燃氣輪機運行異常的檢測技術分析

林宗斯

摘要：隨著我國工業的推動，各種機電設備得到了很好的應用，并且在持續的研究中不斷被完善，燃氣輪機更是取得了革命性的進步，但是燃氣輪機是由多種部件組成的結構復雜的體系，同時又經常在經常處于高溫、高熱、高壓的嚴酷運行環境下，在長時間的投運過程中，容易發生異常現象，從而造成燃氣輪機的性能下降，引發安全事故，因此有必要加強對燃氣輪機的運行檢測，及時發現問題并進行維修，以提高燃氣輪機可靠性和可用性，下面本文就將從燃氣機輪集中常見的運行異常現象出發，重點對其檢測技術進行探討，希望能為燃氣機輪的穩定運行提供重要保障。

關鍵詞：節燃氣輪機;運行異常;檢測技術

引言

燃氣輪機是燃氣電廠中的關鍵設備，作為一種非常重要的熱力系統，由于其性能優良，具有熱效率高、能源運送率高等優勢而被廣泛應用于發電、航空、船舶等工業活動中，但是其運行時會出現各種故障導致部件性能參數偏離設計值，從而出現溫度偏高、振動過大、壓力失衡等異常現象，如果不能被及時發現并維修，后果會非常嚴重的，因此相關企業和眾多專家學者研發了許多科學有效的檢測技術，以助于提高維修效率和質量，及時消除燃氣輪機的運行隱患，提高燃氣輪機的運行效率和使用壽命。

1.燃氣輪機的運行異常介紹

1.1燃氣輪機啟動異常

燃氣輪機的起動過程分為冷態加速階段，在LCI裝置的作用下達到開始輕吹點火的轉速，然后根據點火指令點燃空氣與天然氣混合氣體，產生燃氣推動渦輪做功，最后到達熱態加速階段，渦輪做功帶動壓氣機轉子旋轉至空載轉速，因此根據其啟動原理來說在不同階段，會因為設備操作失誤，線路連接不良等而出現電流過大及無電流等現象，導致燃氣輪機未達到點火轉速而無法啟動;或是因為壓縮空氣減壓閥工作異常、燃氣溫度低等導致點火失敗;因為燃氣輪機起動過程中，燃料燃燒時釋放大量的熱量導致渦輪葉片、軸承損傷，燃氣輪機因為超溫而自動停機保護，;因為燃氣不足而出現冷懸掛故障，燃氣輪機過熱出現熱懸掛故障，導致燃氣輪機在非設計工作狀態運轉，進而降低其使用壽命。

1.2滑油壓力異常

燃氣輪機運行時是由一個完整的設備體系來推動的，某個部件出現問題會降低燃氣輪機運行效率，甚至導致停機，而其附件類型較多，可能會出現壓力信號器故障，因為各旋轉部件在高速旋轉時需要給予持續的潤滑，而潤滑油的供給是否連續、正常是根據潤滑壓力來判斷的，當滑油壓力高于壓力信號器動作值時，壓力信號器閉合，則開關量回路閉合，該信號會同步傳送給主控系統，進而對燃氣輪機的潤滑狀態進行判定，做出對應的反應操作，因此運行集控和維護人員要關注導致滑油、燃油管路壓力異常的影響因素。

1.3燃氣輪機轉速異常

燃氣輪機是一種旋轉機械系統，相關旋轉部件在達到設計轉速時轉動產生的功是保障燃氣機輪系統運行，不斷輸送能源的重要保障，因此實際的轉速可以反映出燃氣輪機當下的工作狀態，若轉速傳感器測量到轉速出現偏差，燃氣輪機控制系統會自動對其進行相應的調整，進而有效維護燃氣輪機的運行過程。

