王銳 李世民 馮培峰

摘 要：汽輪發(fā)電機組作為我國電能生產(chǎn)的基礎(chǔ)設(shè)備，其安全經(jīng)濟運行責任重大，本文對旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動診斷常用的伯德圖、極坐標圖、軸心位置圖、軸心軌跡圖、趨勢圖的組成特點及用途一一做了介紹，如果能對這些特征圖譜進行深入分析，則足以應對生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的大部分振動故障，汽輪發(fā)電機組振動信號的頻譜分析也越來越受到業(yè)內(nèi)人士重視。

關(guān)鍵詞：振動故障;診斷;特征圖譜

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.140

1 伯德圖

（1）伯德圖的組成及特點。波德圖是表示振動幅值、相位與轉(zhuǎn)速之間變化關(guān)系的圖形。

圖形分為上下兩部分，下半部分是振幅-轉(zhuǎn)速曲線，也稱做幅頻特性，縱坐標是振幅峰峰值;上半部分是相位-轉(zhuǎn)速，也稱做相頻特性，縱坐標是相位;它們公用的橫坐標是轉(zhuǎn)速。振幅-轉(zhuǎn)速曲線是雙線：一根是通頻振幅，另一根是倍頻振幅，常用的是一倍頻振幅;相位-轉(zhuǎn)速曲線是單線，表n倍頻振動相位。

（2）伯德圖的用途。1）確定臨界轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速是旋轉(zhuǎn)機械最基本的振動特性參數(shù)，現(xiàn)場運行人員用它來設(shè)定暖機轉(zhuǎn)速、升速率等，故障診斷時同樣要用到。設(shè)備制造廠家提供的臨界轉(zhuǎn)速計算值有時偏差較大。臨界轉(zhuǎn)速與安裝基礎(chǔ)、支撐特性有關(guān)，現(xiàn)場的這些特性和制造廠的不一定會一致，所以，通常以設(shè)備安裝后現(xiàn)場實測值為準。根據(jù)升降速波德圖，如果變速過程振幅曲線出現(xiàn)波峰，同時相位急劇增加或減小，變化幅度約大于70°，這時對應的轉(zhuǎn)速有可能是該測點所處跨的轉(zhuǎn)子或相鄰跨轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速[1]。對于實際機組，確定臨界轉(zhuǎn)速使用波德圖比用極坐標圖方便。如果測得的波峰明顯，臨界轉(zhuǎn)速識別起來容易，可以很容易認定測點2X所處的高中壓轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速為1460r/min。有時臨界轉(zhuǎn)速的認定困難，因為振動峰的出現(xiàn)除了共振，還可能有其他原因，并不是所測得的所有振動峰都是轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速的共振峰。2）確定共振放大因子。從波德圖中還可以確定共振放大因子AF，共振放大因子反映了臨界轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的阻尼，也是對轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速區(qū)轉(zhuǎn)子橫向振動敏感性的量度。3）動平衡加重分析。利用從波德圖得到的振幅、相位隨轉(zhuǎn)速/時間的變化關(guān)系，在進行動平衡時用來分析轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量所處的軸向位置、不平衡振型階數(shù)。4）分析結(jié)構(gòu)共振。如果波德圖顯示在一些非臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速區(qū)出現(xiàn)明顯的一倍頻或二倍頻共振峰。可以作為結(jié)構(gòu)共振的一個懷疑證據(jù)。5）動靜碰磨故障分析。動靜碰磨判斷主要依據(jù)是時間趨勢圖，但波德圖反映出的升降速過程振幅差和相位差同樣是一個重要信息。

2 極坐標圖

（1）極坐標圖的組成及特點。極坐標圖是在極坐標系下繪制一系列的振動矢量，它是轉(zhuǎn)速（或時間）的函數(shù)曲線。不同轉(zhuǎn)速下的一倍頻振動矢量的幅值和相角直接地被繪制在坐標平面上，相應的轉(zhuǎn)速也在曲線上表示出來。極坐標圖也可繪制任何經(jīng)過濾波的高倍頻。

（2）極坐標圖的用途。極坐標圖實際上是把波德圖中的幅頻曲線和相頻曲線合二為一。極坐標圖包含了與伯德圖相同的信息，雖然包含的信息相同，但是聽強調(diào)的信息不同。通常在波德圖中比較容易獲得低轉(zhuǎn)速矢量、共振放大因子，而在極坐標圖上比較容易獲得各階模態(tài)參數(shù)、重點和結(jié)構(gòu)共振等。

