振动分析实例

旋转机械诊断监测管理系统（TDM）在电厂的应用摘要：介绍了应用旋转机械诊断监测管理系统（TDM）的硬件及软件组成；深入分析了#4汽轮机组9瓦轴振异常的原因，获取包括转速、波德图、频谱、倍频的幅值和相位等故障特征数据，从而为专业的故障诊断人员提供数据及专业的图谱，协助机组诊断维护专家深入分析机组运行状态，并成功处理了9瓦的轴振异常。

关键词：应用旋转机械诊断监测管理系统（TDM），组成，异常振动，分析，解决The Application of the Turbine Diagnosis Management (TDM) on Shanxi Zhangshan Electric Power co., LtdLi Gang He Xiao Ming Kou Delin(The College of Power and Mechanical Engineering Wuhan University Wuhan 430072)Abstract: Introduce the hardware and software of the Turbine Diagnosis Management (TDM). Analysis the reasons of #9 bearing’s abnormal vibration of unit 4.Receives the characteristic data of the speed, Bode diagram, frequency phase, mult-frequency’s value and phase.Offers the professional data ,charts to the experts. Helps the experts diagnosis deeply the status of the unit 4. And solve the problem successfully.Key words：Turbine Diagnosis Management (TDM), Composition, abnormal vibration, Analysis, solution引言汽轮机轴系监测系统(TSI)可以对汽轮机轴系参数起到基本的监测和安全保护作用，但TSI 缺少对机组振动数据的深入挖掘，使得许多振动方面的问题停留在表面,如在机组冲转、在负荷变化，主、调汽阀门进行切换和单/顺阀切换等工况变化时振动的分析研究。

而旋转机械诊断监测管理系统（TDM）则填补了此项功能。

它的主要作用在于对机组运行过程中的数据进行深入分析，获取包括转速、振动波形，频谱、倍频的幅值和相位等故障特征数据，从而为专业的故障诊断人员提供波德图、频谱图、瀑布图、级联图、轴心轨迹等专业的数据及图谱，协助机组诊断维护专家深入分析机组轴系运行状态，解决机组在实际运行中遇到的问题。

1. TDM 的硬件及软件的组成漳山电厂采用北京英华达公司生产的EN8001旋转机械振动监测分析故障诊断专家系统EN8001系统是由硬件系统和软件系统组成，硬件系统主要由下位高速智能数据采集、信息处理、信息数据存储管理系统和服务器、上位机工程师站及附件构成，硬件系统采用积木式模块化的结构，配置灵活，上下位硬件系统通过工业以太网络集成。

系统软件由三大部分构成：数据采集软件，数据库软件和分析诊断软件构成。

数据采集软件负责数据采集，它能自动识别机组的运行状态，如开停机、升降速及正常或异常状态，并根据机组的状态进行数据采集。

在稳定运行状态下，数据硬件采集系统以定时方式进行采集，而在升降速状态下则根据转速的变化进行采集。

数据库软件负责数据的存储，它由升降速数据库、历史数据库及事件数据库等组成，它根据机组的不同状态把有关数据存到不同的数据库中，以便于后续分析。

分析诊断软件主要用于对各种数据进行在线或离线分析，以判断机组的运行状态并能自动给出机组故障原因和处理1意见。

上位机可以和多个数据采集箱通讯，并可以通过以太网络或互联网WEB服务器，就可以很方便地组成远程监测诊断。

如图1所示。

图1：EN8001硬件结构原理图2. TDM 接收的信号和主要功能2.1 TDM要从主机DEH系统接受以下的信号：1).轴振动：汽轮机轴振动的缓冲信号由本特利3500/20模块的后背板的2个25针插头引入EN8001的智能高速数采箱。

2).键相：汽轮机轴系的键相信号由25模块后面的缓冲输出引入EN8001智能高速数采箱。

3).此外机组的偏心、轴位移、胀差、主汽温度、主汽压力、有功功率、无功功率、润滑油压等参数通过4-20MA信号引入EN8001智能高速数采箱。

2.2 系统主要功能1).实时监测: 以监视图、轴系仿真运动图、棒表、数据表格、曲线等方式实时动态显示所监测的数据和状态;能够自动识别盘车、升降速、定速、带负荷和正常运行等状态。

如图２所示：2图2：EN8001主要监测画面2).趋势分析: 可分析任一个或多个参量相对某个参量的变化趋势，其中横轴和纵轴可任意选定,时间段可任意设定。

3).报警、危急状态的识别和事故追忆（包括动态数据），设有事件数据库，可追忆事故前5分种和事故后10分钟的详细数据。

4).振动分析: 具有强大的振动分析功能,包括5).时域分析:波形、幅值、轴心轨迹、轴心位置;相关趋势分析(振动特性值与过程量之间的关系曲线);轴系仿真图(形象直观显示各轴承之间的动态轨迹);6).频域分析:频谱、相位、瀑布图(包含波形和相位); 频谱靶图、矢量靶图;7).变速过程;伯德图、极座标图、级联图。

8).故障诊断可诊断的故障有不平衡、初始弯曲、对中度不好、轴瓦不稳定、油膜振荡、汽流激振、电磁激振、参数激振、摩擦、轴承座松动、共振和高次谐波共振；系统要有故障诊断知识库，允许用户添加、修改各种规则。

