振动故障诊断

前 言

目前汽轮发电机组振动故障诊断存在两种不同类型的方法，一是经验型，二是监测--判断型（准确的表述应为：规则型推理诊断法。），经验型诊断是一种没有信息支持、没有手段借助、没有仪器依靠、没有理论指导的试探方法，分析判断往往是建立在一些假设和猜想的基础上，其特电石：在问题没有发生暴露前不关注，问题发生暴露后，手摸、耳听、待观察，振动造成危害时被迫停机，分析处理故障凭经验，从简到难，从单一到复杂逐步逼近，实质上是一种碰运气的做法。而规则型推理诊断法是一种截然不同的工作思路和处理方法，其特点：借助仪器支持，注重信息储备，强调特征分析，依据三个划分，细化三个确定，制定最佳处理对策。实际上，由于振动理论的不完善性和振动故障的特殊性，在处理振动故障的实践中，往往是两种方法共用，相互交织，如使两者能够很好的有机结合，常常会收到事半功倍的效果，特别是有了规则型推理的思维，更便于总结在理论指导下的经验积累。 规则型推理诊断法：

思维路径及工作程序——信息获取 →特征分析 →三个划分 →三个确定 →制定处理方案 →方案实施 →开机验证 一、信息获取： 1、监测参数

“七要素”——振幅、相位、频率、振动形式、振型、位置参量、过程参数。

振动形式—时基图（A-T关系图）、轴心轨迹图、极座标图（A-φ-f图）。 振型—转轴沿轴向的变形称振型或模态，测轴振判断。

位置参量—轴向位移、振动高点、胀差、热膨胀、偏心（静态、动态）。 过程参数—温度、压力、主蒸汽流量、负荷、真空、转速、轴承回油温度及流量、凝结水质、循环水量、运行调整方式、电网谐波干扰。 2、安装、检修、运行情况、机组的自特性。 3、同型机组和本机往日处理振动的经验。

二、特征分析：

主要是频率特征、平稳性特征、过程特征、典型振动特征分析。 1、频率特征分析：

监测仪或CRT画面显示，标准、规范所界定的报警和跳闸值，都是相对合成振动而言的。频率特征分析首先要搞清楚合成振动的频谱结构，计算不同工况下谐波分量占合成振动的比例，分析判断有害分量的大小及分布，按规则性推理征兆表大致概定故障可能发生的原因。

汽轮发电机组常见故障（征兆群的权重值）振动特征征兆表

故 障 不平衡 部件脱落 热弯曲 刚度不对称 轴裂纹 不对中 汽封碰摩 轴向碰摩 轴承松动 油膜振荡 轴承偏心 蒸汽涡动 亚諧波共振 油膜涡动 频 谱 征 兆 群 0-0.39X O,4--0.49X O.5X 0.51-0.99X 时间征兆群 3-5X >5X 慢 变 突 变 1X 2X 1.0 0.5 0.5 0.1 0.1 0.05 0.05 1.0 0.3 1.0 0.05 0.1 0.5 0.5 0.3 0.7 0.1 0.3 0.2 0.1 0.2 0.3 0.2 0.3 0.3 0.3 0.1 0.05 0.05 0.3 0.2 0.1 0.1 0.2 0.3 0.2 0.1 0.1 0.2 0.05 0.1 0.1 1.0 0.1 0.6 0.8 0.2 征兆群的权重值：数理统计加权平均乘以加权数，得出的事件发生的可能性或概率。 频率特征分析可借助征兆表、FFT功能分析、三维谱图和级联图。

2、平稳性特征分析：

概念：机组振动正常以否，决不能单纯的用振动是否超标来衡量，关键是要看机组运转是否平稳，是否在稳定区域运行。机组在非稳定区域运行，即使振动很小也是故障前兆，机组一定存在故障隐患。（目前普遍存在的认识误区） 机组运转平稳的界定：

1）升速过程具有良好的挠曲特性。

波特图连续光滑无阶跃（除过临界以外），幅值小于规定值，振幅放大系数β小于4~5，过临界时有明显的共振特性，主跨内两支承振动相位过临界前同相，过临界后达工作转速呈反相。 2）变工况机组不抖动不晃动；

3）稳定工况下，任意一个2分钟之内，振幅变化<20µm，相位变化<150； 4）振幅上限<规定值（国际、部标、国际标准），振幅下限>10~20%规定值；

（振动不是赿小赿好）

5）轴心轨迹的平均位置呈闭合（斜狹长扇形的一个稳定区域）； 6）频谱单纯，諧波干扰小，諧波/通频<1/3 ； 7）机组振动具有良好的再现性；

8）支承系统稳固性测试在合格范围内（大机组轴承-台板-基础差别振动<10µm；中小型机组<20µm）。 3、过程特征分析

机组振动与哪些过程，与哪些参数变化有关，实际上就是作相关分析。经验表明：振动与转速有关，首先考虑附加不平衡离心力的影响因素；振动与负荷有关首先考虑的是电气因素；振动与并网有关，首先考虑的是轴系中心这一影响因素；振动与时间和相位有关，首先考虑的是转体存在松动件的问题。有设备仪器的话，还可以做信号间的自相关和互相关分析。 4、典型振动特征分析

掌握三个要点：一是筛选、补捉、抓住机组振动的典型状况。二是利用对典型振动（油膜振荡、动静碰摩、中心不正、转轴截面刚度不对称、质量不平衡）理论研究的定论，分析比照振动机组的状况，看是否相符或相近，这样就把分析和诊断收缩到一个很小的范围。三是借助同型机、同行、以往自已处理振动故障的

经验，分析故障原因的可能性。

三、三个划分

汽轮发电机组各种各样的振动原因，可归纳为三个方面的问题

（1）干扰力和干扰力矩的作用；

（2）轴承油膜的不稳定和汽隙中的压力不稳定；

（3）转子-轴承-基础系统中，支承系统的弹性变形和不稳定性。

在分析、处理机组振动故障的过程中，能否正确判断影响机组振动诸因素中的

关键因素是属于哪一个方面的问题，是否有一个正确的原则性判论，是成功的处理机组振动故障的关键之所在。

通过信息获取、特征分析二个阶段的工作，对上述问题有一基本明确的原则性判论已不成问题。

四、三个确定

1、确定振动性质（普通强迫振动还是自激振动）；

2、确定振动类型（是干扰力、激振力大，还是轴承座动刚度差或支承系统连接不稳固）；

3、确定振动产生的具体原因。 结束语：

对三个确定有一个明白的判断，可以说规则型推理诊断的工作和程序基本结束，而相对一台复杂的大型汽轮发电机组振动故障诊断及处理工作却远远没有完成，往往会涉及到原因的多重性、故障的发展趋势、可能造成的危害及后果等一系列复杂和高深的技术问题，制定处理方案涉及到机组运行、检修、制造、设计诸方面的问题，故不赘述。

随着当代技术的高速发展，振动故障诊断有多种多样的方法和理论—模糊理论、灰色理论、神经网络理论、故障树理论和规则型推理等，目前国内外普遍采用的是规则型推理的方法，不管用哪种方法和理论，核心技术仍集中在二点：一是信息获取；二是对转子振动特性的认识和理解。当今振动故障诊断的滞障因素仍在于，上世纪四十年代末五十年代初创立的转子动力学理论没有根本性的突破和发展。