文档介绍：基于小波分析的汽轮机振动故障诊断
1汽轮机常见故障

转子质量不平衡是汽轮发电机组最常见的振动故障,它约占了故障总数的 80%。随着制造厂加工、装配精度以及电厂检修质量的不断提高,这类故障的发生率正在逐渐减少。而现场检修过程中的转子平衡方法也在不断的改进。即便如此,质量不平衡目前仍是现场机组振动的主要故障。
转子质量不平衡故障产生的机理是,转子的各横截面的质心连线与各截面的几何中心的连线不重合,从而使转子在旋转时,各截面离心力构成一个空间连续力系,转子的挠度曲线为一连续的三维曲线。这个空间离心力力系和转子的挠度是旋转的,其旋转的速度与转子的转速相同,从而使转子产生工频振动。
对于汽轮机组而言,无论其平衡状况有多么好,都或多或少会存在质量不平衡。所以,其振动频谱中始终有一倍频分量,这种情况是允许的。转子的振动是一个与转速同频的强迫振动,振动幅值随转速按共振曲线规律变化,在临界转速处达到最大值。因此,转子不平衡故障的突出表现为一倍频振动幅值大;同时,出现较小的高次谐波,整个频谱呈所谓的“枞树形”如图1-1所示。
图 1-1 转子质量不平衡故障频谱图
转子不对中
不对中是汽轮发电机组振动常见故障。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。转子不对中可分为联轴器不对中和轴承不对中,联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。如图1-2 所示。
图1-2 (a)对中;(b)平行不对中;(c)角度不对中;(d)组合不对中
动静碰摩
汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是运行中常见故障,且往往是其他故障的诱发故障。随着现代机组向着高性能、高效率发展,汽轮机动静间隙变小,轴封、油档、隔板汽封发生动静碰摩的可能性随之增加。
碰摩使转子产生非常复杂的转动,是转子系统发生失稳的一个重要原因,轻者使得机组出现强烈振动,严重的可以造成转轴永久性弯曲,甚至整个轴系毁坏。动静碰摩引起的振动过大导致设备损坏。因此,对汽轮发电机组碰摩的诊断和预报无疑会有效地提高运行的安全性,防止重大事故发生。
转子碰摩有以下几种类型:按碰摩的部位可分为径向碰摩、轴向碰摩和组合碰摩,如图 1-3 所示。转子外缘与静止部件接触而引起的碰摩称为径向碰摩;转子在轴向与静止部件接触而引起的碰摩称为轴向碰摩;既有径向摩擦又有轴向摩擦的碰摩称为组合碰摩。
图 1-3 动静碰摩的几种类型
动静碰摩故障的振动特征分析:
当转子未发生碰摩故障时,振动的时域波形应为较平滑的正弦波,且重复性好。当转子发生碰摩故障时,振动的时域波形发生畸变,振动信号的波峰多,波形毛糙、不稳定,或出现削波现象,如图 1-4 所示。所谓削波现象是指振动的时域信号的波峰被削去一部分。从理论上讲,削波现象是由于转子运动因碰摩而受到限制所致。
由于动、静部分碰摩而产生的振动具有丰富的频谱特征,如图 1-5 所示。其中,振动信号中出现亚谐波和高次谐波,是转子发生碰摩的重要特征信号之一。碰摩故障的振动信号频谱特征是:频率连续分布,成分丰富;在突出的频率成分中,既有fr(工频)、2fr、3 fr、4 fr成分,又有大于5 fr的高频成分,同时还有(0~)fr、(~)fr、 fr、(~)fr的低频成分。振动有时还会随着时间发生缓慢的变化。
(b) 无故障时的时域波形; (b)碰摩故障时的时域波形
图 1-4 发生碰摩故障时的振动时域波形
图 1-5 动静碰摩的频谱图
油膜涡动与油膜振荡
油膜涡动

当轴颈在轴瓦中转动时,在轴瓦与轴颈之间的间隙形成油膜,油膜的流体动压力使轴颈具有承载能力。当油膜的承载力与外载荷平衡时,轴颈处于平衡位置;当转轴受到某种外来扰动时,轴承油膜除了产生沿偏移方向的弹性恢复力以保持和外载荷平衡外,还要产生一个垂直于偏移方向的切向失稳分力,这个失稳分力会驱动转子轴颈中心在静平衡位置附近发生涡动。

转轴突然出现振幅很大的现象叫做“失稳”,开始出现失稳现象的转速叫“失稳转速”。涡动也是不稳定现象,故称发生涡动的起始转速叫“失稳转速”。理论上认为,任何转子轴系均存在“失稳转速”,它与转子轴系的刚度、阻尼特性或支承形式、承载系数、转子相对挠度、临界转速等有关。
油膜振荡
油膜振荡是轴颈带动润滑油高速流动时,高速油流反过来激励轴颈,使其发生强烈振动的一种自激振动现象。转子稳定运动时,轴颈在轴承内绕其中心高速旋转。但失稳后,轴颈不仅绕其中心高速旋转,而且轴颈本身将绕平衡点甩转或涡动。当转轴的临界转速比较低时,涡动频率可能与转轴的临界转速相等或接近,其涡动振幅将被放大,即产生强烈