汽輪機振動故障分析概述
相關(guān)鏈接： 上海安全網(wǎng) 上海質(zhì)量網(wǎng) 上海論文網(wǎng) 上海資訊網(wǎng)
論文導讀：汽輪機是電力企業(yè)中的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，對其開展狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作，保障設(shè)備安全可靠的運行，可以取得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。汽輪機的故障診斷技術(shù)是借助機械振動、轉(zhuǎn)子動力學等理論深入研究和認識設(shè)備的故障機理;運用現(xiàn)代測試技術(shù)、測量技術(shù)、測量與監(jiān)視伴隨設(shè)備運行的振動、噪聲、溫度、壓力、流量等參數(shù)。從原則上講，凡傳統(tǒng)使用傅立葉分析的地方，都可采用小波分析，小波分析優(yōu)于傅立葉分析的地方是，采用小波包技術(shù)后，它在時域和頻域同時具有良好的局部化性質(zhì)，而且由于對高頻成分采用逐漸精細的時域和空域取樣步長，從而可以聚焦到對象的任意細節(jié)，故小波變換符合高頻信號的分辨率較高的要求，而且小波變換適當離散化后能構(gòu)成標準正交系，這無論是在理論上，還是在應(yīng)用上都是極其有用的。因此，在汽輪機振動信號的處理中，比傅里葉變換更加有效。
關(guān)鍵詞：汽輪機，振動，傅里葉變換，小波分析
1.前言
“設(shè)備故障診斷（Condition Monitoring andFaults Diagnosis）”是近年來發(fā)展起來的一門新興技術(shù)，包含兩方面的內(nèi)容：一是對設(shè)備的現(xiàn)場運行狀態(tài)進行檢測；二是在出現(xiàn)故障情況時對故障進行分析與診斷。
汽輪機是電力企業(yè)中的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，對其開展狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作，保障設(shè)備安全可靠的運行，可以取得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。汽輪機的故障診斷技術(shù)是借助機械振動、轉(zhuǎn)子動力學等理論深入研究和認識設(shè)備的故障機理;運用現(xiàn)代測試技術(shù)、測量技術(shù)、測量與監(jiān)視伴隨設(shè)備運行的振動、噪聲、溫度、壓力、流量等參數(shù)；利用信號分析與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，對這些參數(shù)的模擬或數(shù)字信息進行處理；建立動態(tài)信息與設(shè)備故障之間的聯(lián)系，運用智能科學技術(shù)確定設(shè)備的診斷思想；以計算機技術(shù)為核心，建立故障監(jiān)測與診斷的系統(tǒng)。
2．汽輪機振動分類
轉(zhuǎn)子及軸系的振動是造成汽輪發(fā)電機組振動故障的主要原因。軸和軸系在機組內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，其常見故障有不平衡、彎曲、油膜渦動、不對中以及由此而產(chǎn)生的變形碰摩等。論文發(fā)表。以下就各種情況的振動特征作簡要分析。論文發(fā)表。[1]
2.1不平衡軸的不平衡一般有:靜不平衡、雙面不平衡，動不平衡和動靜不平衡4種。在軸系存在靜不平衡的情況下，它是一個截面的不平衡，軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生一個不平衡力矩M，并呈周期性變化，形成一階轉(zhuǎn)頻的振動。
其他三種不平衡狀態(tài)是多個截面的不平衡，每一個截面的不平衡所激發(fā)的橫向振動與靜不平衡是一樣的，只是各截面上振動相位和幅值大小有差異，其特征頻率仍然是
。
不平衡故障特征：振動的時域波形為正弦波；頻譜圖中能量集中于基頻；當轉(zhuǎn)子角速度
< 
(固有頻率)時，振幅隨的增大而增大;當>時，增大時振幅趨于一個較小的穩(wěn)定值；當接近時發(fā)生共振，振幅具有最大峰值；當工作轉(zhuǎn)速一定時，相位穩(wěn)定；轉(zhuǎn)子的軸心軌跡為橢圓；轉(zhuǎn)子的進動特征為同步正進動；振動的強烈程度對工作轉(zhuǎn)速的變化很敏感。
