汽輪機(jī)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(pán)縣 553531）

汽輪機(jī)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(pán)縣 553531）

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

汽輪機(jī)；通流部分；故障診斷；方法

1 引言

當(dāng)前，我國(guó)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(guó)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(dá)80%，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)降低的情況。汽輪機(jī)是火電廠的原動(dòng)機(jī)，對(duì)火力發(fā)電具有十分重要的作用，汽輪機(jī)的通流部分直接關(guān)聯(lián)著火電站發(fā)電安全，所以，對(duì)汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法進(jìn)行深入的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 汽輪機(jī)通流部分的工作原理

2.1 高壓部分

汽輪機(jī)通流部分的高壓部分主要由1單列式調(diào)節(jié)級(jí)壓力與11個(gè)等級(jí)的壓力級(jí)共同構(gòu)成。其中，調(diào)節(jié)級(jí)的葉片屬于三叉三銷的聯(lián)體式葉片，此種沖動(dòng)式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較高。對(duì)于11個(gè)壓力級(jí)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(dòng)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(jī)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(wèn)題的出現(xiàn)。

2.2 中壓部分

一般情況下，汽輪機(jī)通流部分的中壓部分有2×9級(jí)，共18級(jí)，主要由相同級(jí)數(shù)的氣缸內(nèi)靜葉片與轉(zhuǎn)子輪上的動(dòng)葉片共同組成。中壓部分通常以彈簧進(jìn)行汽封，可保證轉(zhuǎn)子與葉片圍帶之間的徑向間隙不會(huì)過(guò)于大。如果兩者之間發(fā)生了摩擦與碰撞，彈簧一般會(huì)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(huì)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(jìn)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(jī)通流部分的低壓部分主要由級(jí)數(shù)相同的氣缸內(nèi)靜葉片與轉(zhuǎn)子輪上動(dòng)葉片共同組成，級(jí)數(shù)通常為7個(gè)等級(jí)。由于汽輪機(jī)的通流部分屬于雙流式，所以，其壓力級(jí)為2×（2×7）級(jí)，共28級(jí)。一般情況下，汽輪機(jī)通流部分的低壓部分主要是通過(guò)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(guò)程中產(chǎn)生的封齒磨損程度。對(duì)于低壓部分的靜葉片，其中1～5級(jí)的葉片通常選擇方鋼材質(zhì)經(jīng)過(guò)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(kāi)，能夠形成上下兩個(gè)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(jī)通流部分故障情況及原因

3.1 壓力級(jí)發(fā)生故障或軸封發(fā)生磨損

當(dāng)壓力級(jí)發(fā)生故障之后，通常會(huì)在通流通道長(zhǎng)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(dāng)發(fā)生故障時(shí)，一般會(huì)出現(xiàn)通道面積突然性改變的情況，面積改變之后，往往會(huì)增加調(diào)節(jié)級(jí)的壓力，進(jìn)而引發(fā)部件故障。對(duì)于軸封磨損問(wèn)題，大多是由于汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停止與負(fù)載力改變時(shí)，由于操作不恰當(dāng)?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(jìn)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(jí)與調(diào)節(jié)汽門發(fā)生故障

汽輪機(jī)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(gè)部位運(yùn)行過(guò)程中需要承受較高的溫度與壓力，整體汽輪機(jī)在大多數(shù)情況下焓降基本都會(huì)落到這兩個(gè)部位，導(dǎo)致這兩個(gè)部位長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)需要承受交變熱應(yīng)力的壓迫，在漸變過(guò)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(wèn)題，或者是門芯部位出現(xiàn)脫落問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)發(fā)生葉片斷裂問(wèn)題。

4 汽輪機(jī)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(dòng)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(hào)的基礎(chǔ)上，能夠依據(jù)兩者間存在的關(guān)聯(lián)進(jìn)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(duì)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(gè)部分。其中，輸入層能夠?qū)⑵浣邮盏降妮斎胄盘?hào)傳遞至隱層中，并且還能夠在隱層的傳遞函數(shù)中進(jìn)行信號(hào)的處理工作，進(jìn)而使得輸出結(jié)構(gòu)不同于輸入層。在汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，將汽輪機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)作為輸入信號(hào)，并且采用一定的算法，就能夠診斷出汽輪機(jī)通流部分的故障類型。

4.2 汽輪機(jī)故障診斷的流程

當(dāng)目前為止，汽輪機(jī)故障診斷的形式多種多樣，可以故障特征對(duì)故障的性質(zhì)進(jìn)行判定與識(shí)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(guò)SQL與matlab平臺(tái)收集、處理的汽輪機(jī)各種運(yùn)行情況（包括正常、故障等情況）數(shù)據(jù)，通常涉及汽輪器運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)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(guò)程中對(duì)特征量進(jìn)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(jī)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(jī)發(fā)生的故障問(wèn)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(shí)可通過(guò)不同故障實(shí)例對(duì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)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(jìn)行樣本數(shù)據(jù)的選用時(shí)，應(yīng)當(dāng)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(shí)際情況，從而提升故障判斷準(zhǔn)確性。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)檢查

通常情況下，當(dāng)汽輪機(jī)的通流部位發(fā)生故障時(shí)，往往會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組的負(fù)荷能力出現(xiàn)降低的情況，在進(jìn)行此類故障的診斷時(shí)，首先需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面的、詳細(xì)的檢查，如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)較為明顯的誘導(dǎo)因素，還需要對(duì)6級(jí)高調(diào)門的開(kāi)啟狀態(tài)以及其實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行仔細(xì)的檢查，如果聽(tīng)到異常聲響，應(yīng)當(dāng)對(duì)門前后進(jìn)行一定的壓力檢查，如果發(fā)現(xiàn)壓力降低值較少，此時(shí)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(jī)組運(yùn)行規(guī)程中，并沒(méi)有對(duì)所有的熱力參數(shù)規(guī)定監(jiān)測(cè)范圍，部分監(jiān)測(cè)參數(shù)僅規(guī)定了報(bào)警值或是跳閘值，并沒(méi)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(duì)汽輪器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，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(huì)出現(xiàn)顯著的上升現(xiàn)象。此時(shí)可將汽輪機(jī)在高調(diào)門全開(kāi)的情況下所出的高工況作為標(biāo)桿，然后對(duì)比負(fù)荷相同時(shí)當(dāng)前高調(diào)門的全開(kāi)參數(shù)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，通流部分具有十分重要的作用，但無(wú)論是傳統(tǒng)的熱力參數(shù)診斷與振動(dòng)診斷，還是當(dāng)前的智能化診斷技術(shù)，均無(wú)法對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生的故障進(jìn)行完全的、準(zhǔn)確的判斷，針對(duì)此，研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的熱力參數(shù)的變化特征進(jìn)行不斷深入的分析，補(bǔ)充故障樣本，提高故障診斷技術(shù)準(zhǔn)確性，確保電廠發(fā)電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。

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TK268

A

1004-7344（2016）21-0228-02

2016-7-10

任朝佳（1985-），男，布依族，貴州盤(pán)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(jī)檢修方面。