CN108955869A - 一种汽轮发电机异常噪声频谱的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种汽轮发电机异常噪声频谱的分析方法，其方法是进行1/3倍频程的噪声测试，并绘制噪声频谱图；在频谱图中，50Hz为基频的2倍频、4倍频、8倍频等一系列噪声幅值突出，形成了“阶梯”型，即可确定为50Hz中心频率异常；100Hz中心频率噪声幅值接近或者超过50Hz中心频率噪声幅值，二者形成噪声峰值相近的“骆驼峰”型，即可确定为100Hz中心频率异常；630Hz或500Hz中心频率噪声幅值明显突出，即可确定为630Hz或500Hz中心频率异常；50Hz中心频率噪声异常，是机械安装不良，即定位筋的固定不牢；100Hz中心频率噪声异常，是绕组端部绑扎不牢；630Hz或500Hz中心频率噪声异常，是铁心松动。

Description

一种汽轮发电机异常噪声频谱的分析方法

技术领域：

本发明涉及一种汽轮发电机异常噪声频谱的分析方法。

背景技术：

大型汽轮发电机运行时，转子高速旋转，绕组产生高电压、大电流，电机内存在机械力、电磁力，部件温度升高，机械结构变形。大型汽轮发电机运行，也必然存在着噪声。噪声的分类主要有电磁噪声、机械噪声、空气动力噪声、轴承噪声、电刷噪声等。由于发电机内噪声源较多，电磁噪声、机械噪声、空气动力噪声、轴承噪声分布在不同的频域，这些频域往往相互重叠、混杂，因而发电机噪声具有较宽的频域范围和复杂的频谱。噪声能反映出发电机的运行状态和安装质量：安装质量良好的发电机运行时，噪声幅值低、声音均匀；存在故障的发电机，运行时会出现噪声幅值高、异常刺耳等现象。

人耳可闻声音的频率范围为20Hz～20kHz，把这个声频范围划分若干个频率段，称为频程或频带；倍频程是指频率的上下限之比为f2:f1＝2:1频带。为了更详细地描述噪声的频谱，把一个倍频程再细分为三段小频带，称为1/3倍频程。1/3倍频程用若干个中心频率的噪声值，来代表每一段频带的噪声值。常见的噪声频谱是以频率为横坐标，声压级为纵坐标绘制的噪声曲线，通过它反映了各种频率下噪声级的数值。

本发明通过测试1/3倍频程噪声频谱，分析判断大型汽轮发电机是否存在故障以及属于哪种类型的故障。

发明内容：

本发明的目的是：通过异常噪声频谱，判断汽轮发电机是否存在机械安装不良、绕组端部绑扎不牢、铁心松动等故障的分析方法。本发明的技术方案是：一种汽轮发电机异常噪声频谱的分析方法：

步骤一：噪声测试

a)仪表使用

噪声测试应使用精度等级为1级的噪声频谱分析仪，噪声仪表按“GB/T 7441汽轮机及其被驱动机械发出的空间噪声的测量”、“GB/T 10069.1旋转电机噪声测定方法及限值第1部分：旋转电机噪声测定方法”的要求，能进行1/3倍频程的噪声频谱测试；进行1/3倍频程的噪声频谱测试时，频率计权方式为“Z”计权，“Z”计权是倍频程噪声测试的一种频率计权方式，为线性计权方式；

b)发电机运行工况

进行噪声频谱测试时，汽轮发电机为正常带载运行状态，带载负荷为低负荷、中负荷、高负荷三种运行工况，低负荷一般为50％左右的额定功率、中负荷一般为80％左右的额定功率、高负荷一般高于90％的额定功率，高负荷负载尽可能为额定功率负载；三种运行工况下，发电机的功率因数应基本相同；

c)测试位置

1/3倍频程的噪声测点有四点：在发电机机座两侧，每一侧的中部各一个测点；在发电机励端、汽端两个端部，每一端部的中部各一个测点；

步骤二：数据处理

a)一条噪声频谱图的绘制

以1/3倍频程中心频率的“序号”为横坐标，在此中心频率下测试的“Z”计权声压级噪声值为纵坐标，绘制噪声曲线；“Z”计权是倍频程噪声测试的一种频率计权方式，为线性计权方式；

b)多条噪声频谱的对比绘制

可以将同一测试位置且相同工况但不同测试时间、相同工况但不同测试位置、同一测试位置但不同运行工况的噪声频谱分别绘制在同一张频谱图中；比较不同时间、不同位置、不同负载的噪声频谱差异，进行重复性或者对比性的噪声测试分析；

