基于粗糙集的某型民用燃气轮机整机振动故障分析研究

摘要：民用燃气轮机整体出现震动是影响燃气机正常使用的安全故障，产生民用燃气轮机整机振动故障的原因有很多，由于受外界条件因素影响很大，因此在实际维修过程中很难找到引起震动的主要原因，所以无法实施具有针对性的减震手段。本篇文章主要引入粗糙集理论，全面对民用燃气轮机整机振动出现的原因进行分析，找到震动最主要的产生因素，具有针对性的降低震动幅度排除故障。通过笔者的实践验证，运用粗糙集可以有效降低某型民用燃气轮机整机振动故障的维修时间，有利于降低生产资金的使用，为民用燃气轮机整机振动故障研究提出重要的理论依据。

关键词：

民用燃机出现整机振动故障会影响机器自身的安全性使机器不能正常运转。民用燃气轮机整机振动故障的产生原因来自于多个方面，运行过程中受到的影响因素很多，在进行维修和排除故障时也会因此无法找到准确的影响因素，进而不能制定出具有针对性的方案。在某型民用燃气轮机整机故障分析过程中运用粗糙集理论，可以有效的找到使燃气轮机出现震动的主要因素，从而进行具有针对性的维修，在未来民用燃气机正常使用过程中避免受到这些因素的影响，减小故障的产生频率。

1.某型民用燃气轮机整机振动因素分析

某型民用燃气轮机出现震动故障的原因是所有类型燃气轮机出现震动的共同特征，但是不同类型还具有他们本身的独立特点。引起某型民用燃气轮机整机振动故障的原因主要有以下几点：转子处于不对中或不平衡状态、转静子受到碰撞或磨损、民用燃气轮机使用环境影响等。

1.1转子及测点描述

燃气轮机的转子通常是单轴型，其中有三个支撑轴承，止推轴承与1#支持轴承相邻，齿轮箱与冷端连接在一起，从而使发电机正常运转。燃气轮机要进行牵动或拆除主体结构的维修时需要送往国外专业的维修制造厂家，这种情况下需要消耗大量的资金而且维修时间长。对燃气轮机转子振动信号，起监控作用的仪器在轴承附近的转子外部，每一个轴承部位转子周巷都装有x、y不同方向的两个特点，燃气轮机机组转子结构中主要由6个电磁涡流传感器对转子振动位移进行监控。燃气轮机转子的标准转速是11200 rpm。

1.2转子振动故障分析

在燃气轮机开始运行后，转子启动，可以从监测仪表中监控转子的运行情况，分析测量仪表中显示的测量值。在实验验证过程中，齿轮箱的振动频率偏低，机主转子1号轴承x、y方向的振动值都比较高，2號、3号轴承x方向和y方向的振动值都比较低。在机组启动后，运用测震仪分别对x方向和y方向的振动频率进行分析，并绘制震动频谱图。已知燃气轮机转子标准转速是11200 r pm，所以标准工作频谱应该是187赫兹。实验数据分析过程中，发现1号轴承x方向和y方向振动频谱差距较小，具有工频处振动频率大于其他位点震动频率的规律，这种情况下与标准工作频谱具有一定差距。这种情况出现的原因可能是因为转子部件不平衡导致的。（注：受到仪器精确度的限制存在0.1赫兹左右的误差）

通过机械振动理论和粗糙集理论，对引起转子不平衡的原因进行分析主要有以下几点：（1）燃气轮机转子，本身处于不平衡的状态。产生原因有：生产过程中转子安装出现问题、燃气轮机内部进入异物、叶片受到损坏等。本次实验验证过程对燃气轮机发动机进行了整体的检查，没有出现损伤的位置也没有异物，再核对燃气轮机发动机的维修出厂测试报告，相关参数都达到标准。（2）加装联轴器等其他部件后，发动机转子平衡受到破坏，这种情况下使得振动值不断升高。本次实验振动较强的部位在1号轴承监测点附近，这一位置正是加装联轴器的部位。所以通过分析和验证可以得出结论：发生震动频率超高的原因是输出端部件不平衡。燃气轮机发动机安装结束后，进行现场动平衡检测非常重要，本次实验验证刚好忽略该环节。

