水力機(jī)組故障測(cè)試與診斷

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水力機(jī)組故障測(cè)試與診斷
                    
摘要：在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，基本掌握水力機(jī)組測(cè)試測(cè)試原理，機(jī)組振動(dòng)原因、振動(dòng)分析、機(jī)械振動(dòng)分析；機(jī)組故障故障診斷內(nèi)容、方法等。分析了當(dāng)前大型水電機(jī)組行狀況及其故障原因，并結(jié)合電網(wǎng)和水電廠的運(yùn)行實(shí)際，建立相關(guān)大型水電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)，為機(jī)組穩(wěn)定分析診斷提供了有效、可靠的依據(jù)。
關(guān)鍵詞：水電機(jī)組 故障診斷 穩(wěn)定性 相關(guān)措施
引言：隨著工業(yè)生產(chǎn)與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電設(shè)備越來越精密復(fù)雜，自動(dòng)化水平也相應(yīng)提高，機(jī)組設(shè)備一旦發(fā)生故障，不但設(shè)備遭受極大破壞，也將給人們的生活與生命造成極大威脅。因此，保證大型水電機(jī)組的正常安全運(yùn)行，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，做到“事前檢修”防患于未然是工程界夢(mèng)寐以求的理想，也是大型電站機(jī)組檢修的發(fā)展方向。
水輪發(fā)電機(jī)組工作穩(wěn)定性是其工作性能中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而存在的穩(wěn)定性問題又表現(xiàn)為不同形式的振動(dòng)。因此，對(duì)振動(dòng)的分析就成為研究機(jī)組穩(wěn)定性的重要內(nèi)客。對(duì)那些事關(guān)國民經(jīng)濟(jì)命脈的基礎(chǔ)行業(yè)的大型機(jī)電設(shè)備保證大型水電機(jī)組的正常安全運(yùn)行，對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，做到“事前檢修”防患于未然是工程界夢(mèng)寐以求的理想，也是大型電站機(jī)組檢修的發(fā)展方向。
一、機(jī)組故障的概況
故障機(jī)理研究、預(yù)測(cè)及分析技術(shù)
故障機(jī)理研究是對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障診斷的基礎(chǔ)。深入研究機(jī)械設(shè)備在運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性及各部件之間的相互關(guān)系，研究設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)和發(fā)生故障后產(chǎn)生的各種癥狀與可能性，是對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的前提。理論研究主要有與機(jī)械設(shè)備相關(guān)的振動(dòng)理論、摩擦理論、空氣動(dòng)力學(xué)理論、材料失效理論等。
故障預(yù)測(cè)是設(shè)備診斷的重要任務(wù)之一。通過對(duì)整個(gè)設(shè)備的狀態(tài)變化趨勢(shì)和維修狀況進(jìn)行分析，計(jì)算其殘余壽命，可有效確定設(shè)備的整個(gè)服役壽命和報(bào)廢時(shí)間，為系統(tǒng)的維修、報(bào)廢和改進(jìn)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。
預(yù)測(cè)與分析的策略和方法主要有:基于狀態(tài)模型的故障預(yù)測(cè)方法、基于過程的長期預(yù)測(cè)方法以及集成故障預(yù)測(cè)系統(tǒng)等。
診斷決策技術(shù)
通過對(duì)故障進(jìn)行診斷，可以判明故障的部位，分析故障的原因，提出排除故障的方法，從而可以提高設(shè)備維修的可適性和設(shè)備完好性，減少設(shè)備的金壽命周期費(fèi)用。
國內(nèi)外經(jīng)過多年的發(fā)展，提出了模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等諸多診斷決策方法，特別是建立了大量的專用故障診斷專家系統(tǒng)。
電站機(jī)組運(yùn)行設(shè)備故障診斷的難題:
水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)與一股動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)有較大的差異，引起和影響水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因和因素要比一股動(dòng)力機(jī)械多且復(fù)雜，不僅組成系統(tǒng)整體的各部分相互有影響，而且引起機(jī)組振動(dòng)的諸因素間又有相互影響。
二、水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的特點(diǎn)
切機(jī)器在運(yùn)行中，都不可避免地存在著不同程度的振動(dòng)。和其他動(dòng)力機(jī)械一樣，水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中，也同樣存在著一定程度的振動(dòng)。但是，由于水輪發(fā)電機(jī)組工作的特殊性，其振動(dòng)故障與一般動(dòng)力機(jī)械相比，有較大的差異，具有復(fù)雜性、耦聯(lián)性及故障和特征的非一一對(duì)應(yīng)性。
（一）水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的復(fù)雜性
主要表現(xiàn)在：
    1.往往幾種振源同時(shí)存在，要分清主次及其相互關(guān)系很難；
    2.既有個(gè)別部件或部位振動(dòng)，又有各部件和部位的耦聯(lián)振動(dòng)；
    3.既有一般的迫振和共振，又有倍頻和自激振動(dòng)；
    4.激振力種類多，各種激振力的組合隨機(jī)組運(yùn)行工況(變速無勵(lì)磁、空載勵(lì)磁、帶負(fù)荷、調(diào)相等)不同而異。
（二）水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的耦聯(lián)性
     耦聯(lián)性表現(xiàn)在不僅組成系統(tǒng)整體的各部分相互影響，而且引起機(jī)組振動(dòng)的諸因素間又有相互影響和制約。如水壓力脈動(dòng)引起的機(jī)組軸系的豎向振動(dòng)，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子輪緣磁軛及磁極的振動(dòng)，致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子間的空氣間隙不均勻，由此便產(chǎn)生了不對(duì)稱磁拉力，反過來又會(huì)加劇或阻尼機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的振動(dòng)。
     因此，對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)，除需要考慮機(jī)組本身旋轉(zhuǎn)部分或固定部分的振動(dòng)外，尚需考慮流動(dòng)液體的動(dòng)水壓力造成的電站引水系統(tǒng)、水輪機(jī)過流部件的影響及發(fā)電機(jī)電磁力對(duì)機(jī)組振動(dòng)的影響。
（三）水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障和特征的非一一對(duì)應(yīng)性
    水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的故障特征往往有多方而的反映，不同的故障其特征存在著顯著的交叉，故障和特征之間并不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，而且一種故障在特征上有多方面的反映。同時(shí)，某一部位的超常振動(dòng)可能是幾種故障的疊加，而某一故障引起的振動(dòng)也會(huì)在幾個(gè)部位不同程度的反映出來。
    水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的這些特點(diǎn)，綜合表現(xiàn)在機(jī)組上，便使得人們難以用準(zhǔn)確的語言對(duì)其振動(dòng)程度與存在與否進(jìn)行描述，這無疑給故障分析帶來一定困難，這也是水輪發(fā)電機(jī)組故障診斷技術(shù)發(fā)展緩慢的一個(gè)原因。
三、水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)機(jī)理
雖然水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)具有復(fù)雜性和耦聯(lián)性，但當(dāng)分析其振動(dòng)原因時(shí)，若完全按其耦合關(guān)系來研究，是非常困難的。很難建立可用來進(jìn)行分析計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，即使是在試驗(yàn)中同時(shí)考慮這些因索的互相影響也不容易得出結(jié)論。因此，我們還是從引發(fā)其振動(dòng)的三個(gè)主要因素入手，通過研究其振動(dòng)機(jī)理從中提取有助于解決問題的信息。