CN102012316B - 汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于旋转机械振动状态监测与故障诊断技术领域，尤其涉及一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法，用于解决目前发电机组轴颈碰摩故障辨识方法准确率低、缺乏实时性的问题。包括：设定时长和步进的长度；实时采集并存储转子轴振通频振动幅值、转子轴承轴瓦温度及转子轴承润滑油油压；判断当前时刻的轴振通频振动幅值是否大于等于设定的预警阈值，如果否，步进一个长度，继续采集并存储相关数据；如果是，则验证转子轴承轴瓦温度或者转子轴承润滑油油压是否通过，如果通过，则判定发电机组轴颈碰摩故障发生；否则，判定发电机组轴颈碰摩故障不发生。本发明实现了发电机组轴颈碰摩故障的自动实时在线监测和分析，保证了发电机组的安全运行。

Description

汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法

技术领域

本发明属于旋转机械振动状态监测与故障诊断技术领域，尤其涉及一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法。

背景技术

汽轮发电机组转动部件与静止部件的碰摩是机组运行中常见故障。动静碰摩通常由质量不平衡、转子弯曲、轴系失稳等原因造成，其后果是造成发电机组振动过大。大振动下的转轴振幅一旦达到动静间隙，就可能与静止部位发生碰摩。非转动部件的不对中或翘曲，特别是热态轴承标高引起的不对中等会使轴颈与转子部件在通流部分间隙改变甚至消失，引起碰摩。设计的间隙过小，或是安装、检修时动静间隙调整不符合规定，会导致动静间隙不足。大机组高压转子前汽封比较长，冷态启机缸体膨胀，上下缸温差等参数掌握控制不当容易造成这些部位发生碰摩，进而造成大轴发生塑性弯曲。汽轮发电机组易于发生动静碰摩的部件主要是轴封、油挡、隔板汽封、叶片围带汽封以及轴端汽封、轴瓦、密封瓦、挡汽片等，相对应的转动部件分别为轴颈、转轴和叶片，主要表现为径向碰撞和摩擦。

碰摩导致转子产生非常复杂的振动，是造成转子系统失稳的一个重要原因，轻者使机组出现强烈振动，严重的可以造成大轴永久性弯曲，甚至毁坏整个轴系。因此，对碰摩故障及时、准确地作出预报和诊断，无疑会有效地提高运行的安全性，防止重大事故发生。

由于碰摩故障与许多其它故障具有类似的特征，使得现场对它的认定和诊断比较困难。汽轮发电机组轴颈碰摩故障判别工作需要由具有一定现场振动故障诊断经验的专家完成，客观性较差，对专家的主观性依赖程度较高，并且无法做到振动反相矢量稳态性实时自动在线监测、分析及判别。因此，提出一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法就显得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够自动在线监测、准确诊断汽轮发电机组轴颈碰摩故障的实时辨识方法，用于解决目前汽轮发电机组轴颈碰摩故障辨识方法准确率低、缺乏实时性的问题。

技术方案是，一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法，其特征在于包括下列步骤：

步骤1：设定时长T和步进的长度t；

步骤2：实时采集并存储发电机组转子支持轴承的轴振通频振动幅值、转子轴承轴瓦温度及转子轴承润滑油油压；

步骤3：判断当前时刻T₁的轴振通频振动幅值A_T1是否大于等于设定的预警阈值A_thresh，如果轴振通频振动幅值A_T1大于等于设定的预警阈值A_thresh，则执行步骤5；否则，执行步骤4；

步骤4：步进一个长度t，然后返回步骤2；

步骤5：验证转子轴承轴瓦温度或者转子轴承润滑油油压是否通过，如果通过，则判定汽轮发电机组轴颈碰摩故障发生；否则，判定汽轮发电机组轴颈碰摩故障不发生。

所述设定时长T＝1200秒。

所述步进的长度t＝0.1秒。

所述设定的预警阈值A_thresh＝90μm。

所述验证转子轴承轴瓦温度是否通过具体是，当转子轴承轴瓦温度的递增趋势参数ε^Tbp大于等于第一设定值D₁并且当前时刻T₁的转子轴承轴瓦温度大于等于设定的转子轴承轴瓦温度预警阈值

