燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障診斷技術(shù)探討 Discussion on Fault Diagnosis Technology of Gas Turbine Gas Circuit

霍志勇 HUO Zhi-yong 齊立武 QI Li-wu 劉齊 LIU Qi

摘要：燃?xì)廨啓C(jī)在我國(guó)的應(yīng)用較為廣泛，是動(dòng)力輸送過程中不可缺少的重要設(shè)備。燃?xì)廨啓C(jī)可靠性很強(qiáng)，安全系數(shù)極高，整體機(jī)構(gòu)具有良好的緊密性，產(chǎn)熱性能十分優(yōu)良，所以在我國(guó)交通運(yùn)輸、天然氣行業(yè)中得到了大范圍使用。鑒于此，本文即對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行了深入分析，闡述了幾種典型的氣路故障，并結(jié)合故障問題，制定了具有一定可行性的診斷辦法，僅供參考。

Abstract： Gas turbines are widely used in my country， and they are indispensable important equipment in the process of power transmission. The gas turbine has strong reliability， extremely high safety factor， good compactness of the overall structure， and excellent heat production performance. Therefore， it has been widely used in my country's transportation and natural gas industries. In view of this， this article has conducted an in-depth analysis of gas turbines， expounded several typical gas circuit failures， and combined the failure problems， formulated a feasible diagnosis method， which is for reference only.

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī);氣路故障;診斷技術(shù)

Key words： gas turbine;gas circuit failure;diagnosis technology

中圖分類號(hào)：U664.131? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0129-02

0? 引言

燃?xì)廨啓C(jī)的優(yōu)點(diǎn)很多，諸如體積非常小，運(yùn)行效率高，啟動(dòng)速度快，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成太大影響，所以在工業(yè)和船舶動(dòng)力等領(lǐng)域中的應(yīng)用極為普遍。但是，在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行期間，由于受到的干擾因素非常多，再加上燃?xì)廨啓C(jī)需要長(zhǎng)時(shí)間在高溫、高壓環(huán)境下工作，最終導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)了氣路故障問題，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行造成了極為危害。對(duì)此，一定要對(duì)故障認(rèn)真檢查，及早發(fā)現(xiàn)，快速排除。

1? 燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障表現(xiàn)及原因分析

燃?xì)廨啓C(jī)若長(zhǎng)時(shí)間負(fù)荷運(yùn)行，無論是在性能發(fā)揮方面，還是在質(zhì)量安全上，都無法維持原狀，并且會(huì)出現(xiàn)各種故障問題，類型不一，故障對(duì)象除了會(huì)在葉片上有所表現(xiàn)之外，還會(huì)體現(xiàn)在燃燒室等。就目前來看，在對(duì)氣路故障診斷過程中，應(yīng)用的方法相對(duì)較多，智能化以及現(xiàn)代化特點(diǎn)明顯，維修人員一定要加強(qiáng)重視，合理應(yīng)用。通常情況下，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)生故障之后，性能參數(shù)會(huì)發(fā)生一定改變，雖然各種氣路故障的特征不同，但最終都會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)性能參數(shù)出現(xiàn)變化。經(jīng)分析，燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)，周邊的環(huán)境較為惡劣，應(yīng)用的燃料類型也大不相同，這些因素的存在，會(huì)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中的熱通路狀態(tài)產(chǎn)生很大影響，最終引發(fā)一系列的燃?xì)廨啓C(jī)氣路部件故障。在電力工業(yè)中，燃?xì)廨啓C(jī)在陸地上工作，很容易出現(xiàn)結(jié)垢問題，諸如因?yàn)榛覊m以及燃料重油使得燃?xì)廨啓C(jī)熱路部件。而在水中工作的船舶，水帶來的水霧，海水帶來的鹽分，船舶上的油煙等原因，都會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)熱通路部件冷端、熱端腐蝕等故障出現(xiàn)。

2? 燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障現(xiàn)象分析

由于受到的干擾因素比較多，燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行期間經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)氣路故障問題，不僅對(duì)設(shè)備的運(yùn)行造成一定影響，還會(huì)產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失，必須要做好故障診斷工作，及時(shí)處理故障問題。

2.1 壓氣機(jī)葉片積垢

現(xiàn)階段，在燃?xì)廨啓C(jī)是運(yùn)行中，葉片積垢是出現(xiàn)頻率較高的氣路故障。分析得知，每千瓦燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行24小時(shí)，需要吸收的空氣是半噸，即便是經(jīng)過處理，但依舊有微粒進(jìn)入到燃?xì)廨啓C(jī)中，對(duì)于這些微粒而言，會(huì)在葉片的表面附著，長(zhǎng)時(shí)間下來，葉片的表面沉積物會(huì)變得越來越多，及時(shí)處理便會(huì)出現(xiàn)，機(jī)構(gòu)隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的不斷加長(zhǎng)，這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)象會(huì)逐漸加重，最終對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的整體性能造成了較大影響[1]。

