汽轮机监测分析（精选8篇）
汽轮机监测分析 篇1
摘要：我国的汽轮机振动的日常监测和维护技术研究不断的成熟, 研究也渐渐的深入, 由于汽轮机的结构相对与其他设备复杂, 同时也是电厂重要机械设备之一, 运行环境也相对特殊, 及其容易产生故障。这种事件的发生会对生命财产造成损失, 所以针对汽轮机的信息和相关的数据进行分析研究, 最后得出合理的处理结果。
关键词：汽车机,振动监测装置,维护,处理
我国在改革开放之后, 科学技术迅猛的发展, 机械设备也逐渐形成自动化, 复杂化, 高速化, 大型化的趋势发展, 在生产技术的使用过程当中, 随着机械设备的效率提高, 设备结构也逐渐复杂, 如果其中的一个部件出了问题, 例如:在汽轮机的实际应用中, 设备的振动过大, 导致机械的零部件, 部件磨损现象发生, 这会产生连带作用, 导致生产中断。与此同时, 机械设备日常维修和其费用也在减少, 所以更应该加强汽轮机的故障诊断以及对设备的云状状态的监测十分的重要。第一, 机械设备的预诊断, 也就是在对设备的日常维护时, 根据汽轮机的运转状态, 对即将发生故障的关键点进行诊断, 并且对维修记录中的信息和相关数据保存, 作为以后出现复杂问题的参考资料。第二, 汽轮机的异常运转和原因分析, 并且针对状况选择适合的措施补救, 将设备及时调整。第三, 应用现代的监测手段及时的掌握设备的状态, 提高汽轮机的性能, 对于生产产量质量高, 制造加工水平高, 设备的先进程度高等有很大的促进作用。在汽轮机的使用中, 应该了解设备的性能水平和优缺点, 掌握现代化的管理水平, 及时的对设备进行监测和维修。
1 汽轮机的振动监测
1.1 汽轮机振动装置的检测来源和原理
振动监测来源于美国的内华达本特利的产品, 这个监测系统的主要组成部分是模件, 前置器, 延长电缆, 振动传感器及探头, 其中, 振动传感器的探头被分为位移式的传感器探头, 速度型的探头。位移传感器的探头, 其测量设备的关键点是轴承的振动;其位移传感器组合成的传感器是对轴承的绝对振动进行的监测。汽轮机的轴振动会传送到轴承的外壳上, 在设备实际运转过程中, 轴承的外壳的振动监测是对轴承的振动和轴振动矢量和。
1.2 汽轮机的振动监测诊断
汽轮机的日常振动监测过程中, 应该先对汽轮机的信号分析技艺采集工作, 在故障的诊断中, 经常使用的是FFT, 也就是“快速立叶变化”方式, 这对于信号的平稳和使用性能有很大的促进作用。但是, 由于信号的特点是非平稳, 非线性, 在为了提高信号的精确度方面, 对处理方式和分析方法进行更改, 主要有:时频分析, 变时基等。其二, 故障研究的前期工作是汽轮机的故障机理的研究, 我国现阶段的机理有:故障模型, 故障征兆以及故障的规律等研究, 并且和实验室的模拟, 现场的试验, 计算机法相结合使用, 这种复合研究的应用模式相对广泛, 实用性也比较强, 但是大多数的机械研究是运用极端模拟法对设备进行故障分析, 并且建立相关的数据模型, 在此基础之上再开发软件, 这种研究方式的优点是没有受到研究室的限制, 针对故障的特征以及状态进行定量分析。根据汽轮机的初始条件和运转环境虚设, 也就是模拟实验, 分析出设备的故障征兆和故障点。其三, 在汽轮机的诊断方法中, 振动监测最为常用, 其中振动是设备的重要信号, 在振动过程中, 会产生噪声, 噪声又表达出很多的信息, 因此在实际监测中, 可以使用噪声诊断方法对设备的故障进行分析, 研究设备的部件问题和设备的使用年限等, 在诊断系统的研究应该使用硬件和软件的集成复合软件, 运行该系统后, 对汽轮机的正常运转状态进行实施监控。
2 振动对汽轮机造成的危害
我国对汽轮机的振动故障的分析和处理已经有几十年的历史, 故障的定性的难度已经降低, 但是针对汽轮机的机理研究时, 很容易出现矛盾, 这会在故障分析时出现判断错误。对此, 根据多年来的实践经验, 在对汽轮机的振动故障诊断时, 首先应根据实际设备工作现场, 运用科学的, 系统的, 合理的分析方法和理论, 对设备故障原因进行研究, 找出问题的根源, 最后根据分析结果和监测数据决定设备维修方案。在对汽轮机的管理方面, 应该对设备的存放现场进行勘查, 并根据汽轮机故障的诊断方案, 危害进行分析调整。
3 汽轮机的振动故障诊断方案
在汽轮机的振动故障的诊断分析中, 一般会采用频谱分析方法, 频谱分析法分为幅值谱以及功率谱等, 功率谱是指汽轮机的振动功率会随着振动的频率而改变, 其具有很高的物理意义, 分析结果清晰;但是幅增谱是指汽轮机的振动所产生的振幅, 更便于观察研究, 根据振幅的变化高度, 并且运用频谱把振幅分解成为不同的信号频率, 这对于振动故障的根源, 以便及时的维修处理。
汽轮机的频谱分析, 第一, 首先根据检测结果, 并且合理运用推理故障分析方法, 对设备的故障源头研究维修, 在分析过程中使用不同的层次了解频谱。第二, 对频谱的低频段, 中频段, 高频段的相应部件全面的分析, 确定故障的范围, 振动的信号以及转速的联系程度分析。第三, 振动故障来源。在零部件的正常运转下, 会产生机械振动, 零部件在长时间的振动干扰下, 会形成受损点, 并且产生固定振动的频率, 这时, 应该找出振动的主要原因, 也就是主振动的来源, 进而做出频谱分析资料, 再根据汽轮机的运转特点对故障进行维修。
4 结语
汽轮机在生产生活过程中, 随着设备的使用效率不断的提高, 设备的结构问题复杂性也随之增强。机械设备的某一个部件出现问题, 都会导致设备运转的中断现象, 由于现代化的设备的应用价值提高, 例如:减少劳动力的支出, 财力物力的浪费等。但是对于汽轮机设备维修费用和监测效率却有了很大的挑战高度, 因此, 设备的故障诊断分析和对策研究对于生产具有很大的利益影响。
参考文献
[1]肖凌.汽车机振动监测装置的维护与处理[J].江西电力, 2006 (10) .
[2]朱鹏华.基于网络的汽车机振动监测分析系统开发[D].上海交通大学, 2012 (2) .
