汽輪發(fā)電機組振動故障分析的五個必要內(nèi)容

1、振動信號數(shù)據(jù)處理

振動信號數(shù)據(jù)處理有助于異常振動的分析，并可作為其它方面進行分析的基礎(chǔ)。根據(jù)振動的頻譜分析可對機組的振動作基本的分類。

同步轉(zhuǎn)速的振動，振動的主要頻率與機組運行轉(zhuǎn)速一致。此類故障或直接由轉(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，或由支承剛度變化引起。此類振動故障約占振動總故障的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，又分為低于或高于基頻振動兩類：低于基頻的振動又可分為自激振動故障及分?jǐn)?shù)次諧波振動故障兩種情況。高于基頻的振動由轉(zhuǎn)子圓周剛度不對稱、轉(zhuǎn)子裂紋、轉(zhuǎn)子不對中、電磁激振、部分的摩擦振動等引起。實際振動故障的頻譜不一定是單一的頻率，有時往往以某種頻率為主，但包含若干其它頻率的成份。

2、機組的結(jié)構(gòu)分析

實踐表明，機組的結(jié)構(gòu)分析對振動故障診斷是必要的，因為機組的振動故障特征是與機組的結(jié)構(gòu)特點密切有關(guān)的，有的故障只能在某種結(jié)構(gòu)情況下才能產(chǎn)生；同一類故障在不同結(jié)構(gòu)形式的機組上其征兆有明顯的不同；機組的振動傳遞持性與機組的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系；有的故障本身就是因為結(jié)構(gòu)有缺陷或結(jié)構(gòu)不合適而引起。

機組的結(jié)構(gòu)分析包含了機械結(jié)構(gòu)及不平衡響應(yīng)分析兩個方面。汽輪發(fā)電機組的機械結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，且千差萬別，不同型號的機組結(jié)構(gòu)各不相同，但還是有許多共同的部分，可以分類。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)場應(yīng)用中還達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)型式可能會引起不同的振動故障，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組近似地進行估算，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帶來不同的中心變化，在判斷振動故障是否由中心變化引起時必須要分析軸承座結(jié)構(gòu)會引起中心有多大的變化。再如發(fā)電機轉(zhuǎn)子軸承為端蓋式或落地式時，其振動外特性及振動傳遞特性大不相同，對端蓋式軸承，必須要考慮振動通過定子外殼的傳遞，而落地式軸承則可忽略通過外殼的振動傳遞。

不同的支承型式對工作轉(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，同一類故障，當(dāng)故障部位處于不平衡響應(yīng)敏感區(qū)時，其征兆與處于不敏感區(qū)時有很大的不同。例如動靜摩擦引起的振動故障，如摩擦部位處于轉(zhuǎn)子不平衡響應(yīng)的敏感區(qū)時，則除了不平衡響應(yīng)的靈敏度大大增加外，影響該振動的相關(guān)量也明顯增加，此時潤滑油(密封油)的油壓、油溫、或影響機組中心變化的有關(guān)因素，有關(guān)轉(zhuǎn)子的運行參數(shù)也均成為影響振動的相關(guān)量。而摩擦部分一旦處于不敏感區(qū)時，相關(guān)量則明顯減少，且摩擦引起振動幅值及相位的變化特性也很不相同。

3、振動的變化特性

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

幅值變化速率，有突增型、快變、慢變及漸慢變等幾種類型，相位變化特點有相位旋轉(zhuǎn)，相位部分變化及相位不變等幾種情況。在出現(xiàn)振動故障時，除了純粹由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的振動外，其余基本上都是一種不穩(wěn)定振動，即其振幅、相位均會隨時間、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變化的特性是不同的，同一種故障原因引起的振動變化又是有一定規(guī)律的。因此，在故障診斷中，可以根據(jù)振動變化的特性與其它因素相結(jié)合來診斷故障的類別及確定故障的原因。

對某些故障來說，根據(jù)振動變化的特點即可大致確定故障的原因。

4、振動與相關(guān)量的關(guān)系

機組的每一種故障，除了其在振動參數(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)速振動的故障，更需要通過與各種相關(guān)量關(guān)系的分析來判斷故障的原因。在現(xiàn)場為尋求振動故障原因而進行的各種振動試驗實際上就是探求與各種相關(guān)量的關(guān)系，例如通過變化發(fā)電機轉(zhuǎn)子的無功負(fù)荷(轉(zhuǎn)子電流)來判斷發(fā)電機轉(zhuǎn)子的振動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)電機的各種運行參數(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、潤滑油溫、油壓、各軸承的頂軸油壓、機組的絕對膨脹及相對膨脹、發(fā)電機的有功及無功負(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)量與振動參數(shù)相結(jié)合，一并加以分析。根據(jù)目前已有的知識和經(jīng)驗，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)上述幾個方面診斷出某種故障有幾種可能的原因時，即根據(jù)與該原因與相關(guān)量的關(guān)系進一步確定該故障的原因。

5、故障部位的判斷確定

對同步轉(zhuǎn)速的振動，可根據(jù)不平衡分析技術(shù)判斷故障部分。對于非同步轉(zhuǎn)速的振動，根據(jù)出現(xiàn)過大振動所在的部位以及振動的類別，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單獨的方面，是根據(jù)大量實際機組故障診斷的思路及經(jīng)驗提出的。由于實際的振動故障中 90%以上均與同步轉(zhuǎn)速振動有關(guān)，判定故障所在的部位對縮小診斷的范圍，找出引起異常振動的原因極為有用，實際的振動故障診斷中，也往往是先尋找故障所在的部分，再去逐步深入剖析原因，許多實例均可說明這一點。

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

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