火电厂汽轮机常见的振动故障分析及故障诊断技术

火电厂汽轮机常见的振动故障分析及故障诊断技术

王泓达

华能应城热电有限责任公司 湖北省应城市432400

摘要：随着我国经济的不断发展，电力需求量日益攀升，供电系统的高运作效能尤为重要。开发新能源、优化现有发电能源及系统是我国一直在进行改进研究的问题。火电厂作为供电系统中的重要组成部分，它的组建构成复杂且运作系统烦琐，对其进行剖解分析，要提高其供电效能的稳定性与高产性，汽轮机辅机的检修问题是一个需要重点关注的问题。本文阐述汽轮机振动原因，包括调速气门开启顺序、气流激振、摩擦振动，探讨故障诊断技术与应对措施，在线监控与智能诊断。

关键词：火电厂；汽轮机；振动；故障诊断

引言

汽轮机因为长期处在高负荷运行当中，在日常的工作中十分容易产生故障问题，所以诊断单位一定要对汽轮机及汽轮机组的整体工作程序开展实时监控，一旦出现故障应该及时停机进行检查，开展合理的诊断维修，以此降低设施的损坏或是操作人员的伤害。

1火电厂汽轮机组工作原理

汽轮机是利用蒸汽的热量来进行动力运行的一种转动机械，它的工作原理就是将热能转化为机械能。在涡轮中，高速的蒸汽流经动叶汽路时，气流的方向会改变，从而产生一种推力，从而带动叶片旋转，从而产生机械功。当蒸汽在旋转的过程中，气流会发生变化，在一定程度上会产生推力，带动叶片旋转。冲动作用的基本特征是：动叶汽道内的气流不会产生扩张和加速，只会产生方向上的变化。而反作用力的基本特征是：在动叶汽道内，蒸汽流动不但会发生方向的变化，而且还会产生膨胀和加速。

2火电厂汽轮机常见的振动故障分析

2.1调速气门开启顺序

在汽轮机运行中，为了确保机组的经济性，多数都是采用顺序阀操作，也就是将各个调速气门按照一定的先后顺序依次打开和关闭，从而减少了单一气门的节流损耗。例如汽轮机4个调速气门对应4个喷嘴腔的位置，当气门依次打开或关闭时，必然会对转子产生不同的作用力。正是因为这个方向的差异，才导致了涡轮转子的偏移。尤其是在1瓦处，在调速器上，汽轮机的进气变化最先受到影响。轴瓦若不能充分地约束转子，必然会引起振动数值的改变。

2.2轴瓦内部油流

在正常运转中，轴承和主轴之间总是有润滑油，润滑系统不断地将一定的压力和黏性的润滑油输送到轴承，然后粘着轴颈的油膜随着轴颈的转动，带动邻近的各个层的转动，从而进入轴颈和轴瓦之间的上部大的、小的楔形间隙，流向轴向和支座的末端。随着旋转速度的增加，当这种压力增加到可以平衡转子对轴瓦的所有力时，轴承就会被油膜所支撑，并在油膜上旋转，避免了与金属的直接摩擦，形成流体的摩擦力。在正常运转时，由于外部因素的影响，使得转子的油膜产生了改变，从而导致了振动的改变。严重时，会导致油膜破裂，产生动静摩擦等不良影响。

2.3因加热而弯曲的转子

汽轮机的主要运行部件为转子，其工作过程中的磨损是不可避免的，尤其是转子在高温、高压环境下，更易发生热变形，进而引起涡轮的异常振动。转子的热变形主要是由于其自身的散热能力不够，导致转子周围积累了大量的热量，从而形成了较大的热应力，从而导致了转子的畸变。在转子发生变形后，由于旋转引起的气流不均匀，引起部件的异常振动，严重时会引起破坏，从而造成巨大的经济损失。所以，检修人员要做到责任到岗，加强安全意识和职业操守，认真、耐心地对机组进行全面的检查和维修，尽量减少故障，确保机组的正常运行。

2.4气流激振

汽轮机运行时，由于气流速度不稳定，产生了较强的波动，在低转速条件下运行的机组，由于受到了高速湍流的影响，叶片受到了不均匀的压力而产生了异常的振动。（1）由于操作参数的改变会引起蒸气流动不稳定，从而引起机械的振动。（2）由于气流成分在低频状态下的流动比较大，会发生频率突变而引起非均匀的流动。

