火电厂汽轮机异常振动故障排查技术的研究

李建飞

（国能怀安热电有限公司，河北 张家口 076150）

在火电厂内汽轮机起到至关重要的作用，其不但可以保障火电厂的运维效率，更可以运用预防控制的方式，阐明监控机组设备的运行情况，并通过异常振动的检索，执行问题位置的调查工作，确认振动现象发生的原因。如此，才能让工作人员在完成故障诊断工作后，第一时间开始维修并避免异常响动对机组的运行带来影响。同时转子也是汽轮机在运行阶段的重要组件，其若与静子相互碰撞以及出现转子不对中的情况，则会增加汽轮机内部的不平衡问题，让汽轮机出现异常振动的情况。

1 火电厂汽轮机异常振动的检测手段

若汽轮机在运行阶段长期受到高压、高速以及高温等条件的影响，则会增加其发生故障的概率，使得工作人员需要运用相关技术，定期或是非定期对汽轮机的状态进行检查，以保证汽轮机能够正常的运行。对此，应运用以下的检测手段，规避火电厂在生产活动开展过程中出现问题。

1.1 非接触性检测

非接触性的检测设备有激光物位计、非接触式雷达物位计、超声波物位计、超声波流量计、红外线感温仪等，通过它的应用，工作人员不仅可以依靠声音及光完成对应的检测工作，更能让汽轮机在运行阶段产生的参数被确认，促使汽轮机中的数据信息在此阶段能够被系统检测到。如此，运用非接触式的检测方法，探测声波及电磁波，让火电厂内的检测精度要求能够得到满足。也可通过光电传感器完成后续的检测工作。同时，在检测过程中，应用非接触式的检测方式，还需把控检测成本，让工作人员运用标准的操作方式，以提升检测工作的实施效率，达到节省经济成本的目的。

1.2 接触性检测

采用传感器执行检测工作，依靠接触式传感器，让汽轮机能够在运动的过程中，将其中的运动信息进行更改，让其变更为电信号，使得可视化的检测技术能够应用于此。在此过程中，通过接触式检测工作的开展，能够让传感器依附于设备需要进行检测的区域，让汽轮机在进行转动期间，能够勘察汽轮机所产生的应力，若出现异常的振动，则可及时把控故障位置。也可通过灵敏度的探测方式，让工作人员合理地安装传感器，依靠接触式的检测法，将汽轮机的应用效率进行提高并且在接触式传感器应用期间，当导线连接时，也有可能发生的问题，所以，在检测的过程中，可以利用指定数量的汽轮机叶片，通过敏感性材料的应用，保证接触式检测工作的实施效率及准确性。若汽轮机在运行过程中发生问题，就会产生相对较大的热量，也会对周围的工作环境带来影响。所以，需要采用接触式检测的方式，规避汽轮机受到导线粘贴、贴片等方面的影响。

2 火电厂汽轮机异常振动故障排查技术措施

2.1 勘察转子热弯曲情况

若转子发生热变形的问题，其中的振动特征值会增加到一倍的频振幅之上，使得汽轮机的参数及转子之间的差异就会增加，导致现场内的温度提升，增加转子发生热变形的可能。这样一来，则会导致机组在冷态起机的过程中，增加负荷段，让转子的温度升高，无法保证材质内所释放的应力能够被控制好，引发一系列的转子热变形的问题。所以，若振动频率增加，则会导致相位变化的问题出现。所以，在处理转子的热变形问题时，可以及早采用直轴，利用机械直轴法、局部加热直轴法，防止机组发生异常振动的问题。

