CN102564765A - 一种汽轮发电机组动静碰摩轴向位置定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽轮发电机动静碰摩轴向位置定位方法。大型汽轮发电机组碰摩故障发生的部位不同，其故障的原因差别很大，故障引起的后果也不相同；快速准确地诊断碰摩故障和碰摩发生的部位，具有重要的理论价值和工程应用价值。本发明依据振动测试系统得到的机组动静碰摩转子两端轴承的振动，将振动波动过程中的极大值和正常情况的振动的变化量作为动静碰摩故障引起的故障矢量，通过矢量运算，分解得到故障矢量的同相分量和反相分量。本发明通过反相分量和同相分量的比值关系来建立摩擦点的轴向位置的计算公式，并通过动静碰摩故障的矢量判据，从而有效判断出汽轮发电机转子动静碰摩故障轴向位置。

Description

一种汽轮发电机组动静碰摩轴向位置定位方法

技术领域

本发明涉及旋转机械振动故障诊断与控制领域，具体地说是一种大型汽轮发电机组动静碰摩轴向位置定位方法。

背景技术

动静碰摩是大型汽轮发电机组启停和运行中常见的故障。碰摩故障内在机制复杂，振动特征较其它故障呈现多样性和不确定性，随碰摩的类型、程度和阶段差异很大；还往往受到外部环境影响，如测点类别、测量分析仪器采样率、分辨率等。这些导致现场分析诊断比其它故障难度大，认定错误和延误经常发生。大型汽轮发电机组碰摩故障发生的部位不同，其故障的原因差别很大，故障引起的后果也不相同。在不同部位发生的碰摩故障，采取的故障处理措施也不相同。例如，发生在汽缸内部的严重摩擦振动，会损坏汽封齿，情况恶劣的需开缸检修。动静碰摩轻者会引起汽封磨损，导致汽封漏气量增大，汽轮发电机效率降低，重者引起叶片断裂，主轴弯曲，甚至汽轮发电机完全损坏。因此快速准确地诊断碰摩故障和碰摩发生的部位，具有重要的理论价值和工程应用价值。

发明内容

为了准确辨识转子汽缸内、外的动静碰摩故障，本发明提供一种大型汽轮发电机组动静碰摩轴向位置定位方法，其通过振动故障矢量变化计算，以及分析碰摩引起振动矢量的振型关系来确定碰摩点的轴向位置。

本发明采用的技术方案为：一种汽轮发电机组动静碰摩轴向位置定位方法，其步骤如下：

1)依据汽轮发电机组配套的在线振动监测保护系统(TSI)和故障诊断系统(TDM)，连续监测各个轴承2个方向的轴振数据；

2)对监测的数据进行分析，根据振动(幅值和/或相位)随时间变化的特征来识别是否存在动静碰摩故障；

3)针对存在动静碰摩故障的转子，将转子的两侧轴承A、B的振动数据作为计算对象，振动波动过程中的极大值和正常情况的振动值差值为动静碰摩故障引起的故障矢量，即故障矢量为：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{Q}_A=X_{A1}-X_{A0}\\ \mathrm{\Δ}{Q}_B=X_{B1}-X_{B0}\end{array}\right.---\left(1\right),$

上式中：X_A0和X_B0为原始不平衡在轴承A和轴承B引起的振动矢量，X_A1和X_B1为摩擦振动使转子产生热弯曲，反映在轴承A和轴承B产生新的合成振动，由于摩擦振动产生的振动是个连续变化的过程，这里X_A1和X_B1可选一个振动波动变化周期里的振动极大值；

4)对步骤3得到的故障矢量，进行同相分量(对称分量)A_d和反相分量(反对称分量)A_f的振型计算，即

$\left\{\begin{array}{c}{A}_d=\frac{1}{2}(\mathrm{\Δ}{Q}_A+\mathrm{\Δ}{Q}_B)=\left|A_d\right|\∠\mathrm{\α}\\ A_f=\frac{1}{2}({\mathrm{\ΔQ}}_A-\mathrm{\Δ}{Q}_B)=\left|A_f\right|\∠\mathrm{\β}\end{array}\right.---\left(2\right),$

上式中：|A_d|、α为振动变化量同相分量幅值、相位，|A_f|、β为振动变化量反相分量幅值、相位；

5)对步骤4得到的振型计算结果，如同相分量与反相分量成正交准则，即α与β应该满足正交准则，通过反相分量和同相分量的比值关系模拟计算摩擦点的轴向位置；如同相分量与反相分量不满足正交准则，则说明不一定存在动静碰摩故障。

