汽輪機異常振動故障排查技術的應用

［關鍵詞］汽輪機；異常振動故障；排查技術應用

電力是社會生產生活中必不可少的重要能源，為充分滿足人們用電需求，電力企業應加強發電機組設備檢修管理，以最大限度提高發電機組設備運行效率和電力生產效率。汽輪機在長期運行過程中，不可避免地會出現一些故障問題，尤其是異常振動故障，其發生率較高，詳細分析造成汽輪機異常振動的原因，探討該故障問題的檢測手段與排查技術措施，有助于提升發電機組設備檢修管理水平。

1 汽輪機異常振動故障成因

通常，汽輪機會因多種不良因素綜合作用而出現異常振動，如進汽參數不達標、疏水堵塞、油溫過高或過低、油品質量低劣、軸承內部潛在隱患以及運行期間的安全風險等，都是誘發異常振動故障的因素。這就要求管理人員對汽輪機進行檢修，排查構件連接牢固程度、磨損率、安裝作業準度等指標，一旦察覺異常振動，需立即排查故障原因，得出合理結論，并進行故障分析，確保汽輪機安全穩定運行。汽輪機異常振動故障的主要成因大概有4種，即油膜振蕩、轉子發熱變形、汽流激振以及振動摩擦等。管理人員需準確排查故障成因，采取合理控制措施。需要注意的是，運行期間的汽輪機不會單純受到某一特定因素的影響，相關人員還須結合過往經驗，將常見故障成因綜合在一起進行考量，保證全面排查，為檢修作業打好基礎，節約成本開支，保證汽輪機安全穩定運行。

2 汽輪機異常振動故障常用檢測方法

2.1 接觸式檢測

接觸式檢測方法所采用的檢測儀器為接觸式傳感器。在汽輪機身合適位置布設傳感器，可將運行期間產生的數據信息通過傳感器轉化為電信號，再結合可視化檢測技術落實檢測任務。利用接觸式檢測法開展汽輪機異常振動故障檢測時，還須在鎖定檢測目標區域后，合理布設傳感器，保證汽輪機開啟運行后，相關應力參數被傳感器采集，一旦有異常振動故障出現，故障位置可清晰可見。此外，靈敏度探測法是將傳感器安裝到合適位置，通過接觸式檢測法的有效開展，促進汽輪機高效運行。接觸式傳感器安裝完成后，在連接導線期間也易發不良問題，需提前對汽輪機葉片進行數量設定，借助敏感材料，促進接觸式檢測高效進行，以得到精準檢測結論。

2.2 非接觸式檢測

非接觸式檢測方法所用儀器設備主要包括激光物位計、超聲波物位計、紅外感溫儀、非接觸式雷達物位計以及超聲波流量計等，共同發揮作用，輔助作業人員通過光以及聲音等因素進行故障檢測，精準測定運行期間的汽輪機質量性能參數，全面采集汽輪機運行數據信息。非接觸式檢測法的成功應用，能夠在電磁波和探測聲波的幫助下，精準檢測汽輪機潛在的異常振動故障，其他檢測則可在光電傳感器輔助下完成。應用非接觸式檢測法開展檢測作業期間，應做好成本控制，規范化落實檢測流程，準確高效完成檢測任務。

3 汽輪機異常振動故障排查技術

3.1 轉子熱變形檢查

汽輪機組件中，轉子發生熱變形的頻率較高，出現熱變形的轉子短時間內振動特征值會升高很多，且運行期間的轉子參數和理論值之間的誤差會越來越大，機身同步升溫，達到極限轉子就會變形。轉子熱形變問題會導致機組冷態起機時升高負荷，轉子隨之升溫，材質內部應力越來越難以控制，轉子熱變形程度持續惡化。所以，如果轉子頻率加大，一定會出現相位變化，需避免這種情況的發生，并在短時間內處理轉子熱變形故障。轉子熱變形引起的異常振動故障，可通過早期機械直軸法或局部加熱直軸法進行防范。

3.2 嚴密監測動靜碰摩

在控制及預防汽輪機異常振動故障期間，需嚴密監測動靜碰摩問題，結合初步判斷法，幫助檢修作業人員全面掌握轉子以及靜子出現的摩擦問題，以預估異常振動潛在的發生發展周期規律，明確在此期間轉子以及靜子表現出來的摩擦周期規律。作業人員還需對局部碰摩點進行密切的發熱跡象監測，如果轉子以及靜子之間碰撞摩擦時發熱，即可判定該處潤滑油不足，由干摩擦而發熱。這時可通過初步判斷法，對現場潛在的碰撞摩擦點進行精準估測，為作業人員后續開展儀器檢測打好基礎。同時，也可通過渦流傳感器對轉子頻率和振幅進行檢測，深入研究參數類型等，將得出的結論與正常運行的標準參數對比，發現異常后，即可精準推斷動靜碰摩的故障成因。

3.3 診斷轉子質量平衡性

對運行期間的轉子進行嚴密監測，評估其質量平衡性方面的表現，可推測振動故障是否發生。運行期間的轉子勢必受到來自外部因素的不利影響，其潛在的質量平衡表征為：①軸心大致呈橢圓形軌跡；②運行期間的轉子當振幅和轉速成正比例關系時，振幅會隨著旋轉加速而升高；③若轉子持續安全穩定運行，振動相位角也會表現為對應的平穩狀態。利用故障診斷法，可準確測量通頻矢量以及振動矢量二者的相互關系結論，期間在時間推移過程中，如果相位角以及振幅值保持不變，就可初步判定轉子已經發生質量不平衡問題。