2.2 注重动静碰摩表现

在火电厂内，为防止汽轮机出现异常的振动问题，可增加对动静碰摩等方面问题的关注，运用初步判断的方式，保证检修人员能够了解静子以及转子所产生的摩擦情况。这样，则可确认异常振动可能发生的周期，了解静子碰撞与转子在此过程中的周期性问题。并且，可以观察局部碰摩点是否发热，确认一旦静子与转子进行碰撞摩擦就会发热，若该区域内缺少润滑油的应用，则会增加干摩擦区域的热量，导致碰撞点区域的温度会比其他的位置要高。此时，若通过表征判断的方式，则可掌握现场内可能出现的动静碰摩问题，使得工作人员通过仪器设备完成下一步处理操作。另外，可以运用涡流传感器来检测汽轮机内的转子运行频率及产生的振幅，通过参数型号等内容的分析，让工作人员将该部分数据与正常状况下的参数内容进行比较，如果存在异常，则可确认是哪种故障造成的。

2.3 诊断转子质量平衡与否

结合转子在运行过程中质量是否平衡，确认其在振动环节可能发生的表征，从而诊断其是否存在故障问题，具体如表1内容所示。

表1 汽轮机内转子不平衡工况中的故障表征

如表1中内容所述，若转子在运行过程中，受到外界干扰因素的影响，其可能发生的特征表现为：第一，轴心的轨迹基本为椭圆形。第二，若转子的转速和振幅存在正比的关系，转速增加，振幅就会提高。第三，若转子在运行过程中相对稳定，则其中所产生的振动相位角则会呈现出平稳的状态。同时，通过故障诊断的方式，可以实现对通频矢量（简称为XM）和振动矢量（简称为XN）的测量，二者之间的关系是：

如此，若幅值与相位角不随时间变化，则大致可以确认转子存在质量不平衡情况。

2.4 防止气流激振问题发生

在汽轮机运行过程中可能会受到气流激振的影响，导致其中的低频分量持续变化，甚至出现增大的情况。同时，若工作人员未及时勘察汽轮机的外观及内部状况，则会无法调节汽轮机的运行负荷，造成不同负荷情况下，汽轮机的高压进气门状况不一。所以，为解决此问题的频繁发生，应积极把控汽轮机的运行状况，诊断气流激振情况，防止高参数机组中的再热中压装置与高压装置发生频繁振动的情况，也可运用汽轮机负荷气压的调节方式，规避其发生气流激振的风险，使得汽轮机不会频繁地发生异常振动。

2.5 确认转子裂痕问题

检测转子裂痕的具体表现情况，若转子存在裂痕，则局部的刚度则会呈现出下降的趋势，使得转子在运行过程中该区域内的刚度会呈现不对称的情况。若转子的运行速度已经达到了临界值，则会以2X的频率进行振动，使得转子裂痕问题发生，具体的诊断流程图如图1所示。

图1 转子裂痕故障诊断流程图

同时，在诊断故障的过程中，可以通过对转子运动状态的分析，了解其中的时域特征、频率特征、升速特征，从而实现对转子裂痕故障的诊断。而在解决的过程中，可以掌握装置以及汽轮机的轴承区域是否存在磨损的问题，让定子以及转子不会频繁地进行摩擦，让铁芯的外表损坏情况不会发生。这样，则可规避硅钢片发生短路的可能。另外，可以让工作人员用细锉将汽轮机表面的毛刺进行去除，使硅钢片不会发生短接的情况。增加绝缘漆的使用并在现场内进行烘干处理。若发电机内部发生受潮等情况，则会让铁芯的外表出现锈蚀问题。所以，可以运用砂纸的打磨方式，当现场内的整平工作实施完毕后，涂刷绝缘漆。

2.6 诊断转子不对中问题

一旦汽轮机组在运行的过程中发生转子不对中的情况，工作人员则可通过对转子运行频率图的观察，了解到转子的径向方向可能会发生改变，确认其已经变为了以往的2倍。而其中的多倍频与1倍频则起到辅助的作用，判定其平行不对中。并且，通过水平与垂直振幅的分析，了解其中可能出现的中偏差情况，通过对转子不对中状况的分析，确认其中所发生的振动故障是否严重。此时，若轴向的频率是以1X为主，可以在联轴器内进行连接，了解其中存在2个转子，二者之间的高差大约能够在π的范围。并且，存在角度不对中的问题。因此，若存在转子的振动频率高于2倍频，其中的波形就相对稳定，而联轴器两端的轴向与径向高差则是180°，可以判定其问题为组合不对中。如此，工作人员只需做好现场内的调节工作，防止转子在运动的过程中发生碰撞即可。