9).动平衡计算: 具有多种平衡计算方法; 具有多平面、多测点、多转速计算方法。

10).时序分析: 对重要开关量严格区分动作先后时序,分辨率为小于1ms。

11).事件列表: 记录每一事件的详细资料12).数据管理和传输自动存储数据，形成历史数据库、升降速数据库、黑匣子数据库等；实时显示数据存储状态，异常时要提示用户；各种类型的数据库可以有选择的进行备份，并提供备份手段；13).报表打印: 可定时打印运行报表、自动打印操作记录、屏幕拷贝等。

14).完善的帮助系统齐全的系统操作说明；提供典型的故障案例，故障图谱的实例讲解。

315).具备远程通讯及管理，提供振动咨询。

16).提供与SIS和DCS的网络的通讯接口，并遵从SIS和DCS网络供货商对于数据通讯软件、硬件的要求，负责与SIS和DCS网络供货商配合，最终保证两个系统无缝连接。

17).能灵活地进行通道、数据存储等配置，并能实时在线配置，且不影响数据采集，每一个通道能自动适应（位移、速度、加速度传感器）各种信号类型；允许设置不同管理权限的用户；自动生成系统日志。

3．漳山电厂#4机组9瓦振动的问题漳山电厂的二期工程2×600MW汽轮机为上海汽轮机有限公司制造的亚临界、一次中间再热、反动式、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽轮机。

型号为：N600-16.7/538/538。

汽轮发电机组为室内纵向顺列布置，机头朝向固定端，汽机房运转层标高为13.7m。

高中、低＋低均为双层缸壳体，高中压部分采用合缸结构，低压部分采用双流反向结构。

有七级非调整抽汽。

共有9个支持轴承（包括发电机），一个推力轴承，两个双流环形密封瓦（发电机），汽轮机三个转子同发电机转子由刚性联轴器联接成一个刚性轴系，总长为40m. 其中，发电机的机端、励端轴承和滑环碳刷处的轴承分别为#7、#8和9轴承。

3.1#4机组9瓦异常振动情况2008年4月25日，4#机组首次冲转，在定速3000RPM后＃9瓦X方向轴振最大70μm，20分钟后上升至90μm，2小时后最大升至142μm，复合轴振最大达138μm。

如图3、图4所示。

4图3：#4汽轮机首次冲转后9瓦轴振的表现5图4：#4汽轮机9Y方向的轴振频谱图（未处理前）3.2#4机组9瓦异常轴振的初步分析、处理及处理后轴振的表现6从图3、图4分析认为：#4汽轮机在转速稳定的情况下，其它轴承处的轴振保持稳定并在优良范围内。

只有#9瓦的轴振定速后爬升到138μm。

从图4的9瓦频谱图可以看出：其振动分量存在一倍频分量、二倍频分量和高倍频分量。

并且9瓦处的轴相对细长，处于发电机末端，用以支承滑环。

碳刷、密封瓦及电磁激振其振动有额外的影响作用。

所以为减少振动，经讨论后作出以下决定：1).垫高9瓦轴承的高度，以增加轴承的对轴的支持力，克服碳刷对其的影响；2).不间断检查发电机台板联系螺栓膨胀情况及个别碳刷磨损情况；3).利用停机机会检查9瓦的紧力、滑环短轴的中心偏差、联轴器下张角和瓦顶间隙等安装参数；4).检查滑环处配重块的坚固情况；5).检查发电机密封瓦的磨损、定位情况。

6).将9瓦自由端测速盘取掉4月26日10：54电气试验结束后机组打闸，在盘车状态下在＃9瓦轴承座底部增加0.10mm的不锈钢垫片。

14：20冲转，定速后＃9瓦Y方向最大仍达110μm，9瓦瓦温由58℃升至59.4℃。

试将碳刷全部拨出后＃9瓦Y轴振很快降至70μm左右，如图5所示。

#4汽轮机在汽门严密性试验结束后停机。

78图5：拆除滑环上碳刷前后#4机9X的轴振瀑布图4月27日在盘车状态下将9瓦轴承座下原加0.10mm的垫片取出，换加0.25mm的钢垫，并同时检查了9瓦紧力、瓦顶间隙，均在要求范围内，并将9瓦自由端测速盘取掉，并检查滑环轴配重块并无松动。

13：17机组重新定速为3000RPM，＃9瓦瓦温为60.3℃左右，9瓦的轴振虽然在优良范围之内，但是其轴振在76-85μm之间不正常波动。

在#4机组试运至168期间，不间断地检查发电机台板联系螺栓膨胀情况及个别碳刷磨损情况，＃9瓦Y方向轴振维持在65μm以下稳定运行。

在整个过程中＃9瓦就地测量各个方向的瓦振均很小，最大为10μm。

3.3#4机组9瓦异常轴振的再次分析、处理和问题的解决。

6月10日3：33左右9瓦X向、Y向及复合轴振均缓慢爬升，至6月21日， 9瓦Y方向增至140μm，复合轴振最大增至160μm。

邀请发电机厂振动专家到场协助分析处理。

6月21日12：00左右，将发电机氢侧密封油温由40℃快速升至50℃后又稳至42℃，将空侧密封油温由37℃快速升至48℃后又稳至43℃，复合轴振由160μm快速降至100μm，至14时30分，稳定在73μm左右。

在整个过程中各个方向的瓦振均很小，与168前一致。

以后为能维持9瓦的振动在可接受范围之内，发电机的密封瓦供油温度均保持在50~58℃之间运行。