2.2 壓氣機(jī)葉片磨損和腐蝕

在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行階段，如若空氣中含有鹽分或者固體顆粒對(duì)葉片的表面造成打擊，會(huì)出現(xiàn)劃痕現(xiàn)象，最終使得表面越來越粗糙。并且，喉部通道面積以及葉片型面的改變，會(huì)對(duì)葉面的整體氣動(dòng)性能造成影響，阻力系數(shù)增大，在出現(xiàn)磨損或者腐蝕故障時(shí)，通流面積會(huì)隨之增加，隨之而來的，流量也會(huì)越來越大。

2.3 壓氣機(jī)葉片機(jī)械損傷以及噴嘴腐蝕

燃?xì)廨啓C(jī)具體運(yùn)行過程中，由于物體會(huì)對(duì)流道內(nèi)表面造成一定的撞擊，諸如液體燃料中的顆粒以及燃?xì)鈾C(jī)輪自身部件脫落等。如果出現(xiàn)液體燃料中顆粒撞擊的情況，會(huì)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)造成損傷。通常，燃?xì)廨啓C(jī)本身內(nèi)部部件脫落，屬于自身物體損傷，而前者則屬于外來物損傷，機(jī)械損傷會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)性能大大降低。

燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行期間，燃油在燃燒完以后會(huì)產(chǎn)生大量的腐蝕性氣體，包括硫化氫等。如果氣溫相對(duì)較高，氣體便會(huì)進(jìn)入渦輪與之發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對(duì)渦輪噴嘴造成了嚴(yán)重的腐蝕，影響了燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。通常情況下，如若渦輪噴嘴出現(xiàn)了腐蝕問題，渦輪通流面積會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，流量大大增加，最終導(dǎo)致故障問題出現(xiàn)，若不能及時(shí)處理，甚至?xí)?dǎo)致故障問題會(huì)越來越嚴(yán)重，縮短了燃?xì)鈾C(jī)組的整體使用年限[2]。

3? 燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障診斷思路分析

面對(duì)當(dāng)前燃?xì)廨啓C(jī)出現(xiàn)的氣路故障問題，為了能實(shí)現(xiàn)徹底解決的目標(biāo)，在實(shí)際診斷階段，一定要結(jié)合實(shí)際現(xiàn)狀，明確具體的診斷思路。

假設(shè)被診斷的對(duì)象所有可能出現(xiàn)的狀態(tài)，無論是正常狀態(tài)，還是故障狀態(tài)，全部涵蓋其中，并形成狀態(tài)空間。在這一空間內(nèi)部，可以測(cè)量特征參數(shù)的所有可能取值范圍會(huì)組成一個(gè)特征空間。系統(tǒng)在運(yùn)行階段，如果達(dá)到了某一狀態(tài)S時(shí)，其特征可以確定下來，具體看做y，同時(shí)存在映射g。

g：S——y

如果情況與之相反，一定的特征也會(huì)和確定的狀態(tài)相對(duì)應(yīng)，有映射f存在：

f：S——y

若特征空間與狀態(tài)空間的映射關(guān)系是一對(duì)一，則需要由特征征兆可唯一地確定系統(tǒng)狀態(tài)。對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障進(jìn)行診斷，最為主要的目是要結(jié)合可測(cè)量參數(shù)的疏實(shí)際變化情況，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，了解系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行現(xiàn)狀，正處于何種狀態(tài)，最終準(zhǔn)確地將映射f找到。燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行期間，存在的某一物理問題就是狀態(tài)空間中的某一個(gè)狀態(tài)，而測(cè)量參數(shù)的變化就是其所對(duì)應(yīng)的特征。

4? 燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障診斷技術(shù)分析

在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行過程中，對(duì)于出現(xiàn)的氣路故障，為了能高效解決，讓燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行更加可靠穩(wěn)定，必須要結(jié)合具體問題，有針對(duì)性地采取診斷技術(shù)，保證故障問題出現(xiàn)幾率在降低的同時(shí)，還能有效減少故障所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失。

4.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)分析

為從根本上解決技術(shù)故障問題，在實(shí)際診斷過程中，可以對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)進(jìn)行利用，確保燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行能穩(wěn)定可靠。在對(duì)該方法應(yīng)用期間，主要是從映射的層面來對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀加以分析，了解并判斷是否有故障問題存在。在具體判斷過程中，需要對(duì)氣路故障的征兆到故障源一系列過程加以映射。借助這一方法，可以獲得良好的聯(lián)想記憶能力，非線性很高，能大大提升故障診斷的效率，有利于燃?xì)廨啓C(jī)的良好運(yùn)行。但是，在對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)運(yùn)用期間，存在的缺點(diǎn)也較為明顯。比如：在診斷燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障時(shí)，該方法不能得出系統(tǒng)內(nèi)部一些潛在的信息，在診斷時(shí)也無法精準(zhǔn)且細(xì)致地進(jìn)行描述，相當(dāng)于借助黑箱的方式來對(duì)故障進(jìn)行診斷，整體的效率不高。并且，在借助這一方法診斷期間，專業(yè)的人員數(shù)量不多，因?yàn)樵摲椒▽?duì)技術(shù)人員的要求相對(duì)較高，所以必須要通過培訓(xùn)的方式來提升診斷人員的能力和水平，可以準(zhǔn)確熟練地掌握該方法[3]。針對(duì)沒有參加培訓(xùn)的人員，在對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障診斷期間，大多是憑借工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，根本無法熟練操作這一手段，在對(duì)故障進(jìn)行診斷時(shí)，所得到的結(jié)論極有可能出現(xiàn)錯(cuò)誤。由此可見，借助該方式來對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障加以診斷，在實(shí)際使用期間存在的難度相對(duì)較大，必須有專業(yè)的人員才能開展相應(yīng)工作。

