汽轮机状态检测故障诊断与状态维修课件.ppt
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1、汽轮机状态监测、故障诊断与汽轮机状态监测、故障诊断与状态检修状态检修 华北电力大学华北电力大学 韩中合韩中合主要内容主要内容1.状态监测、故障诊断与状态检修的基本概念2.汽轮机设备状态监测、故障诊断与状态检修1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念1.1状态监测状态监测设备状态监测,是指用人工或专用的仪器工具,按照规定的监测点对能反映设备性能状态的某些参数(如振动、温度、压力、湿度、位移、端差、真空等)进行间断或连续的监测,以掌握设备异常的征兆和劣化程度。汽轮机及辅助设备人或专用仪器监测设备状态判断运行或设备状态参数图图1.1 1.1 设备状态监测流程设
2、备状态监测流程1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念设备的状态监测方法:在线监测、离线监测、定期解体点检。在线监测:是通过电厂的DCS、DAS、DEH、MIS等系统在线监测和显示各设备状态的特征参数;离线监测:是采用便携式振动监测仪、油液分析仪、红外线热成像仪、超声波检漏仪等对设备进行定期或不定期监测获得设备状态的特征参数;定期解体点检:是在设备的大、小修,低谷消缺,设备停运期间按设备解体点检标准、检修工艺及作业标准对设备解体以判断设备部件可能发生的劣化倾向状态。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念1.2故障
3、诊断故障诊断设备故障诊断,是指在设备运行中或基本不拆卸的情况下,根据设备的运行技术状态运行技术状态,判断故障的部位和原因,并预测设备今后的技术状态变化。设备技术状态是指:(1)设备的强度和性能,如汽轮机内效率、振动情况、润滑油温、轴向位移、真空等;(2)设备所受的应力;(如叶片、转子、汽缸)(3)设备的故障和劣化。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念1.3状态检修状态检修检修体制的演变经过了2个阶段:事后检修和预防性检修。事后检修:也称故障检修,是最早的检修方式,这种检修方式以设备出现功能性故障为判据,在设备发生故障且无法继续运行的时候才进行检修。采
4、用这种检修方式需要付出很大的代价和检修费用,不仅检修不足而且会严重的威胁到设备和人身的安全。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念预防性检修:是设备还没有发生故障,即对设备进行维修,以预防设备发生故障。预防性检修是第二次产业革命时期,开始推行的,经过多年的发展,根据检修的技术条件、目标的不同而出现了定期检修、以可靠性为中心的检修、状态检修、故障查找、使用至损害再修等7种检修方式;其中以定期检修和状态检修这两种检修方式最为主要。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念定期检修:定期检修也称计划检修,这种检修方式以时
5、间为依据,根据长期实践经验,预先设定检修工作内容与周期。我国电力工业的定期检修制度是20世纪50年代从前苏联引入的。直到80年代定期检修仍是主流的检修制度。定期检修主要是根据设备的运行周期,编制设备的大修与小修计划,贯彻预防为主的方针,当设备到达检修的时间周期时,不论设备是否有缺陷和问题,都要停下来进行检修。特点是“到期必修,修必修好”。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念采用定期检修,可以把故障隐患消灭在萌芽状态,避免大量严重故障或事故的发生,定期检修在保证重大设备正常工作中确实起到了直接防止和延迟故障的作用,但实践证明,定期检修制度不可避免地存在
6、两大缺点:检修过剩与检修不足。检修过剩会增加生产成本,检修不足则造成故障停机和事后检修,两者都影响企业的经济效益。在这种形势下,将机械设备状态监测和故障诊断技术纳入设备管理检修体制,发展了状态检修。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念状态检修:状态检修也称为预知性检修或预测维修,这种检修方式是在定期检修和监测技术的基础上,发展形成的一种新的检修制度。利用在线或离线监测监测技术,以设备当前的状况为依据,通过状态监测,识别故障识别故障的早期征兆,对故障部位、严重程度及发展趋势作出判断判断,确定设备是否存在缺陷与问题缺陷与问题、是否需要退出运行进行必要的检
