［關(guān)鍵詞］汽輪機(jī)；異常振動(dòng)故障；排查技術(shù)應(yīng)用

電力是社會(huì)生產(chǎn)生活中必不可少的重要能源，為充分滿足人們用電需求，電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)發(fā)電機(jī)組設(shè)備檢修管理，以最大限度提高發(fā)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行效率和電力生產(chǎn)效率。汽輪機(jī)在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些故障問題，尤其是異常振動(dòng)故障，其發(fā)生率較高，詳細(xì)分析造成汽輪機(jī)異常振動(dòng)的原因，探討該故障問題的檢測(cè)手段與排查技術(shù)措施，有助于提升發(fā)電機(jī)組設(shè)備檢修管理水平。

1 汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障成因

通常，汽輪機(jī)會(huì)因多種不良因素綜合作用而出現(xiàn)異常振動(dòng)，如進(jìn)汽參數(shù)不達(dá)標(biāo)、疏水堵塞、油溫過高或過低、油品質(zhì)量低劣、軸承內(nèi)部潛在隱患以及運(yùn)行期間的安全風(fēng)險(xiǎn)等，都是誘發(fā)異常振動(dòng)故障的因素。這就要求管理人員對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行檢修，排查構(gòu)件連接牢固程度、磨損率、安裝作業(yè)準(zhǔn)度等指標(biāo)，一旦察覺異常振動(dòng)，需立即排查故障原因，得出合理結(jié)論，并進(jìn)行故障分析，確保汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障的主要成因大概有4種，即油膜振蕩、轉(zhuǎn)子發(fā)熱變形、汽流激振以及振動(dòng)摩擦等。管理人員需準(zhǔn)確排查故障成因，采取合理控制措施。需要注意的是，運(yùn)行期間的汽輪機(jī)不會(huì)單純受到某一特定因素的影響，相關(guān)人員還須結(jié)合過往經(jīng)驗(yàn)，將常見故障成因綜合在一起進(jìn)行考量，保證全面排查，為檢修作業(yè)打好基礎(chǔ)，節(jié)約成本開支，保證汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障常用檢測(cè)方法

2.1 接觸式檢測(cè)

接觸式檢測(cè)方法所采用的檢測(cè)儀器為接觸式傳感器。在汽輪機(jī)身合適位置布設(shè)傳感器，可將運(yùn)行期間產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息通過傳感器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再結(jié)合可視化檢測(cè)技術(shù)落實(shí)檢測(cè)任務(wù)。利用接觸式檢測(cè)法開展汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障檢測(cè)時(shí)，還須在鎖定檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域后，合理布設(shè)傳感器，保證汽輪機(jī)開啟運(yùn)行后，相關(guān)應(yīng)力參數(shù)被傳感器采集，一旦有異常振動(dòng)故障出現(xiàn)，故障位置可清晰可見。此外，靈敏度探測(cè)法是將傳感器安裝到合適位置，通過接觸式檢測(cè)法的有效開展，促進(jìn)汽輪機(jī)高效運(yùn)行。接觸式傳感器安裝完成后，在連接導(dǎo)線期間也易發(fā)不良問題，需提前對(duì)汽輪機(jī)葉片進(jìn)行數(shù)量設(shè)定，借助敏感材料，促進(jìn)接觸式檢測(cè)高效進(jìn)行，以得到精準(zhǔn)檢測(cè)結(jié)論。

2.2 非接觸式檢測(cè)

非接觸式檢測(cè)方法所用儀器設(shè)備主要包括激光物位計(jì)、超聲波物位計(jì)、紅外感溫儀、非接觸式雷達(dá)物位計(jì)以及超聲波流量計(jì)等，共同發(fā)揮作用，輔助作業(yè)人員通過光以及聲音等因素進(jìn)行故障檢測(cè)，精準(zhǔn)測(cè)定運(yùn)行期間的汽輪機(jī)質(zhì)量性能參數(shù)，全面采集汽輪機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息。非接觸式檢測(cè)法的成功應(yīng)用，能夠在電磁波和探測(cè)聲波的幫助下，精準(zhǔn)檢測(cè)汽輪機(jī)潛在的異常振動(dòng)故障，其他檢測(cè)則可在光電傳感器輔助下完成。應(yīng)用非接觸式檢測(cè)法開展檢測(cè)作業(yè)期間，應(yīng)做好成本控制，規(guī)范化落實(shí)檢測(cè)流程，準(zhǔn)確高效完成檢測(cè)任務(wù)。

