石念更
国投哈密发电有限公司 新疆哈密 839000
摘要：近年来，在科技水平不断提升的推动下，使制造业得到快速发展，智能化制造技术的应用越来越广泛，基于这一背景，机械设备的精密程度越来越高。与此同时，机械设备的运行环境日趋复杂化，设备故障几率显著增大，如果未能及时发现机械设备的故障问题，可能会造成机械设备整体性损坏的严重后果。为此，对机械设备故障进行诊断和监测显得尤为必要。借此，下面就机械设备故障诊断与监测方法展开分析探讨。
关键词：汽轮机；过程系统；频谱分析；测量；优化
引言
在中国，火力发电仍然是主要的电能来源，而汽轮机是火力发电厂的主要机械设备。汽轮机的运行效率会直接影响火力发电厂的工作效率，维护人员对汽轮机的日常维护和故障处理的及时率对于电厂的安稳运行十分重要。汽轮机的结构主要由转动部分和静止部分两个方面组成。转动部分主要包括主轴、叶轮、动叶片和联轴器等；静止部分主要包括进汽部分、汽缸、隔板和静叶栅、汽封及轴承等。在汽轮机高强度运转中，很容易发生故障，针对汽轮机的常见故障，工作人员必须掌握其原理并给予解决。
1机组监控系统
1.1机组监测系统配置
空气压缩机及蒸汽轮机振动位移探头监控采用本特利3500控制系统，为准确有效监控压缩机组各转子、轴和瓦块等各部件的运行工况，在压缩机各缸、变速机和汽轮机中均安装有轴位移、轴振动探头。其监控测点有增压机、变速箱、汽轮机和中压缸、低压缸，均设有振动探头4支、位移探头2支，变速箱高速轴设有键相测速探头1支，汽轮机空压机侧设有键相测速探头1支，共计32支探头。Bently3500机架采用标准式机架，其配置依次为：交流系统电源模块2块、处理器模块1块、4点前置器监视模块8块、16点继电器输出模块2块、键相监控模块1块和通讯模块1块。Bently3500监控系统配备带逻辑运算的开关量输出卡件和具有Modbus接口的通讯卡件，方便实现与Tricon系统进行数据通讯。机组温度监测探头接入Tricon系统进行监控，温度测点二选二参与机组跳车联锁，以保证机组设备安全。
1.2机组监测系统可靠性改造
为保证对机组的可靠检测与控制，通过技改对3500卡件配置进行优化改造。经过对机组出现卡件故障和回路故障的概率进行风险评估后，增加1块16点继电器输出模块，与原继电器输出模块互为冗余；机组联锁设计为同部位振动、位移监测值二选二高高跳车，参与跳车的两个振动或位移测点通道分配在同一卡件，故对原设计同部位振动、位移监测量共用同一卡件现象进行调整，通过分配不同卡件通道，做到单点或单卡故障，只报警而不跳车。
2机组故障诊断频谱分析技术
2.1机组故障诊断技术理论基础
汽轮机机组的传动部件特别是高速轴轴系在高速运行时，机组存在异常振动和噪声，这些异常参数信息，可以通过幅域分析、时域分析和频域分析等信号处理技术，提取压缩机的故障特征信息，进而了解故障状态的振动机理，从而进一步全面准确判断出压缩机的故障原因。汽轮机振动的绝大部分信号是由多种激励信号合成的复杂信号，利用傅里叶（Fourier）变换将时域信号x(t)变换成频域信号X(f)。在实际应用中，对机组运行实时监控的振动、位移参数，即时域信号，先经数据采集成非连续的离散序列点x(n),在时窗范围内N点的离散傅里叶变换。
2.2汽轮机组运行不良状态及故障诊断分析
2016年6月开始，汽轮机变速箱侧振值出现多次波动，工艺操作人员发现振值上升后通过提高润滑油油温和适当降低汽轮机组转速的操作，机组振值回落到了正常值。汽轮机两个互相这种垂直的测振点最大波动量达96μm左右，逼近联锁跳车值。
利用VMS-04B振动监测分析与平衡系统，连接Bently3500系统采集压缩机相关轴系监控测量数据，对振动测量数据进行采集，通过时域、频谱及轴心轨迹等处理手段进行分析，发现机组振动主要集中在汽轮机两侧轴，故以汽轮机变速箱侧发生异常的振动，汽轮机的空压机侧振动异常的点为切入点通过不同状态的频谱。
