汽轮机故障诊断技术129350.docx

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1、华北电力大学科技学院本科毕业设计（论文）毕 业 设设 计(论文)汽轮机故障障诊断技术术系 别动力工程专业班级 学生姓名指导教师III汽轮机故障障诊断技术术摘 要 汽轮机机是一种应应用十分广广泛的旋转转式机械设设备，主要要作为驱动动各种生产产设备运转转的原动机机，因此其其在工业生生产中的地地位不言而而喻。随着着现代工业业的发展，汽汽轮机正向向着大型化化、高速化化、自动化化的方向发发展，与其其他生产设设备之间的的联系也越越来越紧密密。因此，一一旦汽轮机机发生故障障而停止工工作，将会会导致整个个生产过程程的停滞，造造成不可估估量的经济济损失。可可见，机械械故障诊断断在工程实实际中具有有相当的意意义，

2、它甚甚至逐渐成成为了一种种单独的学学科门类。本本文从汽轮轮机这一大大型设备出出发。首先先详细介绍绍了汽轮机机故障诊断断的历史，然然后有分别别介绍了汽汽轮机故障障的分类情情况和故障障参数的主主要分析方方法，最后后根据电厂厂的实际情情况，设计计了一个故故障检测诊诊断系统，以以说明在汽汽轮机故障障诊断技术术在实际应应用中的具具体原则。关键词: 故障诊断断；旋转机机械；汽轮轮机TURBIINE FFAULTT DIAAGNOSSIS TTECENNOLOGGYAbstrractThe ssteamm turrbinee is a kiind oof rootatiing mmachiineryy, w

3、hhich is wwidelly ussed. It iis maainlyy useed ass thee priime mmoverr to drivve alll kiinds of pproduuctioon eqquipmment. Theerefoore, the posiitionn of the steaam tuurbinne inn thee inddustrrial prodductiion iis seelf-eevideent. Withh thee devveloppmentt of modeern iindusstry, thee steeam tturbiin

4、e iis deeveloopingg in the direectioon off larrge sscalee, hiigh sspeedd andd auttomattion, andd thee rellatioon beetweeen thhe stteam turbbine and otheer prroducctionn equuipmeents is mmore and moree cloose. Therreforre, oonce the turbbine faills annd sttops workking, it willl leaad too thee staagn

5、attion of tthe wwholee prooducttion proccess and causse inncalcculabble eeconoomic lossses. Obviiouslly, tthe mmechaanicaal faault diaggnosiis haas thhe quuite signnificcancee in the engiineerring praccticee, itt eveen beecomees a kindd of indeependdent disccipliine ccateggory gradduallly. TThis pap

6、eer sttartss froom thhe laarge-scalle eqquipmment of ssteamm turrbinee. Fiirst intrroducced tthe hhistoory oof thhe faault diaggnosiis off steeam tturbiine, and thenn thee maiin annalyssis mmethoods wwere intrroducced tto tuurbinne faault classsifiicatiion aand ffaultt parrametters, acccordiing tto

7、thhe acctuall sittuatiion oof thhe nuucleaar poower plannt, ddesiggned a faault diaggnosiis syystemm, thhe sppeciffic pprincciplees too expplainn in the turbbine faullt diiagnoosis techhnoloogy iin thhe prractiical appllicattion.Key WWordss: The steaam tuurbinne ;FFaultt diaagnossis; Rotaatingg macc

8、hineery II目录摘 要IAbstrractII第一章 绪绪论11.1 汽轮机故故障问题研研究的意义义11.2 故障诊断断技术的发发展11.3 故障诊断断技术的现现状2第二章 汽轮机故故障诊断的的基本分析析方法32.1 汽轮机故故障分析概概述32.2 振动诊断断检测法42.2.11 振动动信号的监监测42.2.22 振动动信号的分分析5第三章 汽汽轮机主要要故障的分分类133.1 汽轮机故故障概述133.2 汽轮机振振动基础143.2.11 汽轮轮机振动的的分类143.2.33 转子子临界转速速对振动的的影响173.2.44 汽轮轮机振动标标准173.2.55 小结结203.3 转子不平

