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        振動診斷在水輪發(fā)電機組故障診斷與失效分析中的應(yīng)用研究

        2017-05-18 08:36:33那建軍
        中國科技博覽 2017年9期
        關(guān)鍵詞:失效分析

        那建軍

        [摘 要]振動故障診斷與失效分析在保障水輪發(fā)電機組正常安全運行的過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文將從水輪發(fā)電機組振動故障的主要特點出發(fā),加快構(gòu)建故障診斷專家系統(tǒng),并對振動故障進(jìn)行識別,判斷出具體的故障部位,并建立水輪發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測檢修系統(tǒng),及時掌握水輪發(fā)電機組狀態(tài)信息,在故障診斷和狀態(tài)評估的基礎(chǔ)上,做出是否需要維修的判定,從而及時采取有效措施,保障水輪發(fā)電機組運行正常,確保水電站供應(yīng)區(qū)內(nèi)工業(yè)與居民用電。

        [關(guān)鍵詞]振動診斷;水輪發(fā)電機組故障;失效分析

        中圖分類號:TV734.1;TV738 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)09-0339-02

        作為水電站運行設(shè)備的核心,水輪發(fā)電機組工作運行狀態(tài)是否正常穩(wěn)定直接關(guān)系到整個水電站發(fā)電系統(tǒng)的運行安全能否得到有效保障。一旦水輪發(fā)電機組重要設(shè)備運行過程中出現(xiàn)重大安全事故時,不僅會導(dǎo)致供電區(qū)域斷電,同時也會造成巨大的經(jīng)濟損失。據(jù)有關(guān)資料顯示,70%-80%的水電機組故障和問題都能夠從水電機組振動中得以反映。當(dāng)前,振動故障預(yù)測與診斷已經(jīng)成為保證水輪發(fā)電機組運行安全的重要手段之一,因此,研究水輪發(fā)電機組故障診斷與失效分析,具有重要意義,能夠有效提高水電設(shè)備維護(hù)與狀態(tài)檢修水平。通過水輪發(fā)電機組振動故障診斷與失效分析研究,能夠更加準(zhǔn)確地診斷出水輪發(fā)電機組的異常狀態(tài)或故障問題,及時預(yù)防與排除故障,保證機械運行安全可靠,從而盡可能地降低因水輪發(fā)電機組發(fā)生故障而導(dǎo)致的損失,確保水輪發(fā)電機組設(shè)備的工作能力得到充分發(fā)揮,通過合理制定檢修制度,能夠使水輪發(fā)電機組服役期限得到有效延長,并有效降低全壽命周期維護(hù)保養(yǎng)費用。

        1 振動診斷的優(yōu)越性分析

        通過水輪發(fā)電機組發(fā)出的振動信息進(jìn)行故障診斷,主要是基于以下幾點考慮:第一,在機械運行的過程中,不可避免地就會出現(xiàn)振動,換言之,只需要啟動機械設(shè)備,讓其處于運行狀態(tài),就會產(chǎn)生振動信號,而振動信號往往就蘊含著故障信息。第二,振動信息能夠進(jìn)行在線診斷與監(jiān)控。第三,絕大多數(shù)的機械設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)異常,會明顯增加振動量,同時還導(dǎo)致振動形態(tài)和振動頻率發(fā)生一定變化。第四,機械設(shè)備所產(chǎn)生的不同故障往往是因為機械故障對機械設(shè)備所施加的激勵存在一定差異,正因為如此,導(dǎo)致存在不同故障設(shè)備的振動存在各自的特點,為檢修人員判別創(chuàng)造條件。第五,利用振動信息診斷機械設(shè)備這種做法無論是在理論、測試手段,還是在方法上都已經(jīng)比較成熟,應(yīng)用上存在較強的可行性。

        2 水輪發(fā)電機組振動故障診斷

        2.1 構(gòu)建完善的故障診斷專家系統(tǒng)

        這里所提到的水輪發(fā)電機組故障診斷專家系統(tǒng)指的是通過計算機控制技術(shù)對水輪發(fā)電機組振動進(jìn)行在線監(jiān)測,根據(jù)振動所表現(xiàn)出的特征進(jìn)行分析,結(jié)合振動專家多年診斷經(jīng)驗,并借助于人工智能方法對水輪發(fā)電機組振動故障進(jìn)行自動智能化診斷的一種診斷系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是水輪發(fā)電機組振動在線監(jiān)測與診斷的重要組成部分,具體見圖1。

        2.2 水輪發(fā)電機組振動故障特點

        水輪發(fā)電機組故障具有復(fù)雜多樣性的特點,對于水輪發(fā)電機組而言,它是同時涉及電磁力、水力和機械的龐雜系統(tǒng)體系,在正常運行過程中,不僅僅要考慮水力因素的影響,還要兼顧電磁力、機械因素等對振動的影響,既有可能是某單個因素所導(dǎo)致的振動,也有可能是多個因素共同作用的結(jié)果,可以說振動機理存在較大的復(fù)雜性,增加故障診斷的難度。