步骤三：异常频谱的确定

大型汽轮发电机的典型噪声频谱图，50Hz、100Hz中心频率噪声幅值是相对突出的，并且100Hz噪声幅值低于50Hz噪声幅值；其他的噪声频谱突出不明显；以下三种情况，发电机噪声频谱与典型噪声频谱图存在明显差别，可确定为异常频谱：

a)50Hz中心频率异常

在噪声频谱图上，100Hz、200Hz、400Hz等中心频率，以50Hz为基频的2倍频、4倍频、8倍频噪声都突出，这些系列噪声形成了“阶梯”型，即可确定为50Hz中心频率异常；

b)100Hz中心频率异常

在噪声频谱图上，100Hz中心频率噪声幅值突出，其幅值增大到相近或者超过50Hz中心频率噪声幅值，100Hz中心频率与50Hz中心频率噪声频谱形成峰值相近的“骆驼峰”双峰型，即可确定为100Hz中心频率异常；

c)630Hz或500Hz中心频率异常

在噪声频谱图上，630Hz或500Hz明显突出，即可确定为630Hz或500Hz中心频率异常；

步骤四：质量分析判断

a)50Hz中心频率异常，是机械安装不良

如果发电机机械安装不良，刚性不足，基频50Hz就会产生一系列的激振反应，在100Hz、200Hz、400Hz等低倍频的激振反应尤为明显；机械安装不良，主要是铁心背部定位筋的固定不牢；

b)100Hz中心频率异常，是绕组端部绑扎不牢

由于大型汽轮发电机电磁力的作用，在定子绕组上产生100Hz周期的振动力；定子绕组端部是定子绕组的一部分，端部绕组不在槽内，受漏磁、电磁力的影响大；如果绕组端部绑扎不牢固，100Hz的振动噪声会异常增大；

c)630Hz或500Hz中心频率异常，是铁心松动

500Hz～630Hz是大型汽轮发电机铁心的固有频率区间，如果出现压紧不实、松动、局部空腔等铁心安装质量问题，在多种振动因素共同作用下，铁心630Hz或500Hz固有频率的振动会剧增，在噪声频谱图中，630Hz或500Hz中心频率的噪声幅值会异常突出。

技术效果：

a)噪声测试。本发明在1/3倍频程的“Z”计权为线性计权方式，在这种测试方式下便于对噪声信号的分析。由于大型发电机运行时异常噪声不一定出现在何种负载下，需要去寻找捕捉异常噪声，多种运行工况测试、重复性测试是非常必要的，因此本发明在低负荷、中负荷、高负荷三种运行工况，以及更多运行工况下测试。由于发电机的机座和端部的结构不同，主要噪声源、传声通道不同、分析的侧重点不同，因此本发明对发电机不同位置分别测试噪声。

b)频谱图的绘制。本发明以“序号”，而不是实际“频率”绘制的频谱图，图形紧凑、直观，便于分析；这种绘制方法使1000Hz以内的噪声值更容易得到观测，而大型汽轮发电机的主要噪声源频率也集中在1000Hz以内。在同一张坐标图下，多条噪声频谱图的对比，分析不同位置、不同负载之间的差异，对比性的噪声测试对正确的质量判定很有帮助。

c)异常频谱的确定。本发明提出的异常频谱是经过多次的真机检测、通过对比分析的经验概括总结的，在图4～图6中所列的50Hz、100Hz、630Hz三种情况下中心频率异常，都是真实测试的典型噪声频谱。若某个机组的异常噪声与以上所述情况并不是完全吻合，得需要具体分析。在异常频谱中，630Hz或500Hz中心频率噪声异常出现的情况较多，比例约占90％以上。按位置来说，50Hz、630Hz或500Hz中心频率异常多出现在发电机机座处；100Hz中心频率异常多出现在发电机端部。

d)质量分析判断。50Hz中心频率噪声频谱异常，是机械安装不良，主要是铁心背部定位筋的固定不牢；绕组端部绑扎不牢时，会出现100Hz中心频率噪声频谱异常；如果出现压紧不实、松动、局部空腔等铁心安装质量问题，630Hz或500Hz中心频率的噪声幅值会显示异常突出。噪声故障诊断具有一定的复杂性，本发明提到的异常噪声频谱与发电机安装质量故障的分析判断，在发电机维护检修中得到过相互验证。