9、平衡213.3.11 转子子不平衡的的分类223.3.22 转子子不平衡故故障的特征征223.3.33 转子子不平衡故故障的原因因233.3.44 转子子不平衡的的诊断233.4 转子不对对中243.4.11 转子子在不对中中的分类263.4.22 转子子不对中的的主要故障障特征273.4.33 转子子不对中故故障的产生生原因283.4.44 转子子不对中故故障的诊断断293.5 动静碰摩摩293.5.11 动静静碰摩的分分类303.5.22 动静静碰摩的主主要特征313.5.33 动静静碰摩的主主要原因323.5.44 动静静碰磨的故故障诊断323.5.55 动静静碰摩故障障的处理333.5

10、.66 动静静碰摩故障障的预防333.6 转子弯曲曲333.6.11 转子子弯曲的分分类333.6.22 转子子弯曲的主主要特征343.6.33 转子子弯曲的原原因343.6.44 直轴轴方法343.6.55 预防防方法353.7 油膜涡动动与油膜振振荡353.7.11 油膜膜涡动353.7.22 油膜膜涡动的主主要特征363.7.33 如何何消除油膜膜涡动363.8 中心孔进进油故障38第四章 汽汽轮机故障障诊断系统统的设计与与实现404.1 汽轮机故故障诊断的的流程404.2 汽轮机故故障诊断系系统的设计计（STSSFDS）424.2.11 STTSFDSS的总体设设计424.2.22 S

11、TTSFDSS的系统结结构434.2.33 STTSFDSS的主要构构成44结论466参考文献47致谢500第一章 绪绪论681.1 汽轮机故故障问题研研究的意义义汽轮机（SSteamm Turrbinee），又称称蒸汽透平平。是一种种以高温高高压的蒸汽汽作为动力力，将蒸汽汽的内能转转换为汽轮轮机转子动动能的机械械。汽轮机机由转动部部分和静止止部分两个个方面组成成，其主要要作用是转转换蒸汽内内能，带动动发电机转转子发电。也也可以直接接驱动其他他动能转换换设备，例例如风机、泵泵等等。因因此被广泛泛应用于包包括电力在在内的各种种生产行业业，甚至我我国的第一一艘航空母母舰“辽宁宁号”也是是采用蒸汽汽

12、轮机驱动动螺旋桨。作作为主要的的动力设备备，它能否否安全高效效地运行直直接关系到到了一个生生产企业能能否顺利地地运营。随着工业的的大规模发发展和科学学技术的长长足进步，让让以汽轮机机为代表的的大型旋转转机械设备备正向着大大型化、高高速化、连连续化、集集中化、自自动化的方方向发展，生生产设备之之间形成一一套完整的的系统，各各种设备之之间的联系系也越来越越紧密11。根据据墨菲定律律的引申，越越是精密复复杂的系统统，发生故故障的概率率就越高。即即使是在重重视安全的的今天，由由于汽轮机机故障产生生的灾难性性事故仍时时有发生。例例如，19987年山山西大同电电厂2000MW机组组由于调速速器失控，导导致

13、机组发发证生转子子超速飞车车的恶性事事故；19999年阜阜新电厂一一号机2000MW汽汽轮机低压压缸铸铁隔隔板碎裂导导致轴系损损坏断裂；而国外，类类似的事故故从上世纪纪60年代代报道以来来就有500多起22 ，例例如,19969年英英国辛克利利角核电站站一台877MW汽轮轮机组在超超速实验时时由于高应应力和材料料的低韧性性导致主轴轴断裂，电电站停止运运行；19974美国国加拉丁（GGallaatin）电电站2号机机组2255MW汽轮轮机由于转转子制作材材料缺陷产产生裂纹导导致中低压压转子断裂裂，造成了了巨大的经经济损失；20111年2月，南南非ESKKOM电力力公司的DDUVHAA电站四号号机

14、组在进进行超速实实验时，由由于转速飞飞升引发了了汽轮机飞飞车恶性事事故。由此此可见，能能够有效地地预测或是是诊断汽轮轮机故障对对于生产实实际是非常常有必要的的。1.2 故障诊断断技术的发发展二次世界大大战以后，为为了尽快恢恢复到战前前的生产水水平，各国国加大了对对于旋转式式机械设备备的开发与与应用，结结合战争中中对于保养养设备和维维修故障的的经验，再再加上与之之相关的基基础物理和和应用数学学的极大发发展，使得得机械的故故障诊断技技术的到了了飞速的提提高。但是随着汽汽轮机向着着高温度、高高转速、新新型材料和和新式结构构的发展，传传统的转子子动力学愈愈显不足，尤尤其是转子子的复杂程程度越来越越高，