        2.3 振動故障的識別

        一旦水輪發(fā)電機組運行狀態(tài)產(chǎn)生異常,往往就會導(dǎo)致振動水平發(fā)生改變和異常,主要表現(xiàn)在振動頻率。為了尋求故障原因與故障征兆參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián),需要針對故障樣本建立一個數(shù)據(jù)庫,分析和推斷水輪發(fā)電機組出現(xiàn)異常振動的原因,并通過運用頻譜分析方法進(jìn)行分析。目前,為了方便診斷故障,相關(guān)專業(yè)和學(xué)者通過對各種現(xiàn)實振動故障進(jìn)行分類統(tǒng)計,并結(jié)合征兆對應(yīng)的故障發(fā)生頻率狀況建立了比較完善的特征頻率表。

        2.4 故障的振動部位判別

        為了對故障發(fā)生的嚴(yán)重程度進(jìn)行量化,一般采用振動幅值的大小來度量。大量實踐已經(jīng)表明,當(dāng)水輪發(fā)電機組振動出現(xiàn)故障時,在水輪發(fā)電機組某個部位所檢測得到的振動值,往往會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出允許值。基于該理論,如果水輪發(fā)電機組水導(dǎo)軸承出振動幅度比其他部位振動更劇烈,則可能是因為轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)葉或者蝸殼處所受水力不平衡,導(dǎo)致產(chǎn)生振動,同時會出現(xiàn)相應(yīng)的特征頻率、頻譜。如果水輪發(fā)電機組壓力鋼管或者尾水管頂板處振動異常,蝸殼中水壓波動劇烈,則說明轉(zhuǎn)輪葉片出水連線型可能出現(xiàn)異常,尾水管出現(xiàn)偏心渦帶。因此,在實際工程中,可以根據(jù)振動部位的不同判斷出出現(xiàn)振動故障的原因,一旦水輪發(fā)電機組出現(xiàn)振動故障,就會在其某個或多個部位出現(xiàn)振動異常,并且這種振動故障與振動部位往往存在一定關(guān)聯(lián)。

        3 水輪發(fā)電機組振動故障診斷應(yīng)用案例分析

        導(dǎo)致水輪發(fā)電機組振動的原因有多種且比較復(fù)雜,在實際診斷過程中,并非只有單一的振動故障,更多地是多個故障相互交織在一起,并且各種故障現(xiàn)象又存在交叉現(xiàn)場,大大增加了現(xiàn)場診斷工作的難度。要想及時排除機組振動,首先要依靠故障監(jiān)測診斷系統(tǒng)對水輪發(fā)電機組振動有一個比較準(zhǔn)確的判斷,但是要想準(zhǔn)確抓住振動故障的內(nèi)在原因,不僅依靠扎實的振動故障診斷原因的理論分析,還應(yīng)對機組特性做到了然于胸。下面就兩個筆者實踐工作中所遇到的故障診斷案例進(jìn)行分析:

        3.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

        某電廠1號機組額定容量50MW,額定水頭256m,額定轉(zhuǎn)速500r/min,機組結(jié)構(gòu)為半傘-混流式。(圖2,圖3,表1)

        分析結(jié)論:質(zhì)量不平衡對機組上機架水平振動的影響約為70μm,對機組下機架水平振動的影響約為130μm,說明機組存在較大的質(zhì)量不平衡,有必要對機組進(jìn)行配重;配重位置轉(zhuǎn)子中心體下端面,配重方位(失重角)為由鍵相塊位置逆時針轉(zhuǎn)動267°。

        3.2 磁拉力不水平衡

        某電廠3號機組額定容量240MW,額定水頭60m,額定轉(zhuǎn)速68.2r/min,機組結(jié)構(gòu)為半傘-混流式。(圖4,表2)

        分析結(jié)論:對定子機架振動影響最大的是2X、3X、4X,主要是由轉(zhuǎn)子不圓造成的,建議對轉(zhuǎn)子不圓度進(jìn)行調(diào)整。

        3.3 水力不水平衡

        某電廠額定容量25MW,額定轉(zhuǎn)速68.2r/min,額定水頭6.8米,機組結(jié)構(gòu)為貫流式。(圖5)

        分析評價:轉(zhuǎn)輪室振動處于危險級別,從瀑布圖可以看出,主要存在4X的葉片頻率,并且隨著負(fù)荷的增大而增大,表明機組協(xié)聯(lián)關(guān)系不好。

        4 結(jié)束語

        綜上所述,近年來信息技術(shù)獲得了快速發(fā)展,各種新興的方法,如灰色理論、智能化專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等也日漸成熟,對于振動診斷而言,在獲得計算機技術(shù)的支持后,在水輪發(fā)電機組故障診斷和失效分析中得到了更加廣泛的應(yīng)用,并且有效解決了多起水輪發(fā)電機組振動問題,使水輪發(fā)電機組設(shè)備運行更加安全可靠,有效避免了經(jīng)濟損失。因此,我們有必要對振動故障診斷和失效分析進(jìn)行深入分析和研究,并努力將新技術(shù)運用到實踐之中,這不僅具有重要的理論研究價值,在實際工程領(lǐng)域具有重要意義。

        參考文獻(xiàn)

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        [3] 王瑞蓮,趙萬里.基于改進(jìn)主成分分析法的水輪發(fā)電機組振動故障診斷研究[J].水力發(fā)電學(xué)報,2014,33(3):279-285.

        [4] 侯晉.水輪發(fā)電機組振動故障診斷技術(shù)綜述[J].時代農(nóng)機,2015(5):18-19.

        [5] 劉飛.水輪發(fā)電機組振動在線監(jiān)測和故障診斷[J].工程技術(shù):文摘版,2016(6):00113-00113.

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