2.7 优化监测系统

传统的振动监测工作需要人工进行辅助，或是人工与设备的配合，完成对汽轮机的检测。但此种方式无法保证能够对其进行全天候的检测。所以，在当前的火电厂内，为保证现场内的检测工作能够顺利实施，可以运用在线监测以及系统诊断的方法，将以太网作为工作的前提。增加传感器的应用，让其与工控计算机进行连接。如此则可实现对汽轮机运行状况的合理控制，通过前段振动信号的使用，确认汽轮机是否存在异常的振动问题。

首先，可以运用数据采集模块的组建，让核心元件都能够在汽轮机的内部进行分布，增加振动传感器的应用，让其可以进行无间歇、全天候的数据采集，以确认是否存在振动信号。同时，可以通过数据预处理系统的构建，缓解中控中心的压力。例如，通过调理振动信号的方式，在现场内完成滤波、降噪以及放大等工作，区分振动信号的类型及来源，运用分类处理的方式，依靠数据库完成分区处理工作，以保证后续的振动故障能够被诊断及追溯。

其次，可以通过中心服务器模块的组建，增加1台工控pc的使用，将前端的振动信号进行整合，让工作人员运用系统预设的方式，完成标准信号内容的比对。如此，则可确认标准振幅的范围，运用异常故障的诊断方式，让系统在发现故障时及时报警。

同时，也可通过通信模块的应用，依靠以太网，完成数据信息的采集工作，利用中心服务器完成双向的通信。

2.8 规避辅助系统风险

在汽轮机辅助机油系统运行阶段，工作人员需要勘察轴颈的情况，若该区域内出现问题，则会造成轴颈发生损伤、划伤的可能，提高了油系统的故障概率。所以，为规避辅助油系统风险的发生，还需定期对汽轮机组进行保护处理，让系统在运行过程中不会出现不和谐的情况，以降低对机组带来的影响。

并且，在汽轮机内的转子进行运动的过程中，为规避辅助系统风险，可以掌握现场内存在的不平衡情况，防止轴径发生损坏，让此种不会频繁出现，并且，在辅助系统运维期间，应注重转子的特征频，当其为1X时，振幅则会控制在对应的范围内，使得汽轮机在运行过程中不会受到过多的影响，进而规避辅助系统发生风险。也可定期更换机件，防止振动相位持续变化。

2.9 实现系统功能

通过振动单元的应用，让汽轮机在运行过程中的常见故障能够被检测。首先，可运用专家系统，让其检索海量的数据内容，以老样本的训练方式，保证振动信号能够被全面地分析。如此，则可准确地判断故障问题，让系统能够生成故障的诊断报告。及时地让工作人员掌握系统中的故障产生原因。依靠对应的维修以及诊断方式，增加在振动问题处理环节的重要依据。其次，可以利用振动的诊断单元，检测瓦振、轴振、胀差和轴向位移的状态。这样一来，若轴向位移存在持续的变化，则可以及时地进行报警处理，以防止停机等问题的发生，使得轴向位移不会出现偏大等现象，防止动静部件出现过大的摩擦。

3 结语

综上所述，火电厂在运行过程中可能会发生汽轮机异常振动的问题，其作为一种常见的故障，不仅会危害火电厂中发电机组的运行安全，也会对其稳定性造成严重的影响，使得周围的居民无法正常地使用电。若汽轮机的运行问题未受到维修人员的关注，也会增加对社会的影响。所以，为避免汽轮机发生故障，应合理地创建在线监测系统，加强对故障原因的分析，让工作人员依靠接触式检测、非接触式检测法来确认故障点，从而逐一地排查故障问题的发生区域，使火电厂更加稳定、安全的运行。