15、各种种传统物理理学和机械械学难以解解释的故障障频繁发生生。于是，为为汽轮机量量身定制的的设备故障障诊断技术术应运而生生。为汽轮机量量身定制的的设备诊断断技术，最最早是出现现在欧洲，那那在的欧洲洲工业联合合会（EIIF，Euuropeean IIndusstry Fedeeratiion）的的推动下，成成立了英国国机械保健健和状态监监测协会（MMHMC，MMechaanicaal Heealthh Monnitorring Centter），以以综合诊断断学（Teeroteech）为为指导，从从60年代代末开始了了对设备故故障的研究究；美国最最开始提倡倡以后勤学学（Loggistiics）为为主

16、导的装装备设备服服务维修，后后来由于层层出不穷的的机械故障障事故，在在美国航天天局（NAASA，NNatioonal Aeroonauttics and Spacce Addminiistraationn）的倡导导下，由美美国海军实实验室（NNRL，NNavall Ressearcch Laaboraatoryy）主持成成立了美国国机械故障障预防小组组（MFPPG，Maachinnery Faullt Prrevenntionn Grooup），积积极从事机机械设备故故障诊断技技术的开发发，在汽轮轮机的故障障诊断领域域也是成绩绩斐然。日日本虽然起起步较晚，新新日铁（NNSC，NNippoon

17、Stteel Corpporattion）于于19711年开始研研发诊断技技术，吸收收英美两国国长处，于于19766年达到使使用并取得得了良好的的效果，让让日本的电电力行业以以及汽轮机机制造业得得以居于世世界领先之之位。在当时，被被广泛推崇崇的系统有有：日本三三菱公司的的“旋转机机械健康管管理系统”（MMHM，MMachiinaryy Heaalth Moniitoriing），美美国西屋公公司的“可可移动诊断断中心”（MMDC，MMobille Diiagnoosis Centtre），美美国中心发发电部的“汽汽轮机监测测设备”（TTSE，TTurbiine SSuperrvisoory E

18、Equippmentt）和“试试验设备监监测”（TTEM，TTest Equiipmennt Moonitooringg）等等。我国自19979年才才初步开发发设备诊断断技术，并并于19883年初正正式把开展展机械故障障诊断工作作的要求纳纳入国营营工业交通通设备管理理试行条例例3，电力行行业响应国国家政策，于于19844年在各大大电厂推广广电力故障障诊断技术术，应用于于电厂各设设备的故障障检修与维维护。1.3 故障诊断断技术的现现状目前汽轮机机系统有基基于线性振振动理论和和典型非线线性振动理理论研究两两种故障诊诊断模型4，线线性的理论论系统较为为完善，因因此当我们们分析非线线性振动模模型时，常

19、常常是把某某个典型的的非线性模模型，近似似地处理接接近成一个个线性模型型去分析，这这样得以使使计算工作作大为简化化，但是这这样做到弊弊端是：当当一个强烈烈的非线性性故障出现现及恶化时时，我们就就无法辨识识出现的非非线性转子子故障的动动力学现象象，以至于于无法进行行正确的动动力学特征征的提取，无无法准确有有效地分析析问题，因因此，对于于非线性的的研究问题题必须采用用非线性的的基础模型型来分析。现代科技的的飞速发展展从某种方方面解决了了这些问题题，前辈们们辛苦钻研研，研究出出了各种各各样的、可可以有效应应用与现场场分析计算算的故障诊诊断模型。例例如：应用用MATLLAB的汽汽轮机振动动故障诊断断模

