一种汽轮机汽流激振特征识别方法与流程

技术领域

本发明涉及汽轮机振动故障诊断技术领域，特别是一种汽轮机汽流激振特征识别方法。

背景技术：

汽轮机工作过程中，高压缸进汽密度和蒸汽流速不断增大，作用在高压转子上的激振力也随之增大，使得转子系统稳定性降低，严重时会引发汽流激振，影响机组安全运行。

目前普遍认为，汽流激振在频谱上表现为低频分量显著增大，但在机组实际运行过程中，经常会出现汽流激振已经发生，但低频分量没有明显变化的情况，此时工频分量成为汽流激振故障识别的重要判断依据。然而，工频分量的变化可能由不平衡、热弯曲等多种故障引起，准确地从工频分量变化中识别出汽流激振特征成为一大难点。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种针对工频分量分析的汽流激振特征识别方法，以准确地从工频分量变化中识别出汽流激振特征。

为此，本发明采用如下的技术方案：一种汽轮机汽流激振特征识别方法，包括如下步骤：

1)获取汽轮机空载至逐步加载过程中的轴振信号和间隙电压信号，生成振动趋势图和振动频谱图；

2)根据所述的振动趋势图和振动频谱图，判断在阀门开启或关闭过程中，轴振信号和间隙电压信号低频分量幅值是否有相应变化；

21)若低频分量幅值存在相应变化，则说明机组稳定裕度差，汽流激振反映在工频分量上的几率小，通过低频分量识别汽流激振故障特征，结束识别；

22)若低频分量幅值不存在相应变化，则说明机组如果发生汽流激振故障，有可能只反映在工频分量上，需要进一步分析识别；

3)根据所述振动趋势图和振动频谱图，通过工频分量分析识别汽流激振的特征，判断机组是否存在汽流激振隐患。

进一步地，步骤3)中，通过工频分量分析识别汽流激振的特征时，

首先，判断在阀门开启或关闭过程中，轴振信号和间隙电压信号工频分量幅值是否有相应变化；

1)若工频分量幅值没有相应变化，则说明不平衡汽流力没有引起转子系统稳定性的改变，结束识别；

2)若工频分量幅值存在相应变化，则说明机组有可能存在汽流激振隐患，需要进一步分析工频分量幅值变化的原因；

其次，根据所述的振动趋势图和振动频谱图，判断在阀门开启或关闭过程中，轴振信号和间隙电压信号工频分量相位是否有相应变化；

1)若工频分量相位存在相应变化，则说明机组存在汽流激振隐患，且发生汽流激振时将表现在工频分量上；

2)若工频分量相位不存在相应变化，则说明汽流激振不是引起工频分量幅值变化的原因，结束识别。

本发明针对工频分量进行相位变化分析，可以准确地从工频分量变化中识别出汽流激振特征。

附图说明

图1为汽轮机调节级喷嘴布置示意图；

图2为本发明的流程图；

图3为汽轮机1X振动时间趋势图；

图4为汽轮机290MW负荷1X频谱图；

图5为汽轮机290MW负荷1X趋势图；

图6为汽轮机290MW负荷1X瀑布图。

具体实施方式

汽轮机是将蒸汽的能量转化为机械功的旋转动力机械，通常作为发电用的原动机。

理论上，蒸汽通过汽轮机的各高压阀门控制的喷嘴（如图1所示）进汽，高压阀门一般而言有四个，阀门开启时，不平衡汽流力会在转子上产生附加载荷，当不平衡汽流力足够大时，转子系统的稳定运转被破坏，出现汽流激振故障。

单个阀门进汽时，汽流对转子的作用力合成弯矩和一个横向汽流力，该横向汽流力的存在使原有轴承载荷发生了变化，轴承特性也随之变化，最终导致转子系统稳定性的改变。因此，在汽轮机组逐步加载过程中，不平衡的汽流力很可能引起机组的汽流激振。

