基于粗糙集的某型民用燃氣輪機整機振動故障分析研究

李胡揚

摘要：民用燃氣輪機整體出現震動是影響燃氣機正常使用的安全故障，產生民用燃氣輪機整機振動故障的原因有很多，由于受外界條件因素影響很大，因此在實際維修過程中很難找到引起震動的主要原因，所以無法實施具有針對性的減震手段。本篇文章主要引入粗糙集理論，全面對民用燃氣輪機整機振動出現的原因進行分析，找到震動最主要的產生因素，具有針對性的降低震動幅度排除故障。通過筆者的實踐驗證，運用粗糙集可以有效降低某型民用燃氣輪機整機振動故障的維修時間，有利于降低生產資金的使用，為民用燃氣輪機整機振動故障研究提出重要的理論依據。

關鍵詞：

民用燃機出現整機振動故障會影響機器自身的安全性使機器不能正常運轉。民用燃氣輪機整機振動故障的產生原因來自于多個方面，運行過程中受到的影響因素很多，在進行維修和排除故障時也會因此無法找到準確的影響因素，進而不能制定出具有針對性的方案。在某型民用燃氣輪機整機故障分析過程中運用粗糙集理論，可以有效的找到使燃氣輪機出現震動的主要因素，從而進行具有針對性的維修，在未來民用燃氣機正常使用過程中避免受到這些因素的影響，減小故障的產生頻率。

1.某型民用燃氣輪機整機振動因素分析

某型民用燃氣輪機出現震動故障的原因是所有類型燃氣輪機出現震動的共同特征，但是不同類型還具有他們本身的獨立特點。引起某型民用燃氣輪機整機振動故障的原因主要有以下幾點：轉子處于不對中或不平衡狀態、轉靜子受到碰撞或磨損、民用燃氣輪機使用環境影響等。

1.1轉子及測點描述

燃氣輪機的轉子通常是單軸型，其中有三個支撐軸承，止推軸承與1#支持軸承相鄰，齒輪箱與冷端連接在一起，從而使發電機正常運轉。燃氣輪機要進行牽動或拆除主體結構的維修時需要送往國外專業的維修制造廠家，這種情況下需要消耗大量的資金而且維修時間長。對燃氣輪機轉子振動信號，起監控作用的儀器在軸承附近的轉子外部，每一個軸承部位轉子周巷都裝有x、y不同方向的兩個特點，燃氣輪機機組轉子結構中主要由6個電磁渦流傳感器對轉子振動位移進行監控。燃氣輪機轉子的標準轉速是11200 rpm。

1.2轉子振動故障分析

在燃氣輪機開始運行后，轉子啟動，可以從監測儀表中監控轉子的運行情況，分析測量儀表中顯示的測量值。在實驗驗證過程中，齒輪箱的振動頻率偏低，機主轉子1號軸承x、y方向的振動值都比較高，2號、3號軸承x方向和y方向的振動值都比較低。在機組啟動后，運用測震儀分別對x方向和y方向的振動頻率進行分析，并繪制震動頻譜圖。已知燃氣輪機轉子標準轉速是11200 r pm，所以標準工作頻譜應該是187赫茲。實驗數據分析過程中，發現1號軸承x方向和y方向振動頻譜差距較小，具有工頻處振動頻率大于其他位點震動頻率的規律，這種情況下與標準工作頻譜具有一定差距。這種情況出現的原因可能是因為轉子部件不平衡導致的。（注：受到儀器精確度的限制存在0.1赫茲左右的誤差）

通過機械振動理論和粗糙集理論，對引起轉子不平衡的原因進行分析主要有以下幾點：（1）燃氣輪機轉子，本身處于不平衡的狀態。產生原因有：生產過程中轉子安裝出現問題、燃氣輪機內部進入異物、葉片受到損壞等。本次實驗驗證過程對燃氣輪機發動機進行了整體的檢查，沒有出現損傷的位置也沒有異物，再核對燃氣輪機發動機的維修出廠測試報告，相關參數都達到標準。（2）加裝聯軸器等其他部件后，發動機轉子平衡受到破壞，這種情況下使得振動值不斷升高。本次實驗振動較強的部位在1號軸承監測點附近，這一位置正是加裝聯軸器的部位。所以通過分析和驗證可以得出結論：發生震動頻率超高的原因是輸出端部件不平衡。燃氣輪機發動機安裝結束后，進行現場動平衡檢測非常重要，本次實驗驗證剛好忽略該環節。