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核电站汽轮机运行监测与诊断浅析 篇2
【关键词】汽轮机;检测;诊断系统
一、核电站汽轮机运行特点分析
汽轮机调节模型的建立主要是基于能量守恒以及质量守恒，汽轮机作为核电站系统中主要的被控对象，其工作介质在建模是被称作单相可压缩流体。通过建立其介质模型来了解系统流体网络结构中各个回路节点的压力、流量、温度、焓值以及管道与周围环境间的热传递等。核电站汽轮机的控制主要有转速控制、负荷控制、压力控制以及应力控制等。
1.1转速控制。汽轮机的转速调节主要为联网时的功率控制以及单机时的转速控制，主要通过控制蒸汽阀门的开度来调节蒸汽流量，其主回路与各阀门控制子回路均为闭环控制回路。系统在稳定运行期间，转速设定值与反馈值相等，偏差信号为。
1.2负荷控制。汽轮机负荷控制主要为手动控制和自动控制。在手动控制状态时，通过控制人机界面上的各个操作按钮来实现手动负荷控制，每个按钮对应汽轮机一个机构动作。在自動控制状态时，系统通过对负荷设定值和反馈值间的比较，对其差值做高低限制处理后，进行PI或PID计算，得到对应负荷状态下的负荷需求值，控制汽阀开度。
1.3压力控制。汽轮机负荷的变化可通过高压缸入口压力表值进行观察，一般通过汽轮机高压缸入口压力变化来表示汽轮机负荷变化，从而控制并保护汽轮机的负荷。
1.4应力控制。为了防止汽轮机由于热应力过大产生应力变形，对汽轮机的关键部件进行限制保护，控制热应力。主要针对转子温差、电机负荷、以及汽缸温差进行控制，通过对应力控制信号数目和各关键节点应力数值进行计算并给出控制输出。
二、核电站汽轮机监控与诊断系统的架构与功能
2.1系统的结构与配置。核电站汽轮机监控与诊断系统主要由数据采集系统、数据处理系统、执行机构、数据备份系统、网络交换机以及各核心硬件设施组成。数据采集系统将各监控系统采集到的压力、温度、流量、位移、转速等数据实时传输到数据采集计算机，由各计算机将接受到的实时数据处理后传送到数据库，数据处理系统从数据库中提取需要的数据计算和分析后，将运算结果传输至数据库，由数据库将结果下发至各执行机构执行操作。数据备份系统将数据采集系统发来的数据以及数据处理系统计算后的数据结果进行备份，用户通过网络交换机获取数据库中的数据，了解系统运行状态以及输出生产报表。
2.2系统的功能分析。汽轮机调节模型的建立主要是基于模块化设计原则，其主要功能有：实时监测、数据计算、偏差分析、试验平台、工况寻优、故障诊断和生产报表。
2.2.1实时监测。汽轮机调节系统能够实时监测系统中温度、压力、流量、位移等多个信号，并可将整个系统划分为若干子系统，实时监测整个生产状况。在人机界面中生成各种图表，如趋势图、棒状图以及参数分类表等，实时监测各参数变化以及设备的运行状态。操纵人员可以在人机界面的实时图表或分类参数中随时查找和监视电站参数，可以了解电站运行参数和设备的运行状态。
2.2.2数据处理。数据处理模块对系统的输入信号进行处理，并将处理结果进行分析比较，及时发现并监测异常的参数和机构缺陷。核电站汽轮机的数据分析方法主要通过建立模型来实现，比如采用小误差热平衡法和热通流面积分析方法实现热力性能检测和分析系统，并开发核电站汽轮机全面热力计算软件。小误差热平衡法抓住了核电汽轮机抽汽凝结放热量较通流级效率高的规律，也利用核电汽轮机热力系统汽水流量分配对级段流通效率不敏感的特点，使热力系统工质平衡无限逼近真实情况，大大提高了性能监控的准确性。这种检测与诊断技术已经成功应用于大亚湾核电机组热力性能检测与分析中，结果显示特征通流面积监测值的精度可以达到99%以上。
2.2.3偏差分析。偏差分析模块定期将数据库中数据提取出来并与当前工况表中最优参数进行比较。如果当前记录优于最优参数，则将数据更新到最新参数中;否则进行参数偏差计算机分析，找出现有设备的运行问题及缺陷，为系统的性能升级提供直接的数据依据。汽轮机调节系统除了具有工况寻优功能外，还具有特别强大的试验平台功能、生产报表输出功能以及实时故障诊断等功能，不仅为生产人员提供了有力的指导，还为系统的性能优化和升级提供了数据依据。
2.3系统运行特点及注意事项。首先，核电站汽轮机工作在湿蒸汽区，这与火电汽轮机不同，因此需要将高压缸作完功的蒸汽在汽水分离再热器中进行汽水分离并加热。其次，核电汽轮机的作功介质一般湿度较大，需要安装除湿装置和疏水口，防止大量的液态水影响汽轮机生产效率。第三，核电汽轮机的生产功率一般是根据核反应堆的热功率来定，由于汽轮机工作在湿蒸汽区，仅仅通过检测抽气湿度无法实现准确的在线测量，所以必须建立完善的热平衡图来表征汽轮机的性能，从而实现在线监控的准确性。
三、应用实例
核电站二回路汽轮机系统主要包括如下几个部分：汽轮机发电机组、高压加热器、回路管道、控制阀门、除氧器等。
3.1技术参数
汽轮机型式：单轴、四缸六排汽再热凝汽式汽轮机额定出力：1253MWe额定转速：1500rpm转子旋转方向：顺时针（机头看机尾）模块组成：1个高压缸（2×10级）+3个低压缸（3×2×10级）;主蒸汽温度：268.6℃主蒸汽压力：5.38MPa主汽流量：6799T/h回热系统：2高压加热器+4低压加热器+1除氧器;背压：3.89kPa;
3.2高压汽轮机检测和控制系统设计。高压汽轮机通过高压外缸使通流部分组成一个密闭的压力空间，使内部与外部大气隔绝，产生较大的压力。高压外缸中安装有高压隔板、高压端部汽封体、高压导流环和其他静子部件。通过小误差法和热平衡分析，并采用计算软件实现核电站热力性能的分析和检测。汽轮机工作区域的湿蒸汽区安装有湿度检测装置，将检测的湿度值输入到热平衡分析软件中，经过全面的热力试验计算得到准确的计算结果，并采用图形化的界面展示。采用本文第二节介绍的监控和诊断系统，不但可以提升核电站汽轮机的运行效率，而且可以对整个系统进行热平衡分析，实现故障的在线检测，大大提高了系统的安全性能。
总结
本文简单介绍了核电站汽轮机的运行特点，并论述了汽轮机监测与诊断系统的架构方法，通过对二回路系统的详细介绍，指出其技术参数和控制系统设计方法，对指导监控系统设计，提高我国核电站汽轮机监测和控制水平具有重要的价值。
参考文献
[1]董丽丽.核电站汽轮机调节系统建模与仿真[J].发电设备，2013（1）.
