燃氣輪機轉子故障特征分析概述目錄TOC\o"1-3"\h\u17639燃氣輪機轉子故障特征分析概述 1235811.1概述 1189401.2燃氣輪機轉子故障診斷的常用參數 1207471.2.1動態(tài)參數 2185031.2.2靜態(tài)參數 35201.2.3其他參數 3267131.3燃氣輪機轉子故障常見診斷方法 4258171.3.1轉子不平衡 4252041.3.2轉子不對中 4194561.3.3轉子彎曲 5300021.3.4轉子碰磨 5249101.3.5松動 6231231.3.6油膜渦動 666321.3.7油膜震蕩 6294831.3.8轉子裂紋 760341.4本章小結 7概述燃氣輪機是通常見于燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠，燃氣輪機裝置是一種以燃料氣體（通常為天然氣）和空氣為工質的旋轉式熱力發(fā)動機。燃氣輪機工作的全過程：空氣從空氣入口進入燃氣輪機，高速壓氣機將普通空氣轉化為高壓空氣，然后將其送至燃燒室，與燃燒室內的可燃氣體混合并點燃，產生超高壓氣體。這些氣體經過燃氣透平轉子上的葉片后壓力迅速降低，體積膨脹，對外做功，最后通過燃氣出口將其排放到燃氣渦輪機外。燃氣輪機轉子故障診斷的常用參數隨時且準確地了解機組的運行狀況可以對燃氣輪機進行預測性檢修，這對于燃氣輪機的日常維護來說是非常重要的，檢測及監(jiān)測儀器是否可靠且精確決定著當前檢測到的信號是否能可以準確反映燃氣輪機的運行狀況，只有準確地監(jiān)測燃氣輪機的運行狀況才能對其進行正確地維護及修理。檢測和監(jiān)測的基本信息是由監(jiān)測儀器提供的，包括燃氣輪機動態(tài)參數（振動情況），靜態(tài)參數（具體位置）和其他參數。下面將具體介紹這些參數的具體信息。動態(tài)參數（1）振幅振動幅度是描述設備振動的等級或抗壓強度的關鍵指標值?？梢愿鶕z測到的振幅幅值隨時隨地，檢測設備是否正常運行。當技術不夠好時，僅在外殼上安裝一個傳感器即可測試設備的振動情況，但是這種方法只能準確地測量外殼的振幅。雖然機殼的振幅可以在一定程度上表明機器出了問題，但是，由于機械結構，安裝，工作條件，殼體位置和轉軸與殼體之間的機械阻力，殼體的振動幅度不能直接反映轉軸的振動幅度。因此，用于機械保護的適當參數不能是外殼的振動幅度。通過直接測量轉子振動狀態(tài)的渦流傳感器可以獲得重要的信息，例如設備的運行狀態(tài)。為了隨時檢測相對于軸承架的轉軸振動幅值，必須將渦流傳感器永久安裝在軸承架上。振幅通常以微米峰-峰值或米峰-峰值的形式來表示。一般來說，正常運行時各部位的裝置的幅值穩(wěn)定都應在允許的限值內。理論上，振幅變化一定伴隨著機組狀態(tài)的改變，無論振幅是升高還是降低，機組人員都應對振幅發(fā)生改變的原因進行檢查，以保證機組的正常運行。（2）頻率燃氣輪機機組振動的重要信息之一是頻率。對于不同的振動“源”，振動頻率是不同的。大型旋轉機械的振動頻率通常表示為機器正常轉動速度的倍數或分數。主要原因是機器的振動頻率通常是機器速度的nx倍或1x/n倍所以使用該方法代替Hz來表示頻率，簡單實用。振動根據振動頻率進行分類，可以分為同步振動和異步振動。同步振動頻率是設備運行速度的nx倍或1x/n倍。異步振動頻率不完全是整數倍或分數倍關系。在工況測量中，振幅和頻率是測量和分析的主要參數，某些故障現象與特定頻率有關，因此頻域分析是測量外殼振幅的非常重要的部分。但這并不意味著振動頻率和故障之間是一對一的匹配關系。實際上，特定頻率的振動通常為一對多關系，即同一個頻率與一個以上的誤差有關。（3）振動形式特定的振動形式分析是分析來自燃氣輪機組組件的信號的最常用方法。振動形式分析是指在時基圖或軸心型軌圖的軸心在示波器上顯示的振動波的初始形狀。通過觀察測量到的振動波形的形狀，我們可以直觀地了解機器的運行狀態(tài)。（4）振型所謂振型是指以一定速度沿旋轉軸方向的變形。振型是通過沿著旋轉軸的軸向以一定的間隔放置一組相互90°的X-Y傳感器測量得出的，測量相應旋轉軸部分的中心線振動的動態(tài)狀態(tài)?？梢詫@些測量結果進行積分以獲得軸振動的形狀。模式形狀有助于估計轉子和固定部件之間的內部間隙，并且可以估計旋轉軸上點的位置，振幅在旋轉軸上為零。測量旋轉軸相應截面的中心線振動的動態(tài)情況。這些測量數據可以整合起來得到軸的振型。振型有助于估計轉子和固定部件之間的內部間隙，并能估計出轉軸上幅值為零的點在旋轉軸上的位置。靜態(tài)參數（1）偏心位置偏心位置是軸承中轉軸振動平衡位置或穩(wěn)態(tài)位置的測量值。這個特殊位置的測量值可以反映軸承的磨損情況和預加負荷狀態(tài)。（2）軸向位置軸向位置是指止推環(huán)的測量值與止推軸承的相對位置。