汽輪機通流部分故障診斷方法探討

楊揚

引言

雖然我國水力發電以及風力發電均得到了非常大的發展，可是現階段火力發電依然是我國的發電主力，并且在以后很長的一段時間里面都會始終保持領先地位。而火力發電廠在發電的過程中，原動機裝置就是汽輪機，所以汽輪機會對電廠發電效率產生直接的影響。通常汽輪機產生的故障大部分都在流通部分，所以，對汽輪機流通部分進行有效的故障診斷是非常重要的，這樣可以減少汽輪機出現的故障，保證機組能夠安全有效地運行。

1 汽輪機具體工作原理

在火力發電中，汽輪機所具備的優點為：單機功率非常大，運行效率比較高且使用壽命比較長[1]。對于其工作原理總結為蒸汽透平。汽輪機利用旋轉方式把里面蒸汽所含的能量轉變成機械能。

汽輪機里面的蒸汽來自鍋爐，當蒸汽流進到汽輪機內缸里面后會遵循具體的動能原理，依據一定秩序將其配置為環形，同時汽輪機里面的動葉及噴嘴會通過蒸汽熱能，在實際運行中生成相應的旋轉機械能。因為汽輪機轉化蒸汽所采用的方式不同，所以使得能量和機械能的轉化率存在差異，汽輪機性能以及工作原理也不同。盡管汽輪機在性能及原理方面存在差異，可是其大致構成基本相似，就是氣流通道部分都具備排氣缸、進汽機構以及通流部分。

2 通流部分具體工作原理

2.1 高壓部分

該部分壓力主要包含單列式類型的調節級壓力一個以及等級壓力級11 個，調節級葉片型式是一種三叉三銷聯體式，該沖動式結構強度非常高；而壓力級葉片制作材料是方鋼，同時設置在靜葉持環上[2]。其根部設置在直槽內層隔板，同時通過L 型填隙條鎖緊。把填隙條設置在直槽附加槽里面，同時把渦片制成一種倒T 型，鎖緊葉片以及葉槽。因為高壓部分具有非常大的壓力，使用T 型能夠有效避免出現蒸汽泄漏事故。

2.2 中壓部分

該部分具備2×9 級，總共有18 級，組成部分主要是級數一樣的氣缸內靜葉片與以及轉子輪上動葉片[3]。該部分利用彈簧實現汽封從而保證轉子與葉片圍帶徑向間隙適中。

2.3 低壓部分

該通流部分的主要組成級數都是7 個等級的相應氣缸內靜葉片以及轉子輪上動葉片。由于通流部分采用的是雙流式，所以總壓力級是28 級[4]。該部分利用彈簧汽封方式減小轉子與葉片圍帶徑向間隙，同時依靠彈簧的退讓以及撓曲來減小二者之間的摩擦力以及碰撞引發的封齒磨損。對于該部分靜葉片，有1～5級葉片是采用方鋼材質通過銑制制作成的。

3 故障種類和產生的原因

通常汽輪機通流部分故障有兩大類，分別是突發性故障和漸變性故障。突發性故障主要包含：進氣閥閥門桿發生突然斷裂脫落現象、動葉或者靜葉出現突然斷裂脫落問題等。上述現象出現的原因大部分是由于通流部分面積突然改變而導致的。而漸變性故障主要包含通道結垢以及葉片磨損等。引發上述現象的原因大部分是由于汽輪的長期使用使得通流通道里面長期充斥著水汽，最后致使水垢堆結或是蒸汽里面雜質長時間沖擊內缸，使其被磨損，由于形成上述故障的時間非常長所以被稱為漸變性故障。

對于壓力級故障以及軸封磨損故障，其中壓力級故障通常是由于通流通道長時間使用后結有大量塵垢或缸內葉片出現斷裂以及脫落現象。當故障發生的時候一般會出現通道面積突然發生變化的現象，面積改變導致調節級壓力升高，使得部件出現故障。另一種軸封磨損故障，大部分都是因為汽輪機啟動、運行停止和負載力改變的時候，由于操作不當等原因使得軸封發生激烈碰撞及摩擦，從而提高了軸封磨損度，使得徑向間隙變大，最后汽缸出現漏氣問題[5]。

對于調節級以及調節汽門出現的故障，該故障出現幾率是所有故障中最高的，引發故障的主要原因是調節級以及調節汽門在運行中承受的溫度以及壓力都非常高，汽輪機大部分焓降基本上都落在這里，使得這兩處長期承受交變熱應力帶來的壓迫，漸變時出現磨損或腐蝕現象，最后導致進汽閥閥門桿出現斷裂或門芯脫落現象，情況嚴重的時候甚至出現葉片斷裂故障。因為缸內氣流循環非常活潑，并且脫落金屬碎屑隨著氣流會不斷沖擊汽門以及調節級，提升汽門以及調節級磨損度，同時使得流通道堵塞問題更加嚴重。

4 檢查以及診斷故障

對汽輪機進行故障診斷時采取的方式非常多，能夠依據故障特征確定故障性質，圖1 為以人工神經網絡為基礎的故障診斷系統具體診斷流程。

4.1 進行現場檢查

汽輪機通流部分出現故障會使得汽輪機機組所具有的負荷能力降低，診斷汽輪機流通部分故障的時候首先應該在實際操作現場進行認真全面的檢查。如果沒有找到明顯誘因就應該檢查6 級高調門的具體開啟狀態和實際運行情況，如果有異常聲響發出就應該檢查門前后的具體壓力，如果壓力降低值比較那么就能夠確定不是門芯掉落引起的故障。

圖1 診斷流程圖

4.2 對比熱參數

監測汽輪機里面各項數據時，如果通流部分出現故障，汽輪機蒸汽壓力以及調節壓力均將出現顯著上升的趨勢。把汽輪機在打開所有高調門條件下的具體最高工況當作標桿，當負荷一樣的時候比較所有高調門打開的具體參數。如果氣流量以及調節級壓力均出現明顯下降的現象，那么就能夠確定故障很可能是異物堵塞通道使得通流面積明顯變小。

4.3 比較通流部分的具體效率

把汽輪機在打開所有高調門條件下的具體最高工況當作標桿，當負荷一樣的時候，如果調節級效率顯著降低，高壓缸的效率也出現下降趨勢，可是下降幅度不大，那么能夠確定故障原因主要在調節級上。

5 結束語

汽輪機在運行過程中，流通部分產生的作用非常重要，所以有效診斷流通部分故障是非常有必要的。對流通部分進行故障診斷的時候，不僅有上述筆者介紹的通用方法以及神經網絡法，同時還有模糊推理以及遺傳算法等，就是利用模型或者是函數計算相關數據，從而對故障發生位置和類型進行推斷，然后有效處理汽輪機故障，為汽輪機的安全有效運行提供一定的保障。

[1]江寧，李政.核電汽輪機通流部分性能監測與故障診斷[J].核動力工程，2004（01）：4～7.

[2]陳國強，葉春.汽輪機通流部分的故障診斷[J].動力工程，2004（01）：98～101.

[3]陳紅，張翼，蘇鐵熊，等.300MW 汽輪機通流部分存在的問題及處理建議[J].汽輪機技術，2015（01）：78～80.

[4]曹麗華，周云龍，李勇，等.汽輪機通流部分故障診斷基準值的研究[J].汽輪機技術，2009（02）：132～134+115.

[5]周云龍，曹麗華，徐偉，等.汽輪機通流部分間隙變化對相對內效率和功率的影響[J].熱力發電，2010（03）：90～92+96.