(机械电子工程专业论文)大型烟气轮机故障机理及故障模式的研究

(机械电子工程专业论文)大型烟气轮机故障机理及故障模式的研究 北京信息科技大学硕士学位论文大型烟气轮机故障机理及故障模式的研究姓名吴伟申请学位级别硕士专业机械电子工程指导教师徐小力20081225摘要摘要烟气轮机是一种典型的旋转机械是中国石化集团公司北京燕山分公司炼油厂特护关键机组的核心设备之一在重油催化裂化生产过程中占有重要地位它利用催化裂化生产过程产生所蕴含大量热能与压力能的烟气膨胀做功驱动轴流式压气机或发电机旋转工作。由于烟气轮机结构复杂、运行环境恶劣稳定性差振动大使其故障率高并由此造成难以估量的经济损失与安全危害。因此如何对烟气轮机的故障信息进行有效获取、提取及识别是故障诊断技术研究领域的一个难题。分析了型烟气轮机的系统构成及运行特点重点分析了烟气轮机的几种常见故障模式根据现场故障 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 深入研究了故障的原因。系统研究了烟气轮机故障诊断中常用的三种分析方法波形分析法、传统谱分析法及全息谱分析法。建立了相应的转子数学模型对常见故障进行了机理分析重点分析了转子不对中及不平衡这两类典型故障。构建了模拟烟气轮机工作、升速及停机过程中轴承振动的实验系统利用本特利转子实验台在线监测转子径向振动信号的轴心轨迹形状及变化规律并结合频谱、全息谱分析提取了故障特征信息对信号特征进行分析研究。通过数学建模及实验论证的方法综合分析了催化装置中烟气轮机故障率高的具体原因为烟气轮机状态监测与故障诊断提供了重要参考。关键词烟气轮机故障机理故障模式模拟实验系统功—鼬丁曲学位论文版权使用授权书本人完全了解北京信息科技大学关于收集、保存、使用学位论文的 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 同意如下各项内容按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本学校有权保存学位论文的印刷本和电子版并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文学校有权提供目录检索以及提供本学位论文 全文 企业安全文化建设方案企业安全文化建设导则安全文明施工及保证措施创建安全文明校园实施方案创建安全文明工地监理工作情况 或者部分的阅览服务学校有权按有关规定向中国科学技术信息研究所等国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版在不以赢利为目的的前提下学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。学位论文作者签名望移硝年“而经指导教师同意本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。注论文属公开论文的作者及导师本处不签字指导教师签名学位论文作者签名年月日年月日硕士学位论文原创性声明本人郑重声明所呈交的论文题目为《大型烟气轮机故障机理及故障模式的研究》学位论文是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知除文中已经注明引用的内容外本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。作者签字年‖其第章绪论第章绪论课题来源及研究意义任何一种机械设备从制造、出厂、使用直到报废从外部环境到内部机理都是在不断变化的。设备在运行过程中内部的零部件必然受到机械应力、化学应力、热应力及电气应力等多种物理作用随着时间的推移这种物理作用的积累将使机械设备的正常运行状态发生变化而产生异常、故障或劣化最终可能造成设备事故。烟气轮机是石油化工行业中常见的关键设备之一它利用催化裂化装置生产过程中产生的高温再生烟气的余热驱动空气压缩机做功或给发电机提供动能烟气轮机组的工作状态对保证整个装置正常运行和节能降耗具有重要意义。据统计自年至年兰州石油化工机械厂生产的型烟气轮机总功率已达按兰州地区电价元度计算全年回收能量总价值为亿元。仅中石化集团公司投产的台烟气轮机机组年度累计创造效益亿元。烟气轮机的工作环境极恶劣其转速为一其工作介质烟气不仅温度高达。并且其中还含有多种腐蚀性组分、 大量的、等硬质催化剂粒子特别是在烟气轮机工作时这些因素均呈现出强烈的动态不稳定性因此烟气轮机是炼油厂目前故障率最高的动力设备之一。例如有的石化厂烟气轮机一年需停机大修次。这与烟气轮机长周期无故障或低故障运行的要求存在很大差距。因故障频繁停机导致烟气轮机在石油催化裂化生产过程中对高温再生尾气的处理量下降能耗上升严重时甚至切断进料引起非计划停工造成巨大的经济损失严重影响了企业经济效益。