3 軸心位置圖

（1）軸心位置圖的組成及特點。軸心位置圖表示了軸心線在軸承中的平均相對位置隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度變化的函數(shù)關(guān)系曲線。為了能夠做出軸心位置圖，需要兩個正交交安裝的（90°）位移探頭測頭輸出的直流信號。通常軸心位置也稱軸心靜態(tài)軌跡。

（2）軸心位置圖的用途。1）軸預浮起量。根據(jù)軸頸浮起高度確定高壓頂軸油泵及油路是否正常。判斷油膜厚度情況。2）軸承載荷。軸頸中心位置高，軸承承載輕，軸承油膜壓力小，承溫度低，反之亦反。通過軸頸中心位置可判斷軸承瓦溫升高的原因。3）軸承標高。運行軸承標高變化，可引起軸頸相對軸承的靜態(tài)位置變化，如果軸承標高變高，那么軸頸中心位置偏上。如果軸承標高變低，那么軸頸中心位置偏上。通過軸頸中心位置可判斷軸承標高變化情況。4）軸頸偏心率。軸頸在軸承中偏心率的變化會引起軸承油膜剛度和阻尼系數(shù)的變化，從而引起系統(tǒng)動力特性的變化。如受高壓調(diào)速汽門開啟順序影響，使轉(zhuǎn)子受到額外的向左上的作用力，從而使軸頸在軸承中向小偏心力方向移動。

4 軸心軌跡圖

（1）軸心軌跡圖的組成及特點。軸頸在軸承中隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度而變化的函數(shù)曲線通過兩個正交安裝的（90°）位移探頭測得其輸出的交流信號可獲得軸心軌跡圖.軸心軌跡也可稱軸心動態(tài)軌跡。

（2）軸心軌跡圖用途。通過軸心軌跡可獲得如下信息：1）轉(zhuǎn)子進動方向。將軸心軌跡運動方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相比，如果進動方向與旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)子處于正進動方向;反之，轉(zhuǎn)子處于反進動狀態(tài)。進動力方向?qū)τ谂袛噢D(zhuǎn)子動靜碰磨故障是非常有用的。當動靜碰磨嚴重時轉(zhuǎn)子有可能處于反進動狀態(tài)。2）故障診斷。借助軸心軌跡可獲得故障大致信息，不同振動故障會出現(xiàn)不同的軸心軌跡。例如，①不平衡故障時，軸心軌跡為穩(wěn)定的橢圓;②不對中故障時，軸心軌跡為“8”字形或“香蕉形”;③動靜部件碰磨時，軸心軌跡上可能出現(xiàn)鋸齒狀;④膜振蕩故障，軸心軌跡出現(xiàn)紊亂狀。

5 趨勢圖

額定轉(zhuǎn)速運行的機組，利用趨勢圖顯示振動參數(shù)或其他過程參數(shù)單一隨時間的變化，以對機組狀況進行判斷和故障診斷，應用最多的是趨勢圖。趨勢圖以時間為橫坐標，縱坐標通常選用振動通頻幅值、各分頻幅值、相位、間隙電壓等參數(shù)，以顯示它們隨時間的變化，橫坐標的時間間隔密度往往根據(jù)不同需要選取。

6 結(jié)語

由幅值域分析和頻域分析得到的振動信號特征，可以用數(shù)字列表的方式表示，也可以繪制成專門的特征圖譜，充分利用分析軟件，將圖譜進行綜合分析和推理，對于工程技術(shù)人員而言無疑會是一個非常有力的工具，目前在國內(nèi)部分電廠已經(jīng)開始這方面生產(chǎn)實踐，這對于旋轉(zhuǎn)設(shè)備的經(jīng)濟安全運行和精密檢修也將是一個新的發(fā)展方向，不斷積累這方面的經(jīng)驗將會推動其健康持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]陸頌元，吳崢峰.汽輪發(fā)電機組振動故障診斷及案例[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2]郭寶仁，常浩.汽輪發(fā)電機組振動診斷技術(shù)問答[M].北京：中國電力出版社，2016.

[3]劉峻華，黃樹紅，陸繼東.汽輪機故障診斷技術(shù)的發(fā)展與展望[J].汽輪機技術(shù)，2000，42（01）：1-6.