时，则验证转子轴承轴瓦温度通过；否则，验证转子轴承轴瓦温度不通过。

所述转子轴承轴瓦温度的递增趋势参数ε^Tbp具体是，从当前时刻T₁回溯设定时长T，将所述时长T中，在每一个步进的长度t时存储的转子轴承轴瓦温度

按照存储时间先后顺序排成第一序列，计算所述第一序列的逆序数S^Tbp，利用公式

计算转子轴承轴瓦温度的递增趋势参数ε^Tbp；其中，i＝1，2，3，…，

是所述第一序列的逆序数最大值，

所述验证转子轴承润滑油油压是否通过具体是，当转子轴承润滑油油压的递减趋势参数ε^Plo大于等于第二设定值D₂并且当前时刻T₁的转子轴承润滑油油压

小于等于设定的转子轴承润滑油油压预警阈值

时，则验证转子轴承润滑油油压通过；否则，验证转子轴承润滑油油压不通过。

所述转子轴承润滑油油压P^lo的递减趋势参数ε^Plo具体是，从当前时刻T₁回溯设定时长T，将所述时长T中，在每一个步进的长度t时存储的转子轴承润滑油油压

按照存储时间先后顺序排成第二序列，计算所述第二序列的逆序数S^Plo，利用公式

计算转子轴承润滑油油压的递减趋势参数ε^Plo；其中，i＝1，2，3，…，

是所述第二序列的逆序数最大值，

所述第一设定值D₁＝0.6。

所述第二设定值D₂＝0.7。

本发明提供的汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法，利用机组运行中转子的轴相对振动幅值、转子轴承轴瓦温度及转子轴承润滑油油压数据，经过计算分析判断得到故障诊断结论，实现了汽轮发电机组轴颈碰摩故障的自动实时在线监测、分析和判别，进而保证了发电机组的安全运行。

附图说明

图1是汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识示意图；

图2是汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

实施例

本发明提供的方法需要的汽轮发电机组轴相对振动信号及振动信号分析处理需要的键相信号可以从配置汽轮发电机组的监视仪表(TSI)获得或者可以从数据采集调理设备获得。转子轴承轴瓦温度、转子轴承润滑油的油压等数据信号可以从配置发电机组的分布式控制系统(DCS)获得。图1是汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识示意图。图1中，采用高速振动数据采集卡从数据采集调理设备实时采集机组转子支持轴承的轴相对振动通频振动幅值、转子的转速信号以及键相信号。轴相对振动通频振动幅值是指某时刻转子所有频率振动幅值之和。采用慢变信号数据采集卡从分布式控制系统实时采集转子轴承轴瓦温度、转子轴承润滑油的油压等慢变信号。高速振动数据采集卡每一通道技术参数为50ks/s，24bit；慢变信号数据采集卡每一通道技术参数为1ks/s，16bit。各个数据采集后，送入工控机存储并计算。

图2是汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法流程图。在进行汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识前，需要对实施过程中用到的一些数据进行设定。设定预警阈值A_thresh＝90μm，第一设定值D₁＝0.6，第二设定值D₂＝0.7。转子轴承轴瓦温度预警阈值参考轴承轴瓦温度的正常值

设定，一般转子轴承轴瓦温度预警阈值设定为

通常对于国产机组设定在本发明中，即设定

转子轴承润滑油油压预警阈值

参考转子轴承润滑油油压的正常值

设定，一般转子轴承润滑油油压设定为

通常对于国产机组设定

在本发明中也设定

图2中，本发明提供的汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法包括下列步骤：

步骤1：时长T＝1200秒，步进的长度t＝0.1秒。

步骤2：实时采集并存储发电机组转子支持轴承的轴振通频振动幅值、转子轴承轴瓦温度及转子轴承润滑油油压。

如图1所示，通过高速振动数据采集卡和慢变信号数据采集卡采集发电机组转子支持轴承的轴振通频振动幅值、转子轴承轴瓦温度及转子轴承润滑油油压后，将采集结果存储于工控机。

