（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

大型汽輪發(fā)電機(jī)振動故障診斷與分析

孫 偉

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

本文介紹了大型汽輪發(fā)電機(jī)振動故障的類型及產(chǎn)生原因，闡述了振動故障診斷和分析的方法。

大型汽輪發(fā)電機(jī)；振動故障；故障診斷方法

振動故障是大型汽輪發(fā)電機(jī)組最常見的故障之一，由于大型汽輪發(fā)電機(jī)組一般自動化程度較高，而且機(jī)組主要機(jī)構(gòu)在運行過程中由于旋轉(zhuǎn)作用使得產(chǎn)生振動，這在日常工作中往往是不可避免的，再加上大型汽輪發(fā)電機(jī)本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，就更增加了其振動故障診斷的復(fù)雜性。因此研究大型汽輪發(fā)電機(jī)振動故障的產(chǎn)生原因，并采取有效的振動故障診斷措施使故障被及時發(fā)現(xiàn)、及時消除具有十分重要的意義。

1 大型汽輪發(fā)電機(jī)振動故障分類及原因分析

1.1 大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動的分類

大型汽輪發(fā)電機(jī)組的振動根據(jù)振動的性質(zhì)不同可分為強(qiáng)迫振動和自激振動兩大類，其中強(qiáng)迫振動分為普通強(qiáng)迫振動、電磁激振、高次諧波共振、分諧波共振、撞擊震動、拍振、隨機(jī)振動；自激振動包括軸瓦自激振動、參數(shù)振動、汽流激振、摩擦渦動等，在我國當(dāng)前投入運行的大型汽輪發(fā)電機(jī)中，氣流激振和摩擦渦動這兩種振動形式一般不作考慮。而根據(jù)產(chǎn)生的原因不同大型汽輪發(fā)電機(jī)振動又可分為機(jī)械振動和電磁振動兩大類。因此，在分析大型汽輪發(fā)電機(jī)振動故障時要先弄清楚其振動的原因是機(jī)械方面的還是電磁方面的，從而制定有針對性的消振措施。

1.2 大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動故障的類型及原因分析

汽輪發(fā)電機(jī)組常見的十二種機(jī)械振動故障有∶動靜碰摩、汽流激振、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子熱彎曲、轉(zhuǎn)子部件脫落、轉(zhuǎn)子不對中、油膜渦動、油膜振蕩、參數(shù)振動、轉(zhuǎn)子橫向裂紋、支承松動。

圖1 動靜碰磨原理圖

汽輪發(fā)電機(jī)組的電磁故障主要發(fā)生在發(fā)電機(jī)上，也能通過軸系傳到機(jī)組的其他部常見的部位，電磁故障有∶轉(zhuǎn)子繞組匝間短路、定轉(zhuǎn)子之間氣隙不均、定子繞組端部振轉(zhuǎn)子中心位置偏移、不對稱負(fù)荷和電磁諧振等。

在上述諸多振動故障中，動靜碰磨與氣流激振是最常見的兩種振動故障，因此本文將這兩種振動故障作為典型分析其產(chǎn)生的原因。

1.2.1 動靜碰磨

動靜碰磨指的是在大型汽輪發(fā)電機(jī)中轉(zhuǎn)子與定子之間發(fā)生碰撞、摩擦從而產(chǎn)生振動的現(xiàn)象，動靜碰磨是機(jī)械振動故障里最常見也是危害最大的，產(chǎn)生動靜碰磨的原因有很多，究其內(nèi)在來說，主要是由于轉(zhuǎn)子與定子之間的間隙過小，同時由于安裝、檢修等過程中導(dǎo)致了動靜間隙沿圓周方向不均勻，或者由于氣缸、軸承座受熱變形跑偏造成的動靜摩擦、碰撞等導(dǎo)致的振動。圖1為動靜碰磨原理圖，當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心O′偏離了原本的中心O，在轉(zhuǎn)子以角速度w旋轉(zhuǎn)時與定子碰撞時就會產(chǎn)生徑向沖擊力N以及反向摩擦力f。