汽轮机监测分析 篇3
1 电涡流传感器测量原理
传感器系统的工作原理是电涡流效应。当接通传感器系统电源时,前置器内会产生一个高频电流信号,该信号通过延伸电缆送到探头头部,在头部周围会产生一个交变磁场H1。如果在磁场H1范围内没有金属导体材料接近,则发射到这一范围内的能量会全部释放;反之,如果有金属导体材料接近探头头部,则交变磁场H1将在导体的表面产生电涡流场,该电涡流场也会产生一个方向与H1相反的交变磁场H2.由于H2的反作用,就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位,即改变了线圈的有效阻抗。这种变化即与电涡流效应有关,又与静磁学效应有关,即与金属的电导率、磁导率、几何形状、线圈几何参数、励磁电流频率以及线圈到到金属导体的距离等参数有关[2]。
2 轴位移出现异常原因
2.1 被测体表面平整度对传感器的影响
不规则的被测体表面,会给实际测量带来附加误差,因此对被测体表面应该平整光滑,不应存在凸起、洞眼、刻痕、凹槽等缺陷,一般要求位移测量被测表面粗糙度要求在0.4~1.6μm[2]。
2.2 轴位移零位不准
机组的轴位移机械安装零位和监测系统保护零位不统一。检修后经常发生机组因轴位移监测系统传感器的零位设置不当,使系统测量误差较大,检修后机组的轴位移传感器的零位设置直接影响到启机后轴位移监测系统能否正常工作。
轴位移定位基本是根据机组厂家设计的要求来定,该厂#3机组是将转子推向工作面来定位零位。也有机组是将转子推向非工作面来定零位;指示为0 mm时的相对涡流传感器的电压根据前置放大器的输出电压定,有-10 V、-12 V等。
2.3 安装不正确
安装时出现支架松动、探头与被侧面不垂直、探头与被侧面间隙过大或过小产生测量误差。另外测量面应与轴是一个整体,这个测量面是以探头的中心线为中心,宽度为1.5倍的探头圆环。探头安装距离距止推法兰盘不应超过305 mm,否则测量结果不仅含轴向位移的变化,而且包含胀差在内的变化,这样测量的不是轴位移的真实值。另外如果探头没有固定在轴瓦上而是固定在前箱上,那么还应考虑前箱的位移量。在安装时,测量探头与被测面保持垂直并安装牢固,否则将出现测量误差。这是在机组大小修时特别注意的问题。
2.4 测量系统元件故障
测量系统包括了探头、延伸电缆、前置器、显示仪表灯等。不论哪个中间环节出现损坏都会引起测量误差。因此为了轴位移保护系统可靠安全一般采用三选二停机。需要指出的是被测体也是传感器的一部分,测量面参数会影响到传感器的性能。
2.5 环境干扰对轴位移的影响
环境因素对轴位移的干扰因素很多,如电磁干扰、设备强电源干扰、信号电缆屏蔽多点接地等。对于环境干扰需要耐心细致的排查,及时和运行人员沟通、查找相关历史趋势、现场实地做试验等方式解决。
2.6 运行工况的影响
通常汽轮机运行时,转子推力盘向发电机侧紧靠推力轴承工作面,但有时在启停和正常运行过程中,转子可能发生前后窜动。向前传动的原因有:(1)当机组甩负荷时,产生反向的轴向推力。(2)当高压轴封严重损坏,调节级叶轮前因凝汽器抽吸作用而压力下降,出现反向轴向推力。向后窜动的原因有:(1)转子轴向推力过大,推力轴承过负荷,推力盘与推力轴承间的油膜损坏,推力瓦块五金烧熔。(2)润滑油系统油压过低,油温过高,油膜损坏,推力瓦块乌金烧熔。
3 测量系统的组成
测量系统包括了探头、延伸电缆、前置器、显示仪表灯等。前置器由高频振荡器、检波器、滤波器、直流放大器、线性补偿等组成。检波器将高频信号解调成直流电压信号,此信号经低通滤波器将高频的残余波除去,再经直流放大器,线性补偿电路放大处理后,在输出端得到与被测物体和传感器之间的实际距离成比例的电压信号。前置器(信号转换器)的额定输出电压为-4~-20 V(线性区)[3]。
4 下花园发电厂#3机组轴位移出现的问题及处理
该厂#3机组为200 MW凝气式机组,轴位移探头为瑞士vibro-meter电涡流传感器,型号:TQ402[4]。轴位移系统有A、B、C三套探头、延伸电缆、前置器及一台轴系测量TSI装置VM600,2014年2月9日发生一次B点显示异常、报警缺陷,并在检查分析过程中发现A、C点存在干扰问题,因该系统保护定值为三选二,+0.8或-1 mm报警,+1.3或-1.1 mm停机,所以此次异常给机组带来了极大的安全隐患,直接危及到机组的安全运行。
4.1 现状调查
通过统计分析表1中可以看出,其中轴位移B点为固定不变值(之前已确定为探头损坏),A、C点受到了异常干扰,特别是在润滑油压和2#轴瓦回油温度变化时影响较大,因为该3套轴位移探头及延伸电缆均处在#2轴瓦处的中箱位置,且内部有大量流动的润滑油。
现状调查结论:轴位移A、C干扰主要原因为受到了润滑油高温和流动冲刷振动的影响。
4.2 调查设备存在的问题及解决方案
通过检查、核实,该厂各轴位移测量系统存在着较多的问题,总结如下。
(1)探头延伸电缆外皮接地:伸电缆接头部位热缩管老化,松动,部分延伸电缆接头露出与汽轮机金属部位接触。
解决方案:在汽机本体专业人员的配合下将#3机#2轴瓦盖打开,将所有延伸电缆旧的热缩管去掉,清理接头内的积油,清理干净后,延伸电缆接头重新用耐油热缩管缩封,防止热缩管在高温和润滑油的浸泡下老化,外部采用绝缘带缠绕。
(2)轴系设备、机柜接地:用多种方法测量机柜接地情况,发现机柜与相邻的继电器柜相连,电阻只有1Ω,与固定机柜的槽钢相通。
解决方案:采用环氧树脂板将机柜与继电器柜隔开,在轴系TSI机柜底部垫绝缘胶皮将机柜与槽钢,隔开。在轴系设备底部垫绝缘胶皮与机柜隔开。
(3)三只探头间的距离太近。
解决方案:将原探头拆下后,经过精确测量尺寸,在不影响其他部分的前提下,重新加工了一块钢板基座,按不小于探头三倍直径的距离上钻眼。同时对损坏的B探头进行了更换,并对另两只探头认真检查,确认良好后安装回钢板上,根据前置器输出电压进行了静态和顶轴零点调试,确认无误后紧固探头螺母。
(4)电缆敷设走向不规范,有部分电缆与动力电缆相距很近。
解决方案:重新拉不符合要求的电缆,信号电缆要远离其他动力电缆。电缆走走专用电缆槽盒,规范电缆走向,远离干扰源。
(5)电磁干扰。通过分析历史站趋势数据及做大量的干扰试验,排除了监测参数实际越限报警,确定是轴系TSI系统存在干扰。最后通过试验确定干扰源主要来自安全门保护上线圈失电时产生的长时间继电器接点拉弧干扰和当操作凝结水再循环到除氧器电动门时干扰,通过检查凝结水再循环到除氧器电动门动力电缆与TSI电缆相距很近。
解决方案:重新布置电缆,远离TSI电缆。根据安全门控制回路的实际情况,对安全门控制回路进行了改造,消除了接点拉弧现象。
处置效果:通过以上处置措施,轴位移A、B、C信号均没有出现异常波动及干扰,始终保持同样的正常变化趋势,能够真实准确地反应汽轮机轴位移量见表2,确保了机组的安全运行。
5 结语
对于下花园发电厂轴位移测量的问题,在其他电厂也有一定的普遍性和代表性,解决方法可供借鉴。由于笔者知识面和技术水平的限制,可能还有一些在测量中的问题没有发现。使轴位移系统能准确监测显示在线数据,为运行人员的操作监视提供了可靠的判断依据,为机组的稳定安全提供了可靠的保证。需要指出的是影响轴位移测量因素很多,学习及应用其他专业知识,如运行、汽机专业系统理论,才能更全面、准确的做出判断。
参考文献
[1]山西省电力工业局.发电厂集控运行(高级工)[M].北京:中国电力出版社,1997.
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[3]秦顺富.汽轮机轴向位移保护系统改进[J].四川电力技术.1994(3):35-37.
