汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障分析的五個(gè)必要內(nèi)容

1、振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理

振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)處理有助于異常振動(dòng)的分析，并可作為其它方面進(jìn)行分析的基礎(chǔ)。根據(jù)振動(dòng)的頻譜分析可對(duì)機(jī)組的振動(dòng)作基本的分類(lèi)。

同步轉(zhuǎn)速的振動(dòng)，振動(dòng)的主要頻率與機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)速一致。此類(lèi)故障或直接由轉(zhuǎn)子不平衡引起，或由故障引起轉(zhuǎn)子平衡狀態(tài)的變化而產(chǎn)生異常振動(dòng)，或由支承剛度變化引起。此類(lèi)振動(dòng)故障約占振動(dòng)總故障的90%以上，屬于故障中最難診斷的一部分。

非同步轉(zhuǎn)速的振動(dòng)，又分為低于或高于基頻振動(dòng)兩類(lèi)：低于基頻的振動(dòng)又可分為自激振動(dòng)故障及分?jǐn)?shù)次諧波振動(dòng)故障兩種情況。高于基頻的振動(dòng)由轉(zhuǎn)子圓周剛度不對(duì)稱(chēng)、轉(zhuǎn)子裂紋、轉(zhuǎn)子不對(duì)中、電磁激振、部分的摩擦振動(dòng)等引起。實(shí)際振動(dòng)故障的頻譜不一定是單一的頻率，有時(shí)往往以某種頻率為主，但包含若干其它頻率的成份。

2、機(jī)組的結(jié)構(gòu)分析

實(shí)踐表明，機(jī)組的結(jié)構(gòu)分析對(duì)振動(dòng)故障診斷是必要的，因?yàn)闄C(jī)組的振動(dòng)故障特征是與機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)密切有關(guān)的，有的故障只能在某種結(jié)構(gòu)情況下才能產(chǎn)生；同一類(lèi)故障在不同結(jié)構(gòu)形式的機(jī)組上其征兆有明顯的不同；機(jī)組的振動(dòng)傳遞持性與機(jī)組的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系；有的故障本身就是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)有缺陷或結(jié)構(gòu)不合適而引起。

機(jī)組的結(jié)構(gòu)分析包含了機(jī)械結(jié)構(gòu)及不平衡響應(yīng)分析兩個(gè)方面。汽輪發(fā)電機(jī)組的機(jī)械結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，且千差萬(wàn)別，不同型號(hào)的機(jī)組結(jié)構(gòu)各不相同，但還是有許多共同的部分，可以分類(lèi)。例如：(1)支承方式：四支承，三支承；(2)軸承座型式：落地式，端蓋式，固定在排汽缸上；(3)聯(lián)軸器：剛性，撓性，半撓性等；(4)軸瓦型式：圓筒瓦，橢圓瓦，三油楔，可傾瓦等。

其它還有汽缸膨脹的方式，轉(zhuǎn)子隔板汽封及端部汽封的型式等等。

至于不平衡響應(yīng)分析，雖然目前在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中還達(dá)不到定量分析的階段且不包括相位傳遞特性的分析，但可以作為定性分析的參考，它主要包括工作轉(zhuǎn)速與臨界轉(zhuǎn)速的裕度，故障部位不平衡響應(yīng)靈敏的分析等方面。

不同的結(jié)構(gòu)型式可能會(huì)引起不同的振動(dòng)故障，例如以軸承座型式為例，落地式軸承標(biāo)高的變化只與軸承應(yīng)的溫度狀態(tài)有關(guān)，而該溫度變化可按不同的機(jī)組近似地進(jìn)行估算，但座落在排汽缸上的軸承座，其標(biāo)高的變化除了與本身的溫度狀態(tài)有關(guān)外，還與排汽缸的變形有關(guān)，還與排汽缸的溫度、排汽真空及排汽缸的剛度有關(guān)，因此兩種軸承座型式會(huì)帶來(lái)不同的中心變化，在判斷振動(dòng)故障是否由中心變化引起時(shí)必須要分析軸承座結(jié)構(gòu)會(huì)引起中心有多大的變化。再如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承為端蓋式或落地式時(shí)，其振動(dòng)外特性及振動(dòng)傳遞特性大不相同，對(duì)端蓋式軸承，必須要考慮振動(dòng)通過(guò)定子外殼的傳遞，而落地式軸承則可忽略通過(guò)外殼的振動(dòng)傳遞。

不同的支承型式對(duì)工作轉(zhuǎn)速及臨界轉(zhuǎn)速的裕度有不同的要求，三支承型式的轉(zhuǎn)子要求裕度較大，同一類(lèi)故障，當(dāng)故障部位處于不平衡響應(yīng)敏感區(qū)時(shí)，其征兆與處于不敏感區(qū)時(shí)有很大的不同。例如動(dòng)靜摩擦引起的振動(dòng)故障，如摩擦部位處于轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)的敏感區(qū)時(shí)，則除了不平衡響應(yīng)的靈敏度大大增加外，影響該振動(dòng)的相關(guān)量也明顯增加，此時(shí)潤(rùn)滑油(密封油)的油壓、油溫、或影響機(jī)組中心變化的有關(guān)因素，有關(guān)轉(zhuǎn)子的運(yùn)行參數(shù)也均成為影響振動(dòng)的相關(guān)量。而摩擦部分一旦處于不敏感區(qū)時(shí)，相關(guān)量則明顯減少，且摩擦引起振動(dòng)幅值及相位的變化特性也很不相同。

