頻20%以上、5倍頻與0.5倍頻占據1倍頻10%以上、2倍頻占據1倍頻50%以上、3倍頻占據1倍頻20%以上以及1倍頻在界定值以上；最后，油膜渦動與油膜振動故障診斷：0.5倍頻、1倍頻其幅值均在2.0以上。

3 結束語

總結上文，汽輪機作為工業生產中不可或缺的機械設備，在結構上具有復雜性以及特殊性的特點，促使其運行故障發生率相對較高。因此關于汽輪機診斷機理與診斷方法研究工作具有較高的現實價值、應用價值。在汽輪機運行過程中，產生平穩與非平穩振動信號，其中涵蓋眾多汽輪機運行特征，在汽輪機運行故障診斷中，應以振動信號為依據，對其進行詳細分析。

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