汽輪發(fā)電機組振動故障分析與治理

［摘 要］汽輪發(fā)電機組作為電力系統(tǒng)的核心，其穩(wěn)定運行對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定具有至關(guān)重要的作用。然而，振動問題一直是威脅汽輪發(fā)電機組健康運行的一大隱患，不僅影響機組的效率，而且極有可能導(dǎo)致重大設(shè)備故障。文章基于對汽輪發(fā)電機組振動故障的深入分析，探討了振動監(jiān)測與診斷技術(shù)，并結(jié)合故障診斷案例，明確了振動故障的治理技術(shù)。此外，還分享了故障治理的工程實踐，并對振動故障治理的發(fā)展趨勢和未來挑戰(zhàn)進行了展望。通過文章的研究和討論，旨在對汽輪發(fā)電機組振動故障的診斷與治理提供有益參考。

［關(guān)鍵詞］汽輪發(fā)電機組；振動故障；監(jiān)測與診斷；故障治理；工程實踐

［中圖分類號］TM311 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）09–0034–03

汽輪發(fā)電機組振動故障的研究始于早期電機設(shè)計和制造的初步階段，隨著電力系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，機組容量不斷增加，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，振動問題也日漸突出。振動過大不僅會導(dǎo)致機組運行不穩(wěn)定，還可能引發(fā)機械結(jié)構(gòu)損傷，嚴重時甚至導(dǎo)致機組停機，給電力生產(chǎn)與供應(yīng)帶來巨大挑戰(zhàn)。因此，深入分析汽輪發(fā)電機組振動故障的原因，探索有效的監(jiān)測和診斷方法，不僅可以提高機組的運行效率和安全性，還有助于延長設(shè)備的使用壽命，具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。

1 汽輪發(fā)電機組振動故障概述

振動故障常見因素如下。

（1）機械不平衡。機械失衡可能由葉片磨損不均或軸線偏移引起，導(dǎo)致整個機組在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生不平衡力，進而引發(fā)振動。

（2）軸承（瓦）磨損。在長期運行的設(shè)備中，軸承的性能退化會使得軸系位置發(fā)生偏移，影響整體的運行平衡。軸瓦磨損嚴重時會導(dǎo)致潤滑油膜失穩(wěn)，破壞整個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)松動、斷裂。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)件松動、斷裂會引起旋轉(zhuǎn)過程中軸線的偏移，進而加劇振動。結(jié)構(gòu)件完全斷裂時的沖擊甚至?xí)鹫駝臃档膭×绎j升，導(dǎo)致停機。

（4）軸承剛度差或固定不牢。軸承剛度差或固定不牢，會導(dǎo)致軸承對轉(zhuǎn)子的支撐變差，使轉(zhuǎn)子得不到穩(wěn)定支撐，產(chǎn)生振動。

針對這些振動問題，及時準確的診斷和治理策略尤為重要。使用現(xiàn)代傳感器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實時監(jiān)控設(shè)備的振動狀況，及時發(fā)現(xiàn)異常。通過對振動數(shù)據(jù)的分析，可以精確定位故障源頭，從而進行針對性的維修或調(diào)整。例如，機械不平衡可通過動平衡技術(shù)有效調(diào)整轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，以減少振動。通過精確的故障診斷和科學(xué)的治理措施，可以顯著提高汽輪發(fā)電機組的穩(wěn)定性和安全性，保障電網(wǎng)的可靠供電。

2 汽輪發(fā)電機組振動故障分析

2.1 振動監(jiān)測與診斷技術(shù)

振動監(jiān)測與診斷技術(shù)主要通過對機組的振動信號進行持續(xù)采集與分析，以識別并定位潛在故障。該技術(shù)的核心在于利用現(xiàn)代傳感器和信號處理技術(shù)，捕捉汽輪機運行時的振動信息，從中找出異常振動的來源與性質(zhì)，最終指導(dǎo)檢修策略和維修方案的制訂。通過監(jiān)測不同部位的振動狀態(tài)，可以預(yù)判機組運行是否正常，并對異常信號發(fā)出預(yù)警。為了實現(xiàn)準確監(jiān)測與診斷，傳感器的選型和布置至關(guān)重要。不同部位的傳感器能夠捕捉到不同種類的振動信號，如軸承振動、轉(zhuǎn)子振動、殼體振動等。不同信號之間的交互分析，有助于準確判斷故障發(fā)生的具體位置與性質(zhì)。此外，信號處理算法的應(yīng)用也具有重要意義。先進的信號處理技術(shù)能夠在振動信號中提取特征，從而區(qū)分正常與異常狀態(tài)，為診斷提供準確的數(shù)據(jù)支持。

