［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

汽輪發(fā)電機組振動故障的研究始于早期電機設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)日益復雜，振動問題也日漸突出。振動過大不僅會導致機組運行不穩(wěn)定，還可能引發(fā)機械結(jié)構(gòu)損傷，嚴重時甚至導致機組停機，給電力生產(chǎn)與供應帶來巨大挑戰(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，還有助于延長設備的使用壽命，具有重要的理論意義和應用價值。文章通過系統(tǒng)地分析振動故障的內(nèi)在機理，結(jié)合振動監(jiān)測與診斷技術(shù)的最新研究成果，探討振動信號處理與分析方法的有效性，以及在故障治理中的應用。

1 汽輪發(fā)電機組振動故障概述

汽輪發(fā)電機組在現(xiàn)代能源生產(chǎn)中扮演著不可或缺的角色，其穩(wěn)定運行直接關(guān)系到整個電網(wǎng)的安全與效率。然而，振動故障是影響汽輪發(fā)電機組性能的常見問題之一，對設備壽命和運行安全構(gòu)成威脅。在進行故障分析與治理時，了解振動故障的成因至關(guān)重要。

引起振動故障的常見因素如下。

（1）機械不平衡。機械失衡可能由于葉片磨損不均或軸線偏移引起，導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。軸承磨損或損壞也是引發(fā)振動的重要原因之一，尤其是在長期運行的設備中，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會引起振動幅值的劇烈飆升，導致停機。

（4）軸承剛度差或固定不牢。軸承剛度差或固定不牢，會導致軸承對轉(zhuǎn)子的支撐變差，轉(zhuǎn)子得不到穩(wěn)定的支撐，自然會產(chǎn)生振動。

針對這些振動問題，及時準確地診斷和治理策略顯得尤為重要。使用現(xiàn)代傳感器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可實時監(jiān)控設備的振動狀況，及時發(fā)現(xiàn)異常。通過對振動數(shù)據(jù)的分析，可精確地定位故障源頭，從而進行有針對性地維修或調(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的治理措施，可顯著提高汽輪發(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方法

2.1 振動監(jiān)測與診斷技術(shù)

為保障機組長期、穩(wěn)定地運行，對振動故障的監(jiān)測與診斷顯得尤為重要。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)，可預判機組運行是否正常，并對異常信號發(fā)出預警。

為了實現(xiàn)準確的監(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，例如軸承振動、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，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。通過對比設備在不同工況下的振動特征，技術(shù)人員可歸納出設備的正常振動基準，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。其隨著傳感器、信號處理技術(shù)和人工智能的融合應用，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 振動信號處理與分析方法

信號處理是振動分析的核心，用于將捕捉到的信號轉(zhuǎn)化為可解釋的數(shù)據(jù)。頻譜分析技術(shù)，例如，傅立葉變換，可揭示出振動信號的頻率成分，幫助分析師查出振動問題的真正原因。時域分析是直接觀察信號在時間軸上的變化，如某些突出的波動模式可能提供故障的信息。如果故障是由多個因素疊加引起，則需要應用更高級的信號處理技術(shù)，如倒譜分析或波形分析。倒譜分析通過對信號施加對數(shù)變換和傅立葉變換，能夠有效分離諧波與調(diào)制成分，針對復雜的故障現(xiàn)象進行深入分析。波形分析則關(guān)注信號的形狀，識別出波峰和波谷之間的關(guān)系，揭示周期性沖擊或不對稱負載等問題。在這個過程中，分析師需要細致和耐心，從信號波動中逐漸找出故障的根源。

2.3 故障診斷案例分析

在分析汽輪發(fā)電機組振動故障時，通過分析實際案例，能有效展示理論與實踐的結(jié)合，以及如何揭示和解決復雜的振動問題。例如，通過對某一發(fā)電站汽輪機組出現(xiàn)的非典型振動進行深入分析，可發(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，分析師通常會先記錄并對比故障發(fā)生前后的振動數(shù)據(jù)，這包括振動的頻率、幅度以及持續(xù)時間等。通過這些數(shù)據(jù)的對比，可初步判斷故障的性質(zhì)。例如，如果振動幅度突然增大，可能是由于軸承磨損或不平衡引起的。此外，還需結(jié)合發(fā)電機組的運行記錄和維護歷史，這有助于診斷人員追蹤故障的歷史線索，進行更加全面地分析。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，不僅可提升診斷技術(shù)，還能為未來類似故障提供預防策略。因此，每一個案例的深入研究和總結(jié)都有著重要意義，不僅使得技術(shù)人員能夠在理論與實踐中找到平衡，還可促進整個行業(yè)技術(shù)水平的提升。

3 汽輪發(fā)電機組振動故障治理技術(shù)

3.1 故障原因分析與排除

汽輪發(fā)電機組振動故障的產(chǎn)生，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25Hz、50Hz和100Hz。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)50Hz的頻率成分占據(jù)較多，則意味著產(chǎn)生了機械不平衡問題。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，可調(diào)整轉(zhuǎn)子動平衡、重新校準聯(lián)軸器、清理積灰等。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，務必保證精度以減少振動。

振動頻率在100Hz時，通常是由于轉(zhuǎn)子剛度設計不合理引起，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，以及是否有因長期運行疲勞而導致材料性能下降，從而引發(fā)的振動。這時可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償或者更換轉(zhuǎn)子部件。假如轉(zhuǎn)子剛度無法用設計優(yōu)化來解決，還需考慮是否存在局部應力集中現(xiàn)象，并采取對應的緩解措施。

當振動頻率主要集中在100Hz以上，就需要特別關(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使用壽命和性能，長時間的高頻振動會導致軸承嚴重損耗，甚至引發(fā)熱故障。應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，應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，最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，從而減輕振動對設備的影響。此外，創(chuàng)新技術(shù)——智能振動控制系統(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)，時刻監(jiān)視設備狀態(tài)，及時采取措施，保護設備免受振動傷害。

3.3 故障預防與維護策略

振動故障治理需系統(tǒng)性的分析與持續(xù)地關(guān)注。徹底理解設備的運行特性及其內(nèi)在的機制，是制訂有效預防與維護策略的基礎(chǔ)。汽輪發(fā)電機組作為復雜的機械體系，其每一次振動都可能是不同因素引起的。因此，建立全面的檢測體系，對設備運行中的每一個參數(shù)進行實時監(jiān)控，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。定期的設備維護和檢修是確保設備長期穩(wěn)定運行的保障。維護工作應包括但不限于更換磨損的零件、清潔關(guān)鍵部件以及對整體結(jié)構(gòu)進行必要的調(diào)整。這不僅能預防振動故障的發(fā)生，更能延長設備的使用壽命，優(yōu)化資源的使用效率。進一步地，加強對操作人員的培訓，提高其對振動故障的識別和處理能力，是提升系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的另一重要環(huán)節(jié)。操作人員可憑借豐富的經(jīng)驗和敏銳的感覺，及時捕捉初期的振動異常，采取相應的措施，以避免問題的擴大。隨著技術(shù)的不斷進步，引入更先進的監(jiān)測和診斷工具也勢在必行。通過利用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，可更精準地預測和診斷振動問題，實現(xiàn)預防性維護，從根本上降低故障發(fā)生的可能性。

4 結(jié)束語

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，還需要對設備進行持續(xù)的維護和預防措施。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)驗積累，可以期待未來在振動控制方面有更多突破，為能源行業(yè)帶來更大的保障和推動。這將是一個持續(xù)的過程，需要行業(yè)內(nèi)外的廣泛合作和持續(xù)的技術(shù)更新。