步骤3：判断当前时刻T₁的轴振通频振动幅值A_T1是否大于等于设定的预警阈值A_thresh，如果达到，则执行步骤5；否则，执行步骤4。

进行A_T1与A_thresh的比较，如果当前时刻T₁的轴相对振动的通频振动幅值A_T1(振动幅值单位为μm)满足条件A_T1≥A_thresh，那么记录此时刻T₁并进行后续的计算分析(即执行步骤5)。如果当前T₁时刻的轴相对振动的通频振动幅值A_T1不能够满足条件A_T1≥A_thresh，那么故障诊断程序重新进入数据采集存储环节(即执行步骤4)。

步骤4：步进一个长度t，然后返回步骤2。

由工控机存储下一个步进长度采集的轴振通频振动幅值、转子轴承轴瓦温度及转子轴承润滑油油压数值。

步骤5：验证转子轴承轴瓦温度或者转子轴承润滑油油压是否通过，如果通过，则判定汽轮发电机组轴颈碰摩故障发生；否则，判定汽轮发电机组轴颈碰摩故障不发生。

如果经过若干步进长度t后，在当前时刻T₁的轴振通频振动幅值A_T1＝95μm，满足条件A_T1≥A_thresh，则需要判断验证转子轴承轴瓦温度或者转子轴承润滑油油压是否通过。

首先，从当前时刻T₁回溯设定时长T，即回溯T＝1200秒。针对设定时长T，转子轴承轴瓦温度每隔一个步进长度t＝0.1秒存储一次。因此，存储的轴承轴瓦温度的数据量为

个。将每一个步进的长度t存储的转子轴承轴瓦温度

按照存储时间先后顺序排成第一序列，i＝1，2，3，…，12000，计算该第一序列的逆序数S^Tbp。其中，逆序是指在一个数据序列中，一对数的前后位置与大小顺序相反，即前面的数大于后面的数。逆序数是指一个数据序列中逆序的总数。再利用公式

计算转子轴承轴瓦温度的递增趋势参数ε^Tbp；其中，i＝1，2，3，…，12000，是第一序列的逆序数最大值，

m为第一序列的项数，即m＝12000。

同时，取得当前时刻T₁的转子轴承轴瓦温度

(温度单位为℃)，进行

与

的比较。如果转子轴承轴瓦温度T^bp的递增趋势参数ε^Tbp满足条件ε^Tbp大于等于第一设定值D₁＝0.6，即ε^Tbp≥0.6，并且T₁时刻的转子轴承轴瓦温度

满足条件

大于等于设定的转子轴承轴瓦温度预警阈值

即

，那么验证转子轴承轴瓦温度通过。上述两个条件，即ε^Tbp≥D₁和

只有都满足时，验证转子轴承轴瓦温度才通过，否则，验证转子轴承轴瓦温度不通过。

其次，从当前时刻T₁回溯设定时长T，即回溯T＝1200秒。针对设定时长T，转子轴承润滑油油压每隔一个步进长度t＝0.1秒存储一次。因此，存储的转子轴承润滑油油压的数据量为

个。将每一个步进的长度t存储的转子轴承润滑油油压

按照存储时间先后顺序排成第二序列，计算第二序列的逆序数S^Plo。逆序是指在一个数据序列中，一对数的前后位置与大小顺序相反，即前面的数大于后面的数。逆序数是指一个数据序列中逆序的总数。利用公式

计算转子轴承润滑油油压的递减趋势参数ε^Plo。其中，i＝1，2，3，…，12000，是第二序列的逆序数最大值，

m＝12000。

同时，取得当前时刻T₁的转子轴承润滑油压(压力单位为MPa)，进行

与

的比较。如果转子轴承润滑油油压的递减趋势参数ε^Plo满足条件ε^Plo大于等于第二设定值D₂＝0.7(即ε^Plo≥0.7)，并且当前时刻T₁的转子轴承润滑油油压