通過檢測此參數來對轉子與定子之間可能發(fā)生的軸向摩擦進行預警，使其不會發(fā)生重大安全事故。（3）偏心度峰-峰值偏心峰值-峰值是指在靜態(tài)時測量得到的轉軸的彎曲度。電渦流傳感器的峰-峰值的測量值可以在慢轉速下用來表示轉軸的彎曲度。（4）機殼膨脹對燃氣輪機機組來說，需要監(jiān)視機殼膨脹。通常使用安裝在機殼外部，以地基為參考系的線性可變差動變壓器來測量機殼膨脹。（5）對中對于一個機組來說，每個機殼之間的對中性是有一定要求的。最常見的故障狀態(tài)就是不對中，尤其是在壓縮機組和燃氣發(fā)動機安裝過程中經常發(fā)生不對中故障。一般利用機器計算組內各機器的膨脹數據，繪制安裝中心參考圖，作為粗略參考。最后，用儀器測定了機床的熱運作狀態(tài)。其他參數（1）轉速轉速是轉軸軸每分鐘轉動的圈數，單位為r/min。大多數機組需要連續(xù)顯示機組當前轉速?，F在數字轉速表已經取代了模擬轉速表，得到了廣泛的應用，其優(yōu)點是準確，直觀，通常在設定值大于超速保護設定值時起到跳閘保護的目的。（2）溫度零件的溫度也是分析機器某些特定零件的狀況的重要參數，其中軸向和徑向軸承合金套筒的溫度需要重點檢測。同時，分析了機器溫度與振動以及機器位置之間的相關性。更好地檢測可能的機組設備故障。此外，還有一些狀態(tài)參數（例如壓力和流量）對設備的運行狀況來說至關重要。燃氣輪機轉子故障常見診斷方法轉子不平衡轉子質量不平衡是旋轉機械最常見的故障。文獻[1]對實驗轉子的轉子不平衡故障進行了仿真，結果表明，當轉子出現不平衡故障時，其明顯的特點是一倍頻振動的幅度變大。同時有許多其他文章、統(tǒng)計數據表明，此類故障引起的大多數振動與轉速（基頻）振動信號同步，因此故障信號是典型的平滑線性信號。它由不同頻率和幅度的正弦波形組成。當發(fā)生轉子不平衡的常見故障時，由轉子質量不平衡引起的振動主要表現為振幅和速度比相同的振動數據信號，即基頻數據信號的振動幅度較大。通頻幅值與工頻幅值之比小于10%，相比于正常工況，工頻幅值略微增長。轉子不對中圖SEQ圖\*ARABIC1圖SEQ圖\*ARABIC1轉子彎曲由旋轉軸的結構不科學，制造誤差大，材料不均勻等原因引起的旋轉軸的彎曲變形稱為轉子彎曲。諸如熱停機后沒有立即盤車，較差的耐熱性以及長??期運行后軸彎曲度增加等情況都可能導致轉子永久性彎曲。轉子碰磨軸端密封處是最容易發(fā)生轉子碰磨故障的地方。大中型燃氣輪機發(fā)電機的運行和運行中的常見問題之一是碰磨。其振動響應的特征是包含一倍頻分量，變換較大和不可重復性。當檢測到機組振幅的波峰和波谷一直在變化且波動幅度大于15μm，則說明機組已經發(fā)生了早期的轉子碰磨。如果檢測到機組振幅隨時間變化越來越劇烈，則說明轉軸碰磨已進入中期或晚期，如果檢測到機組振幅隨時間緩慢變化，則說明轉子可能存熱彎曲，但不是轉子碰磨導致的。圖SEQ圖\*ARABIC2轉子碰磨分為軸向碰磨、徑向碰磨和組合碰磨，如圖圖SEQ圖\*ARABIC2松動燃氣輪機另一個常見的故障為機件松動。松動的零件分為兩種情況，一種是腳部的固定螺釘連接松動。它的不利影響是導致所有機械設備的松動。另一種情況是，零件中間的所有正常連接關系都被破壞，由于間隙偏差（例如，在滾動軸承和軸的內孔之間，外側和軸承座孔之間）而導致缺乏匹配精度，進而導致松動。油膜渦動在振動周期中，如果做功的徑向分量油膜力超過消耗動能的潤滑軸承阻尼，潤滑滾動軸承阻尼，可能導致轉子旋轉失穩(wěn)，此時振動頻率約為工頻頻率的一半。因此，通常將其稱為油膜的半速渦動。油膜渦動是由滑動軸承的油膜的結構特性引起的自激振動。當滾動軸承中出現油膜渦動時，盡管其振動幅度很小，且對滾動軸承的潤滑和工作無害，但由其引起的額外動載荷容易導致機械零件的松動和疲勞失效。油膜旋轉是旋轉軸在油膜力作用下的旋轉運動。油膜渦動的頻率通常約為工頻的0.42~0.46倍。振動的方向通常是徑向的，并伴有一倍頻。油膜震蕩油膜震蕩是指當轉子轉速上升到臨界轉速的2倍或以上時，半速渦動的頻率與轉軸的一階臨界轉速相同重合、產生共振的現象。油膜振動會引起油膜損壞，使轉子系統(tǒng)遭到破壞。油膜振動故障的特點是在第一臨界轉速頻率處幅值很大，且轉速增加時頻率基本是相同的。通常同時含有多個頻率，且振動是不穩(wěn)定的，振動方向是徑向的。轉子裂紋高頻和低頻疲勞，應力松弛和晶間腐蝕裂紋都可能導致轉子出現裂紋。產生裂紋的原因首先與電動機轉子的運行機械設備有關，其次也與所處環(huán)境條件有關，這主要是熱參數和可能引起腐蝕的化合物的危害所致。轉子中的裂紋引起的潛在危險非常大。本章小結表1歸納了上文中介紹的轉子故障類型的特征頻率及檢測方法。故障特征故障名稱特征頻率常伴頻率檢測方法轉子不平衡1x無1x振