汽轮机监测分析 篇4
关键词：汽轮发电机组,转子裂纹,断裂,振动分析
0 引言
汽轮发电机组转子裂纹故障时有发生。转子裂纹对机组构成巨大潜在威胁,可能导致轴系断裂事故。对于实际运行的汽轮发电机组,转子裂纹虽是一种现场诊断困难的故障,但由于裂纹的发展具有萌生、扩展直至断裂的持续变化过程,使转子系统的振动特性发生变化,这样就可以通过振动监测、精细分析来进行诊断和预防。现场动态监测汽轮发电机组转子裂纹最常用和最有效的方法就是振动监测分析方法[1,2,3]。
实际转子裂纹的发展多是疲劳损伤不断累积的结果,既有弯曲疲劳也有扭转疲劳,有时还存在冲击载荷。现场当前配备的轴振在线监测反映的是转子的弯曲振动,其在主轴承附近安装2个互成90°夹角的电涡流传感器,有些机组还配备测量轴承座垂直方向振动的传感器,扭振在线监测基本不配置。当裂纹扩展到一定程度,引起弯曲刚度和扭转刚度的时变与不对称,就会使转子系统由线性或准线性变为强非线性系统,可由振动趋势、频谱特性、升降速振动特性的异常和历史比对来进行判断和确认。
本文结合2起汽轮发电机组同轴连接的辅助转动部件断裂事故和1起主转子长裂纹事故的振动数据进行总结分析,有助于今后类似转子裂纹故障的及时发现和准确判断。
1 汽机主油泵转子断裂事故
1.1 事故概况
某发电有限公司1台NZK135—13.2/535/535汽轮机,主油泵轴位于机头侧最前端,与汽机高中压转子采用刚性对轮连接,主油泵轴材质30Cr2Ni4MoV,为整锻轴。其中连接对轮、测速轮与轴为1个整体,叶轮装配于轴段上。
该机组于2006年6月24日正式投运,主油泵轴断裂前累计运行时间约52 810 h。第2次A级检修后于2013年8月18日完成汽机超速试验后并网,2013年8月19日23:11前,机组带负荷105 MW运行,轴系振动除3X为95.6μm外,其余轴振均在优良范围。23:11:26润滑油母管突然失压,确认主油泵问题后停机检查。检查发现主油泵轴发生断裂,断裂部位位于主油泵轴的叶轮口环处,断裂面宏观形貌见图1。
1.2 事故诊断
从大修后的机组振动测试数据来看,主油泵转子横向断裂前,与其刚性连接的汽轮机高中压转子振动出现2次异常现象。第1次振动异常表现为大修后第1次升速过程经历了大振动。首次启动因高中压转子轴振动超过保护定值跳机未能通过汽机高中压转子一阶临界转速1 835 r/min,大修后的波德图分别见图2和图3;1号轴振X向级联图见图4。由于电站汽轮机主油泵未配置在线振动监测传感器,在此只能以与其刚性连接的高中压转子振动即1号、2号轴瓦的轴振进行分析。由于汽轮机高中压转子质量远大于主油泵转子,当高中压转子振动即1号、2号轴瓦的轴振很大时,主油泵转子弯曲振动必然很大,尤其在主油泵叶轮的口环处。高中压转子轴振动频谱除与转速同步的基频外,2倍频振动分量随转速变化而明显变化,同时还有各次高频分量,而2倍频振动分量的明显增加往往是转子裂纹的重要判据之一。
第2次振动异常表现为定速后带负荷过程,参见图5～图8。单纯看图5异常现象并不十分明显,如果对比图5和图8,就会发现2者的明显差异。从图8来看,更换主油泵转子后的汽机高中压转子轴振很小且非常平稳,而从图5来看,1号轴振出现突跳和波动以及工频振动相位的突跳,说明此时主油泵轴已产生了明显的裂纹。图1的A、B、C、D多个起裂源的断口形貌,也与图5有某种程度对应之处。对比图6和图7,说明当时轴系存在瞬间冲击。正常带负荷过程中,轴心位置变化是一个稳定或缓慢变化的过程,轴心位置的突跳应是主油泵转子明显开裂时对高中压转子的瞬态冲击。
这起主油泵转子裂纹及断裂事故,未能及时通过轴系振动异常特征获得早期诊断,分析认为:1)主油泵转子属于附属小转子,其本身未进行在线振动监测,关注度较低;2)主油泵转子设置在主转子跨外,裂纹的扩展对主转子弯曲刚度等影响程度有限;3)现场振动监测人员对振动异常和征兆分析判断不精细,尤其是2倍频振动分量的明显变化。
这起事故随后的金属分析表明,主油泵转子断裂主要原因为转轴变径处的加工R角仅为0.4 mm,势必导致此处应力集中度较大,成为疲劳开裂的主要诱因。从形态上看,断裂源于圆周应力集中线,应力作用相继在圆周的不同部位形成多个裂源(如图1中A、B、C、D),继而形成径向台阶。从裂纹分类看,其属于转子横向裂纹。
2 励—发连接短轴断裂
2.1 事故概况
某发电公司引进型330 MW汽轮发电机组,发电机为330THA330—2型,同轴励磁机为复式励磁,额定功率2 610 kVA,功率因数0.46。发电机和励磁机之间靠1根长600 mm,工作直径110 mm的短轴连接,工作温度为室温,短轴材料34CrNiMo6。发电机转子轴承编号为9号、10号,励磁机轴承为11号、12号。同型号机组2台,在投运1年内发生4次短轴断裂事故。在此以其中1次断裂事故的振动监测情况进行介绍。
由于励磁机未配置在线振动监测传感器,当巡检发现励磁机振动由原来的30μm出现超标后,用便携式振动分析仪对10号、11号轴承座振动进行了测试,见图9～图12。3天后,励磁机前轴承座水平振动再次上升到120μm时立即停机检查,发现励磁机连接短轴断开,断裂位置靠近发电机侧,呈45°斜断口,断面平整,无整体塑性变形。
从图9、图10来看,在接近2.5 h的连续振动监测中,出现一次明显振动波动,频谱分析为低频15 Hz振动分量的突然出现,同时2倍频振动分量十分明显。励磁机前轴承振动严重超标,而发电机轴承振动尚未超标。11号轴承振动频谱中,1倍频75μm左右,2倍频23μm左右,3倍频和4倍频分量5μm左右。轴系正常情况下二倍频振动分量不可能有这样的数值量级,再次说明分析2倍频振动分量的必要性。
2.2 事故诊断
励磁机振动超标很多,且振动2倍频分量很明显,说明裂纹深度已经很深,但还未彻底断开。由于裂纹呈45°斜裂纹,在稳定转速和负荷工况下仍能继续运转。因1 1号轴承未设振动在线监测,不能进行较长期的振动监测趋势分析和比对,影响该起短轴裂纹的早期诊断。
该2台机组励磁系统问题较多,调峰运行有时负荷变化幅度很大,对其连接短轴形成大的冲击。还有投运初期启动十分频繁,甚至达到平均20 h启停1次,每1次启停,对连接转轴都是1次大的交变应力循环。后将励磁系统改造后再未出现短轴断裂问题。
3 低压转子的裂纹故障
3.1 事故概况
某汽轮发电机组系国内生产,出口到国外的600 MW亚临界汽轮发电机组。汽轮机为N600—16.7/538/538型,发电机为QFSN-600-22G型。机组处于基建试运阶段,自首次并网到检查确认低压转子B靠近发电机侧转轴超过半周长的裂纹仅进行了9次短时间并网,时间不足1个月。
前2次仅表现为并网后发电机后轴瓦即8号轴振变化明显,但未达到跳机保护值。随后7次并网后除发电机后瓦轴振升高外,轴系振动整体升高,尤其是支撑低压转子B的5号、6号轴瓦的轴振和支撑发电机转子的7号、8号轴瓦的轴振升速及振动变化很大,且并网不久就会达到振动保护跳机值。
