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摘要：汽轮机组是发电系统的主要设备之一,其设备结构复杂和运行环境较为恶劣,一旦发生故障危害较大,会对汽轮机组运转状态的监测造成严重的影响。汽轮机组的故障监测和诊断系统功能主要是预防突发故障的发生,提高检修效率。
关键词：汽轮机转子；故障；处理方法
1出现的故障分析
1.1设计制造方面分析
由于在汽轮机中,转子一直是处于高速运转的过程中,如果是在生产制造的过程中出现问题,就会使得转子在运行的过程中,其质心和几何中心没有重合在一起,并且由于转子在运行的过程中处于高速运转的过程中,这样就会产生一个离心力,离心力主要是通过旋转中心线的静止平面上进行投影,这是一个周期性的简谐外力,如果在这个时候进行强迫振动,这就会使得汽轮机转子的振动出现加剧现象。并且由于在运行的过程中,由于现代汽轮机的制造为了提高汽轮机工作的效率,因此汽轮机动静之间的间隙十分小,所以这就使得汽轮机在高温高速运行的过程中,很容易使得转子产生振动现象,并且由于汽缸在运行的过程中出现受热不均匀的现象,这样就会使得汽缸出现变形,加剧了转子振动,严重的时候就不断的产生循环,最终就导致故障的产生。
1.2运行方面分析
汽轮机转子在运行的过程中,由于转子的材料存在着缺陷,例如是材料不均匀,在受热之后就会使得转子出现弯曲以及变形等现象,因此汽轮机在运行的时候会使得盘车或是暖机的准备不充分,因此就使得转子的横截面内的温度不均匀,使得汽轮机转子出现弹性热弯曲或者是出现永久变形,甚至是汽轮机出现的摩擦和碰触也会使得转子出现永久变形,并且由于汽轮机在启动的时候各个金属和管道都处于不稳定的传热过程,因此这就使得汽轮机在热力作用下,出现热膨胀,并且由于热膨胀比较复杂,因此我们在启动的时候一定要特别的注意。例如,由于相关的设备存在着较大的温差,因此这就使得汽轮机相关的零部件手打热应力之外,还受到了热膨胀的现象,正是由于这些因素的影响,使得安装的零部件的位置发生了变化,因此转子出现磨损的事故,加剧了振动的产生。
2汽轮机转子常见的故障及实验模拟
2.1转子正常运行模拟实验
转子正常运行实验中,采用单跨转子,轴上装一个轮盘。2个电涡流传感器分别放置在轮盘的水平和竖直方向。转子启动前,检查各部件安装情况,轴承加入适量润滑油。启动后将转速缓慢提升3000r/min左右,然后进行数据采集。
2.2转子不平衡故障运行模拟实验
由于机械加工和安装的缘故,旋转机械极易发生转子质量不平衡问题。转子质量不平衡是指转子由于材料不均匀等原因产生偏心质量和偏心距,当其旋转时偏心距变为一个周期性变化的离心力,最终使旋转中心和质量中心有较大偏差。静止状态下,当偏心矩比摩擦阻力矩大时,某一点总能恢复到偏心矩与摩擦阻力矩平衡的区域内,也就是处于平衡位置的转子下部,此时称为静不平衡。在转子开始转动时,转子振动表现成一个和旋转频率相对应的离心力矩从而被激发出来,此时为动不平衡。
2.3转子碰磨故障运行模拟实验
转子动静碰磨故障实验台采用单跨转子,并且在轴上安装一个轮盘。两个涡流传感器分别放置在其中一个轮盘的X轴和Y轴方向,将摩擦螺钉架固定在轴上。实验中主要使用摩擦螺钉来模拟故障,随着电机的启动使其在安全的转速内运转,进而慢慢地调进摩擦螺钉。当观察到冲击信号后,锁紧翼型防松螺母,调整转速至3000r/min左右后开始采集数据。
2.4转子不对中故障运行模拟实验
所谓转子不对中指的是轴承中心线和临近转子轴心线之间没有完全重合。引起不对中的原因有:机械安装时存在误差、工作时产生热膨胀、转子受力发生变形等。
