汽輪機通流部分故障診斷方法的分析

任朝佳

（貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531）

汽輪機通流部分故障診斷方法的分析

任朝佳

（貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531）

汽輪機是火電廠正常運行的關(guān)鍵設(shè)備，對火力發(fā)電具有十分重要的作用。通流部分是汽輪機中極容易發(fā)生故障的部位，但其直接關(guān)聯(lián)著汽輪機的正常運行，是整個火電廠安全運行的重要基礎(chǔ)。此背景下，本文首先分析了汽輪機通流部分的工作原理，其次對汽輪機通流部分故障及原因進行了一定的闡述，最后研究了汽輪機通流部分故障診斷方法，以供參考。

汽輪機；通流部分；故障診斷；方法

1 引言

當前，我國風(fēng)力發(fā)電與水力發(fā)電均取得了較大的發(fā)展，但火力發(fā)電依舊是我國電力發(fā)電的主要方式，電力發(fā)電在總發(fā)電中占據(jù)的比重高達80%，在短時間內(nèi)不會出現(xiàn)降低的情況。汽輪機是火電廠的原動機，對火力發(fā)電具有十分重要的作用，汽輪機的通流部分直接關(guān)聯(lián)著火電站發(fā)電安全，所以，對汽輪機通流部分故障診斷方法進行深入的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

2 汽輪機通流部分的工作原理

2.1 高壓部分

汽輪機通流部分的高壓部分主要由1單列式調(diào)節(jié)級壓力與11個等級的壓力級共同構(gòu)成。其中，調(diào)節(jié)級的葉片屬于三叉三銷的聯(lián)體式葉片，此種沖動式結(jié)構(gòu)的強度較高。對于11個壓力級的葉片，主要由方鋼材質(zhì)制作而成，并且分布在靜葉持環(huán)上，根部與焊帶緊密焊連，并安裝造直槽內(nèi)層的隔板部位，然后采用L型填隙條將其牢固鎖緊。填隙條通常安裝在直槽內(nèi)的附加槽中，動葉葉片由方鋼材質(zhì)制作而成，并且將可控制的渦葉片制作成“倒T”形，葉片與葉槽之間鎖緊。由于汽輪機通流部分的高壓部分壓力極高，T形能夠更加有效的避免蒸汽泄露問題的出現(xiàn)。

2.2 中壓部分

一般情況下，汽輪機通流部分的中壓部分有2×9級，共18級，主要由相同級數(shù)的氣缸內(nèi)靜葉片與轉(zhuǎn)子輪上的動葉片共同組成。中壓部分通常以彈簧進行汽封，可保證轉(zhuǎn)子與葉片圍帶之間的徑向間隙不會過于大。如果兩者之間發(fā)生了摩擦與碰撞，彈簧一般會產(chǎn)生退讓與撓曲的現(xiàn)象，此種情況下，汽封的封齒磨損程度往往會出現(xiàn)相應(yīng)的下降現(xiàn)象。此外，靜葉片主要由方鋼銑制而成，葉根與圍帶緊密焊接整圈的隔板，在水平中分面進行相應(yīng)的切割操作，能夠形成上下兩部分。

2.3 低壓部分

汽輪機通流部分的低壓部分主要由級數(shù)相同的氣缸內(nèi)靜葉片與轉(zhuǎn)子輪上動葉片共同組成，級數(shù)通常為7個等級。由于汽輪機的通流部分屬于雙流式，所以，其壓力級為2×（2×7）級，共28級。一般情況下，汽輪機通流部分的低壓部分主要是通過彈簧封縮減轉(zhuǎn)子與葉片圍帶間的徑向間隙，以及彈簧自身的退讓與撓曲降低兩者之間的摩擦與碰撞過程中產(chǎn)生的封齒磨損程度。對于低壓部分的靜葉片，其中1～5級的葉片通常選擇方鋼材質(zhì)經(jīng)過銑制制成，葉跟與圍帶緊密焊接，形成整圈的隔板，在水平中平面將其鋸開，能夠形成上下兩個部分，其中，氣缸內(nèi)的隔板主要采用I型填塞條鎖緊，填塞條再以沖鉚方式在附加槽內(nèi)脹緊。

3 汽輪機通流部分故障情況及原因

3.1 壓力級發(fā)生故障或軸封發(fā)生磨損

當壓力級發(fā)生故障之后，通常會在通流通道長期使用之后形成大量的塵垢，或者是在缸內(nèi)葉片出現(xiàn)斷裂、脫落的現(xiàn)象。當發(fā)生故障時，一般會出現(xiàn)通道面積突然性改變的情況，面積改變之后，往往會增加調(diào)節(jié)級的壓力，進而引發(fā)部件故障。對于軸封磨損問題，大多是由于汽輪機在啟動、停止與負載力改變時，由于操作不恰當?shù)仍驅(qū)е碌妮S封激烈碰撞摩擦，在一定程度上增加了軸封的磨損度，進而增加了徑向間隙，最終引發(fā)氣缸漏氣故障。

3.2 調(diào)節(jié)級與調(diào)節(jié)汽門發(fā)生故障

汽輪機通流部分調(diào)節(jié)劑與調(diào)節(jié)汽門部位極容易發(fā)生故障，主要原因在于這兩個部位運行過程中需要承受較高的溫度與壓力，整體汽輪機在大多數(shù)情況下焓降基本都會落到這兩個部位，導(dǎo)致這兩個部位長時間內(nèi)需要承受交變熱應(yīng)力的壓迫，在漸變過程中，極容易發(fā)生磨損或是腐蝕現(xiàn)象，從而導(dǎo)致汽閥門的閥門桿部位發(fā)生斷裂問題，或者是門芯部位出現(xiàn)脫落問題，嚴重時甚至還會發(fā)生葉片斷裂問題。

