[发明专利]大型汽轮机叶片断裂故障在线诊断方法

说明书

所属领域

本发明涉及一种基于振动信号显著变化分析的大型汽轮机叶片断裂故障在线诊断方法。

技术背景

随着越来越多的大型汽轮机组的制造和投产，由于叶片高度和蒸汽参数的提高，叶片的工作条件也愈来愈严酷，如汽轮机进汽端的调节级叶片要承受最高近600℃的高温和喷嘴弧段的巨大冲击力；在排气端，则是巨大的离心力和接近两倍音速的湿蒸汽流的冲刷；而且所有动叶片都承受着多种形式的周期性或随机性激振力作用而处于强迫振动之中。正是这些不利条件使叶片长期成为影响汽轮机安全最主要的因素。

在各种不利条件下，叶片有时会发生断裂的突发故障，其具有发生时间短、破坏性大，且有可能导致更为恶性的机组安全事故的特征。因此，准确判断叶片断裂故障的诊断需要系统深入研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是提供一种大型汽轮机叶片断裂故障在线诊断方法。

解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种大型汽轮机叶片断裂故障在线诊断方法，步骤依次如下：

S1监测正常运行中汽轮机转轴相对振动或轴承振动是否出现显著变化；

S2判断振动出现显著变化的某轴承测量截面的其它测点振动和相邻轴承的振动是否同时出现变化；

S3判断出现变化后各测点振动是否稳定在新的状态；

S4调阅转轴相对振动和轴承振动在线监测分析系统的历史数据，分析转轴相对振动和轴承振动变化的特征；

S5判断相对轴振动和轴承振动出现的变化是否主要为工频分量，包括工频分量的幅值和相位的变化；

S6若同时满足：某轴承测量截面的相对轴振动或轴承振动至少有一个测点振动出现显著变化、该轴承测量截面的其它测点振动和相邻轴承的振动也同时发生变化、变化后各测点振动均稳定在新的状态、变化为工频分量，判断振动出现显著变化的轴承所支承的转子可能发生叶片断裂故障。

所述的显著变化指超过振动报警值的10％的变化，且变化后稳定在新的状态，变化前后幅值存在阶跃。

有关说明：

国标“GB/T 6075在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动”、“GB/T 11384转机械转轴径向振动的测量和评定”)中指出：

所述的转轴相对振动(简称“轴振”)为：使用非接触式传感器进行相对振动测量，这种传感器检测出转轴和机器的某结构件例如轴承座之间的振动位移。通常在一个测量截面安装两个相互垂直的非接触式传感器，如左右45度各安装一个。参考图1所示。

所述的轴承振动(简称“瓦振”)为：使用速度传感器进行轴承振动测量，选在每个轴承的相互垂直的两个径向方向，通常选择垂直方向和水平方向。参考图2、图3所示。

所述的显著变化有两种状态，一种显著变化类似一个脉冲，很快又恢复到原始值，即始终的幅值相同(如图4)，一种是显著变化后稳定在新的状态，显著变化前后幅值存在阶跃(如图5)。

在本发明中判断叶片断裂需要满足后一种显著变化，即显著变化前后幅值存在阶跃。

在国标中，对于振动显著变化的定义是变化值超过报警值的25％，但在现场测试中发现随着机组容量的增大，转子质量增大，叶片断裂造成的振动显著变化较小，如果按国家标准中的超过25％的报警值才引起注意，可能会忽视叶片断裂故障的发生。

因此，本发明的显著变化指的是变化超过报警值的10％、且变化后稳定在新的状态，变化前后幅值存在阶跃的变化。

所述的S4指的是通过现有的振动在线监测分析系统，将通频振动(指振动的所有频率分量的总和)分解为各个频率分量，提取导致振动变化的各频率分量幅值和相位的变化大小。电厂的汽轮发电机组通过瞬态数据管理系统(TDM)可实现该功能。

目前，大部分汽轮发电机组为了监测振动，都在每个轴承安装了相对轴振动和轴承振动传感器，通常轴振传感器在一个测量截面安装了两个，轴承振动传感器仅安装在垂直方向，一旦轴系出现旋转部件的脱落，在振动上都会有改变。

图6为一台600MW超临界机组的转轴及轴承简图，图7为所述600MW超临界机组的振动测点布置图。

从图7可以看到，现场在一个测量面(轴承附近)常规安装了3个传感器，两个用于测量转轴相对振动，一个用于测量垂直轴承振动。