其中第5次并网过程见图13(图13—图17来自西北调试所印度KMPCL试运报告),图13说明并网后振动异常的直接原因为机电耦合振动。该机组设计轴系扭振固有频率见表1,轴系弯曲振动临界转速见表2。停机检查前最后一次并网,低压转子B和发电机转子的4个轴承的X、Y向轴振并网前后频谱参见图14—图17(每幅图的上图为X轴振频谱,下图为Y轴振频谱)。
3.2 事故诊断
从频谱图14～图18来看,并网前6X、8X轴振2倍频分量为9～12μm,其他各向轴振2倍频分量并不明显,并网后却出现了以25 Hz为基频的各次谐波,其中前4阶谐波分量尤为突出,而工频的2倍频振动分量均达到20μm以上。对于振动的明显变化,除了机电耦合的次谐波扭振耦合产生的弯曲振动外,还存在发电机不稳定、不均衡电磁力的影响。从表1和表2可知,轴系设计第二阶扭振频率为26.55 Hz,低压转子B的第一阶弯曲固有频率29.05 Hz,避开裕度9.4%,裕度偏小。由文献[4,5,6,7,8,9]扭振敏感度分析来看,该型机组轴系第二阶扭振,汽—发连接对轮处局部扭转刚度的变化对其固有频率影响最大,在该处存在超过半周长裂纹的情况下,将使第二阶扭振频率下降,更接近25 Hz,出现非线性振动系统的频率俘获现象。
对于1个实际的汽机转子,不可能是各阶振型都完全平衡的理想状态,尤其是对于该大型汽轮机的低压转子,其末级叶片长达1 016 mm。当扭振发生时,一方面原始的平衡状态就会发生变化;另一方面,约与轴线成45°的超过半周长度裂纹的开闭效应,也会使低压转子的抗弯刚度发生变化,出现复杂的非线性特征,系统由准同步运动产生倍周期分叉。因此,该例转子裂纹故障从振动监测数据来看,既包含汽机低压转子B在裂纹状态下的轴系振动特征,又包含轴系25 Hz扭振产生的弯扭耦合振动,以及明显的非线性振动特征。
对于此低压转子B裂纹故障,从9次并网过程来看,前两次表现为单纯的发电机后轴瓦轴振问题,主要反映的是轴系扭振和发电机不稳定、不均衡电磁力引起的弯曲振动。从第3次并网开始,裂纹的开闭效应逐步显现出来,裂纹越长,开闭效应对振动影响越明显。最后1次并网过程参见图14-图17,不但表现为弯扭耦合振动,轴系振动的非线性特征也十分显著。
4 结语
(1)总结了3起汽轮发电机组转子裂纹故障的现场振动监测实例,说明汽轮发电机组转子裂纹动态监测现场最有效的方法就是振动监测分析方法。由于转子裂纹故障的复杂性,必须配备在线振动监测系统和分析功能,同时需要专业振动工程师进行精细分析,除分析弯曲振动数据外,同时应对扭振信号也进行分析。
(2)振动趋势分析除关注总幅值明显变化外,应特别关注半频、工频、2倍频、3倍频振动分量的长周期变化规律,尤其是2倍频振动分量。3起裂纹故障2倍频振动分量均超过20μm,是转子裂纹的重要判据之一。
(3)怀疑汽轮发电机组转子裂纹时,应将振动数据进行历史比对和趋势变化分析,以及进行变转速和变工况振动试验。
参考文献
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汽轮机监测分析 篇5
从上世纪80 年代初开, 始随着电子信息技术的飞速发展, 在线监测装置在汽轮发电机上的应用和普及得到非常好的效果。一般情况下, 我国发电设备都是以“计划维修”为主要的维修实施方案, 但是这种维修方案容易造成“过度维修”。在很多发达的工业国家都是按照“需修时修”的维修原则来对设备检修服务的。
1 设备在线监测应遵循何种原则
根据CIGRE/SC11 标准对设备在线监测应遵循的基本原则进行了深入讨论和研究总结如下几点:
(1) 针对发电机状态采取渐变过程进行监视的方式进行科学预知, 在线监测装置的作用是可以代替突发事故时的各种瞬时记录仪。
(2) 对于汽轮发电机的制造商来说, 新型发电机的开发和新型发电机的投运过程中, 对发电机在线监测数据进行实时跟踪和关注是十分必要的。
(3) 由发电机制造商、试运行单位、在线监测装置供应商三家共同监测装备和数据, 提供给专家解读或需要辅以离线分析的在线监测装置或数据, 不能把做结论的责任完全推给运行单位一方。
通过大量事实研究表明合理的装备配置在线监测系统应遵循的原则有:应由发电机制造商推荐在何时何地何种机组需要在线加成装备, 监测装备和数据应与运行单位磋商后决定。
2 针对我国线监测装置应用现状进行初步分析
目前, 在国内200MW及以上汽轮发电机配置的在线监测装置中有两种方式:直读型在线监测装置和解读型在线监测装置。
(1) 直读型在线监测装置。HPA、SCW、HLM、HDM、HLOM等在线监测装置是国内主流的几种方式。获得的数据或趋势曲线可直接读到的装置在线监测系统, 可直接读到数值中得知某参数的状况且无需专家解读。下面针对这几种形式分别介绍各自的特点如下:
HPA ( 氢气纯度分析仪) :利用每一种气体有其独自的导热性 (在单位时间内通过单位空间的热量) 来测量气体纯度的。当一种气体与另一种气体混合时, 混合气体的导热性与气体混合比成正比变化。再按热-- 电变化原理可测量气体的纯度。它由一个检测器 (分析仪) 和一个指示仪表组成, 用以指示氢气的纯度 (仪表指示的是氢气占的百分数, 指示范围为80%--100%, 92% L报警, 90% LL报警) 分析仪入口经滤网接至发电机内高压风区, 其出口经用于分析仪的流量计接至电机内低压风区, 靠出入口间压差使气体连续通过检测分析仪, 并迅速显示氢气纯度的变化。还可以预警氢侧密封油超量、密封油因为过热产生的异常情况等。
SCW ( 定子冷却水导电率仪) :运行中的发电机定子绕组产生的热量和发电机的输出功率有着密切的关系, 发电机的输出功率越大, 其发热量也越多。定子绕组温度过高, 会影响其内部的绝缘。为了保证机组的安全运行, 大容量发电机组都设置有发电机定子冷却装置, 用来带走发电机运行中产生的热量。对于水内冷发电机组, 就是利用定子冷却水来带走发电机运行中产生的热量。
HLM ( 氢气漏入水中监测器) :这是一种定子密封水箱中装置压力表, 在发电机两端的基础墙壁上装有两个氢气检测探头, 检测信号用于如果发电机两端有大量漏氢时在中控BTG盘上报警。
HDM ( 氢气露点仪) :氢气在发电机的的循环差压是靠安装在发电机转子靠汽机侧的一个多级轴向风扇产生的或者其他故障时起到的保护作用。
HLOM ( 漏氢监测仪) :发电机外壳的强度设计考量了发电机内的氢气发生爆炸仍可以承受爆炸的压力, 从而避免发电机以外的损失。用来防止氢爆发生的可能性。
(2) 解读型在线监测装置。SEVM、RSTD、STOM、GCM、RFM、PDM这些装置在线监测是我国比较常见的几种方式, 由于装置比较复杂或预示面广且重要单一使用这种类型的在线监测装置无法全面做到在线监测的要求, 当测试数据需要其专家进行解读时, 可根据监测结果做相应的决策时需要多方面专家的共同商讨。下面针对这些装置的特点进行说明:
SEVM ( 定子端部绕组振动监测器) :通常情况下利用转子绕组形成磁场。定子绕组通过切割 (转子转动) 转子绕组形成的磁场, 产生电动势。它可以有效的预示定子槽楔的松动大小、组成电枢绕组的线圈有单匝的, 也有多匝的, 每匝还可以由若干并联导线绕成。所示为一只线圈在槽中安置的情况相引线断裂与否、固定螺杆的松动等相关问题进行全面监测。
