[發(fā)明專利]一種汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障的定量診斷方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410134402.0
• 申請(qǐng)日: 2014-04-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103913272A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧煜烔;陳東超;徐婧;趙鵬程;任朝旭;洪瑞新;張鐘鐳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M1/16
• 分類號(hào): G01M1/16
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障的定量診斷方法。

背景技術(shù)

汽輪發(fā)電機(jī)組是電力生產(chǎn)的重要設(shè)備，它將高溫、高壓蒸汽所具有的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為機(jī)組轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的動(dòng)能，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)出電能。一般地，大型機(jī)組工作轉(zhuǎn)速達(dá)到3000r/min，軸系跨度為30～50m，具有尺度、重量和載荷巨大、工況復(fù)雜多變、價(jià)格昂貴的特點(diǎn)。由于機(jī)、電、網(wǎng)、熱等多場(chǎng)的耦合作用，使得機(jī)組的運(yùn)行情況十分復(fù)雜，導(dǎo)致機(jī)組軸系振動(dòng)等各類故障時(shí)有發(fā)生，影響機(jī)組連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。因此，能否準(zhǔn)確診斷出各類故障的發(fā)生、并采取有效的措施消除故障，對(duì)于保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是機(jī)組較為常見(jiàn)的一種故障，不平衡可能來(lái)自轉(zhuǎn)子制造階段，也可以在機(jī)組投運(yùn)后由于運(yùn)行或檢修原因產(chǎn)生。在現(xiàn)場(chǎng)常通過(guò)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡來(lái)降低振動(dòng)，從而保證機(jī)組安全、可靠運(yùn)行。由于事先并不知道質(zhì)量不平衡故障的位置和大小，在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡時(shí)，大多需要通過(guò)多次啟停機(jī)才能達(dá)到最終平衡效果。準(zhǔn)確、快速的定量診斷出機(jī)組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障，識(shí)別出不平衡量的位置和大小，可以為動(dòng)平衡提供依據(jù)，提高動(dòng)平衡的效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)目前汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡效率不高的現(xiàn)狀，提供一種汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障的定量診斷方法，其特征在于，所述方法包括：

步驟1、數(shù)據(jù)采集，以鍵相信號(hào)作為采集的時(shí)間基準(zhǔn)和高速采集卡的外部觸發(fā)源，實(shí)時(shí)、同步采集機(jī)組轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速信號(hào)、各軸承處的相對(duì)軸振信號(hào)和絕對(duì)瓦振信號(hào)以及機(jī)組負(fù)荷、各汽缸的進(jìn)汽和排汽溫度；

步驟2、數(shù)據(jù)分析與存儲(chǔ)，對(duì)各軸承處同一方向上的相對(duì)軸振信號(hào)和絕對(duì)瓦振信號(hào)矢量求和，得到轉(zhuǎn)子絕對(duì)振動(dòng)位移的時(shí)間序列，采用比值校正的快速傅里葉算法(FFT)計(jì)算絕對(duì)振動(dòng)位移工頻分量的幅值和相位，將其與轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、各汽缸的進(jìn)汽和排汽溫度一并存儲(chǔ)；

步驟3、確定機(jī)組出現(xiàn)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡故障后，計(jì)算得到故障發(fā)生前后相同運(yùn)行工況下各軸承測(cè)量方向上的絕對(duì)振動(dòng)位移工頻分量的差值時(shí)間序列；

步驟4、計(jì)算質(zhì)量不平衡引起的等效載荷，確定故障的位置及不平衡量的下限；

步驟5、采用優(yōu)化的最小二乘支持向量機(jī)(LS-SVM)代理模型和基于模擬退火的粒子群算法(SimuAPSO)，計(jì)算轉(zhuǎn)子不平衡量的大小和相角。

所述步驟4包括：

步驟401、根據(jù)轉(zhuǎn)子材料在幾個(gè)不同溫度下的拉伸彈性模量，采用最小二乘法擬合出拉伸彈性模量隨溫度變化的表達(dá)式；

步驟402、根據(jù)各汽缸的進(jìn)汽和排汽溫度，并近似考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的溫升，確定機(jī)組轉(zhuǎn)子的軸向溫度分布，考慮彈性模量隨溫度的變化，建立起轉(zhuǎn)子的有限元模型，計(jì)算得到轉(zhuǎn)子前幾個(gè)低階振動(dòng)固有頻率和相應(yīng)的振型；

步驟403、根據(jù)轉(zhuǎn)子前幾階振型和各軸承測(cè)量方向處的絕對(duì)振動(dòng)位移工頻分量差值，采用模態(tài)擴(kuò)展的方法得到轉(zhuǎn)子有限元模型中所有自由度方向在故障前后的絕對(duì)振動(dòng)位移工頻分量的差值時(shí)間序列；

步驟404、計(jì)算故障在所有節(jié)點(diǎn)上引起的等效載荷時(shí)間序列，采用比值校正傅里葉算法分析得到各節(jié)點(diǎn)載荷時(shí)間序列的工頻幅值，工頻幅值最大的節(jié)點(diǎn)位置即為故障的軸向位置；

步驟405、由公式計(jì)算得到不平衡量的下限qL；其中為故障點(diǎn)等效載荷的工頻幅值，ω為軸系轉(zhuǎn)速。

所述步驟5包括：

步驟501、采用拉丁超立方抽樣技術(shù)，在軸系有限元模型中的故障節(jié)點(diǎn)施加幾組不同量值和相角的不平衡激勵(lì)，得到各軸承測(cè)量方向上的振動(dòng)位移響應(yīng)，不平衡量的大小q和相角Ψ的取值區(qū)間分別為[q_L,3q_L]和[0,2π]；

步驟502、以不平衡量的大小和相角為輸入，相應(yīng)的各軸承測(cè)量方向上的振動(dòng)位移響應(yīng)為輸出，基于K折交叉驗(yàn)證(K-CV)和基于模擬退火的粒子群算法(SimuAPSO)優(yōu)化的最小二乘支持向量機(jī)算法(LS-SVM)，構(gòu)造有限元振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算模型的代理模型；

步驟503、構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)f(q,Ψ)，通過(guò)改變q、Ψ的值，采用模擬退火的粒子群算法找到使f(q,Ψ)盡量小的最優(yōu)解，從而確定不平衡量的大小和相角。

所述步驟2中的數(shù)據(jù)分析與存儲(chǔ)每秒進(jìn)行一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信號(hào)、機(jī)組負(fù)荷、各汽缸的進(jìn)汽和排汽溫度、各軸承處絕對(duì)振動(dòng)的工頻幅值和相位每秒各存儲(chǔ)1個(gè)值，并且按照時(shí)、日、月、年進(jìn)行分級(jí)循環(huán)存儲(chǔ)。

所述步驟3中的故障發(fā)生前后相同運(yùn)行工況指的是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、機(jī)組負(fù)荷、各汽缸的進(jìn)汽和排汽溫度趨于相同。