20、型；基基于小波分分析技术与与聚类分析析技术相结结合的旋转转机械故障障分析技术术5；利利用一维、二二维隐马尔尔科夫（MMarkoov）模型型的故障信信号处理方方法；将独独立分量分分析（ICCA）与高高阶统计量量等现代信信号处理方方法应用于于故障特征征提取等。尽管我们在在汽轮机故故障诊断方方面做了相相当程度的的的研究，但但这一技术术的本身发发展还是远远远不够，无无法满足实实际的生产产需要，尚尚未形成一一个完整的的全面的理理论应用体体系。因此此，即使在在工业高度度发达的今今天，已经经投入运行行使用、应应用比较成成功、系统统较为完善善的汽轮机机故障诊断断系统仍然然不多见。作者从大三三的专业课课上接触到

21、到汽轮机的的维修及故故障预防技技术，通过过学习与交交流，深刻刻地了解到到设备的维维护与故障障的诊断工工作直接关关系到企业业的生产效效益与安全全，在生产产环节中的的地位至关关重要。导导师说：“当当前故障诊诊断推广应应用的最大大障碍就是是从事现场场故障诊断断的技术人人员知识结结构的缺乏乏，许多人人懂得设备备、懂得如如何运行，却却不明白背背后的理论论概念。”汽汽轮机的故故障诊断技技术，应该该是由严谨谨的数学逻逻辑作为支支撑，众多多学科相互互渗透所组组成的知识识体系。本本文从汽轮轮机这一大大型旋转机机械设备出出发，首先先详细介绍绍汽轮机故故障的分类类及发生故故障前后的的特点，并并针对故障障给出相对对的

22、解决方方案。然后后列出故障障诊断的主主要方法与与内容，以以及其理论论支撑和应应用效果。最最后，以实实际电厂为为例，制定定汽轮机故故障诊断的的具体原则则。第二章 汽轮机故故障诊断的的基本分析析方法2.1 汽轮机故故障分析概概述故障诊断技技术，从理理论到实现现，要经历历三个阶段段。首先是是状态的检检测，通过过各种传感感和观测仪仪器记录并并上传所采采集的数据据，为故障障诊断提供供参考数据据和根本依依据；然后后是信息的的处理，包包括了信息息的分类整整理和信号号的运算与与筛选，以以及信号之之间的转换换，从庞大大的数据中中整理出对对故障诊断断工作有价价值的信息息；最后是是对处理之之后的信息息进行模糊糊识别

23、，以以期对设备备的运行状状态、运转转趋势进行行判断和预预测。 诊断的基基本流程，如如图2-11：图2-1 故障诊断断的基本流流程诊断的实施施方法也用用很多种，虽虽然在各个个领域都各各不相同，但但总体来讲讲，可以分分为三个方方面：（1）按照照核心部分分分类，有有离线经验验分析和在在线设备监监视等等。（2）按照照检测方法法分类，有有振动检测测法、噪声声检测法、温温度压力检检测法、声声波检测法法、金相分分析法等等等6。（3）按照照诊断的原原理分类，有有频域诊断断法，时域域分析法、统统计分析法法、信息理理论分析法法、模式识识别法等等等【7】。2.2 振动诊断断检测法对汽轮机的的故障诊断断时所选择择的特

24、征信信号，应该该同时具备备敏感性和和实时性两两方面：即即蕴含了机机器运行时时的最本质质的信息，又又能表明当当前的运行行情况，有有利于设备备的工况判判别。旋转设备发发生故障的的最明显的的特征就是是伴随着剧剧烈的振动动和刺耳的的噪声，而而其中振动动是最主要要的信号特特征8。在汽轮轮机所发生生的故障中中，振动往往往是最普普遍的现象象。由此可可见，振动动诊断检测测法是一种种十分合理理的汽轮机机故障诊断断方法。2.2.11 振动动信号的监监测2.2.11.1 振动的测测量装置 在工程实际际中，想要要了解汽轮轮机的运行行状态，往往往通过监监测它的通通频振幅而而得出。用用来测量通通频振幅的的装置叫拾拾振器，

25、拾拾振器的核核心组成部部分是传感感器。在工工程现场，应应根据不同同的使用环环境和现场场条件，来来选择使用用何种传感感器。测振振仪器的种种类有很多多，以被测测参数来划划分，有位位移传感器器（电阻式式、应变式式、电容式式、涡流式式），速度度传感器（动动圈式、动动磁式、变变间距式），加加速度传感感器（压电电式和应变变式）【99】。2.2.11.2 振动信号号的评定需要采集的的振动信号号可以根据据实际应用用情况分为为：（1）轴承承振动评定定,测量点点位于轴承承基座。（2）轴振振动值评定定，测量点点位于基座座上，轴的的两侧。2.2.11.3 振动的监监测参数振动的监测测参数可以以分为以下下两种：（1）动