7、检修修,判断设备最佳检修时机最佳检修时机。状态检修的特点是“该修则修,修必修好”。状态检修是当前耗费最低、技术最先进的检修方式,它作为设备安全、稳定、长周期、全性能、优质运行提供了可靠的技术和管理保障。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念设备状态监测和诊断技术是两项既有区别又密切联系的设备管理技术。设备状态监测是状态检修的初级阶段,而设备诊断技术是状态监测后的识别和判断阶段。设备状态监测是状态检修的核心。设备状态监测和诊断技术是实施状态检修、预知检修的重要基础。1.1.状态监测、故障诊断与状态检修状态监测、故障诊断与状态检修基本概念基本概念实践证明,
8、设备状态检修可以实现经济效益和社会效益上的提高。主要表现在以下三个方面:1.能够充分利用已有的状态信息,通过多方位、多角度的分析,最大限度地把握设备的状态,依此制定合理的检修维护策略;2.可以通过适时的检修来避免重要设备故障,同时又避免了不必要的检修作业,依此在有限检修经费中寻求优化分配使用。特别是在做到能对设备的寿命进行正确估计后,就可以更有效地储存和安排设备备件,这可节省大量的备品经费。3.通过设备的状态分析,对于预防类似事故、提高设备监督管理水平具有重要的指导意义。2.2.汽轮机设备状态监测与故障诊断汽轮机设备状态监测与故障诊断设备的状态监测和分析诊断是状态检修的先决条件,只有完善汽轮发
9、电机组的状态监测和分析诊断技术,及时做出故障诊断,才能够做到时机合理的状态检修。针对汽轮机设备,目前国内外常用的状态监测和分析诊断技术有:振动监测与诊断技术、油液污染监测技术、转子应力监测技术、汽轮机性能监测技术等。2.2.汽轮机设备状态监测与故障诊断汽轮机设备状态监测与故障诊断2.1 振动监测分析与诊断2.2 汽轮机性能监测2.1 振动监测分析与诊断2.1.1 汽轮发电机组轴系振动监测与诊断2.1.2 汽轮机叶片振动监测2.1.1 2.1.1 汽轮发电机组轴系振动监测汽轮发电机组轴系振动监测与诊断与诊断2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器2.1.1.2 2.1.1.2
10、 振动的基本参数振动的基本参数2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准2.1.1.4 2.1.1.4 机组振动故障诊断方法机组振动故障诊断方法2.1.1.5 2.1.1.5 机组振动故障分类机组振动故障分类2.1.1.6 2.1.1.6 机组振动故障诊断机组振动故障诊断2.1.1 2.1.1 汽轮发电机组轴系振动监测汽轮发电机组轴系振动监测分析与诊断分析与诊断 通常情况下,旋转设备的损坏都会在振动强度上有所表现。振动信号中包含了丰富的机组状态信息,当机组状态发生变化时,其振动形态也将随之发生改变。对机组振动进行监测,并利用适当方法对监测到的信号进行分析,可提取反映设备状态的信息
11、。振动监测由振动传感器和分析系统组成,带有分析功能的监测系统,可获取较为全面的振动信息,包括幅值、相位、频率、振动波形、轴心轨迹和振动趋势等,根据这些信息可判断振动的起因,进行事故分析。2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器种类:电涡流位移传电涡流位移传感器感器、速度传感器速度传感器、加速度传感器。加速度传感器。电涡流传感器:电涡流传感器:非接触式测量,既能做静态也能做动态测量。针对汽轮发电机组的振动,具有合适的频率相应范围。可以直接测量转轴的振动。图图2.1 2.1 电涡流传感器电涡流传感器2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器速度传感器:接触式测
12、量,只能做动态测量,低频相应不好,体积、重量大,测量15Hz以下振动有较大误差。用于测量轴承振动。图图2.2 2.2 速度传感器速度传感器2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器加速度传感器:接触式测量,只能用于动态测量。工作频率范围较高,一般用于汽轮机叶片振动测量。图图2.3 2.3 加速度传感器加速度传感器2.1.1.1 2.1.1.1 振动测量传感器振动测量传感器2.1.1.2 2.1.1.2 振动的基本参数振动的基本参数振幅振幅:表示方法:双振幅A 单振幅A/2 有效值Vrms=0.707A 平均值Vc=0.637A通频振幅通频振幅:各种频率振动分量的叠加值。基频振
13、幅基频振幅:基波振动频率(机组振动的基波为转子的工作频率)下运动量值按正弦规律变化的振动幅值。AA/2VcVrms图图2.5 2.5 各种振幅示意各种振幅示意2.1.1.2 2.1.1.2 振动的基本参数振动的基本参数相位相位:在振动领域内,相位可以看作振动信号上某一点(例如高点、正向零点),与振动信号频率相同的基准信号或转子 上 某 一 点 之 间 的 关 系。在振动相位测量中,都是把振动的一个周期分成360等分,它们之间的超前或滞后关系,直接用角度表示。每一个振动信号,都有自己的相位。因此,相位有1X,2X,3X,等频率的相位,但工程最常用的是基频振动相位。一般说的相位也是指基频的。基准信
