火電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障排查技術(shù)的研究

李建飛

（國(guó)能懷安熱電有限公司，河北 張家口 076150）

在火電廠內(nèi)汽輪機(jī)起到至關(guān)重要的作用，其不但可以保障火電廠的運(yùn)維效率，更可以運(yùn)用預(yù)防控制的方式，闡明監(jiān)控機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行情況，并通過(guò)異常振動(dòng)的檢索，執(zhí)行問(wèn)題位置的調(diào)查工作，確認(rèn)振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生的原因。如此，才能讓工作人員在完成故障診斷工作后，第一時(shí)間開(kāi)始維修并避免異常響動(dòng)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行帶來(lái)影響。同時(shí)轉(zhuǎn)子也是汽輪機(jī)在運(yùn)行階段的重要組件，其若與靜子相互碰撞以及出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不對(duì)中的情況，則會(huì)增加汽輪機(jī)內(nèi)部的不平衡問(wèn)題，讓汽輪機(jī)出現(xiàn)異常振動(dòng)的情況。

1 火電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)的檢測(cè)手段

若汽輪機(jī)在運(yùn)行階段長(zhǎng)期受到高壓、高速以及高溫等條件的影響，則會(huì)增加其發(fā)生故障的概率，使得工作人員需要運(yùn)用相關(guān)技術(shù)，定期或是非定期對(duì)汽輪機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行檢查，以保證汽輪機(jī)能夠正常的運(yùn)行。對(duì)此，應(yīng)運(yùn)用以下的檢測(cè)手段，規(guī)避火電廠在生產(chǎn)活動(dòng)開(kāi)展過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題。

1.1 非接觸性檢測(cè)

非接觸性的檢測(cè)設(shè)備有激光物位計(jì)、非接觸式雷達(dá)物位計(jì)、超聲波物位計(jì)、超聲波流量計(jì)、紅外線感溫儀等，通過(guò)它的應(yīng)用，工作人員不僅可以依靠聲音及光完成對(duì)應(yīng)的檢測(cè)工作，更能讓汽輪機(jī)在運(yùn)行階段產(chǎn)生的參數(shù)被確認(rèn)，促使汽輪機(jī)中的數(shù)據(jù)信息在此階段能夠被系統(tǒng)檢測(cè)到。如此，運(yùn)用非接觸式的檢測(cè)方法，探測(cè)聲波及電磁波，讓火電廠內(nèi)的檢測(cè)精度要求能夠得到滿足。也可通過(guò)光電傳感器完成后續(xù)的檢測(cè)工作。同時(shí)，在檢測(cè)過(guò)程中，應(yīng)用非接觸式的檢測(cè)方式，還需把控檢測(cè)成本，讓工作人員運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的操作方式，以提升檢測(cè)工作的實(shí)施效率，達(dá)到節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本的目的。

1.2 接觸性檢測(cè)

采用傳感器執(zhí)行檢測(cè)工作，依靠接觸式傳感器，讓汽輪機(jī)能夠在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，將其中的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行更改，讓其變更為電信號(hào)，使得可視化的檢測(cè)技術(shù)能夠應(yīng)用于此。在此過(guò)程中，通過(guò)接觸式檢測(cè)工作的開(kāi)展，能夠讓傳感器依附于設(shè)備需要進(jìn)行檢測(cè)的區(qū)域，讓汽輪機(jī)在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)期間，能夠勘察汽輪機(jī)所產(chǎn)生的應(yīng)力，若出現(xiàn)異常的振動(dòng)，則可及時(shí)把控故障位置。也可通過(guò)靈敏度的探測(cè)方式，讓工作人員合理地安裝傳感器，依靠接觸式的檢測(cè)法，將汽輪機(jī)的應(yīng)用效率進(jìn)行提高并且在接觸式傳感器應(yīng)用期間，當(dāng)導(dǎo)線連接時(shí)，也有可能發(fā)生的問(wèn)題，所以，在檢測(cè)的過(guò)程中，可以利用指定數(shù)量的汽輪機(jī)葉片，通過(guò)敏感性材料的應(yīng)用，保證接觸式檢測(cè)工作的實(shí)施效率及準(zhǔn)確性。若汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生問(wèn)題，就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)較大的熱量，也會(huì)對(duì)周圍的工作環(huán)境帶來(lái)影響。所以，需要采用接觸式檢測(cè)的方式，規(guī)避汽輪機(jī)受到導(dǎo)線粘貼、貼片等方面的影響。