26、态态参数1）振幅，表表征被测器器件因振动动离开其平平衡位置的的最大距离离。图2-2 3个方向上的测点2）振动烈烈度，是国国际上统一一的机械振振动状态特特征量。3）相位，用用于确定旋旋转机械的的动态特性性及动平衡衡。（2）静态态参数1）轴心位位置，在平平衡状态下下，轴承中中心相对于于轴颈中心心的位置10。2）轴向位位置，是指指机器转子子上安装的的止推环相相对于止推推轴承的位位置111。3）涨差，指指的是汽轮轮机转子与与气缸的相相对膨胀量量。4）对中度度，指轴系系转子之间间的连接对对中程度12。5）温度，轴轴瓦温度反反映了轴承承当前的运运行情况。6）润滑油油压，可以以以此判断断轴承油膜膜的状态。2

27、.2.22 振动动信号的分分析在工程实际际中，过程程参数与过过程状态之之间，其实实并没有严严格的一一一对照的关关系。因此此，在故障障诊断的准准确与否，取取决于先期期信息的分分类处理。故故障诊断其其实是由工工况监测和和故障分析析两个部分分组成。不不论是从字字面意思还还是其背后后机理，二二者有着明明显的不同同，但是二二者确是相相辅相成，不不可或缺。工工况监测是是故障分析析的基础，故故障分析是是工况监测测的目的。工工况监测是是对实时状状态的监视视及实时信信息的收集集，从汽轮轮机侧接收收数字信号号并进行处处理。故障障分析则是是从汽轮机机的故障出出发，目的的在于判断断查明故障障的部位以以及发生原原因。然

28、而而在工程实实际中，汽汽轮机故障障往往是一一种十分复复杂的多参参数形态，因因此在分析析数据时，不不仅要应用用到模拟量量分析，等等基本处理理手段，也也要尝试用用了一些新新的方法，例例如人工神神经网络系系统、混沌沌模型系统统等。2.2.22.1 对比分析析法在工程实际际中，采用用了一种频频谱分析仪仪，分析所所测得振动动信号的频频谱中的峰峰值等数据据，通过与与参考模式式的对比，就就可以判断断出运行是是否正常或或是识别出出什么故障障、何种原原因。这种种把当前信信息与过往往经验相比比对，通过过分析其中中的区别和和联系并以以此为根据据进行信息息处理的方方法，称为为对比分析析法 对比分分析法的顺顺利应用，有

29、有两个十分分必要的先先决条件：一是要熟熟悉机器的的各种状态态下的稳态态参数和故故障特征，并并统计为参参考模式；而二是要要有鉴定人人员需要有有一定的技技术水平，对对操作仪器器有着相当当的了解。2.2.22.2 逻辑判别别法前面提到，在在工程实际际中，过程程参数与过过程状态之之间，其实实并没有严严格的一一一对照的关关系。导致致了我们没没法直接通通过分析对对比就能得得出二者之之间的关系系，因此我我们需要后后退一步，通通过梳理二二者的逻辑辑，进行故故障判别。逻辑判别法法可以分为为数理逻辑辑判别和物物理逻辑判判别两种方方法133。所谓的数理理逻辑判别别法，简单单来讲，就就是将采集集的数据通通过函数运运算

30、转变为为特征参数数，比对该该特征参数数是否大于于或小于某某些故障的的阈值，依依次判断是是否存在该该故障。物理判别法法则是从关关键部位的的零部件所所用材料物物理变化的的角度来判判断该部位位零件的当当前情况。例例如：通过过对润滑油油的分析，测测得润滑油油温度、压压力是否正正常，以及及各种金属属微粒的含含量大小，就就可以分析析得出，油油膜是否正正常、被润润滑件是否否产生严重重磨损等。2.2.22.3 贝叶斯分分类法在机械的运运行过程中中个，出现现的问题大大多是随机机的。虽然然机械故障障的出现不不可预见，但但我们仍然然可以根据据已有的统统计模型和和现场数据据估计出故故障发生的的概率，这这种利用已已有模

