振动监测在燃气轮机叶片故障诊断中的应用

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1、第36卷第12期华电技术Vo1．36No．122014年12月HuadianTechnologyDee．2014振动监测在燃气轮机叶片故障诊断中的应用彭彤宇(江苏华电昆山热电有限公司，江苏昆山215300)摘要：振动监测是公认的检测和诊断燃气轮机初期故障的有效工具。总结了基于振动的燃气轮机叶片故障检测方法，详细介绍了频谱分析法、小波分析法、神经网络和模糊理论预判分析法以及基于模型的分析法。采取合适的方法提取动态信号，可以诊断出大多数类型的叶片故障。关键词：燃气轮机；叶片；故障诊断；振动监测；信号分析中图分类号：TK268文献标志码：B文章编

2、号：1674—1951(2014)12—0040—03测和诊断燃气轮机叶片故障的同时，也可以使用叶0引言片振动检测技术对燃气轮机性能和运行状态进行监在燃气轮机运行过程中，燃气轮机各个部件，特控⋯。大量的文献报道了不同的叶片监测和诊断别是受热部分和旋转组件(通常是叶片、燃烧室等)技术中信号的收集技术。一般需要承受高温、高压和剧烈振动等冲击，导致其2叶片振动监测和诊断技术出现蠕变、微观结构变化、氧化、热疲劳和热腐蚀等⋯，直接影响燃气轮机的寿命和效率。保险公司2．1振动频谱分析技术Meher—Homji_2指出：叶片故障是燃气轮机最主要振动频谱分

3、析技术(FFT)是最常用且有效的信的故障，占燃气轮机总故障的42％；同时，叶片故障号分析和诊断方法，它是通过对振动波形进行傅里会引起灾难性的后果，并伴随较高的经济损失。因叶变换，将振动信号中所包含的各种频率成分分解此，燃气轮机叶片的故障检测和诊断就显得尤为出来，与各种振动故障的特征频率进行比对，从而达重要。到振动诊断的目的。Kuo使用快速傅里叶变换处目前，大部分公开的文献均是根据叶片通过频理监测到的叶片振动信号，成功检测到燃气轮机叶率(BPF)、振动振幅的相对变化及其谐波来对叶片片松动故障。在进行振动监测的同时监测燃气轮机故障进行检测和诊断

4、J。叶片故障包括摩擦，裂运行参数』，可使叶片摩擦故障更容易从叶片振动缝，外物损伤(FOD)，叶片变形(扭曲、蠕变、腐蚀和监测信号中诊断出来。在航空发动机振动监测领侵蚀)，叶片结污和旋转失速，叶片疲劳失效和叶根域，JorgeBa~agan【10]认为，通过使用振动频谱分析附件问题(根部裂纹和叶片松动)。技术对比已知的叶片故障，可以检测出绝大多数的叶片故障，其中包括FOD、叶片损伤、叶片磨损和叶1燃气轮机叶片振动诊断测量方法片松动等。Cong等¨使用冲击能量模型评估转子诊断是一种通过收集系统运行中特定信号并识摩擦的影响，频谱分析结果表明，转子转

5、速范围的改别系统运行状态的技术。在燃气轮机故障诊断领变代表不同的摩擦冲击故障。文献[12]表明，基于域，振动信号是通过测量外部套管(轴承套管)数据叶片振动测量的叶片故障诊断方法(静态和动态)或轴位移信息提取出来的，若能正确分析所测振动虽然可以识别裂缝的存在，但是很难确定叶片裂缝信号，就可以准确地判断燃气轮机的运行状态。目的位置。随着非介入测量方法的发展，非介入测量前，燃气轮机叶片振动的测量方法可以分为两类：方法测量叶片振动信号被广泛关注J。在这种(1)接触测量或直接测量，例如使用压力应变计测测量方法的基础上，使用振动频谱分析技术分析测量叶片

6、振动；(2)非接触式测量，例如将振动传感器得的信号，被认为是诊断和检测由叶片裂缝引起的安装到机器或轴承套管上，提取叶片振动响应信号叶片固有频率变化的较有效方法¨坫J。在测量方并进行分析。使用叶片振动分析和振动特征分析诊法上，近年来开发出了低成本的光学检测系统，通过断叶片缺陷已被广泛研究。在使用振动信号监测量燃气轮机机壳的振动信号来判断叶片挠度或扭曲【16]。传统的频谱分析技术虽然被广泛用来检测收稿日期：2014—11—01和诊断燃气轮机叶片故障，但Leongl3等通过案例第l2期彭彤宇：振动监测在燃气轮机叶片故障诊断中的应用·41·分析了典

7、型的燃气轮机振动，认为叶片故障作为燃近年来，采取基于人工神经网络和模糊理论的在线智气轮机的主要故障，并不能完全被传统的频谱分析能诊断系统诊断燃气轮机叶片故障已被广泛研技术诊断出来，这是由于燃气轮机振动信号并非平究，这种方法可以识别质量不平衡和燃气轮机叶稳的随机信号，利用传统频谱分析技术分析燃气轮片松动等故障。Kyriazis_2证明了概率神经网络是检机振动信号的功率谱有一定局限性，会产生频谱分测燃气轮机叶片故障的有效手段。基于人工神经网析质量不高的问题，影响后续处理。产生这一问题络理论，Angelakis等也提出一种诊断燃气轮机叶的根本原因

8、在于传统频谱分析技术在对时域信号进片故障的方法，该方法通过处理测量得到的振动和其行加窗的过程中造成了频谱泄漏，影响了谱估计的他相关参数，可以有效地区别叶片振动故障和其他故效果，数