試析頻譜分析在煙汽輪機故障診斷中的應用

黃敏

摘要：本文針對頻譜分析法相關內容展開分析，結合煙汽輪機過載、煙汽輪機齒面剝落、結構點蝕與膠合問題等常見故障頻譜特征，通過研究故障信號獲取、故障信號提取、故障問題診斷等內容，其目的在于加快煙汽輪機故障診斷速度，充分發揮頻譜分析法的應用價值。

關鍵詞：頻譜分析法;煙汽輪機;齒面剝落

在煙汽輪機工作過程中，受到人員操作因素、環境因素、設備自身因素影響，有時也會導致設備出現運行故障，影響到設備運行過程的安全性。通過將頻譜分析法應用到煙汽輪機故障診斷當中，不僅可以加快煙汽輪機故障診斷速度，而且能夠提高故障處理過程的時效性， 維持煙汽輪機工作狀態的穩定性。

1頻譜分析法概述

頻譜分析法是對設備的振動信號進行采集，并將采集信號分解轉換成由各種頻率信號及其強弱程度組成的頻譜圖。通過計算、分析和篩選，找出頻譜圖中與機械零部件工作特性有關的頻率，例如，齒輪的嚙合頻率、轉子的旋轉頻率、軸承的運轉頻率等，以此來尋找故障源和故障原因。相較于其他故障診斷方法，頻譜分析法在應用中具備了檢測速度快、檢測準確性高、檢測結果可靠性高等優勢，目前已經在很多領域中得到了廣泛推廣。

2煙汽輪機故障頻譜特征

2.1煙汽輪機過載

基于以往應用經驗可以了解到，煙汽輪機在工作期間，由于荷載過大而引起的應用故障，會在零件之間產生較大的沖擊力，此時會產生以嚙合頻率的諧波頻率為載波的頻率，其中嚙合頻率的幅值相對正常狀態也會出現明顯增大的情況，但在嚙合頻率及其諧波周圍不產生邊頻帶。同時受到過載問題的影響，結構內部零件的磨損速度也會不斷加快，這也使得機械結構劣化情況不斷加劇，而相對應的嚙合頻率也會出現不斷擴大的情況，所對應的諧波幅值也會處于持續增長的情況，故障問題的凸顯性不斷增強。

2.2煙汽輪機齒面剝落

基于以往應用經驗可以了解到，煙汽輪機在工作期間，也存在齒面剝落的風險，在長期負荷工作的情況下，零件之間的自然磨損、機械磨損也會不斷加劇，從而導致齒面剝落問題的出現。在齒輪運行到缺陷部位時，也會產生瞬時沖擊的缺陷，出現某一個高幅值的波峰。同時，輪機齒輪運行期間所產生的嚙合頻率也會和旋轉頻率產生較大的關聯性，同時在嚙合頻率附近也會產生一些邊頻帶，此時結構反饋的頻譜特點為邊頻帶數量較多，覆蓋范圍較廣、分布均勻度高、平坦性強等。隨著結構內部零件缺陷范圍的不斷擴大，這也使得機械結構劣化情況不斷加劇，邊頻帶對應的寬度范圍數值與幅值也會不斷提升，明顯性不斷增強。

2.3結構點蝕與膠合問題

在煙汽輪機工作期間，結構點蝕與膠合問題也是存在的運行故障問題。此類故障屬于均勻度相對較高的缺陷內容，在出現此類問題之后，頻譜也會出現周期性沖擊脈沖、頻譜調幅、頻譜調頻等情況。但是不同于其他局部性缺陷故障，此類故障問題主要集中在表面，對此在結構運行期間并不會出現瞬態沖擊，反饋到頻譜圖形中，表現出的內容為嚙合頻率所對應頻帶階數相對較少，而且集中性相對較高，同時頻譜圖的分布范圍比較狹窄，但是幅值的波動范圍較大，可以滿足既定的應用需求。

3頻譜分析法在故障診斷中的應用要點

3.1故障信號獲取

利用頻譜分析法來開展故障診斷工作時，首要任務便是做好設備故障信號的獲取工作，也是開展后續工作內容的基礎條件。在煙汽輪機工作過程中，其狀態信號也是直接反饋設備工作狀態的信號。基于煙汽輪機的工作情況，在對故障信號進行獲取時，其內容包括了溫度信號、壓力信號、振動信號、轉速信號、光譜信號、聲發射信號等，根據這些采集到的信號內容來開展后續的故障診斷工作。需要注意的是，為了提高信息評估結果的可靠性，需要在條件允許情況下，對于不同方向上的信號進行采集，匯總后獲取綜合應用信號，為后續故障分析工作的順利進行奠定基礎[1]。

3.2故障信號提取

在采集到機械信號之后，需要對故障信號進行提取，從中篩選出具備應用價值的故障信號，對其進行集中分析，從而了解故障的細節內容，為后續診斷工作的進行奠定基礎。從目前常用的方法展開分析，經常使用到的分析方法如下：（1）時域分析法，該方法在應用中，會對不同信號特征進行分解，隨后在延時作用下來完成信號分量疊加，根據數字濾波處理、響應分析、卷積計算等工作來完成應用分析，得到可靠的計算結果。（2）頻域分析法，該方法是在采集到應用信號后，對其進行變換處理，如常用的傅氏變換、拉氏變換等，以獲取到具備特征量的分析數值，滿足相應的應用需求[2]。

3.3故障問題診斷

在故障問題診斷期間，需注意以下幾點：第一，對設備運行情況進行梳理，根據上述分析方法獲取到具備應用價值的參數信息，并對其進行頻譜制作，剔除干擾數據獲取到價值圖形。第二，在已經擬定的頻譜分析圖中，對于幅值、曲線波動情況進行客觀分析，根據分析數據來完成故障問題的準確提取，同時也會定位故障問題的具體位置，擬定相對應的處理措施，等待問題解決后，重新生成頻譜分析圖，查看處理結果是否滿足要求，確保故障問題處理結果的適用性[3]。

結束語

綜上所述，在煙汽輪機工作期間，受到不同因素影響，很容易出現運行故障問題，利用頻譜分析法來對存在問題進行識別，不僅可以提高故障問題的發現效率，而且對于維持煙汽輪機穩定工作狀態也有著積極地意義。

參考文獻

[1]李紅，孫冬梅，沈玉成.EEMD降噪與倒頻譜分析在風電軸承故障診斷中的應用[J].機床與液壓，2018，46（13）：156-159.

[2]陳林瓊.頻譜分析在風機故障診斷及維護中的應用[J].中國石油和化工標準與質量，2017，37（17）：124-125.

[3]郭曉寧.頻譜分析在煙汽輪機故障診斷中的應用[J].機械工程師，2014（08）：263-264.

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