汽輪發(fā)電機組振動監(jiān)測與診斷技術(shù)不僅停留在數(shù)據(jù)采集層面，還可以深入分析振動信號中的頻譜特征和波形模式。通過對比設(shè)備在不同工況下的振動特征，可以歸納出設(shè)備的正常振動基準，進而對比分析實際信號中出現(xiàn)的異常特征。在這個過程中，頻譜分析、時域分析、波形對比等手段被廣泛應(yīng)用。頻譜分析主要用于識別振動的主要頻率成分和相關(guān)特征，有助于識別共振現(xiàn)象、失衡等問題。時域分析側(cè)重振動幅值的波動特性。波形對比則用于捕捉振動信號的形態(tài)特征，以識別沖擊性或間歇性故障。

振動監(jiān)測與診斷技術(shù)通過不斷完善和創(chuàng)新，為汽輪發(fā)電機組的穩(wěn)定運行提供了保障。其不僅是發(fā)現(xiàn)故障的利器，也是制訂合理維護計劃的依據(jù)。隨著傳感器、信號處理技術(shù)及人工智能的融合應(yīng)用，未來的振動監(jiān)測與診斷技術(shù)將更為精確、智能，為發(fā)電機組的健康管理注入新活力。

2.2 故障診斷案例分析的作用

在分析汽輪發(fā)電機組振動故障時，故障診斷案例分析是極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。這一部分通過實際案例的剖析，能有效展示理論與實踐的結(jié)合如何揭示和解決復(fù)雜的振動問題。例如，通過對某發(fā)電站汽輪機組出現(xiàn)的非典型振動進行深入分析，可以發(fā)現(xiàn)問題根源通常隱藏在表面現(xiàn)象之下。在具體案例中，分析師通常會記錄并對比故障發(fā)生前后的振動數(shù)據(jù)，包括振動的頻率、幅度及持續(xù)時間等。通過這些數(shù)據(jù)的對比，可以初步判斷故障的性質(zhì)。例如，如果振動幅度突然增大，可能是由軸承磨損或機械不平衡引起的。此外，還需結(jié)合發(fā)電機組的運行記錄和維護歷史，這有助于追蹤故障的歷史線索，進行更加全面的分析。頻譜分析儀能幫助識別特定頻率的異常振動，從而更準確地定位問題來源。通過案例分析，不僅可以提升診斷技術(shù)，還能為未來類似故障提供預(yù)防策略。因此，每個案例的深入研究和總結(jié)都有著重要意義。這種方法不僅使得技術(shù)人員能夠在理論與實踐中找到平衡，還促進了整個行業(yè)技術(shù)水平的提升。

3 汽輪發(fā)電機組振動故障治理

3.1 故障原因分析與排除

在汽輪發(fā)電機組的運行過程中，振動故障的產(chǎn)生是一個關(guān)鍵問題，需要系統(tǒng)性地進行分析與解決。通過頻譜分析能夠檢測到振動的主要頻率成分，這為故障原因的確認提供了重要依據(jù)。通常，分析的重點頻率為25 Hz、50 Hz 和100 Hz。由于振動頻率不同，其形成原因也多樣化，需要從不同角度進行詳細分析。

若通過頻譜分析發(fā)現(xiàn)50 Hz 的頻率成分占據(jù)主要位置，這意味著汽輪發(fā)電機組存在機械不平衡的問題。其頻率與發(fā)電機的基礎(chǔ)頻率一致，可能的原因包括轉(zhuǎn)子不平衡、聯(lián)軸器不對中、風扇葉片不均勻等。機械不平衡導(dǎo)致的振動會影響到軸承、密封件等部位的運行狀態(tài)。解決機械不平衡問題的方法包括實施轉(zhuǎn)子動平衡調(diào)整、重新校準聯(lián)軸器、清理積灰，確保零件均勻分布。在實際操作過程中，動平衡調(diào)整需要專業(yè)工具和熟練技師，務(wù)必保證精度以減少振動。