3 汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障排查技術(shù)

3.1 轉(zhuǎn)子熱變形檢查

汽輪機(jī)組件中，轉(zhuǎn)子發(fā)生熱變形的頻率較高，出現(xiàn)熱變形的轉(zhuǎn)子短時(shí)間內(nèi)振動(dòng)特征值會(huì)升高很多，且運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)子參數(shù)和理論值之間的誤差會(huì)越來越大，機(jī)身同步升溫，達(dá)到極限轉(zhuǎn)子就會(huì)變形。轉(zhuǎn)子熱形變問題會(huì)導(dǎo)致機(jī)組冷態(tài)起機(jī)時(shí)升高負(fù)荷，轉(zhuǎn)子隨之升溫，材質(zhì)內(nèi)部應(yīng)力越來越難以控制，轉(zhuǎn)子熱變形程度持續(xù)惡化。所以，如果轉(zhuǎn)子頻率加大，一定會(huì)出現(xiàn)相位變化，需避免這種情況的發(fā)生，并在短時(shí)間內(nèi)處理轉(zhuǎn)子熱變形故障。轉(zhuǎn)子熱變形引起的異常振動(dòng)故障，可通過早期機(jī)械直軸法或局部加熱直軸法進(jìn)行防范。

3.2 嚴(yán)密監(jiān)測(cè)動(dòng)靜碰摩

在控制及預(yù)防汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障期間，需嚴(yán)密監(jiān)測(cè)動(dòng)靜碰摩問題，結(jié)合初步判斷法，幫助檢修作業(yè)人員全面掌握轉(zhuǎn)子以及靜子出現(xiàn)的摩擦問題，以預(yù)估異常振動(dòng)潛在的發(fā)生發(fā)展周期規(guī)律，明確在此期間轉(zhuǎn)子以及靜子表現(xiàn)出來的摩擦周期規(guī)律。作業(yè)人員還需對(duì)局部碰摩點(diǎn)進(jìn)行密切的發(fā)熱跡象監(jiān)測(cè)，如果轉(zhuǎn)子以及靜子之間碰撞摩擦?xí)r發(fā)熱，即可判定該處潤(rùn)滑油不足，由干摩擦而發(fā)熱。這時(shí)可通過初步判斷法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)潛在的碰撞摩擦點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)估測(cè)，為作業(yè)人員后續(xù)開展儀器檢測(cè)打好基礎(chǔ)。同時(shí)，也可通過渦流傳感器對(duì)轉(zhuǎn)子頻率和振幅進(jìn)行檢測(cè)，深入研究參數(shù)類型等，將得出的結(jié)論與正常運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)異常后，即可精準(zhǔn)推斷動(dòng)靜碰摩的故障成因。

3.3 診斷轉(zhuǎn)子質(zhì)量平衡性

對(duì)運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)子進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，評(píng)估其質(zhì)量平衡性方面的表現(xiàn)，可推測(cè)振動(dòng)故障是否發(fā)生。運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)子勢(shì)必受到來自外部因素的不利影響，其潛在的質(zhì)量平衡表征為：①軸心大致呈橢圓形軌跡；②運(yùn)行期間的轉(zhuǎn)子當(dāng)振幅和轉(zhuǎn)速成正比例關(guān)系時(shí)，振幅會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)加速而升高；③若轉(zhuǎn)子持續(xù)安全穩(wěn)定運(yùn)行，振動(dòng)相位角也會(huì)表現(xiàn)為對(duì)應(yīng)的平穩(wěn)狀態(tài)。利用故障診斷法，可準(zhǔn)確測(cè)量通頻矢量以及振動(dòng)矢量二者的相互關(guān)系結(jié)論，期間在時(shí)間推移過程中，如果相位角以及振幅值保持不變，就可初步判定轉(zhuǎn)子已經(jīng)發(fā)生質(zhì)量不平衡問題。