4.2 專家系統(tǒng)診斷技術(shù)

在燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障早期診斷過程中，有效地對(duì)專家系統(tǒng)診斷技術(shù)進(jìn)行利用，也能有效促進(jìn)診斷效率的提高。運(yùn)用這一技術(shù)，需要建立在規(guī)則的基礎(chǔ)上，專家在實(shí)際工作期間，要探索以及總結(jié)燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障現(xiàn)象，從而獲得相應(yīng)的規(guī)則。簡(jiǎn)而言之，這些規(guī)則是通過專家不斷總結(jié)產(chǎn)生的規(guī)則，闡述了征兆、故障二者之間的關(guān)聯(lián)。在對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障診斷期間，科學(xué)且高效的運(yùn)用這一技術(shù)，能直觀且形象地將故障表現(xiàn)出來，整體操作十分簡(jiǎn)單便利，采取直接的知識(shí)便能將這一方法的原理表現(xiàn)出來，有理有據(jù)，故障診斷人員在對(duì)故障進(jìn)行診斷過程中，在短時(shí)間內(nèi)判斷出故障的成因。并且，對(duì)這一方法進(jìn)行利用，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的空間相對(duì)較小，診斷人員在編程時(shí)會(huì)非常便利。但是借助這一手段存在的不足之處也相對(duì)較多，并不是所有故障問題都可以采取科學(xué)理論知識(shí)來進(jìn)行解釋，最關(guān)鍵的是要有專業(yè)的技術(shù)人員作為支撐，準(zhǔn)確地對(duì)故障進(jìn)行判斷。利用這一方法開展氣路故障診斷工作，并不能精準(zhǔn)判斷出故障所在的位置，尤其是一些從來沒有發(fā)生過的故障問題，由于在知識(shí)庫中沒有存儲(chǔ)相關(guān)預(yù)兆的規(guī)則，即便有專業(yè)且經(jīng)驗(yàn)豐富的人員也不能快速判斷出故障位置，所以在對(duì)故障診斷期間，常常會(huì)出現(xiàn)診斷失敗的情況，甚至?xí)a(chǎn)生誤診，對(duì)設(shè)備恢復(fù)的影響非常大。

5? 燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障的預(yù)防分析

為保證燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障問題能有效規(guī)避，除了要加強(qiáng)對(duì)故障的診斷之外，也要做好預(yù)防工作。在燃?xì)廨啓C(jī)日常工作期間，一方面，做好維護(hù)工作。在實(shí)際的維護(hù)期間，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)特點(diǎn)和性質(zhì)進(jìn)行綜合考量，明確氣路故障的實(shí)際表現(xiàn)，并結(jié)合以往的維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，合理的開展維護(hù)工作。另一方面，嚴(yán)格按照流程和規(guī)范操作。在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行期間，對(duì)設(shè)備操作流程進(jìn)行設(shè)定，對(duì)設(shè)備操作以及維護(hù)等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確，編制好相應(yīng)的設(shè)備使用規(guī)范，有針對(duì)性的制定維修辦法，以便可以為燃?xì)廨啓C(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行提供支持，降低氣路故障問題出現(xiàn)了幾率。此外，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行明確，嚴(yán)格的依照流程進(jìn)行使用，加強(qiáng)維護(hù)和管理，做好設(shè)備的檢查工作，一旦出現(xiàn)異常情況，必須要第一時(shí)間處理，以便可以從根源規(guī)避氣路故障問題。

6? 結(jié)束語

綜合而言，人們?cè)趯?duì)燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備廣泛使用的同時(shí)，保護(hù)意識(shí)也越來越強(qiáng)。因此，面對(duì)現(xiàn)階段燃?xì)廨啓C(jī)氣路故障問題，為了可以高效解決，讓燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備的運(yùn)行能更加穩(wěn)定，一定要高度重視，強(qiáng)化對(duì)先進(jìn)故障診斷技術(shù)的利用，確保可以在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)的潛在故障，了解成因并及時(shí)處理，以便問題在高效率解決的同時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行效率和質(zhì)量還能進(jìn)一步提升。

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