王中平
哈尔滨电气股份有限公司
【摘要】机械故障理论和技术研究已日趋深入，但如何将其成果应用到生活当中也成为这种方法研究的最重要的环节。汽轮发电机组是电力生产的重要设备，由于其设备结构的复杂性和运行环境的特殊性，危害性大，因此对于其故障修复的知识储备是必不可少的，而汽轮发电机组常见的故障就是振动故障，因此本文将对汽轮发电机组的振动故障做一个简要的分析。
【关键词】汽车发电机组；振动故障；研究
前言
随着汽轮机功率的增大，在轴承座刚度相当大的情况下，转子的较大振动并不能在轴承座上反映出来。应该直接测量专责的振动数值作为振动标准才是合理的，在运行中，一旦发现异常，除应加强对有关参数的监视、仔细倾听汽轮机内部声音外，还应视具体情况立即减负荷乃至停机检查。必要时通过各种试验来分析机组振动异常的原因，采取相应的处理方式及消除措施。
1.汽轮机组振动范围的原因
汽轮机组振动范围的规定对设备的危害不大，因而是允许的。汽轮发电机组的振动是一个比较复杂的问题。造成振动的原因很多，但是我们只要能抓住矛盾的特殊性，即抓住振动时表现出来的不同特点，加以分析判断，就有可能找出振动的内在原因并予以解决。
值得注意的是，随着汽轮机功率的增大，在轴承座刚度相当大的情况下，转子的较大振动并不能在轴承座上反映出来。
振动是指一种周期性的往复运动，处在高速旋转下的汽轮发电机组，在正常运行中总是存在着不同程度和方向的振动。对于振动，我们希望它越小越好。
汽轮发电机组振动过大时可能引起的危害严重后果如下：
（1）机组部件连接处松动，地脚螺丝松动、断裂
（2）机座二次浇灌体松动，基础产生裂缝
（3）汽轮机叶片力过高而疲劳折断
（4）危机保安器发生误动作
（5）通流部分的轴封装置发生摩擦或磨损，严重时可能引起主轴的弯曲
（6）滑销磨损，滑销严重磨损时，还会影响机组的正常热膨胀，从而进一步引起更严重的事故
（7）轴瓦乌金破裂，紧固螺钉松脱、断裂
（8）发电机转子护环松弛磨损，芯环破损，电气绝缘磨破，一直造成接地或短路
（9）励磁机整流子及碳刷磨损加剧等
从以上几点可以看出，振动直接威胁着机组的安全运行。因此，在机组一旦出现振动时，就应及时找出引起振动的原因，并予以消除，绝不允许在强烈振动的情况下让机组继续运行。
2汽轮发电机组振动原因的实验
（1）励磁电流试验的目的在于判断站东是否由电气方面的哪些原因引起的，以及是由电气方面的哪些原因引起的。如加上励磁电流后机组发生振动，断开励磁电流振动流失。则肯定振动是有电气方面的原因造成的，此时可继续进行励磁电流试验。
（2）转速试验的目的在于判断振动和转子质量不平衡的关系，同时可找出转子的临界转速和工作转速接近的程度，试验一般在启动过程中进行。转速每升高100-200r/min记录振动值一次，试验的最高速最好取为105%工作转速，以便观察振动变化的趋向。本试验可在汽轮机与发电机断开情况下进行，也可在连接情况下进行。通过本试验还应检查临界转速和工作转速是否过于接近。一般设计时应使二者相差30%左右，但由于运行期间拆去了一些零件或在转子上加工等，就有可能十分精确而达到完全平衡，这样工作转速临界转速过劲，机组运行中必然要发生较大振动。
（3）负荷试验的目的在于判断振动与机组中心，热膨胀、转子质量不平衡的关系，判断传递力矩的部件是否有缺陷。实验可以升负荷方式进行，也可以降负荷方式进行，一般可分为零负荷、1/4负荷、1/2负荷、3/4负荷和满载负荷五个等级。每一集附和测量振动梁刺，即负荷刚改变后立即测量一次。负荷稳定在30min后在测量一次。做负荷试验时在测量振动的同时必须测量机组的热膨胀情况。
（4）轴承润滑油膜的试验的目的在于判断是否是因为油膜不稳，油膜被破坏或轴瓦紧力不当所引起的。试验是在保证轴承润滑油压和油量的条件下通过改变油温来进行的，油温变动范围一般是正常油温的正负5℃，油温每变化1℃测量振动一次，并在上、下限油温时稳定30min后各多测振动一次。
