【導讀】××××××××××××××××（小4號宋體，倍行距）×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××。關鍵詞××××××××××××（小4號宋體）。×××××××××（小4號宋體，倍行距，第一個字應頂格寫）×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××

　　

【正文】 ；盡量減少氣缸上下缸溫差，上下缸溫差控制在 50 0C以下，以減少徑向間隙的變化。 （ 2）汽輪機軸承箱及氣缸貓爪上的滑銷系統(tǒng)必須 保證足夠間隙，在間隙內不得留有硬雜質或銹蝕現(xiàn)象，以免發(fā)生卡澀。 （ 3）汽輪機啟動運行中嚴格遵守操作規(guī)程，防止汽輪機進水。 （ 4）汽輪機啟動運行中嚴格監(jiān)視汽輪機振動情況，振動值若超過允許值，應查明原因，立即采取有效措施。若振動無法消除應立即打閘停機，待查明原因并消除后再啟動。 （ 5）汽輪機在啟動運行中，通流部分若發(fā)現(xiàn)有明顯摩擦聲或金屬撞擊聲，應立即打閘停機，以防止事故擴大，待查明原因并采取措施后再啟 動。 碰摩故障的診斷方法 機組發(fā)生靜動碰摩時，在現(xiàn)場有許多處理辦法，如：提高升速率。如果在某個低速點或臨界轉速前有碰摩狀態(tài)發(fā)生，現(xiàn)場對碰摩的判斷有很準確的把握，并且大部分的瓦振動正常，只有個別瓦振動幅度較大。整個機組沒有其他的振動問題時，現(xiàn)場也可以采用升速率沖過這個轉速區(qū)，直接升到高速或3000r/min 的辦法。延長暖機時間。將機組打匝至盤的狀態(tài)，或者保持在某一轉速數(shù)小時甚至更長時間，使碰摩部位自行摩損。 [34] 旋轉機械動靜部分的材料發(fā)生碰摩故障時，會伴有振動，同時會有聲發(fā)射現(xiàn)象和異常的噪聲。根據(jù)碰摩發(fā)在生時的機理及物理現(xiàn) 象，有多種碰摩診斷的方法。如振動診斷法、噪聲診斷法和聲發(fā)診斷法。 振動診斷法，就是檢測旋轉機械的振動信號，用一定的信號分析方法對南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 23 振動信號進行分析，并提取振動信號中的有關數(shù)值特征，將所提取的特征與正常情況下的振動信號特征進行比較，以判斷機組是否發(fā)生碰摩故障，發(fā)生碰摩故障的位置。振動診斷法是目前最常用的碰摩故障診斷方法。 聲發(fā)診斷法就是就是利用聲發(fā)射傳感器來檢測碰摩振動過程中產生的聲發(fā)射信號，并提取聲發(fā)信號的計數(shù)指標，根據(jù)計數(shù)指標的大小來判斷碰摩故障的嚴重程度，碰摩故障發(fā)生的位置。聲發(fā)診斷法在檢 測軸承碰摩故障方面具有非常明顯的優(yōu)勢。 噪聲診斷法就是利用特定的生傳感器來檢測機組的噪聲信號，對噪聲信號進行分析，提取碰摩所產生的碰摩噪聲信號，根據(jù)所提取的噪聲信號的頻譜特征和功率大小等定量指標來診斷碰摩故障是否發(fā)生，故障的嚴重程度。汽輪機組在運行過程中會產生各種噪聲，因此如何從復雜的噪聲中提取出我們所需要的碰摩產生的噪聲還存在一定的難度，因此噪聲診斷法發(fā)應用于轉子碰摩故障的診斷目前仍有一定的困難，還需要更升入的理論和實驗研究 [35]。 碰摩故障的處理方法 汽輪機組軸封碰摩故障的處 理 確保汽輪機組在啟動和運行期間的軸封動靜間隙，是控制碰摩振動地重要措施。