RSTD ( 转子匝间短路监测器) :在转子绕组引出线柱上连接一根导体可将滑环短路; 目的是判断转子匝间短路引起的转子振动大小, 那么在转子已抽出的情况可以预示由转子的短路而造成的过程中护环烧损等故障情况进行监测。
STOM ( 转轴扭振监测仪) :该设备有设备扭振测量功能发电机失步是可能造成这个情况的, 系统的频率和发电机本身存在差异, 相角周期性出现差异, 造成电磁力矩和机械力矩存在周期性差异, 相当于是在拧毛巾一样, 会对大轴寿命造成影响及装备转子的不平衡超负荷故障在线监测。
GCM ( 发电机工况监测器) :这种监测器可以通过电动机运行状态定子接电源, 转子就会在电磁转矩的驱动下旋转发电机运行状态定子接电源, 但电机转子不在接机械负载, 而是用原动机拖动异步电机的的转子以大于同步转速并逆转磁场方向旋转和高压出线过热分析出设备的故障问题所在, 进行设备的在线监测。
3 建议
根据上述情况我国目前针对汽轮发电机设备装置的在线监测使用情况的初步分析, 提出几点如下建议: (1) 应该严格遵循装备在线监测的配置原则。由发电机制造商、试运行单位、在线监测装置供应商三家共同监测装备和数据为依据, 为了避免造成不必要的各种资源的浪费; (2) 针对解读型在线监测装置的使用时候一定要慎重, 因为需要选择典型汽轮发电机安装设备是非常重要的, 并不是非要在所有的200 MW汽轮发电机及以上的发电机上都按照都装; (3) 由汽轮发电机主机制造商、运行部门、在线监测装置供应商三方共同选择典型机组进行在线监测, 必须成立工作小组进行定期跟踪监测; (4) GCM、RFM ( 或PDM) 的解读比较复杂, 需要投入更多的科研投入精力。
摘要：根据我国现有的汽轮发电机关于在线监测系统的应用情况来看, 监测装备的配置在线监测应遵循的基本原则和对当前在线监测应用系统的初步分析, 提出合理化监测装备配置在线监测的策略性建议。
浅谈汽轮机安全监测系统 篇6
汽轮机体系有以下的几个部分组成。热工监视体系, 保护体系以及它们共同组合得到的预警体系以及保护控制体系。由于国家的经济以及社会发展需要, 对电力的需求越来越大, 这项安全体系就变得意义更为关键了, 因而对其性能也有了更多的规定。而我们传统方式中运用的保护体系绝大部分都是有继电装置和其配套的硬件装置组合得到的, 具有非常多的缺陷, 比如不安全, 而且最为重要的是对其开展的维护工作非常繁琐。这套体系存在的意义是用来监视设备在工作的时候, 它的主轴等部件的振动性能等的。它有三大部件, 分别是振动、速率以及偏心组件。这些部分的组件并不是一成不变的, 可以根据使用者的具体情况来具体的配置。上文提到的第一个和第三个组件通常都会有与之配套存在的传感装置, 它们的具体作用是负责监测主轴在工作时的振动状态的, 而另外的一个组件的目的主要是为了监测轴瓦在工作时候的振动状态的, 各有分工。
2 汽轮机监测保护系统监视组件
上文提及到的振动监视体系的探索重点是单片机, 通常我们期望能够合理的处理获取的信号, 因而规定使用的主机一定要有速率的报证, 而且对其集成性也有很高的要求, 在众多的同类产品中, 型号为8098的装置被大量的使用, 这主要是因为它的性能比较的符合当代社会的发展步调等。它共有十六片单项装置, 具有16位处理速度, 典型指令的执行时间为2μs, 它的主要特性:十六位中央处理器;具有高效的指令系统;集成了采样保持器和四路十位A/D转换器;具有高速输入口HSI, 高速输出口HSO和脉宽调制输出PWM;具有监视定时器, 能够在出现任何的问题的时候, 自动的帮助体系恢复使用性能, 继续工作。它有自身独特的程序体系, 具体讲是先对体系概况进行设计, 然后依次是硬件装置, 最后是软件装置。它是在反复多次的对体系的性能规定以及科技要素等综合分析的基础之上, 同时兼顾装置的运行特征, 具体运行时要遵照以下的规定进行, 即优先使用软件, 换句话讲就是如果一项工作仅靠软件就能独立完成, 那么一般情况下就不需考虑到硬件装置, 不过这并不代表软件是非常优秀的, 它也有自身的缺陷, 比如大量的耗费时间。为了尽快的得到合理的装置, 我们通常是尽量的发挥现有的机器然后根据体系自身的特征, 对这些装置进行添加或者是删减。除了上述的这点之外, 我们还需要考虑到它的抵御干扰的性能, 确保它能够安全有效的运行
3 体系的硬件装置
主要是指单片机的选择和功能扩展, 传感器的选择, I/O口的选择, 通道的配置, 人机对话设备的配置。它包含三大部分, 而这三个部分之间的关系是相互作用的, 具体讲是显示板模块, 主板模块, 继电器板模块。
4 体系的软件装置
这项设计的重点的是应用软件。我们在对其进行设计的时候, 需要充分的考虑到整个体系的性能特征, 还应该充分的分析它的指令体系以及性能之间的关系, 最重要的是要和上文的硬件体系综合分析。在研究单片机的体系时, 它的软件研制过程应该充分的分析到它的硬件体系。当应用系统总体方案一经审定, 硬件系统设定基本定型, 大量的工作将是软件系统的程序设计与调试。振动监视组件软件的设计采用模块编程法, 它有非常多的好处, 比如能够将繁琐的步骤进行精简, 分成很多个单一的步骤, 这样我们在设计时就会相对简单一些。因为两个块间并不是充分的结合到一起的, 都有相对的单独空间, 当它的总模块发生改变的时候, 它只会作用到其本身的步骤, 并不会很大程度上对其他的一些模块发生作用, 很多时候几乎不会产生任何作用。它主要由下面几个部分组成:标准的自检程序模块;采样以及通道计算程序模块;设定值调整程序模块, 报警程序模块。
自检程序模块:它的功能是用来检查电源是否具有合理的电压指数, 通常体系会以故障码的方法来提醒使用者, 体系的电源发生问题, 然后具体的分析是其中的哪个线路的问题。系统得自检功能由上电自检, 循环自检和用户请求自检三部分组成。在自检过程中, 系统解除所有形式的保护。假如在此步骤中发生问题, 此时总的体系将会持续的进行自检, 一直到使用者发现问题才会停止。
采样及通道值计算程序模块:它在进行工作的时候, 第一道工序就是监测体系的运行情况, 具体的是指查看它们是否处在合理的路线之中, 如果监视保护系统某一通道处于旁路状态, 那么解除继电器报警, 系统正常灯熄, 旁路灯亮, 同时通道指示值为0。假如没有出现上述的情况, 则启动该通道的计算得到通道值。模拟量输出通道输出代表该通道值的标准电流值0-10m A.DC或4-20m A.DC。
设定值调整程序模块:设定值包括警告设定值和危险设定值两个, 它存放在EPROM2864中, 就算是装置发生意外情况, 其中的数据也能够得到有效的保存, 此时将显示器重点警告或者是危险按钮启动, 棒状光柱上将显示警告或危险设定值, 如果要对设定值进行调整, 还需要按下主线路板上的设定开关, 再按下面板上的“警告”或“危险”键, 最好按下系统监视面板上的“?”, 即可对设定值调整。在软件中, 当设置点调整后, AF标志置零, 程序根据AF标志判断是否需要将条调整值重新写入2864。