实验采用双跨转子,在每根轴上装设一个轮盘,并在轴承座一侧加垫圈,使轴承座左右位置以及标高产生偏差来模拟不对中。通过在轴承座底部右侧加垫圈来造成不对中,转速缓慢提升到3000r/min附近后,开始记录数据。
3基于经验模态分解的故障特征提取
在对信号进行奇异值去噪前,首先需要将信号进行相空间重构。假设振动信号为x1,x2,x3,……,可由它重构一个m×n维吸引子轨迹矩阵Dm,即重构的相空间。
（1）
以转子正常状态下的振动数据为例,构造相空间Dm,然后对Dm进行奇异值分解,确定重构维数k。
通过相应的处理并利用matlab仿真软件进行编程,对不同的状态下振动信号带来的影响进行分析。
可以看出,转子不同状态下振动信号的IMF均不同。所以可以利用分解后的IMF建立AR模型进行故障识别。
在AR模型建立时,需要给定一个阶次,然后进行参数估计。先初选若干模型的阶次,再根据Yule-Walker法估计出AR模型的参数。最后,依据最终预测值来选定模型的最佳阶次,同时确定最终的AR模型。
最终模型阶次确定为3阶,分别建立5个固有模态函数的AR模型,将其参数作为故障特征,每类振动信号共获得15维的振动特征数据。
本章使用实验得到的振动数据,首先对信号重构相空间,然后利用奇异值分解去噪,而后对去噪信号进行经验模态分解。对分解得到的固有模态函数建立自回归时间序列模型,并其参数作为故障特征向量。本章所得故障特征向量可用于支持向量机的训练和测试。
4解决措施
4.1减少摩擦力的产生
汽轮机在运行的过程中,想要使得转子在运行的过程中减少摩擦力,因此这就需要我们要使用压力以及湿度符合相关要求的润滑油,并且在使用的过程中还需要降低润滑油的粘度。这主要是由于润滑油的粘度不断增加的话,那么就会使得油膜的承载力不断的增大,但是如果我们一直增加润滑油的粘度话,就会使得其均匀分布受到了破坏,这样反而就极大的增加了摩擦力。
4.2对转子进行动平衡检查
由于汽轮机转子在运行的过程中对汽轮机的安全运行有着重要的作用,因此我们对转子运行以及维修的时候需要对转子进行平衡检查,我们进行检查主要是为了使得转子的质量中心与旋转中心结合在一起,而且我们还需要定时定期进行检查,对转子的振动数据进行检查和记录,不仅如此还需要对汽轮机机组负荷时的振动数据进行记录和检查,这样才能够根据数据对汽轮机转子运行的情况进行分析,一旦出现异常就可以及时解决。
4.3重视保养工作
由于转子的工作环境十分复杂,不仅是受到高温、潮湿环境的影响,而且还要受到高速的旋转和气流的作用,这些因素对转子的正常运行有着直接的影响,因此我们想要使得转子正常的运行就需要对转子进行保养,这样才能够使得转子使用的周期增加,使得转子在运行的过程中减少一些故障的出现,促进汽轮机正常、安全运行。
结论
通过对汽轮机转子常见故障及处理方法的分析研究,在生产实践中所遇到的实际情况进行观察分析处理后,可以根据相同机组的不同特征来分析、判断导致汽轮机运行中故障的原因,使故障得以及时消除。
参考文献：
[1]董泽,张楠,韩璞.粗糙集理论和贝叶斯网络在汽轮机振动故障诊断中的应用[J].汽轮机技术,2018,50(3):238-240.
[2]梁平,龙新峰,吴庚申.基于ARMA及神经网络的汽轮机振动故障诊断研究[J].热能动力工程,2017,22(1):6-10.
论文作者:张嘉1,邓玉荣2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/25
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