要想避免在機組啟動過程中發(fā)生軸封動靜碰摩，首先要在機組的檢修過程中調整好軸封間隙，軸封間隙偏大，雖然可以有效地防止動靜碰摩，但會增加軸封泄漏損失，降低機組的經濟性能；反之，如果軸封間隙偏小，經濟性是提高了，但安全性又成了問題。因此，需要根據(jù)機組的安裝、調試、檢修和運行情況，確定一個恰當?shù)妮S封間隙，兼顧機組的經濟性和安全性。 在機組運行過程中，控制轉子熱態(tài)彎曲是控制軸封碰摩振動重要措施之一，為確保汽輪機安全和壽命損耗合適，運行中應滿足如 下要求： （ 1）進汽的溫度、壓力控制?？刂七M汽溫度變化率，在需要大量減負荷時，要降低進汽溫度，同時汽壓也要降低。 （ 2）調節(jié)級后汽溫控制，調節(jié)級后汽溫變化率控制在 1030℃ /min，對大機組取近低限，且調節(jié)級后汽溫與調節(jié)級缸溫（外壁溫）相匹配，降溫時汽溫與缸溫的差值不低于 35℃ ，升溫時不高于 50℃ ；同時必須使 10min內調節(jié)級后汽溫上升或下降不大于 50℃ 。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 24 （ 3）負荷大幅變化時的負荷控制。當出現(xiàn)異常，需要汽輪機大幅度減負荷時，應與鍋爐配合，盡量控制進汽壓力也下降。汽輪機運行中負荷劇變是危險的，特別是將負荷 減至零并較長時間停留在空載狀態(tài)，進汽壓力又比正常值高的情況，該進行方式要禁用。為此，很多大機組都設有主機相互間大連鎖跳閘停機裝置。 汽缸偏移引起的碰摩故障處理 所謂氣缸偏移，是指氣缸整體向某一側移動，或者是其中的一端向一端移動而另一端向另一側移動。無論低壓氣缸整體向某一側偏移還是低壓缸產生扭轉，都會使動靜間隙間隙減小甚至消失，導致動靜碰摩，危及機組安全穩(wěn)定運行。因此，在機組運行過程中，應該嚴密監(jiān)視氣缸的偏移量，將偏移量限制在允許范圍內。 大容量汽輪機的低壓汽缸是由鋼板焊接起來的，具有結構復雜、外形 尺寸大、結構剛度低的特點。在運行過程中，汽缸承受較大的溫度梯度和壓力梯度，因而容易產生較大的變形。 研究表明，循環(huán)水系統(tǒng)作用在低壓缸上的非對稱作用力是導致低壓氣缸偏移的主要外力因素。因此，控制低壓氣缸偏移的主要措施是削弱和抑制這種非對稱作用力。如： （ 1）改變循環(huán)水管與凝汽器的連接方式，使循環(huán)水管與凝汽器之間的連接更具有柔性。 （ 2）在凝汽器發(fā)生橫向位移的方向安裝防位移導向裝置。 （ 3）在機組運行過程中，應確?；N系統(tǒng)良好的工作狀態(tài)。同時，還應減小抽汽管道和小汽機排汽管道對低壓缸的作用力。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 25 第三章 經驗模式分解理論和希爾伯特 黃理論分析 Hilbert－ Huang 變換的特色是通過信號的 EMD 分解，使非平穩(wěn)信號平穩(wěn)化，從而使希爾伯特變換后的瞬時頻率具有物理意義。每個 EMD 分解出的 IMF 都是單組分的 ,相當于序列的每一點只有一個瞬時頻率 ,無其他頻率組分的疊加。瞬時頻率是通過對 IMF 進行希爾伯特變換得到，同時求得振幅，最后求得振幅－頻率－時間的分布，準確反映系統(tǒng)的固有特性。應該指出的是，基于 EMD 的時頻分析方法既適合于非線性、非平穩(wěn)信號分析，也適合于線性、平穩(wěn)信號分析，并且對于線性 、平穩(wěn)信號的分析也比其他時頻分析方法更好的反映了信號的物理意義。 經驗模式分解理論 瞬時頻率 在傳統(tǒng)的譜分析中，頻率是通過在整個數(shù)據(jù)序列的恒幅值的正弦或余弦函數(shù)的頻率來定義的，作為這種定義的推廣，瞬時頻率的定義不得不和正弦或余弦函數(shù)聯(lián)系起來。 