摘要：汽轮机是火力发电厂中重要的转动设备，是常用的机械设备。转子是汽轮机的主要部件，汽轮机转子的安全性直接关系到汽轮机的正常使用，为了进一步提高汽轮机的稳定性，充分发挥汽轮机的作用，就要了解汽轮机转子运行的故障原因以及故障排除方法。汽轮机转子运行状态的重要指标是振动信号，汽轮机在不同工作状态下的振动信号是工作人员了解汽轮机转子是否发生故障以及故障种类的重要指标，是保障汽轮机运行安全和工作人员人身安全的重要依据。
关键词：汽轮机转子；故障分析；技术诊断
前言
随着工业的进一步发展，工业机械设设备也进行了革新，汽轮机作为工业生产中的重要旋转设备也得到了全面的发展。在火电厂中，汽轮机是必不可少的，其运转情况直接关系到火电厂进行电力生产的稳定性和电厂的经济效益。汽轮机转子是汽轮机的重要部件，有着较高的故障率，转子运转中产生的异常振动会在一定程度上增大转子的负荷。此时，如果对转子有着不科学的处理就会出现机组磨碰现象，进而使转子的主轴发生弯曲，对汽轮机的运行产生很大影响。在实际工作中，为了找出汽轮机转子的故障原因就必须要对汽轮机振动程度进行分析，通过建立实验模型来证明，进而找出转子故障原因，最后依据原因来制定合理的故障排除方案。经过维修后要对汽轮机进行测试，如果存在振动继续进行故障排除工作，依据振动检测的方法来实现汽轮机转子故障分析及诊断需要较多时间和人力物力，但是这种方法的可靠性强。
一、汽轮机故障基本分析方法
（一）汽轮机转子故障问题
汽轮机工作过程中，转子发生故障直接影响到汽轮机的运行，汽轮机转子发生故障会伴随着振动信号的产生，通过对产生的振动信号的分析来确定汽轮机转子发生故障的类型、严重程度等。通常来讲，要对转子振动信号行进较为精确的测量，对测量的结果进行逐一分析，经过长期实践和理论的研究得出，转子故障时一般有以下几种振动频率：基频振动、倍频振动、整分数基频振动、比例基频振动、超高频振动和超低频基频振动[1]。振幅方位有：横向振动（包括水平振动和垂直振动）、轴向振动和扭转振动。振动部位有：转子和轴系、轴承、壳体与轴承座、基础部分和其它振动结构。其中，轴系包括轴颈和轴纹叶片，基础部分包含基座、工作台和支架等，其它振动结构主要包含阀门、阀杆和管道等。振动原因有：转子平衡性差、轴系对称程度低、轴系零件松动、机械中的摩擦、轴承的损坏、动力和水利因素、电气因素等。
（二）汽轮机转子故障诊断概况和故障特征
汽轮机转子在运行过程中会发生不同种类的故障，不同故障有着不同的特征，在进行转子故障诊断时要充分利用故障特征来完成工作。
转子质量不平衡故障，汽轮机转子质量不平时会产生相应的振动现象，这类振动属于强迫振动，振动的频频率与转子转速相同，振动幅值受到转速影响并按照振动理论中共振曲线的规律进行变化。这类振动曲线是“枞树形”，有着一倍振动幅值大、出现较小高次谐波的特点。汽轮机转子质量不平衡故障的常见原因是，转子出场时存在原始质量不平衡的问题，通常是由于转子生产时做工不到位造成的。在汽轮机转子使用时发生部件脱落现象是也会产生转子质量不平衡故障[2]。
动静摩擦故障，随着汽轮机组向着高性能、高效率发展，汽轮机转子与静止部件之间的摩擦的概率逐渐增大，一旦转子与静止部件出现了摩擦，就会产生复杂的摩擦振动，摩擦故障会对汽轮机转子以及汽轮机产生严重的影响，轻者破坏汽轮机的稳定性，重者造成转轴发生严重弯曲，破坏整个轴系。不同摩擦会产生不同的故障特征同时也可作为故障诊断的依据，但是不同故障会有着相同的故障特征，所以在故障诊断时要从多个方面来进行分析。转子碰摩按照摩擦部位的不同分为，径向碰摩、轴向碰摩和组合碰摩，依照摩擦情况的不同分为整周碰摩和部分碰摩。主要的原因有：第一，转轴振动过大，转轴质量不均、转子弯曲都会产生摩擦。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第二，轴颈主语极端位置，转子发生偏斜会导致转子与静止部分产生摩擦。第三，动静孔隙不足，转轴与周围部件之间有着一定的孔隙来保证转轴可以顺利转动，当孔隙过小时，会增加阻力，增大摩擦。第四，缸体跑偏、形变，国产的机组高压转子的前汽封较长，机组气动不当会造成摩擦。
