發(fā)電廠汽輪機(jī)故障診斷

馮彥鋒　厲彥會(huì)

摘 要：針對(duì)發(fā)電廠汽輪機(jī)故障診斷的問題，文章介紹了汽輪機(jī)運(yùn)行故障診斷技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。主要有正確選擇檢測(cè)儀器和對(duì)汽輪機(jī)易發(fā)故障機(jī)理的分析。探討了汽輪機(jī)故障診斷方法和汽輪機(jī)常見的故障，并給出了汽輪機(jī)故障實(shí)例分析，如氣輪機(jī)故障表現(xiàn)和故障征兆。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；故障診斷；故障處理；措施

引言

發(fā)電廠是利用汽輪機(jī)來生產(chǎn)電力能源，這種生產(chǎn)電能的方式，隨著我國(guó)信息技術(shù)的提高，使作為電能源生產(chǎn)的主要設(shè)備之一的汽輪機(jī)設(shè)備已經(jīng)發(fā)展為向大型化、高速化的方向發(fā)展，同時(shí)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的自動(dòng)控制能力也由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展，得到跨世紀(jì)的提高，由于現(xiàn)代化汽輪機(jī)的操作簡(jiǎn)單，并且向大功率的方向發(fā)展。這顯然可以大幅度的提高生產(chǎn)效率，復(fù)雜的控制系統(tǒng)使操作簡(jiǎn)單，維修復(fù)雜的態(tài)勢(shì)。因此，雖然高科技呈現(xiàn)了汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)操作趨向簡(jiǎn)單化，但也使汽輪機(jī)的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜，這就增加了設(shè)備維護(hù)的難度。在電能生產(chǎn)中，如果一個(gè)設(shè)備的某一部件出現(xiàn)故障，必將可能使汽輪機(jī)的電能生產(chǎn)出現(xiàn)中斷，給城鄉(xiāng)居民和生產(chǎn)用電帶來困難。因此，在使用現(xiàn)代化汽輪機(jī)可以滿足生產(chǎn)電能的同時(shí)，也要關(guān)注對(duì)汽輪機(jī)設(shè)備的維護(hù)和維修，這也是對(duì)汽輪機(jī)操作必須引起重視的課題。這對(duì)于發(fā)電廠汽輪機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和歷史意義，因此，第一，要及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)運(yùn)行的異?，F(xiàn)象，堅(jiān)決把故障鎖定在萌芽中，在故障萌芽中就采取相應(yīng)的措施，避免發(fā)生重大事故。第二，要按制度要求，實(shí)事求是的填寫生產(chǎn)記錄，如果電廠生產(chǎn)設(shè)備出現(xiàn)異常狀況，應(yīng)立即上報(bào)技術(shù)部門，同時(shí)要保留自動(dòng)記錄的完整數(shù)據(jù)，這樣不僅可以避免較大的經(jīng)濟(jì)損失，而且還可以縮短設(shè)備的維修時(shí)間和費(fèi)用。第三，要利用高科技手段，對(duì)汽輪機(jī)設(shè)備實(shí)行在線調(diào)整，用科學(xué)手段保證汽輪機(jī)的運(yùn)行安全。第四，操作人員要時(shí)時(shí)監(jiān)控汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化、注意各部分性能的變化趨勢(shì)，對(duì)汽輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)要基于現(xiàn)代化管理水平做到心中有數(shù)。