導(dǎo)致振動頻率在100 Hz 的情況，通常是由轉(zhuǎn)子剛度設(shè)計不合理引起，這種狀況多在制造階段的出廠試驗中被發(fā)現(xiàn)。但若在現(xiàn)場遇到，需重點檢查轉(zhuǎn)子的剛度變化，是否有因長期運行疲勞而導(dǎo)致材料性能下降，從而引發(fā)振動。這時可以采用有限元分析等技術(shù)進行評估，結(jié)合實際運行數(shù)據(jù)，進行適當?shù)膭偠妊a償或更換轉(zhuǎn)子部件。假如轉(zhuǎn)子剛度無法用設(shè)計優(yōu)化來解決，還需考慮是否存在局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，并采取對應(yīng)的緩解措施。

當振動頻率主要集中在100 Hz 以上時，需要特別關(guān)注軸承部分。高頻振動通常與軸承的磨損、損壞、潤滑不當?shù)扔嘘P(guān)。軸承的工作環(huán)境和負荷狀況直接影響其壽命和性能，長時間的高頻振動會導(dǎo)致軸承嚴重損耗，甚至引發(fā)熱故障。應(yīng)定期對軸承進行拆卸檢查，觀察是否有磨損、裂紋、表面剝離等現(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)這些問題，及時更換或維修軸承。

3.2 振動控制與減震技術(shù)

在振動控制中，常見的方法之一是使用主動振動控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)利用傳感器實時監(jiān)測振動，并通過控制器對系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)，以抵消或減少振動。除了主動振動控制外，被動振動控制也是一種常見的技術(shù)。被動振動控制系統(tǒng)通常使用減震器或阻尼器來吸收振動能量，從而減輕振動對設(shè)備的影響。此外，還有一種創(chuàng)新的技術(shù)—— 智能振動控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)合了人工智能和傳感技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對振動的智能識別和自動調(diào)節(jié)。

3.3 故障預(yù)防與維護策略

（1）徹底理解設(shè)備的運行特性及其內(nèi)在的機制，是制訂有效預(yù)防與維護策略的基石。汽輪發(fā)電機組作為一個復(fù)雜的機械體系，其每次振動都可能是不同因素交織的結(jié)果。因此，建立全面的檢測體系，對設(shè)備運行中的每個參數(shù)進行實時監(jiān)控，變得尤為關(guān)鍵。通過對數(shù)據(jù)的深入分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)異常，從而在問題惡化前進行干預(yù)。

（2）定期的設(shè)備維護和檢修是確保設(shè)備長期穩(wěn)定運行的保障。維護工作應(yīng)包括但不限于更換磨損的零件、清潔關(guān)鍵部件及對整體結(jié)構(gòu)進行必要調(diào)整。這不僅能預(yù)防振動故障的發(fā)生，更能延長設(shè)備的使用壽命，優(yōu)化資源的使用效率。

（3）加強對操作人員的培訓(xùn)，提高其對振動故障的識別和處理能力。優(yōu)秀的操作人員能夠憑借豐富的經(jīng)驗和敏銳的感覺，及時捕捉到初期的振動異常，采取相應(yīng)的措施，避免問題的擴大。

（4）引入更先進的監(jiān)測和診斷工具。通過利用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，可以更精準地預(yù)測和診斷振動問題，實現(xiàn)預(yù)防性維護，從根本上降低故障發(fā)生的可能性。

4 結(jié)束語

在深入探討汽輪發(fā)電機組的振動故障問題后，文章提出了一系列分析方法與治理技術(shù)，為工程技術(shù)人員提供了寶貴的參考和指導(dǎo)。通過精準的振動監(jiān)測與診斷，結(jié)合先進的信號處理方法，本研究不僅識別了振動的根本原因，還展示了一些成功的故障診斷案例，強調(diào)了理論與實踐的結(jié)合重要性。治理技術(shù)的應(yīng)用，如有效的振動控制與減震措施，已在多個工程實踐中得到驗證，顯著提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。此外，文章還對未來的發(fā)展方向進行了探討，指出隨著技術(shù)的進步和新材料的應(yīng)用，如何進一步優(yōu)化振動治理策略將是未來研究的重點。最終，汽輪發(fā)電機組振動問題的有效管理不僅依賴于先進的技術(shù)和工具，還需要對設(shè)備進行持續(xù)維護。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)驗積累，未來在振動控制方面將有更多突破，為能源行業(yè)帶來更大的保障和推動。

參考文獻

[1] 徐鴻恩. 汽輪發(fā)電機組振動故障分析與治理[J]. 自動化應(yīng)用，2023，64（18）：103-105.

[2] 王利濤. 汽輪發(fā)電機組振動故障分析與預(yù)防[J]. 冶金管理，2022（18）：91-95.