［摘 要］汽輪發(fā)電機(jī)組作為電力系統(tǒng)的核心，其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定具有至關(guān)重要的作用。然而，振動(dòng)問(wèn)題一直是威脅汽輪發(fā)電機(jī)組健康運(yùn)行的一大隱患，不僅影響機(jī)組的效率，而且極有可能導(dǎo)致重大設(shè)備故障。文章基于對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的深入分析，探討了振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)，并結(jié)合故障診斷案例，明確了振動(dòng)故障的治理技術(shù)。此外，還分享了故障治理的工程實(shí)踐，并對(duì)振動(dòng)故障治理的發(fā)展趨勢(shì)和未來(lái)挑戰(zhàn)進(jìn)行了展望。通過(guò)文章的研究和討論，旨在對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的診斷與治理提供有益參考。

［關(guān)鍵詞］汽輪發(fā)電機(jī)組；振動(dòng)故障；監(jiān)測(cè)與診斷；故障治理；工程實(shí)踐

［中圖分類號(hào)］TM311 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）09–0034–03

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的研究始于早期電機(jī)設(shè)計(jì)和制造的初步階段，隨著電力系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展，機(jī)組容量不斷增加，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，振動(dòng)問(wèn)題也日漸突出。振動(dòng)過(guò)大不僅會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定，還可能引發(fā)機(jī)械結(jié)構(gòu)損傷，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，給電力生產(chǎn)與供應(yīng)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。因此，深入分析汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的原因，探索有效的監(jiān)測(cè)和診斷方法，不僅可以提高機(jī)組的運(yùn)行效率和安全性，還有助于延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障概述

振動(dòng)故障常見(jiàn)因素如下。

（1）機(jī)械不平衡。機(jī)械失衡可能由葉片磨損不均或軸線偏移引起，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生不平衡力，進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)。

（2）軸承（瓦）磨損。在長(zhǎng)期運(yùn)行的設(shè)備中，軸承的性能退化會(huì)使得軸系位置發(fā)生偏移，影響整體的運(yùn)行平衡。軸瓦磨損嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油膜失穩(wěn)，破壞整個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)松動(dòng)、斷裂。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)件松動(dòng)、斷裂會(huì)引起旋轉(zhuǎn)過(guò)程中軸線的偏移，進(jìn)而加劇振動(dòng)。結(jié)構(gòu)件完全斷裂時(shí)的沖擊甚至?xí)鹫駝?dòng)幅值的劇烈飆升，導(dǎo)致停機(jī)。

（4）軸承剛度差或固定不牢。軸承剛度差或固定不牢，會(huì)導(dǎo)致軸承對(duì)轉(zhuǎn)子的支撐變差，使轉(zhuǎn)子得不到穩(wěn)定支撐，產(chǎn)生振動(dòng)。

針對(duì)這些振動(dòng)問(wèn)題，及時(shí)準(zhǔn)確的診斷和治理策略尤為重要。使用現(xiàn)代傳感器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的振動(dòng)狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。通過(guò)對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，可以精確定位故障源頭，從而進(jìn)行針對(duì)性的維修或調(diào)整。例如，機(jī)械不平衡可通過(guò)動(dòng)平衡技術(shù)有效調(diào)整轉(zhuǎn)子的質(zhì)量分布，以減少振動(dòng)。通過(guò)精確的故障診斷和科學(xué)的治理措施，可以顯著提高汽輪發(fā)電機(jī)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(jī)組振動(dòng)故障分析

2.1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)主要通過(guò)對(duì)機(jī)組的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行持續(xù)采集與分析，以識(shí)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(hào)處理技術(shù)，捕捉汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)信息，從中找出異常振動(dòng)的來(lái)源與性質(zhì)，最終指導(dǎo)檢修策略和維修方案的制訂。通過(guò)監(jiān)測(cè)不同部位的振動(dòng)狀態(tài)，可以預(yù)判機(jī)組運(yùn)行是否正常，并對(duì)異常信號(hào)發(fā)出預(yù)警。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)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(dòng)信號(hào)，如軸承振動(dòng)、轉(zhuǎn)子振動(dòng)、殼體振動(dòng)等。不同信號(hào)之間的交互分析，有助于準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生的具體位置與性質(zhì)。此外，信號(hào)處理算法的應(yīng)用也具有重要意義。先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)能夠在振動(dòng)信號(hào)中提取特征，從而區(qū)分正常與異常狀態(tài)，為診斷提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)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(dòng)信號(hào)中的頻譜特征和波形模式。通過(guò)對(duì)比設(shè)備在不同工況下的振動(dòng)特征，可以歸納出設(shè)備的正常振動(dòng)基準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)比分析實(shí)際信號(hào)中出現(xiàn)的異常特征。在這個(gè)過(guò)程中，頻譜分析、時(shí)域分析、波形對(duì)比等手段被廣泛應(yīng)用。頻譜分析主要用于識(shí)別振動(dòng)的主要頻率成分和相關(guān)特征，有助于識(shí)別共振現(xiàn)象、失衡等問(wèn)題。時(shí)域分析側(cè)重振動(dòng)幅值的波動(dòng)特性。波形對(duì)比則用于捕捉振動(dòng)信號(hào)的形態(tài)特征，以識(shí)別沖擊性或間歇性故障。

