【摘要】分析了气轮机轴系状态检修的重要性，介绍了一种新颖的“气轮机轴系预测维修系统”，给出了其硬件和软件，该系统在电厂实际运行中取得了很好的效果。
【关键词】气轮机轴系状态检修
1．概述：
汽轮机是机组安全、经济运行中最重要的设备之一，而汽轮机轴系动力系统的运行状态又是汽轮机这一设备中最关键、最难于分析的运行状态，其中与汽轮机轴系动力系统运行状态相关的数据更是很难获取。为了进一步提高汽轮机发电机组运行的经济性，达到实现状态检修的目的，我们根据多年来在电厂技术监督及基建调试的经验和理论的结晶，研制和开发了“汽轮机轴系预测维修系统”。该系统通过汽轮机监视和保护仪表(TsI)系统的缓冲接口，可以实时、自动、连续地采集和存储汽轮机轴系动力系统的各种数据，提供了完整的轴系运行档案；特别是它提供了目前国内外诸多系统所没有的、多种特殊的分析手段。
该系统具有下列功能和特点：
·汽轮机停机时和正常运行中，轴瓦磨损的精确检测。为确定汽轮机是否需要揭开轴承盖检修而提供可靠的依据，检测精度达到微米级。
·汽轮机的轴颈和轴瓦间最小油膜厚度的精确检测。观察最小油膜厚度长时间在径向轴承间隙内的变化情况和变化趋势，可以比其它参量提早很多显示许多振动故障的发展，为早期故障诊断和预测提供了确切可靠的数据，检测精度达到微米级。
·汽轮机组润滑油系统(油质)状态的在线诊断功能。为运行人员提供了润滑油状态的实时在线监测，从而可以对汽轮机润滑油系统故障进行早期预报，减少或避免被动停机故障的发生。
·汽轮机顶轴系统状态在线诊断功能。在汽轮机盘车前，显示转子轴径在每个轴瓦处顶起高度，检测精度达到微米级，以确保轴瓦“合理”磨损，大大延长轴瓦的寿命。
·汽轮机滑动轴承状态的sAPF模型(允许区域)判定法。该方法根据sAPF模型监视轴瓦的振幅和相位角，如果振幅和相位角的矢量落在“允许区域”外，则表明该轴系有潜在的隐患，是提供给电厂汽机检修人员一种判定汽机轴系运行状态的最简便、最可靠的方法。
·多种异常情况的计算机专家在线直接识别功能。例如：油膜失稳、汽隙激振、轴系动态不对中、发电机静子松动或励磁机电磁干扰等等。
·利用轴心轨迹和拓扑逻辑直接判定机组是否有摩擦发生。可以实时或使用历史数据监视轴心轨迹的进动方向，从而轻松判定汽轮机的轴与轴瓦工作状态是否异常。
·汽轮机轴向推力系统的状态诊断。可以准确地判定汽轮机推力系统(轴承)的状态是否异常，隔板轴封间隙是否增大等，并对汽轮机叶片的结垢状态作出准确的判断，为我们决定汽轮机是否需要揭开汽缸检修而提供可靠的依据。
·汽封磨损(汽缸膨胀及“跑偏”)状态监测。对汽封磨损进行状态监测，精确地测绘出汽缸在各种状态和工况下跑偏量及趋势，为机组的冷、热态启动提供指导。
·利用各轴瓦的“临界转速”状态的变化判定机组轴系工作状态。
·在事故状态下，利用状态检修的数据，汽轮机无需开缸，转子中心精确定位、快速更换轴瓦功能。(十几天的工作只需要2天就可以完成)。
·提供传统的故障分析手段：转子位置图、轴心轨迹图、频谱图、波德图、级联图、极坐标图、瀑布图、时基图、事件异常等，可以在机组工作状态不正常的情况下，进一步分析振动的性质，诊断出汽轮机轴系的具体的故障原因。
·采集汽轮机轴系的数据是同时采用两种方式：(任意设置)时间间隔和转速间隔，从而提供了一个实时的、全方位的轴系运行档案。
·电厂普通的汽轮机检修人员使用该系统就可以进行汽轮机轴系的早期故障诊断和状态检修。避免了以前此类工作完全依赖汽轮机振动专业人员的情况。
·该系统采集数据是通过TsI系统的缓冲接口，因而不会影响机组的安全运行。由于该系统使用的是TsI系统的传感器，因此汽轮机现场无安装工作，维护方便。