满足条件

小于等于设定的转子轴承润滑油油压预警阈值

(即

)，那么验证转子轴承润滑油油压通过。上述两个条件，即ε^Plo≥D₂和只有都满足时，验证转子轴承润滑油油压才通过，否则，验证转子轴承润滑油油压不通过。

需要注意的是，上述验证转子轴承轴瓦温度或者转子轴承润滑油油压只要有其中之一通过，则判定汽轮发电机组轴颈碰摩故障发生。验证转子轴承轴瓦温度和转子轴承润滑油油压都不通过，则判定汽轮发电机组轴颈碰摩故障不发生。

本发明利用机组运行中转子的轴相对振动幅值、转子轴承轴瓦温度及转子轴承润滑油油压数据，经过计算分析判断得到故障诊断结论，实现了汽轮发电机组轴颈碰摩故障自动实时在线监测、分析和辨识。本发明尤其适用于汽轮发电机组轴颈碰摩故障的实时辨识。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法，其特征在于包括下列步骤：

步骤1：设定时长T和步进的长度t；

步骤2：实时采集并存储汽轮发电机组转子支持轴承的轴振通频振动幅值、转子轴承轴瓦温度及转子轴承润滑油油压；

步骤3：判断当前时刻T₁的轴振通频振动幅值A_T1是否大于等于设定的预警阈值A_thresh，如果轴振通频振动幅值A_T1大于等于设定的预警阈值A_thresh，则执行步骤5；否则，执行步骤4；

步骤4：步进一个长度t，然后返回步骤2；

步骤5：验证转子轴承轴瓦温度或者转子轴承润滑油油压是否通过，如果通过，则判定汽轮发电机组轴颈碰摩故障发生；否则，判定汽轮发电机组轴颈碰摩故障不发生；

其中，验证转子轴承轴瓦温度是否通过具体是，当转子轴承轴瓦温度的递增趋势参数ε^Tbp大于等于第一设定值D₁并且当前时刻T₁的转子轴承轴瓦温度大于等于设定的转子轴承轴瓦温度预警阈值

时，则验证转子轴承轴瓦温度通过；否则，验证转子轴承轴瓦温度不通过；

所述转子轴承轴瓦温度的递增趋势参数ε^Tbp具体是，从当前时刻T₁回溯设定时长T，将所述时长T中，在每一个步进的长度t时存储的转子轴承轴瓦温度

按照存储时间先后顺序排成第一序列，计算所述第一序列的逆序数S^Tbp，利用公式

计算转子轴承轴瓦温度的递增趋势参数ε^Tbp；其中，i＝1，2，3，…，

是所述第一序列的逆序数最大值，

验证转子轴承润滑油油压是否通过具体是，当转子轴承润滑油油压的递减趋势参数ε^Plo大于等于第二设定值D₂并且当前时刻T₁的转子轴承润滑油油压

小于等于设定的转子轴承润滑油油压预警阈值

时，则验证转子轴承润滑油油压通过；否则，验证转子轴承润滑油油压不通过；

所述转子轴承润滑油油压P^lo的递减趋势参数ε^Plo具体是，从当前时刻T1回溯设定时长T，将所述时长T中，在每一个步进的长度t时存储的转子轴承润滑油油压

按照存储时间先后顺序排成第二序列，计算所述第二序列的逆序数S^Plo，利用公式

计算转子轴承润滑油油压的递减趋势参数ε^Plo；其中，i＝1，2，3，…，

是所述第二序列的逆序数最大值，

2.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法，其特征在于所述设定时长T＝1200秒。

3.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法，其特征在于所述步进的长度t＝0.1秒。

4.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法，其特征在于所述设定的预警阈值A_thresh＝90μm。

5.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法，其特征在于所述第一设定值D₁＝0.6。

6.根据权利要求1所述的一种汽轮发电机组轴颈碰摩故障实时辨识方法，其特征在于所述第二设定值D₂＝0.7。

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