振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)通過(guò)不斷完善和創(chuàng)新，為汽輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。其不僅是發(fā)現(xiàn)故障的利器，也是制訂合理維護(hù)計(jì)劃的依據(jù)。隨著傳感器、信號(hào)處理技術(shù)及人工智能的融合應(yīng)用，未來(lái)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)將更為精確、智能，為發(fā)電機(jī)組的健康管理注入新活力。

2.2 故障診斷案例分析的作用

在分析汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障時(shí)，故障診斷案例分析是極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。這一部分通過(guò)實(shí)際案例的剖析，能有效展示理論與實(shí)踐的結(jié)合如何揭示和解決復(fù)雜的振動(dòng)問(wèn)題。例如，通過(guò)對(duì)某發(fā)電站汽輪機(jī)組出現(xiàn)的非典型振動(dòng)進(jìn)行深入分析，可以發(fā)現(xiàn)問(wèn)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(huì)記錄并對(duì)比故障發(fā)生前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)，包括振動(dòng)的頻率、幅度及持續(xù)時(shí)間等。通過(guò)這些數(shù)據(jù)的對(duì)比，可以初步判斷故障的性質(zhì)。例如，如果振動(dòng)幅度突然增大，可能是由軸承磨損或機(jī)械不平衡引起的。此外，還需結(jié)合發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行記錄和維護(hù)歷史，這有助于追蹤故障的歷史線索，進(jìn)行更加全面的分析。頻譜分析儀能幫助識(shí)別特定頻率的異常振動(dòng)，從而更準(zhǔn)確地定位問(wèn)題來(lái)源。通過(guò)案例分析，不僅可以提升診斷技術(shù)，還能為未來(lái)類似故障提供預(yù)防策略。因此，每個(gè)案例的深入研究和總結(jié)都有著重要意義。這種方法不僅使得技術(shù)人員能夠在理論與實(shí)踐中找到平衡，還促進(jìn)了整個(gè)行業(yè)技術(shù)水平的提升。

3 汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障治理

3.1 故障原因分析與排除

在汽輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中，振動(dòng)故障的產(chǎn)生是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，需要系統(tǒng)性地進(jìn)行分析與解決。通過(guò)頻譜分析能夠檢測(cè)到振動(dòng)的主要頻率成分，這為故障原因的確認(rèn)提供了重要依據(jù)。通常，分析的重點(diǎn)頻率為25 Hz、50 Hz 和100 Hz。由于振動(dòng)頻率不同，其形成原因也多樣化，需要從不同角度進(jìn)行詳細(xì)分析。

若通過(guò)頻譜分析發(fā)現(xiàn)50 Hz 的頻率成分占據(jù)主要位置，這意味著汽輪發(fā)電機(jī)組存在機(jī)械不平衡的問(wèn)題。其頻率與發(fā)電機(jī)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(duì)中、風(fēng)扇葉片不均勻等。機(jī)械不平衡導(dǎo)致的振動(dòng)會(huì)影響到軸承、密封件等部位的運(yùn)行狀態(tài)。解決機(jī)械不平衡問(wèn)題的方法包括實(shí)施轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡調(diào)整、重新校準(zhǔn)聯(lián)軸器、清理積灰，確保零件均勻分布。在實(shí)際操作過(guò)程中，動(dòng)平衡調(diào)整需要專業(yè)工具和熟練技師，務(wù)必保證精度以減少振動(dòng)。