3.4 嚴(yán)防氣流激振問題

運(yùn)行期間的汽輪機(jī)存在汽流激振問題發(fā)生的可能性，會(huì)對(duì)機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生不利影響，尤其是低頻分量的動(dòng)態(tài)變化一直持續(xù)不停，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)上升。若作業(yè)人員對(duì)機(jī)體內(nèi)部以及外觀監(jiān)測(cè)不夠全面，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)無法及時(shí)完成負(fù)荷調(diào)節(jié)，一旦出現(xiàn)不同負(fù)荷條件，高壓進(jìn)氣門就會(huì)出現(xiàn)無法統(tǒng)一的狀態(tài)。要徹底消除這種易發(fā)、高發(fā)問題，就要對(duì)運(yùn)行期間的汽輪機(jī)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，排查汽流激振問題發(fā)生的可能性，避免高參數(shù)機(jī)組再熱高壓、中壓等設(shè)施不停振動(dòng)。

3.5 檢測(cè)轉(zhuǎn)子裂痕

轉(zhuǎn)子出現(xiàn)裂痕會(huì)導(dǎo)致局部剛度持續(xù)降低，一旦轉(zhuǎn)子啟動(dòng)運(yùn)行，該局部區(qū)域就會(huì)發(fā)生局部剛度不對(duì)稱。在故障診斷期間，可觀察研究轉(zhuǎn)子運(yùn)行狀態(tài)，總結(jié)此時(shí)轉(zhuǎn)子表現(xiàn)出來的時(shí)域、升速以及頻率等方面的表征，作為診斷轉(zhuǎn)子故障的判斷依據(jù)。在處理轉(zhuǎn)子故障期間，需準(zhǔn)確排查機(jī)體軸承部位和轉(zhuǎn)子的磨損程度，觀察轉(zhuǎn)子是否一直在摩擦定子，以及是否一直在磨損鐵芯外表，據(jù)此可以有效防范鋼片短路。同時(shí)，作業(yè)人員還須通過細(xì)銼銼除機(jī)身表面毛刺，避免硅鋼片出現(xiàn)短接。絕緣漆一定要足量使用，涂刷后現(xiàn)場(chǎng)烘干。發(fā)電機(jī)內(nèi)部受潮后會(huì)銹蝕鐵芯外表，可取適用砂紙小心打磨，觀察徹底整平后以絕緣漆全面涂刷。

3.6 檢測(cè)轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障

汽輪機(jī)運(yùn)行期間出現(xiàn)轉(zhuǎn)子不對(duì)中故障時(shí)，作業(yè)人員可通過分析轉(zhuǎn)子運(yùn)行頻率圖，評(píng)估并預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)子徑向潛在的方向變化，當(dāng)可能性概率已達(dá)正常標(biāo)準(zhǔn)的2倍多時(shí)，可認(rèn)定轉(zhuǎn)子已出現(xiàn)平行不對(duì)中。同時(shí)，結(jié)合研究垂直振幅和水平振幅所得結(jié)論，判斷潛在的對(duì)中偏差可能性，再結(jié)合已經(jīng)出現(xiàn)的不對(duì)中程度，確定異常振動(dòng)故障的嚴(yán)重程度。如果軸向主要頻率確定為1倍頻，則在聯(lián)軸器內(nèi)就可進(jìn)行連接。聯(lián)軸器內(nèi)的轉(zhuǎn)子數(shù)量為兩個(gè)，二者高差數(shù)據(jù)基本接近π值，存在角度不對(duì)中的可能。所以，如果轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻率達(dá)到2倍頻以上，波形基本趨于穩(wěn)定，聯(lián)軸器兩頭徑向和軸向方向上高差已達(dá)180°，即可判定組合不對(duì)中。一旦發(fā)現(xiàn)該問題，作業(yè)人員必須現(xiàn)場(chǎng)修正，嚴(yán)防運(yùn)行期間的因此碰撞摩擦。

3.7 改進(jìn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

傳統(tǒng)汽輪機(jī)運(yùn)行過程的監(jiān)測(cè)需依賴人工方式進(jìn)行，也可人工結(jié)合相關(guān)設(shè)備共同完成。但傳統(tǒng)方式監(jiān)測(cè)范圍和時(shí)間段不夠全面。所以目前很多企業(yè)為加大現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)力度和實(shí)效性，改用系統(tǒng)診斷結(jié)合在線監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行。這種監(jiān)測(cè)方式建立在以太網(wǎng)合理利用基礎(chǔ)上，結(jié)合適用傳感器的安裝使用，連接到工控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，以有效控制運(yùn)行期間的汽輪機(jī)，并結(jié)合振動(dòng)信號(hào)的研究分析迅速排查異常振動(dòng)故障。