1 汽輪機(jī)運(yùn)行故障診斷技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展分析

1.1 正確選擇檢測(cè)儀器

如何正確檢測(cè)到振動(dòng)信號(hào)，這是汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，對(duì)可能出現(xiàn)機(jī)械故障診斷的重要問題。對(duì)于汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)的振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)，目前采用的方法大多數(shù)是利用快速傅立葉變換（FFT）。因?yàn)椴煌N類的傳感器，具有不同的可測(cè)頻率范圍，而FFT可以對(duì)很多平穩(wěn)信號(hào)的情況具有適用性，使其在實(shí)際檢測(cè)工作中，得到廣泛的應(yīng)用。一般來說，對(duì)于接觸式傳感器中，就可以得到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。但是，在對(duì)汽輪機(jī)的實(shí)際應(yīng)用中，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)很多信號(hào)是非線性，這就增加了檢測(cè)信號(hào)的難度，因此，為了提高信號(hào)的分辨精度，對(duì)新信號(hào)分析與處理的方法的研究和實(shí)踐，就成檢測(cè)信號(hào)領(lǐng)域重要研究課題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)汽輪機(jī)震動(dòng)信號(hào)的分析和研究的方法可以分為不同的分析方法，如Winger變換、小波變換、全息譜分析、延時(shí)嵌陷分析、信號(hào)的分維數(shù)計(jì)算等。

1.2 汽輪機(jī)易發(fā)故障機(jī)理的分析

要保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，就要掌握汽輪機(jī)可能出現(xiàn)的故障機(jī)理，因此，分析研究汽輪機(jī)的故障機(jī)理，是提高汽輪機(jī)故障診斷領(lǐng)域中的一個(gè)基礎(chǔ)的研究工作。目前，主要從汽輪機(jī)故障發(fā)生的規(guī)律和發(fā)生前的征兆等方面來進(jìn)行的研究。在這些方法中，計(jì)算機(jī)仿真法是當(dāng)前研究汽輪機(jī)故障機(jī)理和故障行為的常用方法。就是先建立描述汽輪機(jī)設(shè)備和行為的數(shù)學(xué)模型，再開發(fā)出相應(yīng)的仿真軟件，然后就可以對(duì)一些典型汽輪機(jī)設(shè)備故障進(jìn)行數(shù)值仿真。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以不受現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室的條件限制，有利于預(yù)防汽輪機(jī)的故障發(fā)生，但這種方法應(yīng)用范圍的擴(kuò)大困難之處是數(shù)學(xué)模型的建立，這需要研究人員具備一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，同時(shí)，這種研究方法還存在著如何驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性，否則會(huì)給實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來誤差。

2 汽輪機(jī)故障診斷方法

對(duì)汽輪機(jī)的故障分析的方法較多，其中利用頻譜分析是設(shè)備故障診斷中最常使用的方法。研究噪聲的頻譜是為了深入了解噪聲源的特性幫助尋找主要的噪聲污染源，為噪聲控制提供依據(jù)，為噪聲控制提供依據(jù)。常用的頻譜是功率譜和幅值譜分析。功率譜分析是表示振動(dòng)功率隨振動(dòng)頻率的分布情況，這從物理意義分析比較清楚。幅值譜表示對(duì)應(yīng)于各頻率的諧波振動(dòng)分量所具有的振幅，這在應(yīng)用時(shí)顯得比較直觀，其中幅值譜上的譜線高度就是該頻率分量的振幅大小。利用頻譜分析的目的，就是將設(shè)備可能構(gòu)成信號(hào)的各種頻率成分都分解開來，以便于振源的識(shí)別。進(jìn)行頻譜分析首先要了解頻譜的構(gòu)成依據(jù)故障推理方式的不同，對(duì)頻譜構(gòu)成的了解可按不同層次進(jìn)行。第一，首先要從高、中、低頻段進(jìn)行分析，初步了解主故障發(fā)生的部位。第二，還要從工頻、超諧波、次諧波進(jìn)行分析，這樣就可以用以確定轉(zhuǎn)子發(fā)生故障的范圍。

在分析幅值譜的變化時(shí)，可以觀察譜峰的變化狀況，要確定它們是單調(diào)增大，單調(diào)減少，還是波動(dòng)或無固定趨勢(shì)。還應(yīng)確定哪些譜峰是同步變化的？哪些譜峰沒有發(fā)生變化？是否有新的頻率成分出現(xiàn)？是否有新的頻率成分出現(xiàn)？轉(zhuǎn)子同一部分各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)之間，或相近部位各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)之間振動(dòng)譜上的相互聯(lián)系，各種變化的快慢等等，這樣就可以掌握對(duì)汽輪機(jī)故障的診斷。