導(dǎo)致振動(dòng)頻率在100 Hz 的情況，通常是由轉(zhuǎn)子剛度設(shè)計(jì)不合理引起，這種狀況多在制造階段的出廠試驗(yàn)中被發(fā)現(xiàn)。但若在現(xiàn)場(chǎng)遇到，需重點(diǎn)檢查轉(zhuǎn)子的剛度變化，是否有因長(zhǎng)期運(yùn)行疲勞而導(dǎo)致材料性能下降，從而引發(fā)振動(dòng)。這時(shí)可以采用有限元分析等技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭偠妊a(bǔ)償或更換轉(zhuǎn)子部件。假如轉(zhuǎn)子剛度無(wú)法用設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)解決，還需考慮是否存在局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，并采取對(duì)應(yīng)的緩解措施。

當(dāng)振動(dòng)頻率主要集中在100 Hz 以上時(shí)，需要特別關(guān)注軸承部分。高頻振動(dòng)通常與軸承的磨損、損壞、潤(rùn)滑不當(dāng)?shù)扔嘘P(guān)。軸承的工作環(huán)境和負(fù)荷狀況直接影響其壽命和性能，長(zhǎng)時(shí)間的高頻振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致軸承嚴(yán)重?fù)p耗，甚至引發(fā)熱故障。應(yīng)定期對(duì)軸承進(jìn)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(wèn)題，及時(shí)更換或維修軸承。

3.2 振動(dòng)控制與減震技術(shù)

在振動(dòng)控制中，常見(jiàn)的方法之一是使用主動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)利用傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)，并通過(guò)控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以抵消或減少振動(dòng)。除了主動(dòng)振動(dòng)控制外，被動(dòng)振動(dòng)控制也是一種常見(jiàn)的技術(shù)。被動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)通常使用減震器或阻尼器來(lái)吸收振動(dòng)能量，從而減輕振動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響。此外，還有一種創(chuàng)新的技術(shù)—— 智能振動(dòng)控制系統(tǒng)。這種系統(tǒng)結(jié)合了人工智能和傳感技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)振動(dòng)的智能識(shí)別和自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3.3 故障預(yù)防與維護(hù)策略

（1）徹底理解設(shè)備的運(yùn)行特性及其內(nèi)在的機(jī)制，是制訂有效預(yù)防與維護(hù)策略的基石。汽輪發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械體系，其每次振動(dòng)都可能是不同因素交織的結(jié)果。因此，建立全面的檢測(cè)體系，對(duì)設(shè)備運(yùn)行中的每個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，變得尤為關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的深入分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，從而在問(wèn)題惡化前進(jìn)行干預(yù)。

（2）定期的設(shè)備維護(hù)和檢修是確保設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的保障。維護(hù)工作應(yīng)包括但不限于更換磨損的零件、清潔關(guān)鍵部件及對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要調(diào)整。這不僅能預(yù)防振動(dòng)故障的發(fā)生，更能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，優(yōu)化資源的使用效率。

（3）加強(qiáng)對(duì)操作人員的培訓(xùn)，提高其對(duì)振動(dòng)故障的識(shí)別和處理能力。優(yōu)秀的操作人員能夠憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)和敏銳的感覺(jué)，及時(shí)捕捉到初期的振動(dòng)異常，采取相應(yīng)的措施，避免問(wèn)題的擴(kuò)大。

（4）引入更先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和診斷工具。通過(guò)利用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，可以更精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)和診斷振動(dòng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)，從根本上降低故障發(fā)生的可能性。

4 結(jié)束語(yǔ)

在深入探討汽輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)故障問(wèn)題后，文章提出了一系列分析方法與治理技術(shù)，為工程技術(shù)人員提供了寶貴的參考和指導(dǎo)。通過(guò)精準(zhǔn)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷，結(jié)合先進(jìn)的信號(hào)處理方法，本研究不僅識(shí)別了振動(dòng)的根本原因，還展示了一些成功的故障診斷案例，強(qiáng)調(diào)了理論與實(shí)踐的結(jié)合重要性。治理技術(shù)的應(yīng)用，如有效的振動(dòng)控制與減震措施，已在多個(gè)工程實(shí)踐中得到驗(yàn)證，顯著提高了設(shè)備的穩(wěn)定性和安全性。此外，文章還對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了探討，指出隨著技術(shù)的進(jìn)步和新材料的應(yīng)用，如何進(jìn)一步優(yōu)化振動(dòng)治理策略將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。最終，汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題的有效管理不僅依賴于先進(jìn)的技術(shù)和工具，還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行持續(xù)維護(hù)。通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)積累，未來(lái)在振動(dòng)控制方面將有更多突破，為能源行業(yè)帶來(lái)更大的保障和推動(dòng)。

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