31、型和和经验对故故障出现的的概率做出出的估计，称称为先验概概率144。因为为故障状态态是一个随随机量，以以此故障状状态的空间间可以写成成j=（1，22i，m），其其中i（ii=1,22,3,，m）称称为故障状状态空间中中的模式点点。在诊断断过程中，主主要用于判判别运行状状况的正常常或异常两两种状态，因因此他们的的先验概率率P（11）+P（2）=11。仅仅得得出先验概概率还不足足以达到判判条件，还还需要考虑虑到各种观观测数据、各各种状态下下的条件密密度。例如如： P（x /1）正常状态下的类条件事件发生密度；P（x /2）异常状态态下的类条条件事件发发生密度；由此，根据据贝叶斯公公式： Pix=P

32、xiP（i）j2PxjP（j） （式31）式中Pix为后验验概率。可可以理解为为，在所有有样本环境境及条件均均为已知的的条件下，故故障状态空空间中模式式点出现的的概率。图2-3 贝叶斯分分类算法2.2.22.4 模型判别别法在生产实际际中，汽轮轮机的故障障的发生是是一个动态态的过程，而而且遵循着着一定的规规律。最常使用的的模型判别别法，是展展开对故障障发生的前前后动态和和瞬态时间间域的数据据分析。也也就是所谓谓的时间域域分析。时时间域分析析是根据观观测数据建建立的数学学表达式，只只要拥有合合理的模型型结构和参参数设置，那那么动态过过程的基本本规律、运运行状态的的异常与否否等信息一一定蕴含在在分

33、析模型型及数据结结构当中。在在工程实践践中已经证证明：用时时间域分析析法进行的的建模，在在运行状态态预测、故故障提前预预警方面已已经取得了了一定的效效果。目前前的汽轮机机诊断技术术中，已经经大范围采采用时间序序列分析法法中的线性性和非线性性检验方法法，来判断断一个运行行工况是否否整体在一一个正常或或是异常的的范围内。2.2.22.5 模糊诊断断法机器在运行行过程中，我我们所监测测得的测量量值和特征征参数往往往是确定的的，但它们们对应的现现象及故障障却是存在在一定的不不确定性，也也就是存在在一定的偶偶然性和模模糊性。因因此在工程程实际中，我我们并不能能将故障准准确地定义义为某一类类，同样地地，也

34、无法法判断机轮轮机的当前前的状态属属于具体哪哪一种故障障。我们只只能以一种种范围性的的说法来概概括。例如如振动有大大有小，有有径向振动动也有径向向振动，有有倍频振动动也有同步步振动等等等，我们通通过逐步模模糊处理的的方法，先先把振动信信号模糊归归类在振动动大这一分分类中，在在通过后续续的算法做做详细分类类。但是，这这里所说的的模糊分类类并不是靠靠人工思维维分类那么么简单，它它有着一定定的模糊运运算规则以以及运算逻逻辑，并可可以通过复复杂的数学学运算把相相应的想象象用数学模模型来体现现。2.2.22.6 故障树分分析法故障树分析析法，是利利用树状图图将汽轮机机故障与汽汽轮机运行行时的异常常现象、

35、异异常状态、异异常参数等等等联结起起来的图形形式分析方方法，它模模糊了各个个事件与故故障发生原原因的微小小差别，强强调了故障障前后现象象的因果关关联。通过过鲜明的分分支和严谨谨的结构关关系，将故故障-现象象-因素这这三者紧密密地结合起起来，具有有逻辑性强强、合理程程度大、便便于分类和和处理等优优点，因此此在故障诊诊断领域被被广泛使用用。下面是应用用故障树的的步骤：（1）给故故障以明确确的定义，选选定可能发发生的故障障作为顶事事件。（2）分析析该故障的的成因（3）做出出系统故障障的逻辑图图。（4）对故故障树的各各级结构做做定性分析析，分析各各个因素与与顶事件的的关联程度度。（5）对故故障树的各各