报警程序模块:假如通道之间的差数大于我们事先设定好的数据, 此时体系会自动进入警告模式, 此时显示器上的警告灯会自动启动, 此时警告继电装置也会自动的开启。当其运行情况是通电抑制时, 此时体系会自动的将全部的报警消除。
显示程序模块:显示程序模块执行显示双通道的测量值、报警值以及四种故障代码。在8098内部RAM中, 开设一个具有16个寄存器单元缓冲区, 如80H-8FH。将缓冲区对半分成两部分, 每一部分的寄存单元寄存一个通道的显示代码。将显示代码送到8279的显示缓冲区, 8279可以自动扫描显示。
中断程序模块:T1的溢出周期作为输出脉冲信号的宽度, 改变HSO高低电平的触发时间就可以改变方波的占空比, 从而改变输出电流大小。“大型汽轮发电机组性能监测分析与故障诊断软件系统”在仿真机上运行, 能对仿真机运行工况进行监视, 也能通过实时数据库与实际机组的计算机联网, 对实际运行机组工作状况进行监测和分析等。
摘要：最近几年, 我国在经济以及社会等的各个领域都取得了非常显著地成就。其中电力行业取得的成就十分突出。电力和我们的生活以及生产活动有着非常密切的关系, 很多活动的开展都要以电力为最基础的保障条件。笔者基于目前的这种背景形势, 重点分析介绍了当前我国的电力行业重点的汽轮机安全监测体系相关的知识, 目的是为了更好地促进电力事业的发展, 促进经济的前进。
关键词：汽轮机,监测,保护系统
参考文献
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汽轮机运行监测及优化管理 篇7
1 汽轮机运行中的监视
1.1 负荷与主蒸汽流量的监视
负荷变化与主蒸汽流量变化的不对应一般由主蒸汽参数变化、真空变化、抽汽量变化等引起。遇到对外供给抽汽量增大较多时, 应注意该段抽汽与上一段抽汽的压差是否过大, 避免因隔板应力超限及隔板挠度增大而造成动静部件相碰的故障。
当机组负荷变化时, 对给水箱水位和凝汽器水位应及时检查和调整。
随着负荷的变化, 各段抽汽压力也相应地变化, 由此影响到除氧器、加热器、轴封供汽压力的变化, 所以对这些设备也要及时调整。轴封压力不能维持时, 应切换汽源, 必要时对轴封加热器的负压要及时调整。负压过小, 可能使油中进水;负压过大, 会影响真空。增减负荷时, 还需调整循环水泵运行台数, 注意给水泵再循环门的开关或调速泵转速的变化、高压加热器疏水的切换、低压加热器疏水泵的启停等。
1.2 主蒸汽参数的变化
一般主蒸汽压力的变化是锅炉出力与汽机负荷不相适应的结果, 而主蒸汽温度的变化, 则是锅炉燃烧调整、减温水调整、直流炉燃水比不当、汽包炉给水温度因高压加热器运行不正常发生变化等所致.汽轮机运行人员虽然不能控制汽压、汽温, 但应充分认识到保持主蒸汽初参数合格的重要性, 当汽压、汽温的变化幅度超过制造厂允许的范围时, 应要求锅炉恢复正常的蒸汽参数。
1.3 再热蒸汽参数的监视
再热蒸汽压力的升高, 一般由调节系统发生故障或中压调速汽门脱落使中压调速汽门或自动主汽门误关引起的, 应迅速处理, 设法使其恢复正常。
再热蒸汽的温度主要取决于锅炉的特性和工况。再热蒸汽温度变化对中压缸和低压缸的影响, 类似于主蒸汽温度的变化, 在此不再赘述。
1.4 机组真空的监视
真空降低, 汽轮机总比焓降减少, 进汽量不变时, 机组功率下降。如果真空下降时继续维持满负荷运行, 蒸汽量必然增大, 可能引起汽轮机前几级过负荷。所以, 运行中发现真空降低时, 要千方百计找到原因并按规程规定进行处理。
1.5 胀差的监视
正常运行中, 由于汽缸和转子的温度已趋于稳定, 一般情况胀差变化很小, 但决不能因此而放松对它的监视。当机组运行中工况大幅度变化时, 胀差变化比较大。应引起特别注意。
1.6 对其他表计的监视
正常运行中, 运行人员在监视时, 还要注意润滑油温、油压、轴承金属温度、各泵电流等。如发生异常, 只要及时发现, 就应得到正确处理。
2 汽轮机运行中的监督
2.1 汽轮机通流部分结垢监督
在凝汽式汽轮机中, 通流部分的结垢监视是根据调节级压力和各段抽汽压力 (最后一、二级除外) 与流量是否成正比而判断的, 一般采用定期对照分析调节级压力相对增长率的方法。
有时压力的升高也可能是其他的原因造成的。如:某一级叶片或围带脱落并堵到下级喷嘴上, 一、二段抽汽压力同时升高, 说明是中压调门或高压缸排汽逆止门关小或加热器停运等情况。这就需要根据具体情况做全面分析, 特别是要看压力升高的情况是在短时内发生的, 还是长期的渐变过程。
2.2 轴向位移变化监督
一些机组装设了推力瓦油膜压力表, 运行人员利用这些表计监视汽轮机推力瓦的工作状况和转子轴向位移的变化。
汽轮机轴向位移停机保护值一般为推力瓦块乌金的厚度减0.1mm~0.2mm, 此时推力盘和机组内部都不致损坏, 机组修复起来容易。
推力瓦工作失常, 因为油量很大, 反应不灵敏, 推力瓦乌金温度表能较灵敏地反映瓦块温度的变化。但是运行机组推力瓦块乌金温度测点位置及与乌金表面的距离, 均使测得的温度不能完全代表乌金最高温度。当轴向位移增加时, 运行人员应对照运行工况, 检查推力瓦温度和推力瓦油回温度是否升高及差胀和缸胀情况。
2.3 汽轮机的振动监督
垂直和横向测量的振动值视转子振动特性而定, 也与轴承垂直和横向的刚性有关。每次测量轴承振动时, 应尽量维持机组的负荷、参数、真空相同, 以便比较, 并应做好专用的记录备查, 对有问题的重点轴承要加强监测。运行条件改变、机组负荷变化时, 也应该对机组的振动情况进行监视和检查, 分析振动不正常的原因。
正常带负荷时各轴承的振动在较小范围内变化。当振动增加较大时 (虽然在规定范围内) , 应向上级汇报, 同时认真检查新蒸汽参数、润滑油温度和压力、真空和排汽温度、轴向位移和汽缸膨胀的情况等, 如发现不正常的因素, 应立即采取措施予以消除, 或根据机组具体情况改变负荷或其他运行参数, 以观察振动的变化。
大容量汽轮机越来越注重提高其支撑质量和刚性, 转子轴颈和轴承之间的油膜对振动的阻尼不可忽视, 使轴承振动往往不能反映汽轮机转子的真正振动情况。
3 汽轮机组运行的优化管理
利用计算机实时网络系统建立优化在线监测系统, 它包括实时数据采集、热力系统主要流程有关画面参数的显示、性能计算及提供耗差分析图表、提供以可控耗差为基础考核的月度班统计值、提供历史数据的查询、统计报表的打印、为运行人员提供简单扼要的操作量等。正常运行中, 该系统可根据不同的工况及外界条件的变化 (如环境温度、燃料品质等) , 计算出当时工况下的真空系统、回热系统、汽水系统等的实际性能值, 并与优化试验结果及机组设计数据确定的机组性能值 (即当时工况下应达到的最佳性能值) 进行比较, 得出各性能值的耗差, 运行人员即可从该系统的耗差分析、显示中找出影响当前机组运行经济性的主要问题, 从而通过调整运行方式或运行参数使机组运行工况最大限度的接近最优的状态。
参考文献
[1]范鑫, 秦建明, 等.超临界600MW汽轮机运行方式的优化研究, 2012 (5) .
[2]赵立民, 代军礼, 等.汽轮机的运行和故障分析, 2012 (3) .
