基于聲發(fā)射信號的汽輪機(jī)動靜摩擦監(jiān)測
可以得出固體彈性介質(zhì)中兩種不同類型波的波動方程。首先,把方程式中第一式對X求微分,第二式對Y求微分,第三式對Z求微分,然后
三式相加,得到下式:
這里Δ是體積相對變形,即在固體彈性介質(zhì)中壓縮變形以波動形式傳播,稱為彈性介質(zhì)中的壓縮波,其傳播速度為:
在實際構(gòu)件中,聲發(fā)射波的傳播要比理想介質(zhì)中的傳播復(fù)雜得多。汽輪機(jī)動靜摩擦產(chǎn)生的聲發(fā)射信號經(jīng)葉片、葉輪、大軸傳播,所經(jīng)過的介質(zhì)是有限厚度的鋼板。聲發(fā)射波在厚鋼板中的傳播方式如圖3所示,波在傳播過程中在兩個界面上發(fā)生多次反射,每次反射都要發(fā)生模式變換,這樣傳播具有復(fù)雜的特性,因此,要處理像聲發(fā)射波這樣的過渡現(xiàn)象是十分因難的。粗略地講,循軌波的視在傳播速度大體上與橫波的傳播速度相差不多。
2.3聲發(fā)射信號的表征參數(shù)
對于聲發(fā)射信號的表征參數(shù),一般工程中常用的是聲發(fā)射率。圖3示出一個聲發(fā)射信號的振鈴波形。設(shè)置某一閾值電壓,振鈴波形超過這個閾值電壓的部分形成矩形脈沖,計數(shù)這些振鈴脈沖數(shù),單位時間的振鈴計數(shù)稱為聲發(fā)射振鈴計數(shù)率,簡稱聲發(fā)射率。
除此之外,還有幅度、幅度分布、有效值電壓、能量、能量分布等表征參數(shù)。
3監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成
根據(jù)摩擦產(chǎn)生的聲發(fā)射信號的特點,汽輪機(jī)摩擦監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成原理圖見圖4。本系統(tǒng)是以工業(yè)控制計算機(jī)為核心設(shè)計的,采用的聲發(fā)射信號表征參數(shù)有聲發(fā)射率和能量。由傳感器接收到的摩擦信號,經(jīng)過放大和濾波后,分成兩路:一路經(jīng)過整形后,整理成矩形脈沖信號,利用計數(shù)器得到聲發(fā)射率,送入計算機(jī)進(jìn)行顯示、存儲和判斷;另一路經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后,將離散信號送入計算機(jī),進(jìn)行頻譜分析后,得到摩擦信號的頻譜,從中截取有效頻段,經(jīng)過一定的數(shù)學(xué)運算,得到表征信號的能量,根據(jù)上述所得參數(shù)進(jìn)行摩擦程度的判斷。
4應(yīng)用實例
某電廠200?MW汽輪發(fā)電機(jī)組于1995年9月初并網(wǎng)后,汽輪機(jī)18級隔板(含靜葉)撓度增加,與葉輪發(fā)生摩擦,監(jiān)測系統(tǒng)的指示值持續(xù)增大,而振動值變化不大。直到9月22日,18級動葉因磨損嚴(yán)重而斷裂,致使機(jī)組轉(zhuǎn)子失穩(wěn),振動值才增大到60?μm。此時聲發(fā)射值已達(dá)到極限值。緊急停機(jī)后經(jīng)處理又重新起機(jī),所有數(shù)值恢復(fù)正常。振動與摩擦信號的變化如圖5和圖6所示。
5結(jié)論
通過實際應(yīng)用驗證,本文所提出的方法思路正確、判斷準(zhǔn)確,彌補(bǔ)了現(xiàn)有汽輪機(jī)故障監(jiān)測系統(tǒng)的不足。摩擦信號與振動信號共同使用,可監(jiān)測汽輪機(jī)大部分的故障,對提高機(jī)組運行安全性有一定作用。來自:金建國等
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