36、个结构做做定量分析析，就可以以根据故障障树逻辑，对对系统故障障做出分析析。 图2-4汽汽轮机故障障的故障树树分析图2.2.22.7 图形分析析法所监测的数数据，通过过分析处理理，可以得得到一系列列的图形数数据，有的的可以直观观的看出机机器当前的的运行状况况、某一参参数的大致致走向等等等。针对汽汽轮机振动动故障的特特点，常常常采用的图图形分析方方法有：（1）波特特图（Boode pplot），又又称为幅频频响应图，是是一种应用用于线性的的非时变系系统的坐标标图。一般般由两张图图组合而成成，波特图图中横坐标标表示为转转速频率的的半对数坐坐标尺度，波波特图纵坐坐标则分别别表为振动动幅值和振振动相位。

37、因因此它也是是一种幅频频响应和相相频响应曲曲线。有着着绘制简单单，对比直直观等优点点。图2-5 机组升升速时的波波特图（2）极坐坐标图，也也称奈奎斯斯特（Nyysquiist）图图，在进行行振动的分分析绘图时时，也称之之为振型圆圆。其是指指是一种工工频振动矢矢量图，原原理是将振振动频率特特性分析计计算成相应应的极坐标标函数后，以以振动频率率特性的实实部为横坐坐标，虚部部为纵坐标标，以幅频频特性为为参变量的的图，可以以直观地表表示出振幅幅与相位的的关系。它它的绘制范范围很广，可可以绘制整整个范围域域的特性曲曲线，因此此在数据分分析领域被被被广泛使使用。图2-6 产生振振动时的极极坐标图（3）轴心

38、心位置图 利用相相互垂直的的两个传感感器，通过过监测和分分析得到的的数据，得得出轴中心心的径向位位置。轴心心位置图与与极坐标图图不同，轴轴心振动图图是以不存存在径向振振动为前提提的，它给给出的是转转子中心的的轴向振动动特性。图2-7 失稳时时的轴心位位置图（4）轴心心轨迹图 主要是是借助安装装在轴的截截面上的传传感器，可可以得到轴轴心轨迹大大致图像和和轴系的旋旋转状态，进进而可以确确定轴的进进动方向。还还可以用来来测算转子子的临界转转速、空间间振型曲线线及部分故故障，如转转子不对中中、轴颈处处的动静碰碰磨、油膜膜振荡（正正进动时发发生）等等等17。图2-8 轴心轨轨迹图（5）频谱谱图 汽汽轮机

39、振动动的绝大部部分信号是是由多种激激励信号合合成的复杂杂信号，根根据傅里叶叶分析原理理，这种合合成的复杂杂信号可以以被分解成成一系列的的谐波分量量，即概率率成分。每每一个谐波波分量又含含有幅值和和相位特征征量。各个个谐波分量量以频率轴轴为坐标，按按转速高低低为幅值频频率排列起起来的谱图图，就叫做做频谱图19。图2-9 频谱图把一段时间间内收集的的所有频谱谱图叠加进进一个图形形了，就得得到了瀑布布图：图2-100 瀑布布图（6）趋势势分析 趋趋势分析是是把所测得得的特征数数据值和预预报值按一一定的时间间顺序排列列起来进行行分析。这这些特征数数据可以是是通频振动动、1倍振振幅、二倍倍振幅以及及轴心

40、位置置等188。图2-111 趋势分分析图第三章 汽汽轮机主要要故障的分分类3.1 汽轮机故故障概述以汽轮机为为代表的大大型旋转是是动力机械械，是现带带工业生产产中的关键键动力设备备。如何维维护管理好好这些设备备，避免机机器出现故故障和事故故，以确保保生产过程程中的安全全性和高效效率是当前前工业的发发展目标之之一。由于于汽轮机的的复杂的结结构组成以以及对零部部件精度的的高要求使使得机器，以以及运行过过程的低容容错率等等等，很容易易使汽轮机机在运行或或是实验过过程中发生生故障，其其常见原因因见下表：表3-1汽汽轮机发生生故障的常常见原因分分类故障分类主要原因设计原因 结构不合理理，动静间间隙过小