1937年， Carson首次提出瞬時頻率 [36]的定義，正是從傅里葉變換基函數(shù)的相位變化開始研究可變頻率，對于一個頻率調制信號： 0 0( ) e x p ( ( ( ) ))ts t j t m t d t???? ? (31) 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 26 此處 002 f??? ， 0f 是載波頻率， ? 是一個實參數(shù)，表示信號的調制強度，()mt 是一個低頻信號，即調制波。式 (31)中調頻信號的相位角定義為： 0 0( ) ( )tt t m t dt? ? ??? ? (32) 定義該調頻信號的瞬時頻率為： 1 ( )() 2i dtft dt??? (33) 上式表明，瞬時頻率由相位的導數(shù)定義。 引入解析信號，它使我們能夠明確地獲得信號的相位和幅度，由此就能夠得到瞬時頻率的表示。 尋找一個復信號 ()Zt ，使它的實部 ()rZt是被分析的實信號 ()st ，而其虛部()iZt則是要選擇的，以便實現(xiàn)合理的物理和數(shù)學描述。設： ()( ) ( ) ( ) ( ) jtriZ t Z t jZ t A t e ?? ? ? (34) 如果我們能夠確定虛部，那么就可以明確地定義幅值和相位，即： 22 ()( ) ( ) ( ) ( ) ()irirZtA t Z t Z t t a r c tg Zt?? ? ? (35) 1946年 Gabor引入了解析信號，提出了實信號產生唯一一個復信號的方法。1948年， Ville將 Carson和 Gabor的工作聯(lián)系起來，提出了瞬時頻率解析信號相位求導定義式 [30]，對于一個時間序列 ()Xt ，其希爾伯 特變換 ()Yt定義為： 1 ( )() XY t P dtt ???????? ?? (36) 這里 P 表示柯西主值，變換對所有 Lp 類成立。 根據(jù)這個定義，當 ()Xt 和 ()Yt形成一個復共軛時，就可得到一個解析信號 ()Zt ： ()( ) ( ) ( ) ( ) itZ t X t iY t a t e ?? ? ? (37) 式中 122 2 ()( ) ( ) ( ) , ( ) a r c t a n ()Yta t X t Y t t Xt? ????? ? ? ?????? (38) 理論上，定義解析信號 ()Zt 的虛部有無數(shù)多種方法，但這給信號的數(shù)學表示帶來了困難。而通過希爾伯特變換能夠使式 (32)虛部的定義唯一。從式 (36)可看出，希爾伯特變換是信號 ()Xt 和時間 t 的倒數(shù)的卷積，因此，希爾伯特變換強調了信號 ()Xt 的局部特性。式 (37)極坐標形式更好地表示了 ()Xt 的局部南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 27 特性：它表示幅值和相位隨時間變化的三角函數(shù)對 ()Xt 。的最佳局部擬合。根據(jù)式 (37)，把瞬時頻率定義為下式： ()() dtt dt?? ? (39) 雖然式 (39)保證了瞬時頻率的單 值性，但還是有爭議： 1）瞬時頻率可能不是頻譜中的頻率之一； 2）解析信號的頻譜對于負頻率為零，但瞬時頻率可能是負的； 3）對于一個帶限信號，它的瞬時頻率可能在頻帶之外。 這導致了 Cohen(1995)引入了 “單調分量函數(shù) ” 的概念，即式 (39)只能表示一個 “單組分函數(shù) ”的頻率。