汽轮机组振动监测系统探析 篇8
1 系统需求分析
当前, 我国多数汽轮机组振动监测硬件均为进口产品, 所配套监测及故障诊断软件所需价格较高, 若采购汽轮机组时每台都配套进口监测软件将导致机组的成本大幅提高。为此, 必须加快汽轮机组振动监测系统的研发力度。具体而言, 应满足如下需求。
1) 满足电厂多机组同时监测, 保障多通道信号同步采集、传输、分析与存储。
2) 能够对所采集数据进行同步显示、报警等多项功能。
3) 具有较快的信息存储能力与完备的数据库, 且可靠性高, 能够及时发现故障, 并满足不同类型的故障事后分析。
在系统开发过程中, 应结合电厂的具体情况及功能需求, 利用现有技术条件, 对系统开发方案进行确定, 如开发环境、工具, 硬件设备、系统开发框架的构建等。同时, 构建能满足系统功能需求的数据库, 明确软件框架, 打造友好的界面, 结合硬件编程, 实现软件的多项功能。最后进行现场调试, 直至系统满足现场的各项功能需求。
2 系统框架的构建
以现场监测需求及功能需求为依据, 为了满足现场监控的要求, 系统主要包括采集站、监测中心、诊断中心等, 本文完成了采集站、监测中心两大部分。其中, 采集站能够灵活地选择信号, 可对源自传感器的信号及二次输出信号进行接收, 可对汽轮机组的振动信号进行采集。而监测中心负责对所采集振动信号进行显示、报警, 并对数据库加以管理。故障诊断中心负责利用网络连接各个电厂, 除了对各电厂加以监控, 还能够为各电厂提供相应的振动故障诊断, 因而极大地提高了故障监测与诊断的效率。系统框架图见图1所示。
3 系统软件设计与实现
3.1 下位机软件的设计与实现
下位机软件负责采集汽轮机组的振动信号, 确保其可靠性及所采集信息的科学性。该部分设计包括数据采集模块、信号即时显示模块、报警模块三大模块。
其中, 数据采集模块负责将连续的模拟信号, 成功地转化为计算机能够接收的离散信号, 包括两大步骤, 一是借助于传感器NI采集设备进行采样, 将模拟信号分别分为时间间隔相同的离散信号, 并进行采集, 并实现A/D转换, 将离散的信号重新加以编码, 获取计算机可识别与处理的数字化信号。在现场测试过程中, 要求采样的频率取值较理论值高, 通常为最高信号频率的2~5倍。
对于数据采集模块而言, 首先需要对参数进行配置。在对汽轮机组的振动信号加以采集过程之前, 应结合具体监测需求, 在软件中对采样所需参数, 如采样频率、采样点数、频率分辨率、灵敏度、传感器类型等进行设定。具体监测要求汽轮机组的稳态转速达到3000r/min, 且分析频宽超过基频的8倍, 频率的分辨率不超过1Hz。以采样频率Fs为例, 为了确定该值应结合电厂的具体需求, 针对汽轮机组的工作转速, 明确基频在50Hz左右。结合经验数据, 要求分析频宽为基频10倍, 因此, 要求分析频宽FA应不小于50×10=500Hz。结合分析频宽FA、采样频率FS间的关系:FS=2.56×FA, 确定FS应不小于2.56×500=1280Hz。依据采集板卡, 默认采样频率FS=2048, 能够满足汽轮机组信号分析的要求。明确各参数之后, 结合下位机软件参数设置选项, 分别对各参数加以设定, 以便采集相关数据。系统下位机主要采用固定频率采样方法, 默认采样的频率2048, 点数2048。
就信号即时显示模块而言, 其主要包括转速、实时波形、数据列表显示等内容。借助于该模块能够对各通道所采集时域信号进行即时显示。操作人员能够第一时间借助于波形信号对NI采集仪是否顺利工作, 以及所采集信号正确与否进行判断, 还可借助于信号幅值对汽轮机组是否正常运行进行判断。
3.2 数据库的设计与实现
本文采用的是SQL SERVER数据库, 对系统所有测点、运行参数、信息等分别进行存储, 为系统的即时监测、设备的维护维修提供了依据。数据库所设计的优劣直接关系了系统的优劣, 在数据库服务器上, 所存储的机组信息, 如系统参数、机组运行数据等信息, 都是系统运行和分析的基础。数据库设计包括如下内容:机组信息、参数配置、历史、用户信息、报警等数据库类型。
数据库字段主要包括用户名、密码、级别, 存储的时间、路径、峰值、均值、有效值、转速等, 随着功能的拓展, 可在数据库中对各表格进行添加。数据库作为系统故障监测、分析软件中的重要组成部分之一, 其数据存储过程中保障数据的完整性、全面性十分重要。其存储方式依据下位机同服务器之间的连接包括网络存储、本地存储两种。
而应用程序同数据库服务器之间的通讯主要是采用本地通讯、远程通讯两种方式。前者要求下位机软件、数据库、上位机软件都安装在相同的电脑上, 无需网络连接, 即可借助于visual studio所提供的程序实现通讯, 通讯方式有3种:1) 借助于ODBC数据提供相应程序的ODBC形式;2) 借助于SQL SERVER数据, 提供SQL SERVER直连形式;3) 借助于OLE DB数据, 提供OLE DB形式。经对比表面, 第二种连接方式速度最快, 因而采用第二种方式进行通讯。后者指下位机软件、数据库、上位机软件安装在不同电脑上时, 借助于局域网络实现连接, 需要将数据库服务器电脑防火墙等进行关闭, 防止数据库连接过程中被阻断。打开SQL远程连接功能, 将服务器登录模式进行修改, 成为Windows身份、SQL Server验证。经设置后借助于SQL连接字符串, 实现局域网中的通讯。
3.3 上位机软件的设计
上位机软件负责机组运行状态的监控及故障原因的事后分析。系统上位机软件包括如下模块:界面监控、数据库管理、信号分析、动平衡分析等四大模块, 其中, 信号分析模块属于核心。所设计软件可同时对四台机组进行即时监控。
1) 界面监控模块。通过软件的主界面, 对机组的模型进行观察, 了解各位置振动情况。该模块分别从时域、频域信号分析两大部分入手, 对振动信号展开监测、分析、显示。通过对服务器读数据进行系统分析, 将振动参数即时显示在主界面之上, 若通道峰峰值小于所设定的报警值时, 对应通道峰峰值的字体颜色会变为绿色, 若高于报警值, 所对应峰值字体变为黄色。依据所设定报警值程度:绿色 (正常) , 黄色 (严重) , 红色 (危险) , 就可对机组振动情况进行监控。
2) 动平衡分析模块。该模块结合影响系数法来进行分析, 包括单面动平衡、双面动平衡两部分, 结合机组振动相位、幅值, 能够找到最佳配重位置, 并以数值、图形方式对计算结果进行显示。
3) 信号分析模块。该模块从时域、频域两方面对机组振动信号加以分析, 对多数故障进行在线、离线分析, 包括整体监测、趋势、报表、时域、频域、轴心分析等。以频谱分析为例, 对时域的波形展开频谱分析, 可得信号中各谐波分量的幅值、频率等。以频率、振幅分别作为横、纵坐标, 将结果进行绘制, 可得频谱图, 用以对机组故障进行分析、诊断。
如今, 该系统已经在某电厂中得到了应用, 经多次模拟测试、现场实际测试, 该系统软件已经得到了不断改善, 具有一定的推广和应用价值。
参考文献
[1]施圣康.汽轮发电机组振动故障诊断技术的发展现状[J].动力工程, 2010, 21 (4) :1295-1298.
[2]蒋东翔, 倪维斗, 于文虎, 等.大型汽轮发电机组远程在线振动监测分析与诊断网络系统[J].动力工程, 2009, 19 (1) :149-152.