为保证烟气轮机长期安全、可靠、高效、经济运行须对烟气轮机重点进行在线状态监测和故障诊断及时识别故障早期征兆对故障部位、程度及发展趋势做出准确判断在烟气轮机故障将要发生之前主动实施维修避免不必要的经济损失。烟气轮机频繁发生故障严重影响了企业的生产与经济效益。因此对烟气轮机的故障机理及故障模式进行系统深入的研究具有重要意义。国内外烟气轮机故障诊断技术现状旋转机械故障诊断技术的现状由于应用于电力、化工、冶金等重要工业领域的大型旋转机械设备如发电机、汽轮机、鼓风机及冷轧钢机等具有大型化、生产连续化、高度自动化和高度经济化等特点但故障率较高。因此须对大型旋转机械设备运行状态进行在线监测并对故障早期征兆做出准确判断防患于未然。第章绪论大型旋转机械设备一旦出现严重故障则可造成巨大的经济损失和引起重大恶性事故发生。例如中石化系统的辽阳石油化纤公司自年正式建立总厂和分厂两级状态监测站及合理的故障诊断 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 以来仅减少停车维修时间一项就为公司节约维修费用大约万元并且将离心机等关键设备的运行周期提高了倍此外还诊断出裂解压缩机叶片销钉断裂避免了一次重大恶性事故的发生年我国山西大同发电厂发电机组和年我国秦岭电厂号机组由于运行失稳导致机组剧振造成轴系断裂零件飞出毁坏厂房的恶性事故。又如年美国克来特??克恩西屋公司生产的机组末级级叶片全部断裂维修人员不得不对其进行全部更新年美国莫哈夫电厂通用电器公司生产的机组励磁机大轴突然断裂导致整个机组破坏年日本关西海南电厂一台汽轮发电机组在试车时振动过大造成飞车事故机组全部损坏年代初台湾原子能三厂通用电器公司生产的机组末级叶片全部断裂引起一场火灾损失惨重。因此对大型旋转机械设备在线状态监测与故障诊断技术进行深入研究已势在必行并引起国内外高度重视。为了减少或避免故障发生各国都投入了大量人力、物力和财力对大型旋转机械状态监测与故障诊断技术进行了重点研究。在美、日、欧等发达国家该项技术的研究起步较早现处于国际领先行列。目前旋转机械的故障诊断技术主要体现在以下四个方面【卜】振动监测与分析技术振动诊断技术是机械故障诊断中最常用的一种技术因为振动信号中包含着丰富的故障信息有时非常直观其测试或分析的手段、方法和理论也比较成熟易于实现在线实时监测和诊断。振动诊断法包括时域、频域、幅值域、包络解调和小波分析等多种分析方法而旋转机械的绝大多数转子系统的故障信息都能够在振动信号的时频域分析中体现因此振动信号分析是旋转机械故障诊断的主要手段。温度诊断法温度诊断法是根据机械设备和周围环境温度的变化来识别设备系统运行状态的变化主要采用热电阻、热电偶测温传感器等。红外测温技术主要是利用红外探测器或红外成像技术对诊断对象的温度状态进行监测并可对设备表面温度场分布实现图像现实从而对机械设备各部分存在的缺陷和隐患进行无损探伤。声学诊断法声学诊断法以噪声、声阻、超声波发射为检测目标进行声级、声强、声源、声场、声谱分析。超声监测与分析技术是利用超声波射入被检物由被检物内部缺陷处反射回来的声波来判别缺陷的存在、位置、性质和大小来发现设备内部的缺陷和裂纹等。第章绪论 油液分析技术油液分析技术包括光谱分析法和铁谱分析法利用各种常规、简易、精密或中和的润滑油分析仪器和方法对被诊断机械设备的润滑油进行分析根据油中所含的机械磨损碎屑及其它金属微粒成分和含量来判定机械设备运动零部件的磨损状况和程度。旋转机械在线监测系统的现状大型旋转机械在线监测与故障诊断系统经历了单机监测系统一分布式监测系统一基于网络的远程监测系统这个发展过程。国外从世纪年代初就开发了一系列监测诊断旋转机械故障的技术其中欧美和日本起步较早在国际上处于领先地位。从年代后期开始一些故障诊断仪器逐步进入到工程实用阶段。到年代国外开发研制了多种旋转机械状态监测系统如美国公司的振动故障诊断系统日本三菱公司的旋转机械健康管理系统丹麦公司的便携式数据采集分析系统等。我国的旋转机械故障诊断技术起步较晚世纪年代才开始进行该技术的开发与研究但随着科学的进步和发展近年来该项技术研究规模发展很大。哈尔滨工业大学开发了系统并投入运行西安交通大学等单位开发了系统清华大学、浙江大学、华中理工大学也先后研制并推出了类似的系统【。烟气轮机故障诊断技术的现状常见故障形式由于烟气轮机的高速、高温运行导致烟气轮机在运行过程中易发生如下故障?转子系统在运转过程中由于磨损、腐蚀、变形或者载荷过大以及材料、结构、加工、装配或运转操作不当等原因从而造成转子系统的不平衡、不对中?叶片的腐蚀、磨损、断裂、表面涂层脱落?轴弯曲和裂纹?轴承失效?粉尘堆积和基座的松动。常见故障诊断主要采用的分析方法目前国内对烟气轮机常见故障诊断主要采用的分析方法?