［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

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)問題也日漸突出。振動(dòng)過大不僅會(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。文章通過系統(tǒng)地分析振動(dòng)故障的內(nèi)在機(jī)理，結(jié)合振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的最新研究成果，探討振動(dòng)信號(hào)處理與分析方法的有效性，以及在故障治理中的應(yīng)用。

1 汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障概述

汽輪發(fā)電機(jī)組在現(xiàn)代能源生產(chǎn)中扮演著不可或缺的角色，其穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的安全與效率。然而，振動(dòng)故障是影響汽輪發(fā)電機(jī)組性能的常見問題之一，對(duì)設(shè)備壽命和運(yùn)行安全構(gòu)成威脅。在進(jìn)行故障分析與治理時(shí)，了解振動(dòng)故障的成因至關(guān)重要。

引起振動(dòng)故障的常見因素如下。

（1）機(jī)械不平衡。機(jī)械失衡可能由于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。軸承磨損或損壞也是引發(fā)振動(dòng)的重要原因之一，尤其是在長(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，轉(zhuǎn)子得不到穩(wěn)定的支撐，自然會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。

針對(duì)這些振動(dòng)問題，及時(shí)準(zhǔn)確地診斷和治理策略顯得尤為重要。使用現(xiàn)代傳感器和數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的振動(dòng)狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常。通過對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)的分析，可精確地定位故障源頭，從而進(jìn)行有針對(duì)性地維修或調(diào)整。例如，機(jī)械不平衡可通過動(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)。通過精確的故障診斷和科學(xué)的治理措施，可顯著提高汽輪發(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)故障分析方法

2.1 振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

為保障機(jī)組長(zhǎng)期、穩(wěn)定地運(yùn)行，對(duì)振動(dòng)故障的監(jiān)測(cè)與診斷顯得尤為重要。振動(dòng)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)主要通過對(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)的來源與性質(zhì)，最終指導(dǎo)檢修策略和維修方案的制訂。通過監(jiān)測(cè)不同部位的振動(dòng)狀態(tài)，可預(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)確的監(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)，例如軸承振動(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，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。通過對(duì)比設(shè)備在不同工況下的振動(dòng)特征，技術(shù)人員可歸納出設(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。其隨著傳感器、信號(hào)處理技術(shù)和人工智能的融合應(yīng)用，未來的振動(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 振動(dòng)信號(hào)處理與分析方法

信號(hào)處理是振動(dòng)分析的核心，用于將捕捉到的信號(hào)轉(zhuǎn)化為可解釋的數(shù)據(jù)。頻譜分析技術(shù)，例如，傅立葉變換，可揭示出振動(dòng)信號(hào)的頻率成分，幫助分析師查出振動(dòng)問題的真正原因。時(shí)域分析是直接觀察信號(hào)在時(shí)間軸上的變化，如某些突出的波動(dòng)模式可能提供故障的信息。如果故障是由多個(gè)因素疊加引起，則需要應(yīng)用更高級(jí)的信號(hào)處理技術(shù)，如倒譜分析或波形分析。倒譜分析通過對(duì)信號(hào)施加對(duì)數(shù)變換和傅立葉變換，能夠有效分離諧波與調(diào)制成分，針對(duì)復(fù)雜的故障現(xiàn)象進(jìn)行深入分析。波形分析則關(guān)注信號(hào)的形狀，識(shí)別出波峰和波谷之間的關(guān)系，揭示周期性沖擊或不對(duì)稱負(fù)載等問題。在這個(gè)過程中，分析師需要細(xì)致和耐心，從信號(hào)波動(dòng)中逐漸找出故障的根源。