3国内汽轮发电机组故障诊断技术的发展现状
3. 1 故障诊断方法的研究
当前国内机组故障诊断的方法有两类： 传统的基于人工智能的专家系统和人工神经网络， 前者的标准模式由知识库、推理机和人机接口组成； 后者是由大量简单地处理单元相互连接组成的网络， 各种网络模型中应用最多最有成效的是前微小多层神经网络， 这种网络在学习过程采用了 BP 算法， 故又称为 BP 网络。 后期发展的模糊神经网络是将神经网络和模糊数学相结合， 即具有联想、 学习、 自适应性， 又能进行模糊推理。
3. 2 振动信号处理方法的现状和新方法前景
振动信号数据的处理分析技术近 10 多年发展很快， 从模拟分析到利用计算机分析， 通过软件和硬件两条途径， 分析速度和性能得到迅速提高。 在绝大多数情况下， 汽轮发电机组振动故障信号是平稳的， 因而在各种方法中， 快速傅里叶变换的频谱分析仍是当前应用最广， 最有效的频域分析方法，国内神经网络和专家系统采用的信号特征仍然以频谱为主。
4 汽轮发电机组故障诊断方法研究
4. 1 传统诊断方法
传统诊断方法主要包括阈值诊断、 时域波形诊断、 频谱特性诊断、 指纹诊断等。 阈值诊断方法简单， 不能全面有效地对设备进行诊断， 一般只作为常规检查， 时域波形和频率特性是根据时域、 频域特征， 能较全面的反应设备故障特征，但对复杂的、 非线性的故障难以进行有效的诊断和识别。 指纹诊断是将设备的待俭模式与样本模式进行对照来判断设备的状态， 较阈值诊断要全面一些， 但必须不断积累数据， 建立全面的样本模式， 对大型机组诊断时， 计算量比较大， 不能满足实时性的要求。
4. 2 现代诊断方法
由于汽轮发电机组振动故障复杂性、 随机性和耦合性等特点， 传统的故障诊断方法越来越不能满足现代汽轮发电机组设备的故障诊断技术要求。 因此， 一些新的现代诊断方法开始应用于汽轮发电机组的故障诊断中去。 目前主要有以下几个方向： 一是建立各类专家系统， 二是模糊诊断方法， 三是建立人工神经网络。
5 汽轮发电机组故障诊断的发展方向
5. 1 开发混合智能故障诊断系统
由于汽轮发电机组故障非常复杂、 随机性大， 影响因素多， 而且一个主要故障经常伴随其它几个故障同时发生， 这就增加了人们对故障类型准确识别的难度。 单一利用一种诊断方法已经难以对汽轮发电机组的故障进行全面正确的诊断， 必须综合利用多种方法才能取得令用户满意的效果。 清华大学的蒋东翔等提出了大型汽轮发电机组分层次的混合智能诊断方法和分布式的诊断推理控制策略， 即不同的诊断阶段采用不同的诊断方法， 实际应用中发挥了一定的作用。
5.2 发展基于局域网和互联网的多机组远程诊断系统
基于局域网的故障诊断系统是将具有两台以上机组的电厂的诊断参数通过企业的内部局域网进行诊断， 一方面可以资源共享， 一方面又避免使用多套监测装置而增加成本。目前国内一些单位已经开始了这方面的应用。 如东南大学的分布式 125MW 汽轮发电机组状态分析与故障诊断系统。
6 结语
汽轮发电机组振动异常是运行中最常见的故障之一，其产生的原因是多方面的，也是十分复杂的，它与制造、安装、检修和运行水平有直接关系。超过允许范围的振动往往是设备损坏的信号。振动过大将使汽轮机转动部件如叶片、叶轮等应力超过允许值而损坏；振动严重时，可能导致危机保安器误动作而发生停机事故以及导致轴承座松动、基础甚至厂房建筑物的共振损坏等。因此，必须使机组的振动水平保持在规定的允许范围内。
参考文献
[1]陈志峰.汽轮机振动故障机理分析[J].电工技术，2019,No.509(23):123-125.
[2]史庆峰，杨晓辉.660MW核电汽轮机低频振动机理分析与治理[J].汽轮机技术，2019,061(003):224-226.
[3]谢舒.汽轮发电机组轴承振动原因浅析[J].百科论坛电子杂志，2019,000(006):416-417.