2.2軸彎曲軸和軸系安裝不良、熱變形和自重都會引起軸的彎曲。軸的彎曲實質(zhì)上是軸的不平衡的又一種表現(xiàn)。在軸旋轉(zhuǎn)時這種不平衡會導致一階轉(zhuǎn)頻的橫向振動，同時還會產(chǎn)生一階轉(zhuǎn)頻的軸向振動和二階轉(zhuǎn)頻2的橫向振動。
軸彎曲的故障特征：特征頻率為1X，常伴頻率為2X；振動特性穩(wěn)定，振動方向為徑向、軸向；相位特征穩(wěn)定；軸心軌跡為橢圓；進動方向為同步正進動；振幅隨轉(zhuǎn)速變化較為明顯，隨負荷變化不明顯。論文發(fā)表。
2.3軸不對中與連軸節(jié)的故障軸系安裝中軸有彎曲并存在較大間隙等都會導致軸系不對中，從而在旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生振動，使聯(lián)軸節(jié)處于不正常工作狀態(tài)。軸系不對中分為軸線平行且偏離一段距離、兩軸線交叉和兩軸線交錯等幾種形式。
軸系不對中在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生振動不對中會激發(fā)出一階轉(zhuǎn)頻. 的軸向振動，同時會產(chǎn)生二階轉(zhuǎn)頻2的橫向振動。
二階轉(zhuǎn)頻2橫向振動和一階轉(zhuǎn)頻的軸向振動是不對中故障狀態(tài)的特征。如果二階轉(zhuǎn)頻橫向振動的振幅是一階轉(zhuǎn)頻橫向振動的振幅的30%-75%時，則此不對中度(即不同軸度)聯(lián)軸節(jié)還可承受；若達到75%-150% 時，則聯(lián)軸節(jié)會產(chǎn)生故障；若超過150% 時，則會使聯(lián)軸節(jié)產(chǎn)生嚴重故障，加速磨損以至不能使用。
軸不對中故障特征：特征頻率2X，常伴頻率1X、 3X；振動特性穩(wěn)定，振動方向為徑向、軸向；相位特征較穩(wěn)定；軸心軌跡為雙環(huán)橢圓；進動方向為正進動；振幅隨轉(zhuǎn)速、負荷變化都較為明顯。
其他故障還有碰摩和油膜渦動[2]等。
3.振動信號分析
在振動信號分析中，通常采用的是傅立葉變換，雖然傅立葉變換能較好地刻劃信號的頻域特性，但幾乎不提供信號在時域上的任何信息。這樣我們在信號分析中面臨如下一對基本矛盾:時域與頻域的局部化矛盾。即我們?nèi)粝朐跁r域上得到信號足夠精確的信息，就得不到信號在頻域上的信息，反之亦然。
從原則上講，凡傳統(tǒng)使用傅立葉分析的地方，都可采用小波分析，小波分析優(yōu)于傅立葉分析的地方是，采用小波包技術(shù)后，它在時域和頻域同時具有良好的局部化性質(zhì)，而且由于對高頻成分采用逐漸精細的時域和空域取樣步長，從而可以聚焦到對象的任意細節(jié)，故小波變換符合高頻信號的分辨率較高的要求，而且小波變換適當離散化后能構(gòu)成標準正交系，這無論是在理論上，還是在應(yīng)用上都是極其有用的。小波分析克服了傅立葉變換不適用于非平穩(wěn)信號分析、不能同時進行時間一頻率局域性分析等缺點，代表了信號分析發(fā)展的一個新階段。[3]
小波分析是傅立葉分析思想上的發(fā)展和延拓。二者是相輔相成的，但有以下不同：
(1) 傅立葉變換的實質(zhì)是把能量有限信號分解到以{
}上;小波變換的實質(zhì)是把能量有限信號分解到以
(j=1,2,…，J)和
所構(gòu)成的空間上。
(2) 傅立葉變換的基函數(shù)為三角函數(shù)，具有唯一性；Wavelet變換的小波函數(shù)具有多樣性。
(3)在頻率分析中，傅立葉變換具有較好的局部化能力，特別是對于那些頻率成分較簡單的確定信號，傅立葉變換很容易把信號表示成各頻率成分的疊加;但在時域中，它沒有局部化能力。
4.結(jié)論 汽輪機振動是影響機組安全運行的一個重要指標。產(chǎn)生振動的原因是多種多樣的，不同的原因有不同的振動特征。小波變換是近年來興起的信號分析手段。在數(shù)學領(lǐng)域，它被認為是現(xiàn)代付立葉分析的重大突破。小波變換優(yōu)于付立葉變換的地方在于它在時域和領(lǐng)域同時具有良好的局部化性質(zhì)，可以聚焦到信號的任意細節(jié)。因此，在汽輪機振動信號的處理中，比傅里葉變換更加有效。
參考文獻
[1] 馮志鵬，宋希庚，薛冬新等.旋轉(zhuǎn)機械故障診斷理論與技術(shù)進展綜述.振動與沖擊，2001,Vol. 20No. 4: 36-39
[2]陳進 機械設(shè)備振動監(jiān)測與故障診斷[M].上海交通大學出版社，1999.71-74.
[3]劉貴忠等.小波分析及應(yīng)用.西安電子科技大學出版社，1995