14、号振动信号图图2.6 2.6 相位示意图相位示意图2.1.1.2 2.1.1.2 振动的基本参数振动的基本参数轴承振动烈度轴承振动烈度V Vrmsrms:轴承振动速度的均方根值,单位是mm/s。轴承振动烈度Vrms与振动位移的近似关系为A为双振幅,为振动主频率。2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 机组振动是因为存在激振力,而旋转机械在运行过程中,一些激振力,如转子不平衡力、电磁激振力、转子径向刚性不对称引起参数振动中的惯性力、汽流冲击力等是始终存在的,因此旋转机械的振动是不可避免的。所谓机组发生所谓机组发生振动故障振动故障,是指机组(轴承、,是指机组(轴承、转轴)转轴)振动振动幅值(或轴
15、承振动烈度幅值(或轴承振动烈度)超过了超过了保证机组安全运行的保证机组安全运行的许可值许可值。2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 振动对机组安全运行、工作人员健康和工作效率都是有害的。从减少振动危害考虑,希望机组振动愈小愈好,但实际上振动不但不可能降为零,而且要想获得和保持很小的振动,需要花费较大的劳动。因此,对于实际运行机组,机组振动的容许与否只能以标准来评定。振动标准,也反映了机组的制造、安装和运行水平。2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准机组振动标准的作用机组振动标准的作用 振动标准有两个作用:一个作用是用来考核旋转设备设计水平、制造质量、机组施工安装以及检修质量,计、制造、安
16、装质量对一台投运后需运转几十年的机组的安全起决定性的作用;在设计、制造、安装质量完好的前提下,机组投运同样可能因各种原因出现新的振动问题,如设备在运行工况的各种条件下的变动,转子平衡状态的变化、轴承性能的变化、基础不均匀沉降等等,还可能由于运行操作不当,导致正常运行的机组振动增大,因此,振动标准的另一个更重要的作用是保障机组安全运行,防止发生设备事故。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准机组振动标准机组振动标准 评定机组振动状况标准,目前有轴承振幅、转轴振幅和轴承振动烈度三种尺度。制定这些标准的主要出发点是为了避免转动和静止部件应力过载、轴瓦过载、动静碰磨、转动部件过度磨损
17、,防止与振动有关的故障进一步扩大。下面具体介绍评定现场运行机组振动健康状况标准的三种尺度。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 在电力工业法规中规定,评定机组振动以轴承垂直、水平、轴向三个方向振动中最大者作为评定的依据。这三个方向在轴承座上的测量位置如右图所示:垂直振动测点是在轴承座顶盖上正中位置;水平振动测点是在轴承盖中分面正中位置,平行于水平面,垂直于转子轴线;轴向振动测点是在轴承盖上方与转子轴线平行。图图2.7 2.7 轴承三个方向振动测点的位置轴承三个方向振动测点的位置(1)(1)以轴承振幅为尺度的振动标准以轴承振幅为尺度的振动标准2.1.1.3 2.1.1.3 机
18、组振动标准机组振动标准我国电力工业轴承振幅振动标准我国电力工业轴承振幅振动标准 汽轮发电机组转速优良合格打闸值150030 50 703000 20 30 50100 评定机组振动的运行工况时,以机组额定转速下、各种负荷(包括满负荷)下轴承某一方向振动最大值,作为评定机组振动状态的依据。表表2.1 2.1 我国电力工业技术管理法规中汽轮发电机组轴承振动标我国电力工业技术管理法规中汽轮发电机组轴承振动标准(双振幅),准(双振幅),m m)我国在1954年制定的电力工业技术管理法规中就正式规定了在电厂运行的1500、3000r/min汽轮发电机组轴承振动标准,该法规在1957年、1959年和198
19、0年又重新作了修订,但机组振动标准一直未变。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 国际电工委员会振动标准国际电工委员会振动标准 表表2.2 2.2 国际电工委员会汽轮机振动标准(双振幅),国际电工委员会汽轮机振动标准(双振幅),m m 测点转速(r/min)1000150018003000360060007200轴振动7550402521126轴承振动1501008050422512 测量方向规定为“轴承座上沿直径方向测得的振动”,即所有径向振动都可作为评定机组振动状态的依据。振动测点在轴承座上的位置没有明确。标准对振动限制值没有作出规定,在标准规范指出,“一台汽轮机振动高