2 火電廠汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障排查技術(shù)措施

2.1 勘察轉(zhuǎn)子熱彎曲情況

若轉(zhuǎn)子發(fā)生熱變形的問(wèn)題，其中的振動(dòng)特征值會(huì)增加到一倍的頻振幅之上，使得汽輪機(jī)的參數(shù)及轉(zhuǎn)子之間的差異就會(huì)增加，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的溫度提升，增加轉(zhuǎn)子發(fā)生熱變形的可能。這樣一來(lái)，則會(huì)導(dǎo)致機(jī)組在冷態(tài)起機(jī)的過(guò)程中，增加負(fù)荷段，讓轉(zhuǎn)子的溫度升高，無(wú)法保證材質(zhì)內(nèi)所釋放的應(yīng)力能夠被控制好，引發(fā)一系列的轉(zhuǎn)子熱變形的問(wèn)題。所以，若振動(dòng)頻率增加，則會(huì)導(dǎo)致相位變化的問(wèn)題出現(xiàn)。所以，在處理轉(zhuǎn)子的熱變形問(wèn)題時(shí)，可以及早采用直軸，利用機(jī)械直軸法、局部加熱直軸法，防止機(jī)組發(fā)生異常振動(dòng)的問(wèn)題。

2.2 注重動(dòng)靜碰摩表現(xiàn)

在火電廠內(nèi)，為防止汽輪機(jī)出現(xiàn)異常的振動(dòng)問(wèn)題，可增加對(duì)動(dòng)靜碰摩等方面問(wèn)題的關(guān)注，運(yùn)用初步判斷的方式，保證檢修人員能夠了解靜子以及轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的摩擦情況。這樣，則可確認(rèn)異常振動(dòng)可能發(fā)生的周期，了解靜子碰撞與轉(zhuǎn)子在此過(guò)程中的周期性問(wèn)題。并且，可以觀察局部碰摩點(diǎn)是否發(fā)熱，確認(rèn)一旦靜子與轉(zhuǎn)子進(jìn)行碰撞摩擦就會(huì)發(fā)熱，若該區(qū)域內(nèi)缺少潤(rùn)滑油的應(yīng)用，則會(huì)增加干摩擦區(qū)域的熱量，導(dǎo)致碰撞點(diǎn)區(qū)域的溫度會(huì)比其他的位置要高。此時(shí)，若通過(guò)表征判斷的方式，則可掌握現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)可能出現(xiàn)的動(dòng)靜碰摩問(wèn)題，使得工作人員通過(guò)儀器設(shè)備完成下一步處理操作。另外，可以運(yùn)用渦流傳感器來(lái)檢測(cè)汽輪機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率及產(chǎn)生的振幅，通過(guò)參數(shù)型號(hào)等內(nèi)容的分析，讓工作人員將該部分?jǐn)?shù)據(jù)與正常狀況下的參數(shù)內(nèi)容進(jìn)行比較，如果存在異常，則可確認(rèn)是哪種故障造成的。

2.3 診斷轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡與否

結(jié)合轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中質(zhì)量是否平衡，確認(rèn)其在振動(dòng)環(huán)節(jié)可能發(fā)生的表征，從而診斷其是否存在故障問(wèn)題，具體如表1內(nèi)容所示。

表1 汽輪機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子不平衡工況中的故障表征

如表1中內(nèi)容所述，若轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中，受到外界干擾因素的影響，其可能發(fā)生的特征表現(xiàn)為：第一，軸心的軌跡基本為橢圓形。第二，若轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和振幅存在正比的關(guān)系，轉(zhuǎn)速增加，振幅就會(huì)提高。第三，若轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中相對(duì)穩(wěn)定，則其中所產(chǎn)生的振動(dòng)相位角則會(huì)呈現(xiàn)出平穩(wěn)的狀態(tài)。同時(shí)，通過(guò)故障診斷的方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通頻矢量（簡(jiǎn)稱為XM）和振動(dòng)矢量（簡(jiǎn)稱為XN）的測(cè)量，二者之間的關(guān)系是：

如此，若幅值與相位角不隨時(shí)間變化，則大致可以確認(rèn)轉(zhuǎn)子存在質(zhì)量不平衡情況。

2.4 防止氣流激振問(wèn)題發(fā)生

在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)受到氣流激振的影響，導(dǎo)致其中的低頻分量持續(xù)變化，甚至出現(xiàn)增大的情況。同時(shí)，若工作人員未及時(shí)勘察汽輪機(jī)的外觀及內(nèi)部狀況，則會(huì)無(wú)法調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷，造成不同負(fù)荷情況下，汽輪機(jī)的高壓進(jìn)氣門狀況不一。所以，為解決此問(wèn)題的頻繁發(fā)生，應(yīng)積極把控汽輪機(jī)的運(yùn)行狀況，診斷氣流激振情況，防止高參數(shù)機(jī)組中的再熱中壓裝置與高壓裝置發(fā)生頻繁振動(dòng)的情況，也可運(yùn)用汽輪機(jī)負(fù)荷氣壓的調(diào)節(jié)方式，規(guī)避其發(fā)生氣流激振的風(fēng)險(xiǎn)，使得汽輪機(jī)不會(huì)頻繁地發(fā)生異常振動(dòng)。