附图说明：

图1 1/3倍频程噪声测点位置图

图2 典型的一条发电机噪声的频谱图

图3 典型的多条发电机噪声的频谱对比图

图4 50Hz中心频率异常的“阶梯”型频谱图

图5 100Hz中心频率异常的“骆驼峰”型频谱图

图6 630Hz中心频率异常突出的频谱图

具体实施方式：

通过异常噪声频谱，判断汽轮发电机是否存在机械安装不良、绕组端部绑扎不牢、铁心松动等故障的分析方法。本发明的具体实施方式为：

步骤一：噪声测试

a)仪表使用

噪声测试应使用精度等级为1级的噪声频谱分析仪，噪声仪表按“GB/T 7441汽轮机及其被驱动机械发出的空间噪声的测量”、“GB/T 10069.1旋转电机噪声测定方法及限值第1部分：旋转电机噪声测定方法”的要求，能进行1/3倍频程的噪声频谱测试；进行1/3倍频程的噪声频谱测试时，频率计权方式为“Z”计权；“Z”计权是倍频程噪声测试的一种频率计权方式，为线性计权方式；

b)发电机运行工况

进行噪声频谱测试时，汽轮发电机为正常带载运行状态，带载负荷为低负荷、中负荷、高负荷三种运行工况，低负荷一般为50％左右的额定功率、中负荷一般为80％左右的额定功率、高负荷一般高于90％的额定功率，高负荷负载尽可能为额定功率负载；三种运行工况下，发电机的功率因数应基本相同；

c)测试位置

1/3倍频程的噪声测点有四点：在发电机机座两侧，每一侧的中部各一个测点；在发电机励端、汽端两个端部，每一端部的中部各一个测点；噪声测试仪与发电机本体测试距离为1m，测试高度应距离地面1.5m以上，或者在发电机轴中心线高度。噪声测试位置如图1所示，图1中，1发电机；2联轴器；3汽轮机；A为机座第1位置、B为机座第2位置、C为励端位置、D为汽端位置，A、B、C、D为噪声测试位置。

步骤二：数据处理

a)一条噪声频谱图的绘制

以1/3倍频程中心频率的“序号”为横坐标，在此中心频率下测试的“Z”计权声压级噪声值为纵坐标，绘制噪声曲线；“Z”计权是倍频程噪声测试的一种频率计权方式，为线性计权方式；一条典型的噪声频谱图的绘制见图2，在典型的噪声频谱图上，50Hz中心频率的噪声值最突出，其次突出的是100Hz中心频率的噪声值。b)多条噪声频谱的对比绘制

可以将同一测试位置且相同工况但不同测试时间、相同工况但不同测试位置、同一测试位置但不同运行工况的噪声频谱分别绘制在同一张频谱图中；比较不同时间、不同位置、不同负载的噪声频谱差异，进行重复性或者对比性的噪声测试分析；多条噪声频谱的对比绘制见图3。

步骤三：异常频谱的判定

大型汽轮发电机的典型噪声频谱图，50Hz、100Hz中心频率噪声幅值是相对突出的，并且100Hz噪声幅值低于50Hz噪声幅值；其他的噪声频谱突出不明显；以下三种情况，发电机噪声频谱与典型噪声频谱图存在明显差别，可确定为异常频谱：

a)50Hz中心频率异常

在噪声频谱图上，100Hz、200Hz、400Hz等中心频率，以50Hz为基频的2倍频、4倍频、8倍频噪声都突出，这些系列噪声形成了“阶梯”型，即可确定为50Hz中心频率异常；50Hz中心频率异常频谱图见图4。

b)100Hz中心频率异常

在噪声频谱图上，100Hz中心频率噪声幅值突出，其幅值增大到相近或者超过50Hz中心频率噪声幅值，100Hz中心频率与50Hz中心频率噪声频谱形成峰值相近的“骆驼峰”双峰型，即可确定为100Hz中心频率异常；100Hz中心频率异常频谱图见图5。

c)630Hz或500Hz中心频率异常

在噪声频谱图上，630Hz或500Hz明显突出，即可确定为630Hz或500Hz中心频率异常；630Hz中心频率异常频谱图见图6。

步骤四：分析判断

a)50Hz中心频率异常，是机械安装不良

如果发电机机械安装不良，刚性不足，基频50Hz就会产生一系列的激振反应，在100Hz、200Hz、400Hz等低倍频的激振反应尤为明显；机械安装不良，主要是铁心背部定位筋的固定不牢；

b)100Hz中心频率异常，是绕组端部绑扎不牢

由于大型汽轮发电机电磁力的作用，在定子绕组上产生100Hz周期的振动力；定子绕组端部是定子绕组的一部分，端部绕组不在槽内，受漏磁、电磁力的影响大；如果绕组端部绑扎不牢固，100Hz的振动噪声会异常增大；

c)630Hz或500Hz中心频率异常，是铁心松动

500Hz～630Hz是大型汽轮发电机铁心的固有频率区间，不同型号汽轮发电机铁心有各自的固有频率，630Hz固有频率多一些。如果出现压紧不实、松动、局部空腔等铁心安装质量问题，在多种振动因素共同作用下，铁心630Hz或500Hz固有频率的振动会剧增，在噪声频谱图中，630Hz或500Hz中心频率的噪声幅值会异常突出。