2.5摩擦振动

摩擦振动是由部件间隙中的杂质引起的，或者润滑不够，或者部件与邻近部件的摩擦异常增加。它的特点：（1）由于摩擦振动引起的波形不正常，产生幅度和相位，且持续较长；（2）转子的变形引起周围的应力不平衡，对振动信号进行加压，造成了振动的不正常，但不影响主频；（3）当减速结束时，摩擦振动大于刚加速时的振动。

3汽轮机振动故障诊断技术

3.1人工神经网络

（1）人工神经网络。汽轮机故障诊断措施具体是应用比较诊断、方式辨别、人工神经网络以及专家体系等等多项先进化的技术对策。则现阶段，探索与使用相对普遍的对策即为人工神经网络与专家体系，前者被广泛称之为神经网络，其是立足于神经学的前提下产生出的新型学科，在此学科过程中具体存在经生物学、电子学、计算机学、数学以及物理等等众多学科，其使用的前景又相当宽泛。神经网络模拟人脑信息解决的人工网络体系，其以物理上能达到的器件、体系或是计算机实现人脑的操作。（2）此网络尽管比不上人体脑部的神经体系，也不存在相对健全的扫描性能，然而在很大程度上也基本达到了人类大脑独有的作用。人工网络在实现人类基础作用的同时，也随着日常的使用与经验累积，逐步具备了辨别人类大脑性能的独特优点，为设施的故障诊断工作奠定了良好的根基。除此之外，人工神经网络系统还存在储存与容错性、大范围且具备处理、自学习、自组织、自顺应及烦琐的非线性动态体系等多项复杂能力。

3.2专家系统

此外一个汽轮机组故障的诊断决策作为专家体系的使用。现如今，科学技术开发人员更加重视专家体系的健全和改进，因为专家体系具备经过文字输入来表述目的的特点，同时在日常的诊断工作过程中能够根据思维逻辑来开展科学合理的推理且对综合体系的推理结果开展科学的阐述。专家体系可以辨别人类语言不能用数学模型等方式表达的知识，并且也可以借助累积及时应对自身的知识库进行完善。同时，在一些指定的场所与工业行业模拟工作人员的日常工作，在一定程度上减少工业部门在人力层面的成本投放。在其前提下，专家体系存在操作便捷、数据处理方便以及工作流程简约等很多优势，专家体系能够对事件提出结论的同时也给出解释与表明。专家体系存在一定的逻辑推理与解决符号信息的特征。专家体系还具备可视化性、可靠性以及逻辑性的特点，十分有利于工程人员操作。

3.3故障诊断技术注意事项

汽轮机是一种非常复杂的设备，它能持续工作，但是由于其结构复杂，经常会发生各种故障，因此，必须通过多种方法，对故障进行初步的分析，并根据故障的原因、特点，选择合适的诊断方法，进行详细的诊断。而在运用诊断技术的过程中，往往会涉及故障诊断，一般有四种类型：（1）分析和便携式的测试设备；（2）在线监控设备；（3）诊断体系与电脑检验与分析；（4）智能诊断系统。此外，在运用诊断系统进行汽轮机故障诊断时，应注意这些问题。（1）在对汽轮机进行故障机制分析时，必须把它当作故障诊断的先决条件；（2）对汽轮机的故障特征进行了分析，提出了利用AN噪声消除、相位补偿、ANC等方法进行故障特征提取；在对大量的故障信息进行采集、分析和处理之后，可以采用图形和图形等方式对故障知识进行合理的描述；（3）保证了对汽轮机故障的分析，使其与实际运行的关系更加接近。

结束语

汽轮机为工业生产中不可或缺的设备，其将高温高压的蒸汽能转化为机械能，实现对电动机、压缩机等设备的驱动。在实际运行中，由于其内部和外在因素导致汽轮机出现异常振动现象，不仅会导致机组意外停机，而且会影响机组的寿命。在实际生产过程中，应采取科学、合理的方法来防止振动的发生。在机组投入使用前，应进行试验，及时发现异常振动并采取相应的措施，并设置监控和保护系统，以确保整个机组的正常工作。

参考文献

[1]王炯铭.火电厂汽轮机振动故障机理及处理分析[J].数码设计,2020,9(12):1.

[2]王涛.电厂汽机异常振动故障及诊断分析[J].科学与信息化,2020(7):2.

[3]李宽宽.火电厂汽轮机异常振动故障排查技术探索[J].中国设备工程,2020(3):3.