通过TCP／IP和以太网连接，其通讯速率可达10Mbps。可以将上述各项功能在DCS系统的操作员站上完成，即和DCS系统溶为一体，方便了运行人员的使用；也可以将上述各项功能组成一个单独的系统供检修人员使用，并把数据远传之电力诊断中心，请振动专家分析。
2．硬件部分：
32个通道的高速同步瞬态数据采集系统是硬件部分的技术关键。该数据采集部分采用的是12位的A／D转换电路，考虑到涡流振动传感器的最高输出电压为24V，因此，数据采集系统的分辨率为5．859mv／LSB。由于汽轮机轴系振动传感器的灵敏度一般为7．874mv／um，因此采集系统的精度可以达到1个微米。为了达到这个精度和减少1LsB波动所可能产生的误差，同时提高采集系统抗干扰的能力，在数据采集和予处理的软、硬件方面，根据采集数据信号的性质不同(主要是判定汽轮机是工作在升、降速状态，还是工作在稳定转速的情况下)，使用了多项特殊的方式自动切换不同的数据处理环节。
在数据采集系统中，采用一个同步脉冲的上升沿同时锁定32路数据信号的方法，以保证32路采集数据的同步精度。每路数据采集通道在汽轮机每转时采32个点。为了保证使用快速富氏变换(FFT)的8倍频信号的有效性，由锁相环等组成的瞬态数据采集系统的硬件同频带大于400Hz。各路振动信号的相位角由FFT计算产生，这样通过系统的精细调试，可以严格保证振动信号相位角的精度。
3．软件部分：
汽轮机轴系状态分析软件包是本项专题的研究重点。其中一个很重要的原因在于目前国内外在该领域中，大多数系统及软件是用于故障的诊断和分析。对于汽轮机轴系进行全方位在线状态检修(预测性维修)方面的软件还是一个空白，可以借用的技术手段也还很少，这就给我们研制和开发增加了很大的难度。如本文开始时所述，汽轮机轴系状态分析软件包有十几种重要的功能，限于篇幅，本文将重点介绍其中的一种功能：sAPF模型的允许区域判定法。
建立每个轴瓦的“同步振幅、相位因子”模型(简称：SAPF。即：SynchronousAmplitudeandPhaseFactor)，是国际上用于重型卧式机器状态检修时的一种方法。但实际使用时，有一定的困难，主要在于模型必须要建立得准确。我们根据多年的实际经验和理论分析，根据国内机组的实际情况，推出了我们自己的sAPF模型，用于邹县电厂#4机组。
该模型建立按照以下三个原则：
l、小信号不监测相位。这是因为在小信号中往往含有大量的高次谐波(信噪比太小，误差大)，而且其振幅也小，相位信号参考意义不大。
2、测量信号在使用机组负荷修正后，重点要判定该信号是否对其它轴段传递了不平衡量。
3、建模信号经多种数理方法处理，并以欧洲标准ISO／CDl0816—2为建摸参考依据。
经过20个月运行，该模型准确地反映了机组的运行状态。在“汽轮机轴系预测维修系统”的频域分析功能中，机组#1到社9轴瓦的各个振动矢量都落在sAPF模型的允许区域中。表明：#4机组轴系运行基本正常。顺便指出，美国BENTLY(本特利)公司的DM2000系统也提供类似的功能。但其系统不提供sAPF模型，而是由使用者自行设置各个振动矢量的振幅和相位的报警值(即允许区域的边界)，这样软件编制容易，但在给使用者灵活性的同时，也要求使用者有很高的专业水平，给国内电厂的普通用户带来了困难。
机组中安装的TsI系统是仅用于监视汽轮机轴系振动的振幅，而sAPF模型的允许区域判定法则不仅监视振幅而且还监视相位角，是提供给电厂汽机点检人员一种判定汽机轴系运行状态的最简便的方法。该功能具有历史数据分析和实时数据在线分析二种方法，可以分时自动循环扫描，给点检人员提供了方便。