转子不对中故障，连机器连接起来的转轴的中心线存在位置上的偏差，具体分为平行不对中、偏角不对中和组合不对中三种情况。出现转子不对中故障时会降低转子旋转的稳定性，影响不同部分之间的连接。此时，在振动的时域波形图上可以发现旋转的基本频率不一致，在振动信号频谱上可以发现工频的高次分量。
裂缝转子故障，在汽轮机运行过程中，发生裂纹转子故障的概率较低，一旦发生就会对整个汽轮机组产生巨大威胁，有可能造成重大事故。转子裂缝产生的原因主要是转子的疲劳损伤，经过长时间的使用转子会出现疲劳如果不及时发现进行更换就会产生裂纹，进而产生故障。依据振动信号来实现对转子裂纹的检测分为两步：第一步，定速时确定工频和两倍频振幅和相位的大小。第二步，变速时检测两倍频幅和相位的大小。
二、汽轮机转子振动诊断技术
（一）小波分析特征
小波变化有着很强的信息处理能力，是一种在汽轮机运行故障分析中常用的技术手段。小波利用母小波的伸缩程度和平移来获取不同的基函数来实现对振动的分析，小波通过尺度的变换来选取不同的频率段来进行分析。此外，小波分解可以将不稳定或不规则的信号进行分解，进而得到小波伸缩的基函数，可以提高信息的完整性。对同一信息可以在不同频率下进行分解和重构来进行全面分析。
（二）汽轮机转子运行故障的BP神经网络模型诊断
BP算法有着很严格的学习算法，同时也有着阶梯型的下降式的计算方法，这种计算方法有着一定的规律。BP神经网络是由输出层、隐含层和输入层形成的网络，并利用正级传播和反级传播来实现。在创建了BP网络神经后，对汽轮机转子运行监测和诊断的模型就要利用BP网络神经[3]。BP神经网络可以最大限度地降低人力物力，在保证工作效率的前提下降低经济费用，也可以在短时间内进行多次实验。
报警和故障诊断。对汽轮机转子运行的检测是通过对振动频率的检测来实现，转子发生故障时会产生一定的振动频率，通过大量实验得出的数据来制定故障频率范围，当某种振动频率超出预设值时进行故障预警。报警系统的设置能够有效地预防汽轮机转子运行故障，在发生故障后能够及时进行排除工作，保证汽轮机组的正常运行和电厂等工业机构的安全系数。
（三）小波包原理
Lyapunov指数分为正、负两种，正指数是指Lyapunov指数在它附近轨道的指数分离，即代表的是混沌，负指数代表的是在附近轨道是稳定的，对应的是周期运动。Lyapunov指数用来对振动等数据的分析处理，是汽轮机转子运行故障分析中运用的一项重要原理。
小波包分析与信息融合技术结合起来进行故障诊断进一步提高了故障诊断的准确性恶化时效性。经过总结得出几种常见的方法，如在4种常见故障中提取出相反方向的振动信号，然后利用小波包分解来判断故障特点。
结束语
汽轮机在现代工业生产中发挥着十分重要的作用，汽轮机转子运行故障是影响汽轮机运行的常见阻碍，所以进一步提高汽轮机转子运行故障分析与诊断工作的质量，有着十分现实的意义。本文通过对常见汽轮机转子运行故障的特点进行了分析介绍，同时对故障产生伴随的振动频率特征进行分析，运用了小波分析、BP神经网络模型技术来提高汽轮机转子运行故障诊断的效率。
参考文献
[1]肖增弘, 华兴鲁, 李子超. 汽轮机转子运行故障分析及诊断研究[J]. 机械设计与制造, 2014(5):233-236.
论文作者:曾祥飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/23
标签：转子论文; 汽轮机论文; 故障论文; 摩擦论文; 小波论文; 发生论文; 转轴论文; 《电力设备》2017年第24期论文;