汽輪機轉(zhuǎn)子運行故障分析及診斷

李茂燕

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

關(guān)鍵詞：汽輪機；轉(zhuǎn)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(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，汽輪機機械設(shè)備也逐漸地走向成熟，如大型、自動型以及連續(xù)型汽輪機屢見不鮮。隨著汽輪機機械設(shè)備的使用，不僅提升工業(yè)生產(chǎn)效率，還能有效地降低工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)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(yán)峻的考驗。目前，在工業(yè)生產(chǎn)中，實現(xiàn)大型產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，如在石油、化工以及電力行業(yè)中，均采用滿負(fù)荷與連續(xù)性生產(chǎn)模式，促使汽輪機成為重要的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。

1 汽輪機轉(zhuǎn)子運行故障類型

在汽輪機轉(zhuǎn)子運行過程中，振動信號發(fā)生是轉(zhuǎn)子發(fā)生故障的前提表現(xiàn)，對此應(yīng)在汽輪機轉(zhuǎn)子運行過程中，對其振動信號進行準(zhǔn)確測量，為了更好地判斷汽輪機轉(zhuǎn)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?jǐn)?shù)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(zhuǎn)振動；振動原因：轉(zhuǎn)子平衡度較差、軸系不對稱和零件松動、摩擦（密封件摩擦、轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生的摩擦）、軸承損壞、軸承內(nèi)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(zhuǎn)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(chǔ)振動（基座、工作臺、支架）、其他結(jié)構(gòu)振動（閥門、閥桿、管道等）。

2 結(jié)合實際案例對汽輪機轉(zhuǎn)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(xiàn)采用ENTEK振動檢測系統(tǒng)對汽輪機運行狀態(tài)進行診斷與監(jiān)測。其詳細(xì)的汽輪機轉(zhuǎn)子運行故障診流程為：對汽輪機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子運行故障的主要依據(jù)，振動信號分析與處理工作是判斷汽輪機轉(zhuǎn)子故障的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，傳輸與推理是整體運行故障判斷的核心，控制是汽輪機轉(zhuǎn)子運行故障診斷的最終目標(biāo)。同時在汽輪機轉(zhuǎn)子內(nèi)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(jiān)測模塊可完成高速度數(shù)字振動信號的傳輸與處理工作，再使用以太網(wǎng)將信號處理結(jié)果上傳至上位機中，從而完成汽輪機轉(zhuǎn)子運行故障的診斷工作。

2.1 對ENTEK振動檢測系統(tǒng)的利用

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

在ENTEK振動檢測系統(tǒng)中，對于汽輪機轉(zhuǎn)子運行故障的診斷，產(chǎn)生的信號數(shù)據(jù)直接送至XM模塊中，經(jīng)過以太網(wǎng)的傳輸，將信號傳輸至e monitor系統(tǒng)軟件內(nèi)部，在該軟件界面中，實現(xiàn)傳感器與信號數(shù)據(jù)的相接，使其成為振幅型數(shù)據(jù)，從而可知由e monitor系統(tǒng)軟件連接的采集器、監(jiān)測模塊以及保護監(jiān)測表共同組成具有共享能力的數(shù)據(jù)庫，其共享數(shù)據(jù)庫內(nèi)自主攜帶故障診斷工作，能夠依據(jù)實際需求，對汽輪機轉(zhuǎn)子的運行故障類別進行準(zhǔn)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(tǒng)故障診斷環(huán)節(jié)中，由汽輪機轉(zhuǎn)子振動值超出限定值而產(chǎn)生的故障，則需對汽輪機進行停機檢修，同時加大對轉(zhuǎn)子運行狀態(tài)的監(jiān)測工作，并對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)中對汽輪機進行檢修。因此，采用轉(zhuǎn)子減速與狀態(tài)控制的方式，實現(xiàn)對汽輪機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子振動信號數(shù)據(jù)分析過程中，應(yīng)利用事先采集的信號設(shè)置與之相對應(yīng)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(zhuǎn)子的運行故障類型進行識別和分類，其詳細(xì)的振動值高超報警流程為：輸定報警值界限——輸入采集數(shù)據(jù)限號——汽輪機轉(zhuǎn)子運行——發(fā)生警報。首先，對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子摩擦故障診斷：4倍頻占據(jù)1倍頻20%以上、5倍頻與0.5倍頻占據(jù)1倍頻10%以上、2倍頻占據(jù)1倍頻50%以上、3倍頻占據(jù)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(jié)束語

總結(jié)上文，汽輪機作為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的機械設(shè)備，在結(jié)構(gòu)上具有復(fù)雜性以及特殊性的特點，促使其運行故障發(fā)生率相對較高。因此關(guān)于汽輪機診斷機理與診斷方法研究工作具有較高的現(xiàn)實價值、應(yīng)用價值。在汽輪機運行過程中，產(chǎn)生平穩(wěn)與非平穩(wěn)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(yīng)以振動信號為依據(jù)，對其進行詳細(xì)分析。

參考文獻：

[1]肖增弘，華興魯，李子超.汽輪機轉(zhuǎn)子運行故障分析及診斷研究[J].機械設(shè)計與制造，2014（05）：233-236.

[2]王延博，宋文希，王長軍.華能北京熱電2號汽輪機組高壓轉(zhuǎn)子振動故障診斷及處理[J].汽輪機技術(shù)，2015（02）：136-138.

[3]劉達，翟春艷，李書臣等.汽輪機轉(zhuǎn)子故障診斷算法應(yīng)用研究[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2013（03）：67-69.