3.4 嚴防氣流激振問題

運行期間的汽輪機存在汽流激振問題發生的可能性，會對機組運行產生不利影響，尤其是低頻分量的動態變化一直持續不停，嚴重時還會上升。若作業人員對機體內部以及外觀監測不夠全面，會導致汽輪機無法及時完成負荷調節，一旦出現不同負荷條件，高壓進氣門就會出現無法統一的狀態。要徹底消除這種易發、高發問題，就要對運行期間的汽輪機進行嚴密監測，排查汽流激振問題發生的可能性，避免高參數機組再熱高壓、中壓等設施不停振動。

3.5 檢測轉子裂痕

轉子出現裂痕會導致局部剛度持續降低，一旦轉子啟動運行，該局部區域就會發生局部剛度不對稱。在故障診斷期間，可觀察研究轉子運行狀態，總結此時轉子表現出來的時域、升速以及頻率等方面的表征，作為診斷轉子故障的判斷依據。在處理轉子故障期間，需準確排查機體軸承部位和轉子的磨損程度，觀察轉子是否一直在摩擦定子，以及是否一直在磨損鐵芯外表，據此可以有效防范鋼片短路。同時，作業人員還須通過細銼銼除機身表面毛刺，避免硅鋼片出現短接。絕緣漆一定要足量使用，涂刷后現場烘干。發電機內部受潮后會銹蝕鐵芯外表，可取適用砂紙小心打磨，觀察徹底整平后以絕緣漆全面涂刷。

3.6 檢測轉子不對中故障

汽輪機運行期間出現轉子不對中故障時，作業人員可通過分析轉子運行頻率圖，評估并預測轉子徑向潛在的方向變化，當可能性概率已達正常標準的2倍多時，可認定轉子已出現平行不對中。同時，結合研究垂直振幅和水平振幅所得結論，判斷潛在的對中偏差可能性，再結合已經出現的不對中程度，確定異常振動故障的嚴重程度。如果軸向主要頻率確定為1倍頻，則在聯軸器內就可進行連接。聯軸器內的轉子數量為兩個，二者高差數據基本接近π值，存在角度不對中的可能。所以，如果轉子振動頻率達到2倍頻以上，波形基本趨于穩定，聯軸器兩頭徑向和軸向方向上高差已達180°，即可判定組合不對中。一旦發現該問題，作業人員必須現場修正，嚴防運行期間的因此碰撞摩擦。

3.7 改進監測系統

傳統汽輪機運行過程的監測需依賴人工方式進行，也可人工結合相關設備共同完成。但傳統方式監測范圍和時間段不夠全面。所以目前很多企業為加大現場監測力度和實效性，改用系統診斷結合在線監測方式進行。這種監測方式建立在以太網合理利用基礎上，結合適用傳感器的安裝使用，連接到工控計算機系統中，以有效控制運行期間的汽輪機，并結合振動信號的研究分析迅速排查異常振動故障。

模塊關鍵組件合理布設于汽輪機內部，同時布設數量足夠的振動傳感器，保證對運行期間的汽輪機進行持續的全面數據采集，排查其中的振動信號。利用高效數據預處理系統，為中控中心減輕工作負擔。例如，現場濾波可利用振動信號現場調控、放大以及降噪方式進行，對振動信號進行分類和追溯，再經由分類處理以及數據庫分區處理，保證實時跟蹤監控異常振動故障且快速診斷。

打造中心服務器模塊，加裝工控PC1臺，用于整合前端振動信號，作業人員則結合系統預設操作，比對前端振動信號與標準信號，以判斷標準振幅合理區間，并結合異常振動故障診斷，快速排查和預警故障。

生成通信模塊，由以太網負責數據采集，再經由中心服務器實現雙向通信的目的。

3.8 輔助油系統風險防控

汽輪機運行期間，輔助機油系統要求作業人員密切監測軸頸動態。原因在于，軸頸若發生故障，會引發油系統故障。因此，要有效預防輔助油系統故障，定期維護保養汽輪機組，保證整個系統運行過程始終安全穩定，降低故障概率。同時，轉子運行期間，需要全面排查處理機體導致的不平衡問題，嚴防軸頸磨損或破壞。輔助油系統要加強日常運維管理，尤其重點監測轉子特征頻，如果表現為1倍頻，振幅控制也要同步跟進且處于合理區間，減少運行期間的汽輪機負面影響因素。

3.9 實現系統功能

由專家系統負責對數量龐大的數據信息進行檢索，通過老樣本訓練，精密分析振動信號，為故障準確診斷提供依據。同時提交故障診斷報告，幫助作業人員快速鎖定故障成因，以進行針對性診斷和維修，保證高效處理異常振動故障。通過振動診斷單元，對軸向位移、瓦振、脹差以及軸振進行密切監測，如果軸向位移持續不停，系統可及時發布預警，最大限度避免汽輪機組發生停機，且有效控制軸向位移擴大，避免動靜構件嚴重碰撞摩擦，保證汽輪機良好運行。

4 結束語

汽輪機處在長期不間斷運行狀態下，難免會出現一些故障問題，需借助及時準確的故障檢測診斷與快速的排查處理措施，將故障問題不良影響降到最低。汽輪機異常振動故障較為常見，文章系統分析了汽輪機異常振動的形成原因、檢測手段以及排查技術措施，以期為設備檢修與管理提供一些參考。