41、； 参数选用不不合理，工工况下易磨磨损腐蚀； 工作转速距距离临界转转速太近； 热膨胀量计计算不精确确，易产生生摩擦振动动制造原因 零件材料选选用错误，强强度不够； 零件处理不不够，锻造造工艺不足足； 转子出厂时时的动平衡衡调整不到到位安装维修 安装时未严严格按照要要求，各部部位安装精精度不够； 轴系整体对对中性不良良，各段转转子轴心落落差不在可可以接受的的范围内； 机器静平衡衡调整不当当，热套过过盈配合性性不好； 安装问题导导致个别部部位应力集集中； 管道的空间间布置不当当，有较大大的节流损损失和沿程程阻力损失失； 检修方法不不当，破坏坏了机组原原有的平衡衡性能操作运行 未在正常工工况下运行行

42、，实际运运行主参数数与设计值值不同； 汽轮机经常常超速超负负荷运行； 在临界转速速区内转子子的升速率率过高或过过低，引起起振动损坏坏机组； 轴承与转子子轴颈处润润滑不良导导致磨损； 转子工艺缺缺陷导致金金相较差的的部位产生生疲劳和磨磨损； 启停机过程程中盘车时时间不够，暖暖机时间不不够机器劣化 长期运行，保保养不当，机机组各部分分状态较差差； 零部件磨损损、腐蚀、脱脱落； 机组的热套套过盈配合合发生变化化； 机器的基础础沉降不均均匀，机器器壳体变形形等3.2 汽轮机振振动基础转子时旋转转式机械设设备发挥功功能的主要要构造，高高温蒸汽在在汽轮机内内膨胀做功功，从而使使转子高速速旋转。在在工程实际

43、际中，对于于高速旋转转设备，发发生故障的的特征就是是旋转不稳稳定，转子子系统不能能实现自动动定心，伴伴随着振动动和噪声。因因此，在现现场可以通通过分析汽汽轮机的振振动情况来来推断出汽汽轮机的运运行状态以以及该状态态的会如何何发展。也也可以通过过故障前采采集到的各各种振动图图形，判断断汽轮机出出了在什么么部位，出出了何种故故障，是否否严重，是是否对汽轮轮机主体造造成了损害害等等。3.2.11 汽轮轮机振动的的分类 我的导导师曾经提提到过：汽汽轮机的故故障诊断技技术从某种种层面上看看就是汽轮轮机的振动动诊断技术术。如果知知道转子的的一阶临界界转速、故故障时的频频率及转速速等特征，就就可以大体体了解

44、故障障发生的原原因。可以以作为一种种初步汽轮轮机故障诊诊断方法，可可以帮助我我们排除不不可能因素素，找出发发生故障的的大致原因因。根据不不同振动的的类型，振振动的成因因，振动的的影响大小小等等的特特性，我们们对机组故故障时的振振动做了如如下分类：3.2.11.1 按振动频频率分类按振动频率率的高低可可以分为基基振动、倍倍频振动（22 0、3 f0）、频频率为基频频分数（如如1/2 f0、1/3 f0等）的的振动与基基频呈比例例（如200% f0-355% f0）的振振动、超低低频（5HHz以下的的）振动、超超高频（110KHzz以上）振振动等220。3.2.11.2 按振动的的原因分类类根据汽

45、轮机机发生振动动故障的原原因分类，可可分为如下下（1）由于于转子的质质心偏移造造成的不平平衡振动。（2）由于于转轴静置置弯曲或受受热弯曲、轴轴系对中性性不良、不不同的部分分热膨胀性性不一致、机机基础的沉沉降不均匀匀等造成的的转子不对对中振动。（3）由于于轴颈处油油膜半速涡涡动，产生生自激振荡荡。（4）由于于各部件摩摩擦破坏转转子动平衡衡引起的振振动。（5）其他他因素并发发导致机组组运行状态态异常并引引发的振动动。3.2.11.3 按按照振动发发生的部位位分类根据汽轮机机振动故障障的不同发发生部位做做了不同的的分类。3.2.11.4 按照振动动的激振力力的不同 按照汽轮轮机发生振振动的激振振力的不同同，可以把把振动分为为：（1）强迫迫振动，由由外界提供供的激振力力引起的，振振动频率与与该激振力力振动频率率较为接近近，因此也也称之为同同步振动；（2）自激激振动，是是由于高速速运转的汽汽轮机自身身产生力矩矩引起的振振动，频率率一般为一一阶临界转转速的一半半，也称之之为半频振振动；（3）由各各种扰动力力诱发的不不规则振动动，叫做