20、于表2.2相应规定值情况下,也可以持续良好地运行。”从标准本身来看,它相当于表2.1(我国电力工业标准)中“良”这一档。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 制定振动标准的目的,是防止因振动发生危害,但是由于各种形式机组的转子质量、刚度、支承动刚度、油膜刚度、基础动刚度、动静间隙等因素不同,在同样的轴承振幅条件下,振动对机组引起的危害将不同,这是采用轴承振动为尺度评定机组振动状态的缺点。这些缺点主要表现在三个方面:1)机组各轴承振动和轴承三个方向振动的不等效性2)没有考虑不同频率的振动分量的不等效性3)不能反映对周围环境危害的程度 2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标
21、准机组振动标准1)机组各轴承振动和轴承三个方向振动的不等效性 以轴承振动为尺度的振动标准,一般都把机组各个轴承和轴承三个方向振动等效看待,即相同的振幅发生在不同的方向和不同的轴承上,有着同样的危害。事实上并非如此,因为当激振力一定时,轴承振幅与支承动刚度成反比;而转轴相对振动又与轴承座动刚度成正比。因此,在不大的轴承振幅下,转轴可能存在较大的相对振动。过大的转轴振动会引起轴瓦乌金过载(疲劳剥落、裂纹和碎裂)、转轴动应力过载、轴瓦调整垫块过载(金属疲劳剥落、凹坑,使轴瓦失去紧力)、径向动静摩擦等故障,加速转动部件不均匀磨损。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准2)不同频率的振
22、动分量的不等效性 振幅振动标难,对振动中所含的不同频率的振动分量没有给予另外的规定,而机组实际振动中常常含有较显著的不同频率的振动分量。不同频率的振动有着不同的危害。在以轴承和转轴振幅为尺度的振动标准中,其容许值一般是随转速升高而显著减少,这是由于在同样振动幅值下,频率较高的振动,需要较大的能量,造成的危害较大。在振动标准中将机组振动看作只含基波一种成分,虽然对于现场运行的大多数机组是可行的,但是还有不少机组振动含有较大的 1/2X、2X或3X振动分量,有时这些分量超过基波分量,这时合理地评定机组振动状态应以不同频率振动分量与相对应的转速分别作出评价。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标
23、准机组振动标准3)不能反映对周围环境危害的程度 在一定的轴承振幅下,振动传给基础的激振力与轴承座动刚度成正比,所以振动对周围环境的危害随轴承座动刚度的增大而加大。所以,以轴承振幅为尺度的标准,没有考虑因轴承动刚度不同对周围环境危害的差别。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准 由于轴承振幅与支承动刚度有关,轴承振幅不能正确反映转轴振动状态,一些专家提出采用以转轴振动为尺度的振动标准来评定机组振动状态。随着振动测试技术的发展,转轴振动测量在现场获得广泛应用,在上世纪70年代中期,不少国家在采用以轴承振动为尺度的振动标难的同时,又附上以转轴振动为尺度的振动标准。有些标准是简单地将
24、轴承振动增大一倍,作为转轴振动标准。通过十几年来大量的现场实测,发现轴承附近的转轴振动在许多情况下不是简单地比轴承振动大一倍,而是与许多因素有关,因此在70年代后期,在采用以轴承振动为尺度的振动标准的同时又给出比轴承振动大一倍的转轴振动标准的做法,已不再提倡而是采用实测转轴振动,以独立尺度评定机组振动状态。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准(2)(2)以转轴振幅为尺度的振动标准以转轴振幅为尺度的振动标准 目前我国还没有制定转轴振动标准。下面介绍国际上影响较大和目前国内采用较普遍的三个轴振标准:VDI-2059和ISO7919/11986标准、ISO DIS7919/2 标
25、准、美国WH和GE公司轴振标准。VDI-2059VDI-2059和和ISO7919ISO79191-19861-1986标准标准 VDI是德国工程师协会的简称,它在1981年颁布了“透平机组转轴测量及其评价”,简称VDI-2059。国际标准化组织(ISO)1986年制定的”回转机械转轴振动测量和评价”(ISO7919/1-1986)与VDI-2059有关部分的规定和规范基本相同。2.1.1.3 2.1.1.3 机组振动标准机组振动标准表表2.3 2.3 VDI-2059VDI-2059汽轮发电机组转轴振动标准,汽轮发电机组转轴振动标准,m m 等级转子工作转速(r/min)1000150018
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