火电厂汽轮机异常振动故障排查技术的研究

火电厂汽轮机异常振动故障排查技术的研究

董鹏飞

内蒙古上都发电有限责任公司 内蒙古锡林郭勒盟 027200

摘要：时代的发展，经济水平不断提升，带动了我国各领域的进步。目前，汽轮机作为火电厂的重点组成元素，其若在运行阶段出现异常响动，则会增加对火电厂生产系统带来的影响，无法保证发电系统能够正常工作。所以，必须运用行之有效的故障排查技术，实现对火电厂内汽轮机异常振动问题的处理，才能防止安全风险的出现。基于此，本文结合实际思考，首先简要分析了火电厂汽轮机异常振动的检测手段，其次阐述了火电厂汽轮机异常振动故障排查技术措施。以期对相关部门的工作有所帮助。

关键词：火电厂；汽轮机；异常振动；故障排查技术

引言

火电厂是我国供应电力能源的主要生产单位。要保证电力能源稳定生产，需要保障各项设备均处于正常运行状态。汽轮机作为关乎电力能源生产速率的重要设备，正逐步朝着更加智能化、自动化的方向发展，促使汽轮机结构呈现出更加复杂的状态。在生产过程中，汽轮机很可能会出现振动故障问题，直接影响其运行稳定性，因此对汽轮机振动故障进行诊断排查，成为火电厂关注的重点。

1汽轮机常见振动故障分析

1.1热振动

热振动是指发生在高温、高压的热部件上的振动，主要有以下两种类型。（1）轴向热振动。常见于高温间隙过小的部位，由于热膨胀的不均匀而引起振动，其表现形式是振动极大，但振动频率非常低。（2）径向热振动。常见于涡轮转子的叶片处，由于叶片热膨胀的不均匀而引起振动，其表现形式是振动的频率和转子自身转速有关。

1.2转子表面产生裂痕故障原因

汽轮机转子出现裂痕同样会引发振动故障。在汽轮机运行过程中，负荷快速提升时转子处于高温状态，负荷快速下降时转子则处于低温状态，负荷增减切换较为频繁，导致转子需要频繁转变温度状态。快速的冷热变化导致转子出现应力疲劳，在热应力影响下产生裂痕问题。在加工或安装转子的过程中，技术操作不规范，会导致转子结构表面应力不均匀，集中于某一点的应力将会在达到一定累积值后引发裂痕问题。另外，由于转子长时间处于高温蒸汽加工环境下，各种蒸汽中存在的杂质在高压运转下将会与转子产生持续碰撞，从而对转子结构造成一定的磨损。汽轮机加工中的酸性杂质也可能会腐蚀转子，导致其出现各种不同类型的裂痕问题。

2火电厂汽轮机异常振动故障排查技术

2.1于数据驱动的异常振动处理流程

基于数据驱动的火电厂汽轮机异常振动处理流程如图1所示。其具体工作场景包括：使用大量的振动、温度、压力等监测参数对汽轮机进行实时监测，并对获取到的数据进行集中存储和管理；利用数据挖掘和机器学习等技术手段，对存储的数据进行分析和建模，进行标签别，并根据预处理后的数据图形和时间序列分析进行异常检测；如果检测到异常，则进人专家系统，进行故障诊断，根据专家规则进行推理和判定；对异常的设备进行定位，确定故障原因，进行失效模式分析和失效机理分析，输出设备健康状态，完善故障诊断记录，并对其记录进行定期分析和汇总，形成安全稳定的数据分析平台；最终，输出应对措施，保障火电厂汽轮机设备的健康和稳定运行。该方案可提高生产效率，降低运维成本，提升设备稳定性和工作安全标准，实现快速、高效的异常振动故障诊断和处理。

图1基于数据驱动的汽轮机异常振动处理流程

2.2转子表面产生裂痕诊断技术

诊断是否由转子裂痕引发的振动故障，首先要检查汽轮机的整体刚度。若转子结构出现裂痕，则会导致局部刚度下降，进而在转子结构上呈现出不均匀的刚度分布。其次，进入临界转速后，转子结构将会出现2倍频率的振动现象，因此可根据时域特征判断是否因转子裂痕产生振动故障，包括转子出现热弯曲现象、临界转速明显降低、振动幅度上升、出现与预期不相符的平衡结果等。最后，可根据转子的升速特征加以诊断，包括低速运行时出现较大的时振现象、超过临界转速时产生振动且持续增大。若符合上述特征，则表示汽轮机的振动故障由转子裂痕造成。

图2转子裂痕特征汇总

2.3动静碰摩的特征表现与诊断方法

了解动静碰摩的典型特征可以帮助检修人员初步判断故障类型。转子与静子发生碰摩时主要有以下特征表现：其一是异常振动具有明显的周期性。这是由转子运行时周期性地与静子碰撞决定的；其二是碰摩点局部发热现象明显。转子碰撞摩擦静子时，由于转速较快，加上没有润滑油的保护，干摩擦会导致碰撞部位产生大量的热，因此静子的碰撞点处的温度要明显高于其他位置。根据上述特征初步确定动静碰摩故障后，还需要借助于仪器做进一步的诊断。通常是使用涡流传感器采集汽轮机运行是转子的振幅、频率等参数型号，然后与正常工况下的参数进行对比，如果发现参数有明显异常可以确定故障类型。

2.4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。

结束语

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。

参考文献

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