频谱分析法?轴心轨迹分析法?趋势分析?时域波形分析法?相位分析法第章绪论?全息谱分析法?小波分析法及倒频谱分析。故障机理研究目前国内直接针对烟气轮机故障机理研究的文献较少。据查阅文献中仅文献研究了烟气轮机非线性转子轴系的油膜震荡机理应用非线性理论解决了因轴瓦中心标高选择不合适引起的油膜涡动故障。湖南大学的于德介教授、程军圣教授在基于与变换的故障诊断方法研究和大型桥梁状态监测研究方面处于领先的地位。尽管欧、美、日等发达国家旋转机械设备状态监测与故障诊断技术处于世界先进水平但是目前专门针对烟气轮机故障诊断技术及相关技术研究的文献还很少见。文献【】研究了新发电厂烟气轮机组优化设计文献提出了一种燃气轮机叶片使用寿命最优方法文献【】研究了燃气轮机发电机组转子振动调节问题。烟气轮机在线监测系统现状烟气轮机是炼油厂催化裂化装置中的关键设备其运行情况直接影响整个机组的能耗水平和安全运行目前各炼油厂都配用了有效的监测系统有本特利申克和深圳创为实等等。深圳创为实业技术发展有限公司的系统是一种大型旋转机械在线监测系统成功地运用于炼油厂催化机组的运行状态监测该系统具有强大的图谱分析功能和数据实时在线传输功能通过网络管理可随时获取机组运行数据及时了解机组运行情况。大连理工大学研制的系统监测烟气轮机机组具有较强的实时性、适用性为机组的故障诊断提供了重要依据并保证机组长周期运转。西安交通大学、科技协作与开发部联合研制的烟机机组状态监测诊断系统包括数据采集、监测、报警、数据管理及信息交换等可对机组进行实时多任务连续监测。烟气轮机故障诊断技术的发展趋势随着微电子技术、计算机技术、传感器技术、信息网络技术、神经网络技术、模糊控制技术、模糊诊断技术及信号分析技术等发展今后烟气轮机故障诊断技术的发展趋势为监测手段多样化烟气轮机涡轮叶片由于工作在高温、腐蚀、高转速、多粉尘、热应力不均等不利环境下叶片在离心力、气动力、热应力及腐蚀作用下易出现故障。目前对叶片故障诊 断是通过转子不平衡事后诊断方式实现缺乏对叶片状态进行直接在线监测的传感器和手段。采用这种事后诊断方式存在明显的不足即使叶片被确诊存在故障此时叶片早已发生断裂不能及时有效地发现叶片故障也不能在叶片断裂之前实施主动维修或更换和防止重大恶性事故的发生。因此急需开发出叶片状态在线监测的光测第章绪论传感器以丰富旋转机械状态监测手段。故障诊断系统向功能模式多样、性能稳定可靠及高度集成智能化可实现远程在线状态监测与故障诊断方向发展目前国内外直接针对烟气轮机特点开发的在线监测与故障诊断系统还较少且国产的烟气轮机状态监测与故障诊断系统还不尽完善与国外进口的相比国产的存在明显不足例如运行模式单一诊断系统适应性、稳定性、可靠性等性能指标还有待提高国外的产品虽然模式多样、性能可靠但价格昂贵还未达到尽善尽美的程度。所以未来烟气轮机在线状态监测与故障诊断系统的开发将向功能模式多样、性能稳定可靠、高度集成智能化可实现远程在线状态监测与故障诊断方向发展。复杂故障机理研究尽管目前国内外对烟气轮机常见的故障机理已经达成了共识但由于烟气轮机本身结构复杂、工作环境恶劣使其故障发生的机理十分复杂此外由于试验条件等的不足对烟气轮机一些复杂故障还缺乏机理上的认识有待深入研究。智能化专家系统智能化诊断专家系统将集信号测取、特征提取、诊断识别与趋势分析于一体形成一个集成系统为人们提供一种能够利用领域专家的经验知识、基于多种技术来解决复杂系统故障诊断问题的强有力工具。随着数据库的知识发现、机器学习、不确定性推理等研究的深入而诞生的“知识挖掘研究为解决好烟气轮机知识处理问题提供了一种全新的处理模式与思想【】。本文的主要研究内容在综述旋转机械国内外研究技术现状及烟气轮机国内外研究技术现状与发展趋势的基础上本文以炼油厂催化裂化生产过程产生的高温再生烟气能量回收利用为研究背景以燕山石化炼油厂直接发电机组中的烟气轮机为研究对象运用振动理论、拉格朗日分析力学原理、信号处理与分析技术对烟气轮机的典型故障进行研究主要研究内容包括分析型烟气轮机系统构成、运行特点及故障分类研究烟气轮机故障诊断常用的三种分析方法波形分析法、传统谱分析法及全息谱分析法讨论烟气轮机转子不对中激振数学模型及转子不平衡激振数学模型从机理上对烟气轮机转子不对中及转子不平衡两类典型故障问题进行研究转子实验台故障模拟实验。根据旋转机械常见故障的故障机理的深入研究在转子实验台上对转子不平衡及转子不对中两类典型故障问题进行了故障模拟实验分析故障信号中时域波形、特征频率、轴心轨迹等故障特征提取故障特征信息根据故障特征信息确诊故障类型、原因。第章烟气轮机系统构成、运行特点及故障分类第章烟气轮机系统构成、运行特点及故障分类烟气轮机系统构成型烟气轮机概况燕山石化的型烟气轮机是兰炼机械厂生产的新型大功率双级烟气轮.