2.燃氣輪機運行異常的檢測技術介紹

2.1基于運行數據的異常檢測技術

燃氣機輪在運行時，各傳感器會捕捉各類信息，并進行存儲和分享，控制中心根據這些運行數據，對比正常運行狀態的運行參數來判定運行系統是否異常，并在異常時發出警報聲，協助集控人員進行處理，其中氣路性能參數是一個重要的對比數據，由于燃氣機輪運行時葉片會高速運轉，長期使用后，受運行環境和構件自身磨損影響，葉片會積垢、受損、松動、間隙增大，導致其正常運行狀態發生改變，出現效率和流量的明顯變化，因此可以依此作為檢測依據判斷燃氣機輪的運行狀態（其檢測原理見下圖1），如采用基于模型的氣路異常檢測方法，以一個處于穩態工作條件下的燃氣輪機為分析對象，通過線性模型、非線性模型與人工智能算法等求解法來對燃氣輪機的氣路健康狀態進行估計，如基于數據的氣路異常檢測方法，通過布置在燃氣機輪不同位置處的各種傳感器收集到的數據來綜合分析燃氣輪機的健康狀態，目前可采用神經網絡法對燃氣輪機的氣路性能參數進行預測，能夠較好地檢測發現燃氣輪機退化過程中異常特征，此外還發展出了一套在線異常檢測與診斷系統（見下圖2），不僅可以提高異常檢測精度，還能夠有效處理檢測出的問題。，最后溫度也是一個非常重要的參數，滑油溫度可反應工況，燃氣及排煙溫度過高會導致停機問題，因此也可以借助溫度檢測對燃氣輪機的運行進行科學評估。

2.2基于振動參數的異常檢測技術

燃氣輪機作為一種旋轉機械，相關旋轉部件在運作過程中會發出相應的振動信號，因此也容易出現各種轉動故障問題，如果燃氣輪機的轉子出現故障或是失效，相關部件振動就會出現異常，反饋出的信號就會出現偏差，檢測人員可以通過振動參數與正常值的比較來進行檢測，查找燃氣輪機的故障原因。而檢測的關鍵就在于如何獲得振動信號并準確分析，有些學者提出了提出了徑向碰摩位置異常檢測與智能識別方法，有些學者基于盲源分離信號處理方法對耦合故障特征信號的提取與分離進行了研究，提出了平穩信號和非平穩信號分析法，由于燃氣輪機結構較為復雜，轉子系統各部件之間相互關聯、耦合與制約，因此可能是單一轉子故障，也可能是多種故障并存，基于振動參數的異常檢測技術還有待進一步研究完善。

2.3基于磨損的異常檢測技術

2.3.1油液分析的異常檢測

經有關研究總結，燃氣輪機在運行過程中出現的大部分故障都與相關部件的磨損有著直接或間接聯系，而軸承作為重要的轉子支撐與高速旋轉部件，在燃氣輪機運作中發揮著重要作用，當軸承系統出現異常，能夠引起轉子的不對中與不平橫，進而導致輪機無法正常運行，而軸承需要不斷進行潤滑才能減小磨損，避免出現故障，因此只要掌握潤滑油中的磨損物特點，就可以判斷軸承的磨損狀況，具體檢測時可通過監測潤滑油中出現的碎屑特征，利用光譜儀進行油液分析來評估氣輪機的轉子、軸承等部件的磨損程度。

2.3.2靜電檢測

這也是一種主要針對因磨損出現異常的檢測技術，不僅可以對潤滑油中的磨損顆粒進行了異常檢測，還可以對滾動軸承在異常情況下發出的靜電信號特征，如信號的強噪聲等進行分析來實現在線異常檢測與退化評估，也可實現對發動機燒蝕、碰磨、噴油嘴堵塞和燃燒效率下降等氣路異常監測，對保障燃氣輪機的正常運行起著重大作用。

2.4基于多源信息融合的異常檢測

以上幾種方法都是根據運行異常時的某一單一信號進行檢測分析，而燃氣輪機運行異常的現象和原因較復雜，多類型故障容易耦合，為了提高檢測精度，實現對燃氣輪機運行異常全面而又準確的檢測，可以將多源信息進行融合，以更加充分利用已知信息，提高燃氣輪機異常檢測、性能退化與剩余壽命預測的精度（詳見下圖3），如綜合氣路性能與振動參數特征，提取監測參數的有效特征信息進行運行狀態檢測，融合油液光譜與磨損顆粒檢測結果，提高軸承的異常檢測與故障診斷的準確率。

結語

綜上所述，燃氣機輪在長期運行過程中會出現各種異常情況，為了盡早發現異常并排除故障，可以檢測參數變化來評估燃氣機輪的性能，根據不同異常情況下出現的溫度、振動、氣路異常等信號，對其運行狀態進行有效的監測、評估及故障分析和預警，從而完善維修保養計劃，有效降低燃氣機輪運行故障發生率，確保燃氣輪機安全、高效運行，并延長其使用壽命，使各部件充分發揮作用。

參考文獻

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