王中平
哈尔滨电气股份有限公司
【摘要】机械故障理论和技术研究已日趋深入，但如何将其成果应用到生活当中也成为这种方法研究的最重要的环节。汽轮发电机组是电力生产的重要设备，由于其设备结构的复杂性和运行环境的特殊性，危害性大，因此对于其故障修复的知识储备是必不可少的，而汽轮发电机组常见的故障就是振动故障，因此本文将对汽轮发电机组的振动故障做一个简要的分析。
【关键词】汽车发电机组；振动故障；研究
前言
随着汽轮机功率的增大，在轴承座刚度相当大的情况下，转子的较大振动并不能在轴承座上反映出来。应该直接测量专责的振动数值作为振动标准才是合理的，在运行中，一旦发现异常，除应加强对有关参数的监视、仔细倾听汽轮机内部声音外，还应视具体情况立即减负荷乃至停机检查。必要时通过各种试验来分析机组振动异常的原因，采取相应的处理方式及消除措施。
1.汽轮机组振动范围的原因
汽轮机组振动范围的规定对设备的危害不大，因而是允许的。汽轮发电机组的振动是一个比较复杂的问题。造成振动的原因很多，但是我们只要能抓住矛盾的特殊性，即抓住振动时表现出来的不同特点，加以分析判断，就有可能找出振动的内在原因并予以解决。
值得注意的是，随着汽轮机功率的增大，在轴承座刚度相当大的情况下，转子的较大振动并不能在轴承座上反映出来。
振动是指一种周期性的往复运动，处在高速旋转下的汽轮发电机组，在正常运行中总是存在着不同程度和方向的振动。对于振动，我们希望它越小越好。
汽轮发电机组振动过大时可能引起的危害严重后果如下：
（1）机组部件连接处松动，地脚螺丝松动、断裂
（2）机座二次浇灌体松动，基础产生裂缝
（3）汽轮机叶片力过高而疲劳折断
（4）危机保安器发生误动作
（5）通流部分的轴封装置发生摩擦或磨损，严重时可能引起主轴的弯曲
（6）滑销磨损，滑销严重磨损时，还会影响机组的正常热膨胀，从而进一步引起更严重的事故
（7）轴瓦乌金破裂，紧固螺钉松脱、断裂
（8）发电机转子护环松弛磨损，芯环破损，电气绝缘磨破，一直造成接地或短路
（9）励磁机整流子及碳刷磨损加剧等
从以上几点可以看出，振动直接威胁着机组的安全运行。因此，在机组一旦出现振动时，就应及时找出引起振动的原因，并予以消除，绝不允许在强烈振动的情况下让机组继续运行。
2汽轮发电机组振动原因的实验
（1）励磁电流试验的目的在于判断站东是否由电气方面的哪些原因引起的，以及是由电气方面的哪些原因引起的。如加上励磁电流后机组发生振动，断开励磁电流振动流失。则肯定振动是有电气方面的原因造成的，此时可继续进行励磁电流试验。
（2）转速试验的目的在于判断振动和转子质量不平衡的关系，同时可找出转子的临界转速和工作转速接近的程度，试验一般在启动过程中进行。转速每升高100-200r/min记录振动值一次，试验的最高速最好取为105%工作转速，以便观察振动变化的趋向。本试验可在汽轮机与发电机断开情况下进行，也可在连接情况下进行。通过本试验还应检查临界转速和工作转速是否过于接近。一般设计时应使二者相差30%左右，但由于运行期间拆去了一些零件或在转子上加工等，就有可能十分精确而达到完全平衡，这样工作转速临界转速过劲，机组运行中必然要发生较大振动。
（3）负荷试验的目的在于判断振动与机组中心，热膨胀、转子质量不平衡的关系，判断传递力矩的部件是否有缺陷。实验可以升负荷方式进行，也可以降负荷方式进行，一般可分为零负荷、1/4负荷、1/2负荷、3/4负荷和满载负荷五个等级。每一集附和测量振动梁刺，即负荷刚改变后立即测量一次。负荷稳定在30min后在测量一次。做负荷试验时在测量振动的同时必须测量机组的热膨胀情况。
（4）轴承润滑油膜的试验的目的在于判断是否是因为油膜不稳，油膜被破坏或轴瓦紧力不当所引起的。试验是在保证轴承润滑油压和油量的条件下通过改变油温来进行的，油温变动范围一般是正常油温的正负5℃，油温每变化1℃测量振动一次，并在上、下限油温时稳定30min后各多测振动一次。