1.2.2 氣流激振

在大容量汽輪發(fā)電機(jī)組中，尤其是超臨界或超超臨界機(jī)組，當(dāng)運行負(fù)荷增大，導(dǎo)致作用在轉(zhuǎn)子上的氣流激振力也隨之增大，當(dāng)增大到一定程度時，就會在汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上會誘發(fā)產(chǎn)生振動現(xiàn)象，這種振動一般具有突發(fā)性的特點。

2 大型汽輪發(fā)電機(jī)組振動故障診斷與分析方法

2.1 傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)振動故障診斷方法就是利用工作人員、專家的聽覺、觸覺或使用頻譜儀、聲壓計等設(shè)備來確定振動故障的原因及發(fā)生故障的部位，更多的是依靠專家的主觀經(jīng)驗和業(yè)務(wù)能力，綜合頻譜分析、概率統(tǒng)計等學(xué)科的知識，是一種常用的故障診斷方法，對線性特征明顯的振動故障實用性很強(qiáng)，而對相對復(fù)雜、非線性的振動故障效果較差。

2.2 專家系統(tǒng)故障診斷分析法

在傳統(tǒng)振動故障檢測診斷技術(shù)中，由于每個專家的水平差異很大，并且本領(lǐng)域國內(nèi)頂尖的專家不可能及時到達(dá)故障現(xiàn)場，因此傳統(tǒng)的依靠專家的診斷方法有一定的局限性。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，將本行業(yè)專家的經(jīng)驗、理論等錄入數(shù)據(jù)庫，結(jié)合計算機(jī)、數(shù)據(jù)庫、仿生學(xué)等知識，使系統(tǒng)可以模擬專家的思維對大型汽輪發(fā)電機(jī)組的振動故障進(jìn)行診斷，有利于提高振動故障檢測診斷的準(zhǔn)確性和效率。

2.3 模糊故障診斷分析法

模糊診斷法是一種基于數(shù)值運算的診斷方法，其主要是利用模糊數(shù)學(xué)的知識，根據(jù)振動故障的現(xiàn)象以及其形成的原因建立起模糊關(guān)系，利用計算機(jī)設(shè)定好的程序進(jìn)行運算，從而確定出振動故障的未來發(fā)展趨勢。模糊故障診斷法一般可實現(xiàn)高度的自動化，在無人工干預(yù)的情況下實現(xiàn)對故障的模糊運算，其對振動故障發(fā)展的過程可完全不考慮，只針對故障最初發(fā)生的現(xiàn)象，因此不必要求數(shù)據(jù)的實時性，一般只對振動故障進(jìn)行簡單的和初步的診斷，給工作人員提供參考，并且只能針對單一目標(biāo)，對多原因造成的振動故障無法做出判斷。但是，由于模糊診斷法自身的特點，使其尤其適用于難以確定標(biāo)準(zhǔn)信息征兆群的情況。

結(jié)語

隨著大型汽輪發(fā)電機(jī)組在我國發(fā)電站中得到普遍的應(yīng)用，其運行的安全性和可靠性已經(jīng)成為不得不關(guān)注的問題，大型汽輪發(fā)電機(jī)在運行的過程中會發(fā)生機(jī)械性的或者電磁性的振動，這些振動極有可能導(dǎo)致振動故障的發(fā)生，因此作為工作人員必須弄清楚故障發(fā)生的原因，從而有的放矢的采取相應(yīng)的措施，消除振動故障的影響。在我國當(dāng)前大型汽輪發(fā)電機(jī)振動故障診斷技術(shù)正在快速發(fā)展，不斷與國際接軌，然而也應(yīng)當(dāng)看到，在實際工作中故障診斷準(zhǔn)確率以及故障原因分析水平還有待提高，因此必須繼續(xù)加大大型汽輪發(fā)電機(jī)振動故障診斷技術(shù)的研究，以適應(yīng)我國電力行業(yè)的飛速發(fā)展。

[1]芮冬梅.大型汽輪發(fā)電機(jī)組故障診斷[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013.

[2]荊建平，孟光，趙玫，等.超超臨界汽輪機(jī)汽流激振研究現(xiàn)狀與展望[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2004.

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