目前普遍认为，汽流激振在频谱上表现为低频分量显著增大，但在机组实际运行过程中，经常会出现汽流激振已经发生，但低频分量没有明显变化的情况，此时工频分量成为汽流激振故障识别的重要判断依据。然而，工频分量的变化可能由不平衡、热弯曲等多种故障引起，准确地从工频分量变化中识别出汽流激振特征成为一大难点。

针对上述问题，本发明提供了一种针对工频分量分析的汽流激振特征识别方法。

下面结合说明书附图，对优选实例作详细说明。

图2是本发明汽轮机汽流激振特征识别方法的流程图，包括如下步骤：

步骤110：获取汽轮机空载至逐步加载过程中的轴振信号和间隙电压信号，生成振动趋势图和振动频谱图。

轴振信号和间隙电压信号可以从配置汽轮机发电机组的监视仪表（TSI）获得。

由采集得到的轴振信号和间隙电压信号生成振动趋势图和振动频谱图。利用两张图对转子的振动情况进行分析，直观简便。参考图3，为轴振信号趋势图；参考图4，为轴振信号频谱图。

步骤111：根据所述振动趋势图和振动频谱图，判断在阀门开启或关闭过程中，轴振信号和间隙电压信号低频分量幅值是否有相应变化，若是，执行步骤120；否则，执行步骤130。

在汽轮机逐步加载过程中，各阀门的开启时间和开度都不相同，必然存在不平衡汽流力作用在转子上，汽流激振也很可能由此引发，须密切注意该过程中的转子振动情况。具体地，可以获取汽轮机组在阀门开启前后的振动信号，生成该时间段的瀑布图进行分析，判断轴振信号和间隙电压信号低频分量幅值是否随阀门动作而出现相应变化。参考图6，为轴振信号瀑布图。

步骤120：若低频分量幅值存在相应变化，则说明机组稳定裕度差，汽流激振反映在工频分量上的几率小，可通过低频分量识别汽流激振故障特征，识别结束。参考图4，此时转子转速3000 rpm，工频50 Hz，频谱图中在27 Hz处出现较大峰值，低频分量随阀门开启有较大变化，说明机组稳定裕度差，汽流激振可明显反映在低频分量上，易于识别。

步骤130：若低频分量幅值不存在相应变化，则说明机组如果发生汽流激振故障，有可能只反映在工频分量上，需要进一步进行分析识别，执行步骤131。

步骤131：根据所述振动趋势图和振动频谱图，判断在阀门开启或关闭过程中，轴振信号和间隙电压信号工频分量幅值是否有相应变化，若是，执行步骤140；否则，执行步骤150。

步骤140：若工频分量幅值存在相应变化，则说明机组有可能存在汽流激振隐患，需要进一步分析工频分量幅值变化的原因，执行步骤141。

参考图3，约15 : 30分，工频分量幅值开始增大，约16 : 30分，工频分量幅值开始减小，时间点与阀门开启关闭的时间点大致符合，说明工频分量幅值存在相应变化，有可能存在汽流激振隐患。

步骤141：根据所述振动趋势图和振动频谱图，判断在阀门开启或关闭过程中，轴振信号和间隙电压信号工频分量相位是否有相应变化，若是，执行步骤160；否则，执行步骤170。

步骤150：若工频分量幅值没有相应变化，则说明转子系统运转平稳，不平衡汽流力没有引起转子系统稳定性的改变，识别结束。

步骤160：若工频分量相位存在相应变化，则说明机组存在汽流激振故障，且发生汽流激振时将表现在工频分量上。

参考图3，从趋势图中可以明显看出，工频分量的相位与幅值出现变化的时间点大致相同，且在阀门关闭后均回落到稳定值，说明机组出现了汽流激振。

步骤170：若工频分量相位不存在相应变化，则说明汽流激振不是引起工频分量幅值变化的原因，识别结束。

参考图 5，工频分量发生变化后，相位变化很小，且当工频分量回落时相位并没有回落到之前的稳定值，说明汽流激振不是引起工频分量幅值变化的原因。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。