由于缺乏 “單組分函數(shù) ”的精確定義，為了使瞬時頻率有意義，所以用 “窄帶信號 ”的要求來約束信號數(shù)據(jù)。 進一步的研究發(fā)現(xiàn)帶寬的定義都是全局意義上的，這種定義過于嚴格卻又缺乏精確性。例如， Melvelle (1983)曾成功地從數(shù)據(jù)中濾出滿足 帶寬定義限制條件的信號，但仍得到了很多沒有物理意義的負的頻域分量。為了得到有意義的瞬時分量， Gabor(1963)， Boashash(1992)討論并提出了限定條件：任何一個函數(shù)要得到有意義的瞬時頻率，其傅立葉變換的實部必須只有正的頻率分量。這個限制條件可以在數(shù)學上被證明（ Tichmarsh， 1948），但仍是一個全局性的定義。對于數(shù)據(jù)分析，我們必須把這些條件轉換成物理上可實現(xiàn)的步驟，用一個簡單的方法加以實現(xiàn)。由于這個原因，必須把這些基于信號全局性的限定條件修正為局部的限定條件。 為了探索這些局部限定條件 Huang等人分析了一個簡單的例子。對信號( ) sinxt t? ，其 Hilbert 變換為 cost? 。如圖 10(a)所示， xy的相點只是平面上的一個單位圓，其相位函數(shù)如圖 10(b)所示是一條直線，而瞬時頻率如圖 10(c)所示是一個常數(shù)。 如果將信號均值移動，例如加上一個常數(shù) a，即 ( ) sin( )x t a t?? 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 28 圖 10 瞬時頻率的物理解釋 它的 xy 平面相位圖仍是一個簡單的圓，但圓心移動 a 長的距離，如果 a1， 圓心仍在園中，在這種條件下， ()xt 己違反了一個限制條件，因為它的傅立葉變換有一個直流項；不過它的平均過零頻率仍與 0a? 時相同，但它的相位函數(shù)與瞬時頻率將會不同于 0a? 。 如果 1a? ，中心不在圓中：并且 ()xt 不再滿足限制條件，從圖中可以看出，相位函數(shù)與瞬時頻率都會出現(xiàn)沒 有意義的負值。 這個例子說明，對于一個簡單的信號例如正弦信號，只有滿足局部對稱于零均值時，其瞬時頻率才有意義。對于一般性的信號數(shù)據(jù)，任何疊加信號波將等同于 1a? 的情況；任何不對稱的信號波形將等同于 1a? 的情況 ( 0)a? 以上的例子促使得到了一類函數(shù)的定義，該定義是基于信號局部特性的，稱為本征模態(tài)函數(shù)。對于本征模態(tài)函數(shù)，其瞬時頻率可在任意一個地方定義。 南京工程學院畢業(yè)設計說明書（論文） 29 固有模 態(tài)函數(shù) Huang 等人在總結瞬時頻率有意義的單分量信號應滿足的條件的基礎上，提出了固有模式函數(shù) (Intrinsic Mode Function， IMF)的新概念，基于這類函數(shù)的局部特性，使函數(shù)的任何一點瞬時頻率都有意義。 IMF 是滿足以下兩個條件的信號 ： 1)整個信號中零點數(shù)與極點數(shù)相等或至多相差 1。 2)信號上任意一點，由局部極大值點確定的包絡線和由局部極小值點確定的包絡線的均值均為零，即信號關于時間軸局部對稱。 第一個條件類似于傳統(tǒng)窄帶信號的要求，第二個條件是一個新觀點，其目的是使瞬時頻率不致遭受非對 稱波形的干擾。理想的，它應該定義在信號局部平均值為零的基礎上，但對于非平穩(wěn)信號，由于無法引入局部的時間尺度來定義局部均值，作為一個替代方法，用信號上下包絡線的局部平