3、振動(dòng)的變化特性

振動(dòng)的變化特性是指振動(dòng)矢量的變化規(guī)律，包括振動(dòng)幅值的變化速率以及振動(dòng)相位的變化特點(diǎn)。

幅值變化速率，有突增型、快變、慢變及漸慢變等幾種類(lèi)型，相位變化特點(diǎn)有相位旋轉(zhuǎn)，相位部分變化及相位不變等幾種情況。在出現(xiàn)振動(dòng)故障時(shí)，除了純粹由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動(dòng)外，其余基本上都是一種不穩(wěn)定振動(dòng)，即其振幅、相位均會(huì)隨時(shí)間、工況等因素而呈現(xiàn)或大或小、或快或慢的變化，但不同的故障原因引起振動(dòng)變化的特性是不同的，同一種故障原因引起的振動(dòng)變化又是有一定規(guī)律的。因此，在故障診斷中，可以根據(jù)振動(dòng)變化的特性與其它因素相結(jié)合來(lái)診斷故障的類(lèi)別及確定故障的原因。

對(duì)某些故障來(lái)說(shuō)，根據(jù)振動(dòng)變化的特點(diǎn)即可大致確定故障的原因。

4、振動(dòng)與相關(guān)量的關(guān)系

機(jī)組的每一種故障，除了其在振動(dòng)參數(shù)方面的特征外，均與某些相關(guān)量有關(guān)。尤其是同步轉(zhuǎn)速振動(dòng)的故障，更需要通過(guò)與各種相關(guān)量關(guān)系的分析來(lái)判斷故障的原因。在現(xiàn)場(chǎng)為尋求振動(dòng)故障原因而進(jìn)行的各種振動(dòng)試驗(yàn)實(shí)際上就是探求與各種相關(guān)量的關(guān)系，例如通過(guò)變化發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的無(wú)功負(fù)荷(轉(zhuǎn)子電流)來(lái)判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)變化量是否由匝間短路所引起。

這些相關(guān)量是指汽輪發(fā)電機(jī)的各種運(yùn)行參數(shù)，如主蒸汽及再熱蒸汽的壓力、溫度、流量、排汽溫度、凝汽器真空、潤(rùn)滑油溫、油壓、各軸承的頂軸油壓、機(jī)組的絕對(duì)膨脹及相對(duì)膨脹、發(fā)電機(jī)的有功及無(wú)功負(fù)荷、轉(zhuǎn)子電流、冷卻風(fēng)溫、風(fēng)壓或冷卻水的溫度、流量等等。

在大機(jī)組中，大部分相關(guān)量已在電廠的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS 系統(tǒng))中，可利用數(shù)據(jù)通信將這些相關(guān)量與振動(dòng)參數(shù)相結(jié)合，一并加以分析。根據(jù)目前已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，己可分別列出每一種故障原因與相關(guān)量的具體關(guān)系。盡可能將各種具體故障原因引起的振動(dòng)故障與有關(guān)相關(guān)量的關(guān)系一一加以列出，當(dāng)根據(jù)上述幾個(gè)方面診斷出某種故障有幾種可能的原因時(shí)，即根據(jù)與該原因與相關(guān)量的關(guān)系進(jìn)一步確定該故障的原因。

5、故障部位的判斷確定

對(duì)同步轉(zhuǎn)速的振動(dòng)，可根據(jù)不平衡分析技術(shù)判斷故障部分。對(duì)于非同步轉(zhuǎn)速的振動(dòng)，根據(jù)出現(xiàn)過(guò)大振動(dòng)所在的部位以及振動(dòng)的類(lèi)別，可確定故障所在的轉(zhuǎn)子及所在的支承。將這一判定作為一個(gè)單獨(dú)的方面，是根據(jù)大量實(shí)際機(jī)組故障診斷的思路及經(jīng)驗(yàn)提出的。由于實(shí)際的振動(dòng)故障中 90%以上均與同步轉(zhuǎn)速振動(dòng)有關(guān)，判定故障所在的部位對(duì)縮小診斷的范圍，找出引起異常振動(dòng)的原因極為有用，實(shí)際的振動(dòng)故障診斷中，也往往是先尋找故障所在的部分，再去逐步深入剖析原因，許多實(shí)例均可說(shuō)明這一點(diǎn)。

根據(jù)振動(dòng)幅值傳遞特性及相位傳遞特性，能比較容易地按振動(dòng)的分布狀況或振動(dòng)變化量的分布狀況確定不平衡類(lèi)故障的部位。

實(shí)踐表明：各種故障原因的診斷均沒(méi)有超出上述5個(gè)方面的知識(shí)范疇，且很多疑難故障也必須要經(jīng)過(guò)上述5個(gè)方面的分析才能診斷出其原因。只要明確每一振動(dòng)故障在這5個(gè)方面的征兆，則不僅可以診斷出該故障的類(lèi)型，而且可以較明確地診斷出引起故障的具體原因。