3汽轮机的常见故障
2.1振动故障
汽轮机在运转中容易发生振动故障，该故障往往却是最容易被忽视的问题。振动发生的情况很复杂，也有多种原因引起振动，但是在大多数情况下是由于质量不平衡引起的。要想及时解决振动故障，首先应找出发生振动的原因，我国汽轮机发生异常振动的主要原因有转子轴心失衡，固定螺丝松动等情况。低频次的震动是由于轴承的油膜自激，引发与转子间的间隙，在运转中产生振动。除此之外，还要观察是否是由于机械零件老化、摩擦严重或是汽轮机轮子预热变形等情况产生的异常振动。在这种情况下，维护人员就需要对汽轮机的零部件进行维修或更换，这就体现出日常对汽轮机的维护和管理的重要性。
2.2转子质量不平衡
转子质量不平衡故障出现的主要原因是转子在某一横截面处的质心和几何圆心出现偏离，转子在离心力的作用下出现周期性震荡，质心随转子的旋转出现周期性偏移。当发生因转子质量不平衡造成的振动故障时，其振动信号具有以下特征：工频振幅将明显增加，其他各高倍频次的振幅将略微增加，低倍频次的振幅仅少量增加。
2.3油压下降漏油
汽轮机油系统故障常见的故障之一，当发生漏油或油压下降时都会对汽轮机机体造成损伤，严重影响汽轮机的运转。在汽轮机高强度持续运转中，由于设备腐蚀、温度、湿度、振动等原因都可能造成汽轮机油系统的异常，为了对汽轮机油系统及时维修，在汽轮机运行的时候应经常关注汽轮机油压是否异常、是否存在明显的漏油的现象，如出现以上情况要及时对油系统进行故障处理，以免引发更严重的故障发生。
3加强对汽轮机日常维护工作的管理
加强对汽轮机日常监测工作。从上文中常见问题的分析中可以看出，许多常见问题起初发生故障时都是由于对机械日常的监测不到位形成的，比如机体的振动故障、汽轮机仪表故障、叶片故障等等，如果在日常作业时对机械的各项运转指标和异常情况加以监测，将很大程度上避免此类故障的发生。可以通过设置物联网预警装置，将标准参数值设定好，如发生数据异常可以触发报警装置，从而加强对运转中的机械进行监测。由于对常见问题的分析和问题形成的原因已经有了很多的明确解释，也有了相对成熟的应对方案，所以在日常的故障处理中应更加及时、快速的解决问题。但难免有突发情况或其他异常故障情况的发生，因此，对于每一个故障及维护工作的经验总结就尤为重要。将维护工作日常遇到的情况建立问题库和解决对策库，将好的经验和对策共享，同时将问题提出给予警示。促进维护人员工作的积极性的同时还可以促进相互学习经验，更好地提升维护技能。
结语
在线监测与故障诊断技术作为机组监控系统的必要组成部分，是了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部运行状况，并对可能出现的故障进行预判并帮助分析其故障机理。在实际生产运用中，频谱分析诊断技术存在较大复杂性。特别是大型机组，既要结合机组实际运行工况，又要对频谱分析的特征谱进行分析，同时存在设备相互关联的情况。
参考文献：
[1]王春燕,张旺,高二庆.数据监测技术在轧钢设备故障诊断中的应用[J].河北冶金,2018，(12):61-63.
[2]高剑.煤矿机械故障无线监测与诊断方法研究[J].机械工程与自动化,2018，(05):214-215.
[3]王光宇.机械故障诊断与监测方法的研究[J].现代经济信息,2018，(16):379.
[4]李伟峰,王磊.船舶机械设备的常见故障及状态监测与诊断技术研究[J].自动化与仪器仪表,2018，(06):32-34.
[5]丁承君,冯玉伯,高雪.基于物联网的机械故障检测仪设计[J].仪表技术与传感器,2018，(06):33-38+44.