（中山火力发电有限公司广东中山）
摘要：在影响电力生产的诸多因素中，汽轮发电机组振动仍是主要问题之一。振动影响到新投运机组不能按期投运；在电力生产中，因机组振动过大，被迫停运和降负荷的事故更是屡屡发生。因此，研究汽轮发电机组振动故障诊断技术对机组的安全稳定运行有着十分重要的意义和巨大的经济效益。
关键词：汽轮机组；故障诊断；振动
一、引言
汽轮机组异常振动是汽轮机常见故障中较为复杂的一种故障。由于机组的振动往往受多方面的影响，只要跟机组本体有关的任何一个设备或介质都会是机组振动的原因，比如进汽参数、疏水、油温、油质、等等。因此，针对汽轮机异常震动原因的分析就显得尤为重要，只有查明原因才能对症维修。针对导致汽轮机异常振动的不同原因分析是维修汽轮机异常振动的关键。
二、汽轮机故障诊断的发展前景与趋势
大型机组的结构特点和运行条件决定了汽轮机组的故障诊断要快速、准确、高效和实时。为了满足上述要求，汽轮机组诊断技术将会在以下几个方面取得进展。
（一）全方位的检测技术
针对汽轮机及其系统各类故障的各种新检测技术将是一个主要的研究方向，会出现许多重要成果。目前，故障诊断系统所用的传感器都是常规的传感器，检测诊断对象的动态信号主要有振动、温度、压力、流量、噪声、应力和位移等。各种新型传感器（如光学传感器、光纤传感器、化学传感器等）的应用，特别是各种多功能集成式传感器和智能化传感器的应用，将大大提高对诊断对象状态信息的识辨力，提高诊断结果的准确率。
（二）故障机理的深入研究
故障机理的深入研究将不断的推动故障诊断技术的发展。目前，对汽轮机组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。汽轮机的故障诊断研究都是从振动信号入手，并从诊断信号中提取故障征兆，从而建立起故障征兆集合和故障集合之间的映射关系。研究汽轮机组故障机理的方法有现场试验法、实验室模拟研究法和计算机仿真法。故障机理的研究将集中在对渐发故障定量表征的研究上，研究判断整个系统故障状态的指标体系及其判断阈值将是另一个重要方向。
（三）综合诊断
汽轮机故障诊断，将从以振动诊断为主向综合考虑热影响诊断、性能诊断、逻辑顺序诊断、油液诊断、温度诊断等方向发展，更符合汽轮机故障诊断的特点和实际。
（四）诊断与仿真技术的结合
计算机仿真法是现在研究旋转机械故障机理和故障行为的常用方法。该方法是先建立描述设备状态和行为的数学模型，再开发出相应的仿真软件，然后对一些典型的故障进行数值仿真。其优点为：不受现场和实验室的条件限制；能定量的建立故障状态和故障特征之间的关系；能反复模拟不同的边界条件和初始条件下的故障形态和故障特征。诊断与仿真技术的结合将主要表现在，通过故障仿真辨识汽轮机故障、通过系统仿真为诊断专家系统提供知识规则和学习样本、通过逻辑仿真对系统中部件故障进行诊断。
三、汽轮机常见振动故障及原因
（一）转子不平衡
转子不平衡是各种旋转机械中普遍存在的问题，也是最常见的振动故障之一。不平衡的转子在旋转工作过程中，由于周期性的离心惯性力对转子的激励作用，将产生强迫振动而影响转子的平衡运转，严重时甚至会损坏转子。引起转子不平衡的原因是多方面的，常见的有原始质量不平衡、转子热不平衡、转子热弯曲、旋转部件脱落、转子部件结垢等。
（二）转子动静碰磨
汽轮机组的径向和轴向碰磨通常发生在隔板汽封、叶片围带汽封以及轴端汽封部位，径向碰摩还可能发生在各轴承的油挡、挡汽片部位。发电机的径向碰磨通常发生在密封瓦处。
机组动静碰摩通常有下列起因：
（1）转轴振动过大。造成振动过大可以是质量不平衡、转于弯曲、轴系失稳等，不管何种起因，大振动下的转轴振幅一旦大到动静间隙值，都可能与静止部位发生碰磨。因此，和动静碰磨有关的机组故障中，碰磨常常是中间过程，而非根本原因。