4 汽輪機通流部分故障的診斷方法

4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷原理

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種起源于動物神經(jīng)系統(tǒng)的算法研究，具有自學(xué)與自適應(yīng)能力，在事先提供的相應(yīng)輸入與輸出信號的基礎(chǔ)上，能夠依據(jù)兩者間存在的關(guān)聯(lián)進行系統(tǒng)建模，并且還能在此前提下重新輸入數(shù)據(jù)，以獲得相對應(yīng)的輸出結(jié)果。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般涉及輸入層、隱層與輸出層三個部分。其中，輸入層能夠?qū)⑵浣邮盏降妮斎胄盘杺鬟f至隱層中，并且還能夠在隱層的傳遞函數(shù)中進行信號的處理工作，進而使得輸出結(jié)構(gòu)不同于輸入層。在汽輪機故障診斷系統(tǒng)中，將汽輪機的各項運行參數(shù)作為輸入信號，并且采用一定的算法，就能夠診斷出汽輪機通流部分的故障類型。

4.2 汽輪機故障診斷的流程

當目前為止，汽輪機故障診斷的形式多種多樣，可以故障特征對故障的性質(zhì)進行判定與識別。圖1為基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷系統(tǒng)的診斷流程圖，即為通過SQL與matlab平臺收集、處理的汽輪機各種運行情況（包括正常、故障等情況）數(shù)據(jù)，通常涉及汽輪器運行過程中的負荷變化、主汽流量與溫度等方面的特征參數(shù)值，并且還能夠在數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中對特征量進行一定的加工，使其轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，然后輸入故障診斷程序，從而判斷出汽輪機通路部位故障類型與故障發(fā)生的原因。

圖1 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷系統(tǒng)的診斷流程圖

一般情況下，汽輪機發(fā)生的故障問題多種多樣，故障原理也存在較大的差異，再加上基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型存在一定的局限性，此時可通過不同故障實例對基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型進行相應(yīng)的補充。除此之外，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建需要訓(xùn)練樣本，在進行樣本數(shù)據(jù)的選用時，應(yīng)當將相互之間矛盾的數(shù)據(jù)與異常數(shù)據(jù)全面刪除，并且還要確保故障樣本數(shù)量與正常樣本數(shù)量具有一定的比例，以使得模擬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)盡量接近實際情況，從而提升故障判斷準確性。

4.3 現(xiàn)場檢查

通常情況下，當汽輪機的通流部位發(fā)生故障時，往往會導(dǎo)致汽輪機組的負荷能力出現(xiàn)降低的情況，在進行此類故障的診斷時，首先需要對現(xiàn)場進行全面的、詳細的檢查，如果沒有發(fā)現(xiàn)較為明顯的誘導(dǎo)因素，還需要對6級高調(diào)門的開啟狀態(tài)以及其實際運行情況進行仔細的檢查，如果聽到異常聲響，應(yīng)當對門前后進行一定的壓力檢查，如果發(fā)現(xiàn)壓力降低值較少，此時就可判定不是由于門芯掉落而導(dǎo)致的故障。

4.4 熱參數(shù)比較

在現(xiàn)行機組運行規(guī)程中，并沒有對所有的熱力參數(shù)規(guī)定監(jiān)測范圍，部分監(jiān)測參數(shù)僅規(guī)定了報警值或是跳閘值，并沒有規(guī)定該參數(shù)在某一工況下的正常工作范圍，在一定程度上增加了故障故障征兆模糊化的難度。在對汽輪器的各項數(shù)據(jù)進行監(jiān)測時，如果其通流部分出現(xiàn)了故障，其蒸汽壓力與調(diào)節(jié)壓力均會出現(xiàn)顯著的上升現(xiàn)象。此時可將汽輪機在高調(diào)門全開的情況下所出的高工況作為標桿，然后對比負荷相同時當前高調(diào)門的全開參數(shù)。

5 結(jié)語

綜上所述，在汽輪機運行過程中，通流部分具有十分重要的作用，但無論是傳統(tǒng)的熱力參數(shù)診斷與振動診斷，還是當前的智能化診斷技術(shù)，均無法對汽輪機運行過程中可能會發(fā)生的故障進行完全的、準確的判斷，針對此，研發(fā)人員應(yīng)當對汽輪機運行時的熱力參數(shù)的變化特征進行不斷深入的分析，補充故障樣本，提高故障診斷技術(shù)準確性，確保電廠發(fā)電系統(tǒng)的安全、可靠運行。

[1]崔亮亮.汽輪機流通部分常見故障及診斷方法研究[J].青年科學(xué)（月刊），2014（08）：37.

[2]趙文.熱電廠汽輪機通流部分的故障診斷研究與應(yīng)用探討[J].華東科技：學(xué)術(shù)版，2015（07）：334.

[3]席莉，李錄平，高鵬，等.汽輪機通流能力診斷指標基準值的確定方法[J].汽輪機技術(shù)，2014（56）：128～132.

TK268

A

1004-7344（2016）21-0228-02

2016-7-10

任朝佳（1985-），男，布依族，貴州盤縣人，助理工程師，大專，主要從事工作和研究方向是火電廠汽輪機檢修方面。