1.3轉子現場動平衡

在生產現場進行轉子動平衡是現階段使用比較廣泛的方法，目前使用較多的是影響系數法。進行轉子現場動平衡時需要應用專業化設備，測量得出轉子震動的精確相位和幅值，對這些數據進行分析，然后通過增加或減少平衡塊的方式，對結構質量進行微調整，使轉子分布均勻獲得動平衡。本次實驗受到條件和儀器的限制，只測量得到了震動幅值，沒有可以測量相位的精確儀器，所以通過振幅平衡法找到平衡重量的大小和方向，也使轉子獲得了動平衡。具體操作是首先選擇平面中不同的方向做幾次試加實驗，在根據試加后振幅發生的變化進一步分析，找到轉子端面上應該加入的重量大小和方向，使轉子獲得動平衡。

在實際操作中，為了減少對燃氣輪機轉子機組造成的損傷，完成燃氣輪機轉子平衡工作，可以借助轉子軸系盤車，在額定轉數的20%左右進行平衡工作。還需要注意的是，通過上文提到的方法進行轉子動平衡，只能使剛性轉子達到動平衡，對于柔性轉子來說，還需要對柔性轉子動平衡理論和柔性轉子動平衡技術進行深入的研究。燃氣輪機轉子達到動平衡后啟動機組，通過傳感設備測量得到的1號軸承x方向和y方向的最大震動幅值都在36微米左右，這個數值距離最大頻率報警值還有很大差距。由此可見，平衡工作有效的對燃氣輪機震動作出控制，為燃氣輪機的正常運行做出保證，使工頻處幅值有很大程度的下降。

2.粗糙集分析模型的構建

運用粗糙集計算分析軟件，把檢測過程中得到的樣品數據導入軟件中，軟件可以直接生成全部決策規劃，然后對生成規劃中數據的置信度進行分析。

置信度比較低的決策規劃在實際生產過程中具有的實際價值較小，一般不運用這類規劃作為參考，所以還要對決策規則進行全面的分析和篩選，摒棄一些沒有實用價值的數據，通常情況下，只保留置信度在50%以上的數據。本次實驗經過篩選剩余可用的規則為11項，所以可以對某型民用燃氣機整機振動故障的有效決策規則作出判斷。通過篩選得出的11項決策規律中，有5項是可能引起某型民用燃氣機整機振動故障發生形成的決策，具體如下：（1）震動故障產生可能由于高壓壓氣機動平衡后剩余不平衡量值達到最大狀態。（2）振動故障產生可能由于裝配時，轉鏡子同軸度跳動取值較大，而且在此情況下試車環境溫度較高。（3）振動故障產生可能由于漩渦葉片與渦輪導向器徑像間隙較小，而且在此情況下試車環境溫度較高。（4）振動故障產生可能由于低壓壓氣機動平衡后，剩余平衡量達到最大值狀態。（5）振動故障產生可能由于篦齒盤和靜子機匣徑像間隙較小。

總結

基于粗糙集可以有效的降低某型民用燃氣輪機整機振動故障的發生，通過本篇文章對震動故障產生的原因進行總體的分析，為燃氣輪機正常運行做出保障，使民用燃氣輪機可以安全可靠的工作。燃氣輪機是一個較為先進復雜的動力機械裝備，屬于高科技研發產品，是創新技術的主要體現，燃氣輪機在使用過程中需要結合多門專業多個領域的知識。民用燃氣輪機通常屬于小型汽車的核心部分，目前我國燃氣輪機的生產水平還十分有限，許多核心部分的安裝和大修過程都在國外進行，不過隨著我國經濟實力的提升，燃氣輪機得到的重視程度越來越高，研發和生產燃氣輪機的水平也會不斷提高，因此，對于燃氣輪機整機的震動故障，還需要進行深入的研究和分析，為燃氣輪機的進一步研發和更廣泛使用提供堅實的理論依據。

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