汽轮机故障诊断技术

汽轮机故障诊断技术

摘要：当前我国的发展已经愈来愈迅速，在经济的持续稳定的增长下，工业的

发展以及科学技术的进步也在不断的发生变化。其中汽轮机的发展与以往相比就

有着比很大的跨越，我国的工业生产在当下正以迅猛的速度向前攀升，而工业生

产中的相关设备也愈来愈先进，在设备的安全性以及可用性方面也受到了当下很

多人的关注。本文主要就当前的汽轮机故障的诊断技术进行详细的分析探究，希

望能够对此领域的发展起到一定的促进作用。

关键词：汽轮机；故障；诊断技术

1 前言

伴随我国对工业发展的越来越高度重视，人们对工业设备的运行安全性、稳

定性与可靠性等多方面提出了更高的要求。如何加强机械设备故障诊断，降低故

障发生几率成为现代工业领域工作的首要任务。汽轮机作为电力生产中的重要设

备之一，一旦其发生故障将会给整个电力系统带来巨大的不良影响，甚至引发人

员伤亡事故。因此，非常有必要对汽轮机故障进行分析与诊断，这样才能有效提

高汽轮机的安全性与可靠性。

2 汽轮机故障分析方法

对于汽轮机而言，其故障普遍表现为机组振动过大。在现场故障诊断中，常

用到的故障分析方法便是振动分析法。

2.1波形分析法

时间波形是最初的振动信息源。由传感器进行输出的振动信息在普遍情况下

均为时间波形。对一些有着明显特征的波形，可以直接用于设备故障的判断。波

形分析简易直观，这也是波形分析法的优势之所在。

2.2轨迹分析法

对于轴承座的运动轨迹而言，转子轴心直接性地对转子瞬时的运动状态反应

出来，并且涵盖了很多关于机械运作情况的信息[2]。由此可见，对于设备故障的

诊断，轨迹分析法的作用是非常明显的。基于正常状态，轴心轨迹具有稳定性，

每一次转动循环一般情况下均保持在相同的位置上，且轨迹普遍上是相互重合的。在轴心轨迹的形状与大小呈现不断变化的势态时，便表现转子运行状态不具稳定性。面对此种情况，需进行及时有效的调整工序，不然极易致使机组失去稳定性，进而造成停车事故的发生。

2.3频谱分析法

对于设备故障的分析，频谱分析法在应用方面极具广泛性。普遍应用到的频

谱有两种：其一是功率谱；其二是幅值谱。其中，功率谱代表在振动功率随振动

频率的分布状况，其物理含义较为清晰。幅值谱代表相对应的各个频率的谐波振

动分量所具备的振幅，在应用过程中，幅值谱具有直观的特点。并且，幅值谱的

谱线高度便是此频率分量的振幅大小。总之，对于频谱分析法而言，其目的便是

把形成信号的每一种频率成分均进行分解，以此为振源的识别提供方便。

3 汽轮机故障诊断技术的发展

3.1信号采集与信号分析

3.1.1传感器技术

目前汽轮机工作的环境较为特殊，在汽轮机故障诊断过程中容易受到周围环

境的干扰，使诊断的结果产生一定的误差，针对此类情况，应当提高故障诊断技

术的传感器性能，对于传感器的使用性能和可靠性进行研究，从而减少在故障诊

断当中误诊和漏诊的现象。

3.1.2信号分析与处理

信号的分析主要针对在汽轮机故障诊断中对于振动信号的处理能力，在一般

的汽轮机故障诊断系统当中，通常采用傅里叶变换的基本思想，傅里叶变换的思

想对一般的信号频率转换成函数的分析模式，并且具有一定的规律，在日常的使

用中对于这种频率信号的测量结果不会产生影响，但是在故障诊断时信号的频率

会产生多种变化的情况，通常是不稳定的，所以在故障诊断技术当中信号的诊断

和分析，仍旧是目前有关机构研究的课题。

3.2故障机理与诊断策略

3.2.1故障机理

故障机理是故障的内在本质和产生原因。故障机理的研究，是故障诊断中的

一个非常基础而又必不可少的工作。目前对汽轮机故障机理的研究主要从故障规律、故障征兆和故障模型等方面进行。由于大部分轴系故障都在振动信号上反映

出来，因此，对轴系故障的研究总是以振动信号的分析为主。

3.2.2诊断策略和诊断方法

在汽轮机故障诊断中用到的诊断策略主要有对比诊断、逻辑诊断、统计诊断、模式识别、模糊诊断、人工神经网络和专家系统等。而目前研究比较多的是后面

几种，其中人工神经网络和专家系统的应用研究是这一领域的研究热点。

3.3汽轮故障机诊断的关键点

3.3.1温度监测

相关的检测系统主要针对汽轮机两种情况下的温度进行测量，第一种是转子

支撑情况的轴承和轴瓦的温度，主要针对汽轮机轴瓦的温度，从而判断冷润滑冷

却的程度，如果冷却的程度无法达到标准就表示会产生故障的情况越大；而第二

种是汽缸金属与汽缸壁之间的温度差，对于温度差的检测是针对汽缸受热情况分

析主要凭证，温差过大会产生汽缸内部的动静间隙变少甚至消失，从而产生摩擦

导致停机的现象。振幅。振幅是汽轮机监测系统中比较关键的参数，在KIT系统

中主要检测轴承以及转子的振动。它是反映转子运行状况以及轴承自身稳定状况

的依据。

3.3.2热变形

由于热态时金属有较大的热变形，因此汽轮机设置了较为严密的滑销系统以

保证汽缸和轴承按照指定的方向来膨胀，以防止发生动静碰磨。汽缸的绝对膨胀

和相对膨胀（差涨数据是反映汽缸内部间隙情况的重要依据。

3.3.4管道设计

管道设计布置不合理，汽轮机热态运行时汽缸受到的外应力过大，造成中心

走动太多，引起机组的强烈振动特别是功率大的背压式汽轮机，进、排汽管道的

布置极为重要，需用弹簧吊架的一定要用，不能省略。否则汽机在热态中运行时

受外力的牵连过大，会造成汽缸变形、中心偏移等现象。

4 汽轮机故障诊断技术的发展趋势

4.1故障机理研究力度的加大

故障机理是故障诊断的首要工作，随着时代的发展，人们越来越认识到故障

机理分析对于汽轮机故障诊断的意义，在可预见的未来，各种科技手段的不断应

用以及本行业专家和技术人员经验的积累都会促进故障机理研究水平的提高，将