Claims (1)

1.一种汽轮发电机异常噪声频谱的分析方法，其特征是：

步骤一：噪声测试

a)仪表使用

噪声测试应使用精度等级为1级的噪声频谱分析仪，噪声仪表按“GB/T 7441汽轮机及其被驱动机械发出的空间噪声的测量”、“GB/T 10069.1旋转电机噪声测定方法及限值第1部分：旋转电机噪声测定方法”的要求，能进行1/3倍频程的噪声频谱测试；进行1/3倍频程的噪声频谱测试时，频率计权方式为“Z”计权，“Z”计权是倍频程噪声测试的一种频率计权方式，为线性计权方式；

b)发电机运行工况

进行噪声频谱测试时，汽轮发电机为正常带载运行状态，带载负荷为低负荷、中负荷、高负荷三种运行工况，低负荷一般为50％左右的额定功率、中负荷一般为80％左右的额定功率、高负荷一般高于90％的额定功率，高负荷负载尽可能为额定功率负载；三种运行工况下，发电机的功率因数应基本相同；

c)测试位置

1/3倍频程的噪声测点有四点：在发电机机座两侧，每一侧的中部各一个测点；在发电机励端、汽端两个端部，每一端部的中部各一个测点；

步骤二：数据处理

a)一条噪声频谱图的绘制

以1/3倍频程中心频率的“序号”为横坐标，在此中心频率下测试的“Z”计权声压级噪声值为纵坐标，绘制噪声曲线；“Z”计权是倍频程噪声测试的一种频率计权方式，为线性计权方式；

b)多条噪声频谱的对比绘制

可以将同一测试位置且相同工况但不同测试时间、相同工况但不同测试位置、同一测试位置但不同运行工况的噪声频谱分别绘制在同一张频谱图中；比较不同时间、不同位置、不同负载的噪声频谱差异，进行重复性或者对比性的噪声测试分析；

步骤三：异常频谱的确定

大型汽轮发电机的典型噪声频谱图，50Hz、100Hz中心频率噪声幅值是相对突出的，并且100Hz噪声幅值低于50Hz噪声幅值；其他的噪声频谱突出不明显；以下三种情况，发电机噪声频谱与典型噪声频谱图存在明显差别，可确定为异常频谱：

a)50Hz中心频率异常

在噪声频谱图上，100Hz、200Hz、400Hz等中心频率，以50Hz为基频的2倍频、4倍频、8倍频噪声都突出，这些系列噪声形成了“阶梯”型，即可确定为50Hz中心频率异常；

b)100Hz中心频率异常

在噪声频谱图上，100Hz中心频率噪声幅值突出，其幅值增大到相近或者超过50Hz中心频率噪声幅值，100Hz中心频率与50Hz中心频率噪声频谱形成峰值相近的“骆驼峰”双峰型，即可确定为100Hz中心频率异常；

c)630Hz或500Hz中心频率异常

在噪声频谱图上，630Hz或500Hz明显突出，即可确定为630Hz或500Hz中心频率异常；

步骤四：质量分析判断

a)50Hz中心频率异常，是机械安装不良

如果发电机机械安装不良，刚性不足，基频50Hz就会产生一系列的激振反应，在100Hz、200Hz、400Hz等低倍频的激振反应尤为明显；机械安装不良，主要是铁心背部定位筋的固定不牢；

b)100Hz中心频率异常，是绕组端部绑扎不牢

由于大型汽轮发电机电磁力的作用，在定子绕组上产生100Hz周期的振动力；定子绕组端部是定子绕组的一部分，端部绕组不在槽内，受漏磁、电磁力的影响大；如果绕组端部绑扎不牢固，100Hz的振动噪声会异常增大；

c)630Hz或500Hz中心频率异常，是铁心松动

500Hz～630Hz是大型汽轮发电机铁心的固有频率区间，如果出现压紧不实、松动、局部空腔等铁心安装质量问题，在多种振动因素共同作用下，铁心630Hz或500Hz固有频率的振动会剧增，在噪声频谱图中，630Hz或500Hz中心频率的噪声幅值会异常突出。