2.5 確認(rèn)轉(zhuǎn)子裂痕問(wèn)題

檢測(cè)轉(zhuǎn)子裂痕的具體表現(xiàn)情況，若轉(zhuǎn)子存在裂痕，則局部的剛度則會(huì)呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，使得轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中該區(qū)域內(nèi)的剛度會(huì)呈現(xiàn)不對(duì)稱的情況。若轉(zhuǎn)子的運(yùn)行速度已經(jīng)達(dá)到了臨界值，則會(huì)以2X的頻率進(jìn)行振動(dòng)，使得轉(zhuǎn)子裂痕問(wèn)題發(fā)生，具體的診斷流程圖如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)子裂痕故障診斷流程圖

同時(shí)，在診斷故障的過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析，了解其中的時(shí)域特征、頻率特征、升速特征，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子裂痕故障的診斷。而在解決的過(guò)程中，可以掌握裝置以及汽輪機(jī)的軸承區(qū)域是否存在磨損的問(wèn)題，讓定子以及轉(zhuǎn)子不會(huì)頻繁地進(jìn)行摩擦，讓鐵芯的外表?yè)p壞情況不會(huì)發(fā)生。這樣，則可規(guī)避硅鋼片發(fā)生短路的可能。另外，可以讓工作人員用細(xì)銼將汽輪機(jī)表面的毛刺進(jìn)行去除，使硅鋼片不會(huì)發(fā)生短接的情況。增加絕緣漆的使用并在現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行烘干處理。若發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生受潮等情況，則會(huì)讓鐵芯的外表出現(xiàn)銹蝕問(wèn)題。所以，可以運(yùn)用砂紙的打磨方式，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的整平工作實(shí)施完畢后，涂刷絕緣漆。

2.6 診斷轉(zhuǎn)子不對(duì)中問(wèn)題

一旦汽輪機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中發(fā)生轉(zhuǎn)子不對(duì)中的情況，工作人員則可通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率圖的觀察，了解到轉(zhuǎn)子的徑向方向可能會(huì)發(fā)生改變，確認(rèn)其已經(jīng)變?yōu)榱艘酝?倍。而其中的多倍頻與1倍頻則起到輔助的作用，判定其平行不對(duì)中。并且，通過(guò)水平與垂直振幅的分析，了解其中可能出現(xiàn)的中偏差情況，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子不對(duì)中狀況的分析，確認(rèn)其中所發(fā)生的振動(dòng)故障是否嚴(yán)重。此時(shí)，若軸向的頻率是以1X為主，可以在聯(lián)軸器內(nèi)進(jìn)行連接，了解其中存在2個(gè)轉(zhuǎn)子，二者之間的高差大約能夠在π的范圍。并且，存在角度不對(duì)中的問(wèn)題。因此，若存在轉(zhuǎn)子的振動(dòng)頻率高于2倍頻，其中的波形就相對(duì)穩(wěn)定，而聯(lián)軸器兩端的軸向與徑向高差則是180°，可以判定其問(wèn)題為組合不對(duì)中。如此，工作人員只需做好現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的調(diào)節(jié)工作，防止轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中發(fā)生碰撞即可。

2.7 優(yōu)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

傳統(tǒng)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作需要人工進(jìn)行輔助，或是人工與設(shè)備的配合，完成對(duì)汽輪機(jī)的檢測(cè)。但此種方式無(wú)法保證能夠?qū)ζ溥M(jìn)行全天候的檢測(cè)。所以，在當(dāng)前的火電廠內(nèi)，為保證現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)的檢測(cè)工作能夠順利實(shí)施，可以運(yùn)用在線監(jiān)測(cè)以及系統(tǒng)診斷的方法，將以太網(wǎng)作為工作的前提。增加傳感器的應(yīng)用，讓其與工控計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接。如此則可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行狀況的合理控制，通過(guò)前段振動(dòng)信號(hào)的使用，確認(rèn)汽輪機(jī)是否存在異常的振動(dòng)問(wèn)題。