（2）由于不对中等原因使轴颈处于极端的位置，整个转子偏斜。非转动部件的不对中或翘曲也会导致碰磨。
（3）动静间隙不足。有时是设计上的缺陷所造成的，设计人员将间隙定为过小的量值，向安装部门提供的间隙要求值同样太小。它也经常是安装、检修的原因，动静间隙调整不符合规定所致。
（4）缸体跑偏、弯曲或变形。开机过程中，上下缸温差过大，造成缸体弯曲变形，是碰磨弯轴的主要运行原因之一。
（三）转子不对中
转子不对中通常是指相邻两转子的轴心线与轴承中心线的倾斜或偏移程度。转子不对中可分为连轴器不对中和轴承不对中，其中连轴器不对中又可分为平行不对中、偏角不对中和平行偏角不对中三种情况。
因此，不对中故障特征是：转子径向振动出现二倍频，以一倍频和二倍频分量为主，不对中越严重，二倍频所占的比例越大；相邻两轴承的油膜压力反方向变化，一个油膜压力变大，另一个则变小；典型的轴心轨迹为香蕉形，正进动；连轴器不对中时轴向振动较大，振动频率为一倍频，振动幅值和相位稳定；轴承不对中使径向振动较大，有可能出现高次谐波，振动不稳定；振动对负荷变化敏感。当负荷改变时，由连轴器传递的扭矩立即发生改变，如果连轴器不对中，则转子的振动状态也立即发生变化。
（四）油膜振荡
不考虑非线性作用力的油膜振动的机理研究比较成熟，简述如下：轴颈在轴承中转动时受到油膜的挤压力，当用油膜的八个动力特性系数表示时，主要是指交叉刚度系数和交叉阻尼系数引起的循环力和陀螺力。当其切向分量大于阻尼力时转轴将产生涡动，也就是说转子一方面绕其轴心线高速旋转，转速为Ω，其轴心本身也在不稳定的运动。当载荷较小，不考虑轴的变形时，可以证明：当Ω大于失稳转速时轴颈出现涡动，涡动频率ω小于Ω/2。
随着转速Ω上升，涡动频率ω也随着上升，当涡动频率接近转子的临界转速时（通常为轴系最低一阶临界转速），产生共振，表现为剧烈的振动现象，称为油膜振荡。因此产生油膜振荡的必要条件是：轴承的失稳转速低于实际可能的转速；机组的一阶临界转速低于实际可能的转速的一半。
四、汽轮机振动故障诊断体系
（一）转子工作状态信号的采集
汽轮机转子的实时工作状态主要是通过安装在设备各个适当部位的大量传感器，例如电涡流、电感式等多种传感器，来监测和收集机组的状态信号如胀差、振动和偏心等特征信息。这些机械物理量被智能计算机系统转换为电流、电感和电压等电量信号，由信号处理系统把电量参数标准化，并最终识别获取能够统一表征汽轮机运行状态的模拟量信息，这些模拟量信号将被用作设备诊断和检修的参考信息。
（二）事故信号特征的提取
经过针对不同类型的故障，分析汽轮机组的常见的事故原理及其信号处理方法，我们发现表征各种故障的信号特征也有各自不同的特点。找出体现机组故障的多种信号特征，将采集的初始信号经过各种成熟的信号处理方法，归纳总结处理各种故障征兆，将最终为接下来的各方面工作提供有效的初始数据保障。
（三）故障状态识别与趋势分析
机组工作状态信息采集处理完成以后，在此基础上可以利用成熟的或者已知的技术与数据对机组的状态做初步识别，推断设备是否处于正常运行状态。若存在异常运行状态时，状态检测系统应介入汽轮机系统，推断故障产生的部位以及原因。若机组运行保持正常平稳，则可以进一步比对历史监测数据，预判今后一段时间内机组的运行走向，并且要做好相应的处理预案，应对可能产生的危险和潜在的不稳定因素，并做出预警。
参考文献
[1]董恒.汽轮机故障诊断技术的发展与展望[J].硅谷,2013,20:6+13.
[2]陈立军,孙凯,侯媛媛,海冉冉.基于极限学习机的汽轮机故障诊断[J].化工自动化及仪表,2013,04:435-438.
作者简介
李强（1984.10-），陕西人，本科，发电厂运行值长，火力发电厂安全经济运行。