3国内汽轮发电机组故障诊断技术的发展现状
3. 1 故障诊断方法的研究
当前国内机组故障诊断的方法有两类： 传统的基于人工智能的专家系统和人工神经网络， 前者的标准模式由知识库、推理机和人机接口组成； 后者是由大量简单地处理单元相互连接组成的网络， 各种网络模型中应用最多最有成效的是前微小多层神经网络， 这种网络在学习过程采用了 BP 算法， 故又称为 BP 网络。 后期发展的模糊神经网络是将神经网络和模糊数学相结合， 即具有联想、 学习、 自适应性， 又能进行模糊推理。
3. 2 振动信号处理方法的现状和新方法前景
振动信号数据的处理分析技术近 10 多年发展很快， 从模拟分析到利用计算机分析， 通过软件和硬件两条途径， 分析速度和性能得到迅速提高。 在绝大多数情况下， 汽轮发电机组振动故障信号是平稳的， 因而在各种方法中， 快速傅里叶变换的频谱分析仍是当前应用最广， 最有效的频域分析方法，国内神经网络和专家系统采用的信号特征仍然以频谱为主。
4 汽轮发电机组故障诊断方法研究
4. 1 传统诊断方法
传统诊断方法主要包括阈值诊断、 时域波形诊断、 频谱特性诊断、 指纹诊断等。 阈值诊断方法简单， 不能全面有效地对设备进行诊断， 一般只作为常规检查， 时域波形和频率特性是根据时域、 频域特征， 能较全面的反应设备故障特征，但对复杂的、 非线性的故障难以进行有效的诊断和识别。 指纹诊断是将设备的待俭模式与样本模式进行对照来判断设备的状态， 较阈值诊断要全面一些， 但必须不断积累数据， 建立全面的样本模式， 对大型机组诊断时， 计算量比较大， 不能满足实时性的要求。
4. 2 现代诊断方法
由于汽轮发电机组振动故障复杂性、 随机性和耦合性等特点， 传统的故障诊断方法越来越不能满足现代汽轮发电机组设备的故障诊断技术要求。 因此， 一些新的现代诊断方法开始应用于汽轮发电机组的故障诊断中去。 目前主要有以下几个方向： 一是建立各类专家系统， 二是模糊诊断方法， 三是建立人工神经网络。
5 汽轮发电机组故障诊断的发展方向
5. 1 开发混合智能故障诊断系统
由于汽轮发电机组故障非常复杂、 随机性大， 影响因素多， 而且一个主要故障经常伴随其它几个故障同时发生， 这就增加了人们对故障类型准确识别的难度。 单一利用一种诊断方法已经难以对汽轮发电机组的故障进行全面正确的诊断， 必须综合利用多种方法才能取得令用户满意的效果。 清华大学的蒋东翔等提出了大型汽轮发电机组分层次的混合智能诊断方法和分布式的诊断推理控制策略， 即不同的诊断阶段采用不同的诊断方法， 实际应用中发挥了一定的作用。
5.2 发展基于局域网和互联网的多机组远程诊断系统
基于局域网的故障诊断系统是将具有两台以上机组的电厂的诊断参数通过企业的内部局域网进行诊断， 一方面可以资源共享， 一方面又避免使用多套监测装置而增加成本。目前国内一些单位已经开始了这方面的应用。 如东南大学的分布式 125MW 汽轮发电机组状态分析与故障诊断系统。
6 结语
汽轮发电机组振动异常是运行中最常见的故障之一，其产生的原因是多方面的，也是十分复杂的，它与制造、安装、检修和运行水平有直接关系。超过允许范围的振动往往是设备损坏的信号。振动过大将使汽轮机转动部件如叶片、叶轮等应力超过允许值而损坏；振动严重时，可能导致危机保安器误动作而发生停机事故以及导致轴承座松动、基础甚至厂房建筑物的共振损坏等。因此，必须使机组的振动水平保持在规定的允许范围内。
参考文献
[1]陈志峰.汽轮机振动故障机理分析[J].电工技术，2019,No.509(23):123-125.
[2]史庆峰，杨晓辉.660MW核电汽轮机低频振动机理分析与治理[J].汽轮机技术，2019,061(003):224-226.
[3]谢舒.汽轮发电机组轴承振动原因浅析[J].百科论坛电子杂志，2019,000(006):416-417.