首先，可以運(yùn)用數(shù)據(jù)采集模塊的組建，讓核心元件都能夠在汽輪機(jī)的內(nèi)部進(jìn)行分布，增加振動(dòng)傳感器的應(yīng)用，讓其可以進(jìn)行無(wú)間歇、全天候的數(shù)據(jù)采集，以確認(rèn)是否存在振動(dòng)信號(hào)。同時(shí)，可以通過(guò)數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)的構(gòu)建，緩解中控中心的壓力。例如，通過(guò)調(diào)理振動(dòng)信號(hào)的方式，在現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)完成濾波、降噪以及放大等工作，區(qū)分振動(dòng)信號(hào)的類型及來(lái)源，運(yùn)用分類處理的方式，依靠數(shù)據(jù)庫(kù)完成分區(qū)處理工作，以保證后續(xù)的振動(dòng)故障能夠被診斷及追溯。

其次，可以通過(guò)中心服務(wù)器模塊的組建，增加1臺(tái)工控pc的使用，將前端的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行整合，讓工作人員運(yùn)用系統(tǒng)預(yù)設(shè)的方式，完成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)內(nèi)容的比對(duì)。如此，則可確認(rèn)標(biāo)準(zhǔn)振幅的范圍，運(yùn)用異常故障的診斷方式，讓系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)故障時(shí)及時(shí)報(bào)警。

同時(shí)，也可通過(guò)通信模塊的應(yīng)用，依靠以太網(wǎng)，完成數(shù)據(jù)信息的采集工作，利用中心服務(wù)器完成雙向的通信。

2.8 規(guī)避輔助系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)

在汽輪機(jī)輔助機(jī)油系統(tǒng)運(yùn)行階段，工作人員需要勘察軸頸的情況，若該區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)造成軸頸發(fā)生損傷、劃傷的可能，提高了油系統(tǒng)的故障概率。所以，為規(guī)避輔助油系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，還需定期對(duì)汽輪機(jī)組進(jìn)行保護(hù)處理，讓系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)不和諧的情況，以降低對(duì)機(jī)組帶來(lái)的影響。

并且，在汽輪機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，為規(guī)避輔助系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，可以掌握現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)存在的不平衡情況，防止軸徑發(fā)生損壞，讓此種不會(huì)頻繁出現(xiàn)，并且，在輔助系統(tǒng)運(yùn)維期間，應(yīng)注重轉(zhuǎn)子的特征頻，當(dāng)其為1X時(shí)，振幅則會(huì)控制在對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)，使得汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)受到過(guò)多的影響，進(jìn)而規(guī)避輔助系統(tǒng)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。也可定期更換機(jī)件，防止振動(dòng)相位持續(xù)變化。

2.9 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能

通過(guò)振動(dòng)單元的應(yīng)用，讓汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的常見(jiàn)故障能夠被檢測(cè)。首先，可運(yùn)用專家系統(tǒng)，讓其檢索海量的數(shù)據(jù)內(nèi)容，以老樣本的訓(xùn)練方式，保證振動(dòng)信號(hào)能夠被全面地分析。如此，則可準(zhǔn)確地判斷故障問(wèn)題，讓系統(tǒng)能夠生成故障的診斷報(bào)告。及時(shí)地讓工作人員掌握系統(tǒng)中的故障產(chǎn)生原因。依靠對(duì)應(yīng)的維修以及診斷方式，增加在振動(dòng)問(wèn)題處理環(huán)節(jié)的重要依據(jù)。其次，可以利用振動(dòng)的診斷單元，檢測(cè)瓦振、軸振、脹差和軸向位移的狀態(tài)。這樣一來(lái)，若軸向位移存在持續(xù)的變化，則可以及時(shí)地進(jìn)行報(bào)警處理，以防止停機(jī)等問(wèn)題的發(fā)生，使得軸向位移不會(huì)出現(xiàn)偏大等現(xiàn)象，防止動(dòng)靜部件出現(xiàn)過(guò)大的摩擦。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，火電廠在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生汽輪機(jī)異常振動(dòng)的問(wèn)題，其作為一種常見(jiàn)的故障，不僅會(huì)危害火電廠中發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全，也會(huì)對(duì)其穩(wěn)定性造成嚴(yán)重的影響，使得周圍的居民無(wú)法正常地使用電。若汽輪機(jī)的運(yùn)行問(wèn)題未受到維修人員的關(guān)注，也會(huì)增加對(duì)社會(huì)的影響。所以，為避免汽輪機(jī)發(fā)生故障，應(yīng)合理地創(chuàng)建在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，加強(qiáng)對(duì)故障原因的分析，讓工作人員依靠接觸式檢測(cè)、非接觸式檢測(cè)法來(lái)確認(rèn)故障點(diǎn)，從而逐一地排查故障問(wèn)題的發(fā)生區(qū)域，使火電廠更加穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。