1.3转子现场动平衡

在生产现场进行转子动平衡是现阶段使用比较广泛的方法，目前使用较多的是影响系数法。进行转子现场动平衡时需要应用专业化设备，测量得出转子震动的精确相位和幅值，对这些数据进行分析，然后通过增加或减少平衡块的方式，对结构质量进行微调整，使转子分布均匀获得动平衡。本次实验受到条件和仪器的限制，只测量得到了震动幅值，没有可以测量相位的精确仪器，所以通过振幅平衡法找到平衡重量的大小和方向，也使转子获得了动平衡。具体操作是首先选择平面中不同的方向做几次试加实验，在根据试加后振幅发生的变化进一步分析，找到转子端面上应该加入的重量大小和方向，使转子获得动平衡。

在实际操作中，为了减少对燃气轮机转子机组造成的损伤，完成燃气轮机转子平衡工作，可以借助转子轴系盘车，在额定转数的20%左右进行平衡工作。还需要注意的是，通过上文提到的方法进行转子动平衡，只能使刚性转子达到动平衡，对于柔性转子来说，还需要对柔性转子动平衡理论和柔性转子动平衡技术进行深入的研究。燃气轮机转子达到动平衡后启动机组，通过传感设备测量得到的1号轴承x方向和y方向的最大震动幅值都在36微米左右，这个数值距离最大频率报警值还有很大差距。由此可见，平衡工作有效的对燃气轮机震动作出控制，为燃气轮机的正常运行做出保证，使工频处幅值有很大程度的下降。

2.粗糙集分析模型的构建

运用粗糙集计算分析软件，把检测过程中得到的样品数据导入软件中，软件可以直接生成全部决策规划，然后对生成规划中数据的置信度进行分析。

置信度比较低的决策规划在实际生产过程中具有的实际价值较小，一般不运用这类规划作为参考，所以还要对决策规则进行全面的分析和筛选，摒弃一些没有实用价值的数据，通常情况下，只保留置信度在50%以上的数据。本次实验经过筛选剩余可用的规则为11项，所以可以对某型民用燃气机整机振动故障的有效决策规则作出判断。通过筛选得出的11项决策规律中，有5项是可能引起某型民用燃气机整机振动故障发生形成的决策，具体如下：（1）震动故障产生可能由于高压压气机动平衡后剩余不平衡量值达到最大状态。（2）振动故障产生可能由于装配时，转镜子同轴度跳动取值较大，而且在此情况下试车环境温度较高。（3）振动故障产生可能由于漩涡叶片与涡轮导向器径像间隙较小，而且在此情况下试车环境温度较高。（4）振动故障产生可能由于低压压气机动平衡后，剩余平衡量达到最大值状态。（5）振动故障产生可能由于篦齿盘和静子机匣径像间隙较小。

总结

基于粗糙集可以有效的降低某型民用燃气轮机整机振动故障的发生，通过本篇文章对震动故障产生的原因进行总体的分析，为燃气轮机正常运行做出保障，使民用燃气轮机可以安全可靠的工作。燃气轮机是一个较为先进复杂的动力机械装备，属于高科技研发产品，是创新技术的主要体现，燃气轮机在使用过程中需要结合多门专业多个领域的知识。民用燃气轮机通常属于小型汽车的核心部分，目前我国燃气轮机的生产水平还十分有限，许多核心部分的安装和大修过程都在国外进行，不过随着我国经济实力的提升，燃气轮机得到的重视程度越来越高，研发和生产燃气轮机的水平也会不断提高，因此，对于燃气轮机整机的震动故障，还需要进行深入的研究和分析，为燃气轮机的进一步研发和更广泛使用提供坚实的理论依据。

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