2.3 故障診斷案例分析

在分析汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障時(shí)，通過分析實(shí)際案例，能有效展示理論與實(shí)踐的結(jié)合，以及如何揭示和解決復(fù)雜的振動(dòng)問題。例如，通過對(duì)某一發(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，可發(fā)現(xiàn)問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)先記錄并對(duì)比故障發(fā)生前后的振動(dòng)數(shù)據(jù)，這包括振動(dòng)的頻率、幅度以及持續(xù)時(shí)間等。通過這些數(shù)據(jù)的對(duì)比，可初步判斷故障的性質(zhì)。例如，如果振動(dòng)幅度突然增大，可能是由于軸承磨損或不平衡引起的。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，這有助于診斷人員追蹤故障的歷史線索，進(jìn)行更加全面地分析。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)確地定位問題來源。通過案例分析，不僅可提升診斷技術(shù)，還能為未來類似故障提供預(yù)防策略。因此，每一個(gè)案例的深入研究和總結(jié)都有著重要意義，不僅使得技術(shù)人員能夠在理論與實(shí)踐中找到平衡，還可促進(jìn)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)故障治理技術(shù)

3.1 故障原因分析與排除

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的產(chǎn)生，需要系統(tǒng)性地進(jìn)行分析與解決。通過頻譜分析能夠檢測(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25Hz、50Hz和100Hz。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。

若通過頻譜分析發(fā)現(xiàn)50Hz的頻率成分占據(jù)較多，則意味著產(chǎn)生了機(jī)械不平衡問題。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)械不平衡問題，可調(diào)整轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、重新校準(zhǔn)聯(lián)軸器、清理積灰等。在實(shí)際操作過程中，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)。

振動(dòng)頻率在100Hz時(shí)，通常是由于轉(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，以及是否有因長(zhǎng)期運(yùn)行疲勞而導(dǎo)致材料性能下降，從而引發(fā)的振動(dòng)。這時(shí)可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)償或者更換轉(zhuǎn)子部件。假如轉(zhuǎn)子剛度無法用設(shè)計(jì)優(yōu)化來解決，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100Hz以上，就需要特別關(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)荷狀況直接影響其使用壽命和性能，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)這些問題，應(yīng)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，最常見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)。除主動(dòng)振動(dòng)控制外，被動(dòng)振動(dòng)控制也是一種常見的技術(shù)。被動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)通常使用減震器或阻尼器來吸收振動(dòng)能量，從而減輕振動(dòng)對(duì)設(shè)備的影響。此外，創(chuàng)新技術(shù)——智能振動(dòng)控制系統(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)，時(shí)刻監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)采取措施，保護(hù)設(shè)備免受振動(dòng)傷害。

3.3 故障預(yù)防與維護(hù)策略

振動(dòng)故障治理需系統(tǒng)性的分析與持續(xù)地關(guān)注。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)策略的基礎(chǔ)。汽輪發(fā)電機(jī)組作為復(fù)雜的機(jī)械體系，其每一次振動(dòng)都可能是不同因素引起的。因此，建立全面的檢測(cè)體系，對(duì)設(shè)備運(yùn)行中的每一個(gè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，尤為關(guān)鍵。通過對(duì)數(shù)據(jù)的深入分析，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，從而在問題惡化前進(jìn)行干預(yù)。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)鍵部件以及對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行必要的調(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。進(jìn)一步地，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，是提升系統(tǒng)整體穩(wěn)定性的另一重要環(huán)節(jié)。操作人員可憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)和敏銳的感覺，及時(shí)捕捉初期的振動(dòng)異常，采取相應(yīng)的措施，以避免問題的擴(kuò)大。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，引入更先進(jìn)的監(jiān)測(cè)和診斷工具也勢(shì)在必行。通過利用人工智能和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，可更精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)和診斷振動(dòng)問題，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

汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問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)的維護(hù)和預(yù)防措施。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)積累，可以期待未來在振動(dòng)控制方面有更多突破，為能源行業(yè)帶來更大的保障和推動(dòng)。這將是一個(gè)持續(xù)的過程，需要行業(yè)內(nèi)外的廣泛合作和持續(xù)的技術(shù)更新。