模塊關(guān)鍵組件合理布設(shè)于汽輪機(jī)內(nèi)部，同時(shí)布設(shè)數(shù)量足夠的振動(dòng)傳感器，保證對(duì)運(yùn)行期間的汽輪機(jī)進(jìn)行持續(xù)的全面數(shù)據(jù)采集，排查其中的振動(dòng)信號(hào)。利用高效數(shù)據(jù)預(yù)處理系統(tǒng)，為中控中心減輕工作負(fù)擔(dān)。例如，現(xiàn)場(chǎng)濾波可利用振動(dòng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控、放大以及降噪方式進(jìn)行，對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分類和追溯，再經(jīng)由分類處理以及數(shù)據(jù)庫(kù)分區(qū)處理，保證實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控異常振動(dòng)故障且快速診斷。

打造中心服務(wù)器模塊，加裝工控PC1臺(tái)，用于整合前端振動(dòng)信號(hào)，作業(yè)人員則結(jié)合系統(tǒng)預(yù)設(shè)操作，比對(duì)前端振動(dòng)信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以判斷標(biāo)準(zhǔn)振幅合理區(qū)間，并結(jié)合異常振動(dòng)故障診斷，快速排查和預(yù)警故障。

生成通信模塊，由以太網(wǎng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集，再經(jīng)由中心服務(wù)器實(shí)現(xiàn)雙向通信的目的。

3.8 輔助油系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)防控

汽輪機(jī)運(yùn)行期間，輔助機(jī)油系統(tǒng)要求作業(yè)人員密切監(jiān)測(cè)軸頸動(dòng)態(tài)。原因在于，軸頸若發(fā)生故障，會(huì)引發(fā)油系統(tǒng)故障。因此，要有效預(yù)防輔助油系統(tǒng)故障，定期維護(hù)保養(yǎng)汽輪機(jī)組，保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程始終安全穩(wěn)定，降低故障概率。同時(shí)，轉(zhuǎn)子運(yùn)行期間，需要全面排查處理機(jī)體導(dǎo)致的不平衡問題，嚴(yán)防軸頸磨損或破壞。輔助油系統(tǒng)要加強(qiáng)日常運(yùn)維管理，尤其重點(diǎn)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子特征頻，如果表現(xiàn)為1倍頻，振幅控制也要同步跟進(jìn)且處于合理區(qū)間，減少運(yùn)行期間的汽輪機(jī)負(fù)面影響因素。

3.9 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能

由專家系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)量龐大的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行檢索，通過老樣本訓(xùn)練，精密分析振動(dòng)信號(hào)，為故障準(zhǔn)確診斷提供依據(jù)。同時(shí)提交故障診斷報(bào)告，幫助作業(yè)人員快速鎖定故障成因，以進(jìn)行針對(duì)性診斷和維修，保證高效處理異常振動(dòng)故障。通過振動(dòng)診斷單元，對(duì)軸向位移、瓦振、脹差以及軸振進(jìn)行密切監(jiān)測(cè)，如果軸向位移持續(xù)不停，系統(tǒng)可及時(shí)發(fā)布預(yù)警，最大限度避免汽輪機(jī)組發(fā)生停機(jī)，且有效控制軸向位移擴(kuò)大，避免動(dòng)靜構(gòu)件嚴(yán)重碰撞摩擦，保證汽輪機(jī)良好運(yùn)行。

4 結(jié)束語

汽輪機(jī)處在長(zhǎng)期不間斷運(yùn)行狀態(tài)下，難免會(huì)出現(xiàn)一些故障問題，需借助及時(shí)準(zhǔn)確的故障檢測(cè)診斷與快速的排查處理措施，將故障問題不良影響降到最低。汽輪機(jī)異常振動(dòng)故障較為常見，文章系統(tǒng)分析了汽輪機(jī)異常振動(dòng)的形成原因、檢測(cè)手段以及排查技術(shù)措施，以期為設(shè)備檢修與管理提供一些參考。