汽轮机设备故障诊断技术研究文献综述

汽轮机设备故障诊断技术研究

1 选题背景及意义

随着现代科学技术的进步与发展，设备越来越大型化，功能越来越多，结构越来越复杂，自动化程度越来越高。随之而来的问题是，一旦关键设备发生故障，不仅会造成巨大的经济损失，而且可能危及人身安全，产生重大的社会影响。因此，人们对设备的安全、稳定、长周期、满负荷运行的要求越来越迫切，希望能即时了解设备运行状态、预防故障、杜绝事故。（1）本文介绍了汽轮机设备故障诊断技术的发展与对其研究的主要内容，以便人们能更好的运行设备。

设备故障诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。（4）这项技术最初形成于英国，由于其实用性以及为企业和社会带来的效益，日益受到企业政府的重视。特别是近三十年来，随着科学的技术的不断进步和发展，尤其是测试技术、计算机技术的迅速发展，它已经逐步形成了一门较为完整的学科。该学科以设备管理、状态监测和故障诊断为内容，以建立新的维修体质为目标，在欧美、日本以不同形式得到推广，在国际上称为一大热门学科。（2）近年来，振动与噪声理论、测试技术、信号分析与数据处理技术、计算机技术及其他相关基础学科的发展，为设备状态监测与故障诊断技术打下了良好的基础，而工业生产逐步向大型化、高速化、自动化、流程化方向发展，又为设备状态监测与故障诊断技术开辟了广阔的应用前景。（7）可以预见，这项源于身缠生产实际、又与近代科学技术发展密切相关的新兴学科在实际生产中必将发挥越来越大的作用。（10）

2 故障诊断研究现状

2.1 测试技术

测试是测量与试验的概括，是人们借助于一定的装置，获取被测对象有相关信息的过程。测试包含两方面的含义：一是测量，指的是使用测试装置通过实验来获取被测量的量值；二是试验，指的是在获取测量值的基础上，借助于人、计算机或一些数据分析与处理系统，从被测量中提取被测量对象的有关信息。测试分为动态测试和静态测试。如果被测量不随时间变化，这样的量称为静态量，相应的测试称为静态测试；反之为动态。（9）

2.2 信号分析

设备在运行过程中会产生各种表征其状态的物理现象，并引起相应参数的变化，这些为设备的观测、监视提供了可能性。通常把这些参数变换成容易测量、

处理和记录、显示的物理量，这些物理量统称为信号。通过对信号进行分析、处理、变换、综合、识别，可以作为判断设备运行和诊断设备故障的依据。（13）信号分为动态和静态两大类，而动态信号又分为确定性信号和随机信号。确定性信号是指能精确地用明确的数学关系式来描述的信号。无法用确定的数学关系式表示的信号则为随机信号。直接观测的信号一般是随时间变化的物理量，即以时间作为独立变量，称为信号的时域描述。这种描述虽然比较直观，但仅从时域侧面揭示信号的幅值随时间变化的特征无法反应信号的频率结构，有一定的局限性。为了研究信号的频率结构和各频率成分上的幅值大小，常常需要把信号从时域转换到频域。（14）

2.3 诊断方法

故障诊断是在状态监测与信号分析处理的基础上进行的。（8）可以按不同的方法对故障诊断技术进行分类：

（1）按诊断目的、要求和条件的不同可以把故障诊断技术分为：

①功能诊断和运行诊断。功能诊断是指对新安装或刚维修设备及部件的运行工况和功能进行检测和判断，并根据检测与判断的结果对其进行调整。而运行诊断是指对正在运行中的设备或系统进行状态监测，以便对异常的发生和发展进行早期诊断。（3）

②定期诊断和连续监测。定期诊断是指间隔一定时间对服役中的设备或系统进行一次常规的检查和诊断。而连续监测则是采用仪器仪表和计算机信号处理系统对设备或系统的运行状态进行连续监视和检测。

③直接诊断和间接诊断。直接诊断是指直接根据关键零部件的状态信息来确定其所处的状态的一种诊断。直接诊断迅速可靠，但往往受到机械结构和工作条件的限制而无法实现。间接诊断是指通过设备运行中的二次诊断信息来间接判断关键零部件的状态变化。在间接诊断中往往会出现伪警或漏检的情况。

④在线诊断和离线诊断。在线诊断是指对现场正在运行中的设备进行的自动实时诊断。而离线诊断则是通过磁带记录仪将现场测量的状态信号记录下来，带回实验室后再结合诊断对象的历史档案进行进一步的分析诊断，或通过网络进行的诊断。

⑤常规诊断和特殊诊断。常规诊断是指在设备正常服役条件下进行的诊断。信号在常规诊断中采集不到时，就要考虑采用特殊诊断。

⑥简易诊断和精密诊断。简易诊断一般由现场作业人员凭着听、摸、看、闻或借助便携式简单诊断仪器对设备进行人工监测、判断设备是否出现故障。精密诊断由精密诊断专家借助先进的传感器、精密诊断仪器和各种先进分析手段实施的诊断。通过检测、分析，确定故障类型、程度、部位和产生故障的原因，了解

故障的发展趋势。（3）

（2）按诊断的物理参数对诊断技术进行分类，可将诊断技术分为振动诊断技术、声学诊断技术、温度诊断技术、污染诊断技术、无损诊断技术、压力诊断技术、强度诊断技术、电参数诊断技术、趋向诊断技术、综合诊断技术等。（5）（3）按诊断的直接对象对诊断技术进行分类，可将诊断技术分为机械零件诊断技术、液压系统诊断技术、旋转机械诊断技术、往复机械诊断技术、工程结构诊断技术、工艺流程诊断技术、生产系统诊断技术、电器设备诊断技术等。（8）2.4锅炉的故障诊断

锅炉对于火电厂来讲属于重大关键设备，其系统复杂，自动化程度高，工作环境差，是高故障率和故障危害性较大的场所，所以对其监测和诊断也是非常必要的。（15）诊断方法主要有：基于知识的方法、基于解析模型的方法、基于信号处理的方法等。

3 本文的主要内容

随着科技的不断进步，设备的安全运行受到了进一步的重视，设备状态监测与故障诊断技术显得也越来越重要。（16）本文比较系统的地讲述了国内外大型旋转机械在线监测与故障诊断系统及主要性能，并详细的介绍了状态监测和诊断的方法，为生产一线人员开展工作提供了方便。（1）

4 参考文献

（1）盛兆顺，尹琦岭《设备状态监测与故障诊断技术应用》化学工业出版（2）谷俊杰，丁常富《汽轮机控制、监视和保护》中国电力出版社

（3）吴季兰《汽轮机设备及系统》中国电力出版社

（4）廖伯瑜《机械故障诊断基础》北京冶金工业出版社

（5）楼应侯，蒋亚楠《机械设备故障诊断与监测技术的发展趋势》机床与液压

（6）陈大禧《机械设备故障诊断基础知识》湖南大学出版社

（7）施维新《汽轮发电机组振动与事故》中国电力出版社

（8）裘烈钧《大型汽轮机运行》水利电力出版社

（9）黄声亨，尹晖《变形监测数据处理》武汉大学出版社

（10）李青岳《工程测量》测绘出版社

（11）屈梁生，何正嘉《机械故障诊断学》上海科技出版社

（12）张瑞林《设备故障诊断学》

（13）徐敏《设备故障诊断手册》西安交通大学出版社

（14）佟德春《工程信号处理及应用》上海交通大学出版社

（15）卢文祥，杜润生《工程测试与信息处理》华中科技大学出版社

（16）杨叔子《机械故障诊断的时序方法》西安交通大学出版社