关于汽轮机振动故障分析技术的探讨

摘要：汽轮机的振动是电厂机组是否安全运行的重要标志之一。随着我国经济建设的发展，我国的发电技术也越来越先进，甚至走在世界的前沿。而作为火电厂中重要的组成部分——汽轮机，在生产运行时往往会发生的振动，其发生故障的原因有多种。本文从汽轮机的结构及特点出发，同时结合汽轮机运行特点提出汽轮机振动的故障原因分析，针对这些原因，提出了故障的查找和确定的先进测量技术方法，以此给汽轮机的维修带来很好的技术支持。

关键字：汽轮机故障 小波分析 傅立叶

1.前言

设备的故障分析是最近几年发展起来的比较新兴的一门技术和学科，这其中主要包含有两个方面的相关内容：首先是对现场的设备的运行状况进行技术检测；其次，机械出现故障时，通过相应的技术手段对设备进行检测同时作出相应的分析和判断。汽轮机故障的分析技术是借助机械振动中的转子动力学为理论基础，通过深入研究汽轮机振动发生的机理，同时运用现代化的测试技术和测量技术，对设备噪声、温度以及水压等参数进行实时比较；利用信号分析和数据处理技术，对从上述获得的参数进行相应的试验或者是模拟，并建立一个动态的信息与设备故障间的联系，运用现代智能技术对其进行监视和诊断；该技术的是以计算机技术作为故障分析的核心，同时建立故障的检测和分析系统，在应用中能够做到随时监控，随时报警。

2.汽轮机的结构与振动特点分析

2.1.汽轮机的结构分析

从运转的角度来看，汽轮机的结构可分为两个部分，一个部分为转动部分，另一个为静止部分。在这个结构系统中，转动的部分主要由主轴、叶片联轴器以及叶轮等部件构成，成为转子；静止的部分主要是以汽缸、隔板、轴承等组成，称为定子。从汽轮机进汽压力与温度等级来看，则通常将汽轮机整体分为高压缸、中压缸以及低压缸，汽缸外部还连接有进汽、排汽、回热抽汽及输水管道等。一般汽轮机结构中，往往机组轴承包括径向的轴承和推力轴承，径向轴承在确保转子在汽缸中的径向位置的同时，还保证了转子与汽缸的中心线一致，推力轴承则确定了转子的轴向位置，并确保了汽轮机动静部分的间隙。在汽轮机的运行过程中，为减少摩擦和对汽轮机的影响，通常采用在汽轮机上加装一个高压顶轴装置与低速自动盘车的装置来减少对其轴承的损坏。

2.2.汽轮机振动特点分析

汽轮机的振动特点表现在其第一次启动升速到超过其临界转速的时候，通过对轴承振动的大小来判断汽轮机是否产生故障。如果情况良好，则可以判断汽轮机转子与拖带机组的转子在当前处于平衡的状态，轴承未有任何的损伤。若要在停机后对汽轮机的末级的叶轮进行配重，应注意先在其空载的时候，保持其空转速度在3000转/每分钟，同时将下轴承基频振动降到安全线以下方可进行操作。待机组的配置再次发动之后，根据相关的标准是将轴承的垂直的振动调整为 15 祄，同时带负荷在20MW的时候，其振动基本不变。待振动升到91.7 祄时，这个时候要及时打闸停机，并且在这个时候大轴的扰度比在开机的时候要大100.当在进行第三次启动的时候，在后汽封的温度达到300度的时候，并且在90.7的时候，要打闸和停机。机组在整个启动过程中造成的振动突增，会导致监测系统报警，说明汽轮机的故障在逐渐的恶化。

3.汽轮机振动故障分析

汽轮机的振动故障，在实际的工作中主要体现为三种不同的类型。

首先是由于滑销系统的不畅导致汽轮机的振动。在实际的案例中，我们发现火电厂在使用的过程中存在轴承的振动偏高的现象，后来通过调节系统以及盘车的运行仍然产生不稳定，在更换了转子之后，启动后虽振动的情况稍微有所改善，但是在经过一段的时间之后，其故障又突然产生，现场人员判定为滑销系统不畅造成。

其次的故障就是汽轮机的前箱发生振动。如某汽轮机，其原装为单缸冲动式机组，经过调整后，变成为抽气凝气式的机组，但在汽轮机工作运行的过程总发现前箱的振动很厉害，利用振动频谱来进行分析，发现其振动的频率为以往的7倍。

最后就是轴向的振动。在实际的工作中，我们可以发现，汽轮机的瓦轴振动过大，通过现场平衡的方法，安装配重板块，同时减低原来的振动频率，但是还是不能有效地消除轴向的振动。

4.汽轮机振动故障分析技术

4.1.振动信号分析

在振动信号分析技术中，小波技术可以说是和傅里叶变换密不可分。而在实际的案例分析中，检测汽轮机故障分析技术的方法通常采用傅里叶变换技术。但是在这其中虽然傅里叶变换能很好的刻画振动的频域特点，但是不提供任何在时域上的任何信息。

小波分析中可以讲时域和空域进行取样步长，从而可以利用小波分析将其聚焦到任何的对象的任意细节中去。所以小波变换符合在高频和高分辨率下使用，而且小波的变换在适当的离散之后能构成标准的正交系，所以不管从理论上还是实践中来讲，小波分析都极其有用。故小波分析克服了傅里叶的缺点和不足，使得在汽轮机中的故障检测成为可能。但两者又有以下不同：

4.1.1.傅立叶变换，其实质就是把能量的有限信号全部分解到以 上.而小波变化的根本是将能量的有限信号分解到以 （j=1 2--，J）和V 所形成的空间。

4.1.2.傅立叶变换的基函数为三角函数，具有唯一性；小波函数则具有多样性，其可根据不同的环境下的因素做出不同的变换，这样其利用的空间和范围更广。

4.1.3.在频率的分析中，傅立叶具有很好的局部化的能力，特别是对那些频率成分比较简单的确定的信号，傅立叶很容易将信号表示成各频率成分的叠加；但在时域中，它就没有局部化能力。而小波分析技术中，小波不仅在时域中能起到很好的效果，同时在频域中也能取得很好的作用，这样就从另外一个方面来讲，小波分析比傅里叶变换的使用的范围要广。

5.总结语

汽轮机的振动影响着整发电机组的安全运行和正常运行，而产生这种振动的原因有很多中，在不同的领域和不同的材料、部位其特征不也同。要解决这样的技术难题，就必须加强新技术的使用，小波分析作为这样一个新的故障检测手段，对汽轮机的检测具有重大的意义：通过利用小波分析，能够准确的将故障源头进行定位分析，利用计算机智能系统，也能更好的处理汽轮机的故障，从而达到高效的目的；因此，从某个方面来讲，小波分析理论在汽轮机的故障分析技术中优于傅里叶变换理论的分析。

参考文献：

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