摩擦点的轴向位置计算公式如下：

$\mathrm{La}=\frac{1}{2}(1-\frac{1}{5}|\frac{A_f}{A_d}\left|\right)\×L---\left(3\right),$

上式中：L_a为转子末端加重平面位置C与摩擦点E的轴向距离，L为转子两端加重平面位置C和D之间的轴向距离，即一般可认为是汽轮发电机缸内部分转子的轴向长度，见附图1。

汽轮发电机组动静碰摩振动的主要特征是振幅波动、振动相位变化。这种现象的本质就是，在转轴表面发生碰摩时，合成振动矢量发生旋转。本发明通过振动故障矢量变化计算，以及分析碰摩引起振动矢量的振型关系来确定碰摩点的轴向位置。

根据汽轮发电机的挠性转子振动特性，在额定转速运行时，转子碰摩在转子中部附近时，摩擦振动不发散，也就是说，较难激起较大的同相分量。因此，可采用启停机过临界一阶振动变化量作为故障矢量的同相分量计算依据，反相分量仍然采用额定转速下二阶振型的振动变化量，即通过额定转速下转子二阶振型的振动变化量和启停机过程一阶临界转速的振动变化量来计算动静碰摩的轴向位置。

本发明通过反相分量和同相分量的比值关系来建立摩擦点的轴向位置的计算公式，并通过动静碰摩故障的矢量判据，从而有效判断出汽轮发电机转子动静碰摩故障轴向位置。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明摩擦点轴向定位分析模型。

具体实施方式

某电厂#12燃气—蒸汽联合机组在进行超速试验前后，高中压转子的3、4号轴振出现波动爬升，通过对在线的TDM系统分析，超速试验后停机降速过程中，回到3000r/min时振动较正常情况下3000r/min振动有上升，振幅增加、振幅和相位变化均以一倍频为主、相位增大等振动特征完全符合动静碰摩故障。不管定速还是升降速状态下，1、5号轴振动没有明显的变化，说明碰摩接触部分就在高中压转子跨度内，高中压转子出现较为明显的动静碰摩故障。因此应用本发明来辨识具体的碰摩位置是在缸内，还是缸外的轴封处。

表1已列出各频振动变化量ΔQ，ΔQ由式1计算得到，再计算其振动分量的A_d和A_f。

表1 碰摩故障前后振动数据表

由式(2)得出Y方向振动分量：

A_d＝64.2∠244，A_f＝40∠157

同理X方向的振动分量：

A_d＝71∠86，A_f＝60∠15

Y方向的A_d和A_f的相位差为α-β＝87°，X方向的A_d和A_f的相位差为α-β＝71°，可知振动变化量的同相分量和反相分量成正交关系，符合正交的判据，因此存在动静碰摩故障。

再由式3可知摩擦点为：

由Y向振动变化量计算，L_a＝0.44L；

由X向振动变化量计算，L_a＝0.42L。

据此判断：振动的原因是摩擦振动，摩擦发生的部位在缸内，即高中压转子的高压转子部位。该机组发生缸内的碰摩，盘车2天后，仍然不见转子偏心下降，高中压转子碰摩情况非常严重，必须开缸处理。开缸后汽封的摩擦程度非常严重，12道高压转子的汽封高齿全部磨平，也验证了本发明的正确性和及时性。

Claims (3)

1.一种汽轮发电机组动静碰摩轴向位置定位方法，其步骤如下：

1)依据汽轮发电机组配套的在线振动监测保护系统和故障诊断系统，连续监测各个轴承2个方向的轴振数据；

2)对监测的数据进行分析，根据振动幅值和/或相位随时间变化的特征来识别是否存在动静碰摩故障；

3)针对存在动静碰摩故障的转子，将转子的两侧轴承A、B的振动数据作为计算对象，振动波动过程中的极大值和正常情况的振动值差值为动静碰摩故障引起的故障矢量；

4)对步骤3得到的故障矢量，进行同相分量A_d和反相分量A_f的振型计算；

5)对步骤4得到的振型计算结果，如同相分量应与反相分量成正交准则，通过反相分量和同相分量的比值关系模拟计算摩擦点的轴向位置。

2.根据权利要求1的汽轮发电机组动静碰摩轴向位置定位方法，其特征在于摩擦点的轴向位置计算公式为

上式中：L_a为转子末端加重平面位置与摩擦点的轴向距离，L为转子两端加重平面位置之间的轴向距离。

3.根据权利要求1或2所述的汽轮发电机组动静碰摩轴向位置定位方法，其特征在于，当转子碰摩位于转子中部附近时，通过额定转速下转子二阶振型的振动变化量和启停机过程一阶临界转速的振动变化量来计算动静碰摩的轴向位置。

Images