3 汽輪機(jī)的常見故障

對(duì)汽輪機(jī)組振動(dòng)故障診斷，還應(yīng)掌握一定的基礎(chǔ)理論和科學(xué)的分析能力，這樣才能快捷地找出故障的確切原因，提出正確的根治措施，而不致盲目地一概采用現(xiàn)場(chǎng)高速動(dòng)平衡的方法，使表面上振動(dòng)有所減小，實(shí)際上并沒有得到根治，汽輪機(jī)組經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行后，振動(dòng)重復(fù)出現(xiàn)。振動(dòng)故障形態(tài)有很多類型，總計(jì)起來可以有數(shù)十種之多，但其中數(shù)種常見故障的發(fā)生率占了總數(shù)的95%以上。如果能對(duì)這些典型的振幅故障做出準(zhǔn)確的判斷，則可以基本上達(dá)到生產(chǎn)實(shí)際的需要，保證汽輪機(jī)的安全生產(chǎn)。

3.1 汽輪機(jī)的故障表現(xiàn)

在某熱電廠的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組中，其中4#汽輪發(fā)電機(jī)組和7#汽輪發(fā)電機(jī)組在近年來共發(fā)生三次未級(jí)、次未級(jí)葉片運(yùn)行過程中脫落事故。這二臺(tái)機(jī)組的設(shè)備均為某城市汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的C50系列機(jī)組。故障出現(xiàn)時(shí)，汽輪機(jī)正在運(yùn)行中，突然出現(xiàn)振動(dòng)增大，其中4#機(jī)的振動(dòng)頻率激增，在現(xiàn)場(chǎng)可明顯感覺到汽輪機(jī)震動(dòng)導(dǎo)致機(jī)組基礎(chǔ)的振動(dòng)，操作人員隨即便打閘停機(jī)，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行記錄。而7#汽輪機(jī)在葉片脫落后，由于現(xiàn)場(chǎng)離控制室相隔僅60m距離，振動(dòng)探頭可以顯示振動(dòng)增大，在現(xiàn)場(chǎng)的操作人員基本感覺不到異常震動(dòng)的發(fā)生。

3.2 對(duì)汽輪機(jī)的故障征兆的分析

對(duì)4#和7#汽輪機(jī)故障的分析，由于4#汽輪機(jī)故障振動(dòng)頻率激增，這種突發(fā)事故前沒有征兆，難于控制，對(duì)其原因分析也比較困難。但通過對(duì)7#汽輪機(jī)在葉片脫落前后的頻譜對(duì)比發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)在葉片脫落前，次未級(jí)的故障頻率已有所上升，表明次未級(jí)葉片在出現(xiàn)裂紋時(shí)已經(jīng)存在問題。是完全可以預(yù)見的故障。

4 結(jié)束語

為了保證汽輪機(jī)的安全運(yùn)行，必須杜絕汽輪機(jī)的易發(fā)故障，在這些易發(fā)故障中，非正常振動(dòng)故障對(duì)安全影響的危害最大，發(fā)生頻率也比較高。雖然振動(dòng)故障出現(xiàn)的形態(tài)有數(shù)十種之多，但在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組常見的故障只有不足數(shù)種，從幾率統(tǒng)計(jì)占故障發(fā)生的95%以上。因此，如果能夠?qū)@些常見故障了解和掌握，就能夠滿足電廠汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)安全的實(shí)際要求。顯然，要保證電廠設(shè)備安全運(yùn)行，就要加強(qiáng)在線監(jiān)測(cè)和診斷系統(tǒng)的高科技管理這一不可少的手段，因此，應(yīng)用汽輪機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，使預(yù)知維修取代傳統(tǒng)落后的事后維修和定期預(yù)防維修是歷史的必然。

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