吳闖

摘 要：汽輪機發(fā)生故障停修，會產(chǎn)生非常嚴重的經(jīng)濟損失，所以汽輪機故障問題一直受到人們重視。本文結(jié)合汽輪機的機械結(jié)構(gòu)以及運行工作原理，分析汽輪機的故障類型以及問題的發(fā)生原因，提出多種診斷方法，以供相關(guān)工作及研究人員參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機；故障；診斷

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.030

汽輪機，是一種能量轉(zhuǎn)換的動力機械，它將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)的機械能。轉(zhuǎn)動部分和靜止部分組成汽輪機結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動部分包括葉片、聯(lián)軸器、主軸及裝在軸上的其他零件；靜止部分包括隔板、氣缸、汽封、進汽部分等。

1 汽輪機的典型故障

1.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障

轉(zhuǎn)子的不平衡故障是汽輪機常見的振動故障之一。不平衡振動是因為慣性離心力發(fā)生的，徑向振動較大。根據(jù)發(fā)生原因，可分為：原始不平衡、漸發(fā)性不平衡和突發(fā)性不平衡。原始不平衡是由于制造或者更換轉(zhuǎn)動零部件引起的。其振動特征比較穩(wěn)定，振幅和相位變化小。漸發(fā)性不平衡主要因為轉(zhuǎn)子熱彎曲發(fā)生的，其振動是動態(tài)變化的。突發(fā)性不平衡是由于轉(zhuǎn)子運動過程中，其轉(zhuǎn)動零件脫落，或者聯(lián)接零件發(fā)生松動。

1.2 轉(zhuǎn)子不對中故障

不對中是指相鄰轉(zhuǎn)子的軸線和軸承中心線存在偏移。汽輪機為多轉(zhuǎn)子設(shè)備，各轉(zhuǎn)子是由聯(lián)軸器連接的，由于安裝或者使用原因，會出機殼變形、軸承座變形，進而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子不對中故障。軸系不對中，又可細分為：角度不對中、平行不對中和綜合不對中。

1.3 動靜碰磨故障

動靜碰磨是指零件間隙過小是，動靜零部件接觸，然后再彈開，這樣改變零部件的動態(tài)剛度。碰磨使轉(zhuǎn)子的振動情況變的復(fù)雜，嚴重的碰磨可導(dǎo)致軸系永久彎曲。

1.4 油膜振蕩

軸系在高速轉(zhuǎn)動時，滑動軸承和軸徑之間的油膜壓力是動態(tài)變化的，這樣可以保證轉(zhuǎn)子的軸心圍繞某個平衡點旋轉(zhuǎn)。當油膜渦動頻率接近轉(zhuǎn)子的臨界頻率，轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生激烈振動，這個情況叫油膜振蕩。

1.5 轉(zhuǎn)軸彎曲

轉(zhuǎn)軸彎曲，分為永久性彎曲和暫時彎曲兩種。永久性彎曲是指轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)彎曲，且不能恢復(fù)。暫時性彎曲是可以恢復(fù)的。轉(zhuǎn)軸的永久性彎曲發(fā)生原因，一般是由設(shè)計制造，運營維護不當引起的。預(yù)負載過大、轉(zhuǎn)軸熱變形不均勻或者暖機不充分可能造成暫時性彎曲。

1.6 轉(zhuǎn)子裂紋

在變負載工況下，由于轉(zhuǎn)軸在制造過程中形成的缺陷：如氣孔、沙眼、刀痕等，受到交變的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力的聯(lián)合作用，產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)了裂紋。裂紋如不及時的處理，會發(fā)展成為斷裂，導(dǎo)致嚴重事故。

針對上述故障，如果及時掌握早期征兆，采取相應(yīng)的措施，處理故障，將會避免或減少重大事故的發(fā)生。所以故障診斷技術(shù)是非常重要的。

2 汽輪機故障信號提取方法

因為汽輪機故障是由于振動過大造成的，所以故障診斷技術(shù)主要就是振動分析和油液分析這兩大類。診斷技術(shù)的實現(xiàn)，主要包括三個方面：一是信號的采集，為故障分析診斷提供基礎(chǔ)；二是信號處理，對雜亂的信號進行處理，得到對診斷工作有價值的信息；三是通過信息，對汽輪機的狀態(tài)進行分析、判斷和預(yù)報。

故障信息提取是故障診斷的關(guān)鍵技術(shù)之一，故障信息提取的準確性、完備性，對故障診斷結(jié)論的準確性影響很大。

（1）時域分析法。物理量隨時間變化的函數(shù)關(guān)系，如果以圖形的形式來表達這樣關(guān)系，就是信號的時域波形。分析物理量和時間的關(guān)系，稱為時域分析，時域波形、軸心軌跡、相關(guān)分析等式常用的時域分析。汽輪機轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子不對中等常見故障，可通過時域波形做出預(yù)判斷。

（2）頻域分析。頻域分析，是把時域內(nèi)的信號，通過傅里葉變換，讓其在頻域內(nèi)顯示出來。頻域分析是為了將復(fù)雜的信號，分解成多個信號。頻域分析是信號分析的常用方法，在故障診斷領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。頻域分析將振幅和頻率建立了函數(shù)關(guān)系，一些故障特征可以在頻域內(nèi)形象的展現(xiàn)。工程中使用頻率很高的頻域分析方法是幅值譜和功率譜。幅值譜是表示振動幅值和頻率分量的函數(shù)，橫坐標是頻率分量，縱坐標是振動幅值。功率譜是各頻率成分和振動功率的函數(shù)。通過頻率和能量的關(guān)系，可以對故障進行判斷。

（3）時頻分析。時頻分析是指對信號同時進行時域分析和頻域分析的統(tǒng)稱。這是一個非傳統(tǒng)的方法，在一個函數(shù)內(nèi)描述時間、頻率、幅值的關(guān)系。信號處理領(lǐng)域，常用的時頻分析是小波分析。按照處理信號的類型來分，小波分析分為三種：小波包分解、離散小波、連續(xù)小波。

3 結(jié)束語

我國汽輪機故障診斷技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷很長的發(fā)展期，由于技術(shù)落后，起步晚，和發(fā)達國家相比存在一定差距。那么這需要我國研究人員大力研發(fā)新的診斷技術(shù)，積極學(xué)習(xí)國外先進技術(shù)，全面提高我國汽輪機診斷方法，以減少汽輪機故障對經(jīng)濟發(fā)展的影響。