基于狀態(tài)檢修的汽輪機(jī)檢修研究

侯伯男

摘要：隨著檢修技術(shù)的不斷發(fā)展，基于運(yùn)行狀態(tài)下的檢修技術(shù)已經(jīng)成為未來的發(fā)展方向，并已經(jīng)在汽輪檢修方面進(jìn)行了試驗(yàn)應(yīng)用。本文研究的重點(diǎn)就是結(jié)合狀態(tài)檢修的工作原理，分析了這種技術(shù)的組成，最后針對(duì)汽輪機(jī)的常用狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：狀態(tài)監(jiān)測(cè);檢修;汽輪機(jī)

1.狀態(tài)檢修基本工作原理

通常情況下設(shè)備從正常的運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)入故障狀態(tài)并不是一蹴而就的，在狀態(tài)信號(hào)方面會(huì)有一個(gè)逐步變化的過程，也就是說設(shè)備故障基本上都會(huì)一定的先兆，那么通過觀測(cè)這些先兆，就能夠盡早的發(fā)現(xiàn)潛在的故障隱患以及定位故障，這樣無疑能夠降低維修成本。也正是因?yàn)檫@些特征信號(hào)的存在，才能夠讓狀態(tài)檢修技術(shù)有了用武之地。所謂狀態(tài)檢修主要指的是根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的健康信號(hào)來進(jìn)行判斷設(shè)備故障情況，從而科學(xué)的制定檢修方案以及采用正確的檢修方法。狀態(tài)檢修的核心就是發(fā)現(xiàn)隱藏的故障點(diǎn)，做到提前預(yù)防，在必要時(shí)才會(huì)進(jìn)行針對(duì)性的檢修，避免設(shè)備產(chǎn)生更為嚴(yán)重的損壞或者故障。

對(duì)于汽輪機(jī)的狀態(tài)檢修來說，主要是通過檢測(cè)汽輪機(jī)在正常運(yùn)行下的參數(shù)差異，判斷汽輪機(jī)可能會(huì)發(fā)生的故障，然后再及時(shí)的進(jìn)行檢修，從而規(guī)避故障問題的擴(kuò)大風(fēng)險(xiǎn)。和傳統(tǒng)檢修模式相比，汽輪機(jī)的狀態(tài)檢修的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在下面幾個(gè)方面：（1）節(jié)省檢修維護(hù)成本。（2）延長(zhǎng)壽命。（3）提升效率和可靠性。

2.狀態(tài)檢修的構(gòu)成分析

2.1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)的核心內(nèi)容就是收集設(shè)備運(yùn)行的各種參數(shù)和信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)內(nèi)容包括了在線和離線兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)，汽輪機(jī)在火力發(fā)電廠的故障比率相對(duì)較高，目前我國(guó)在這方面的應(yīng)用也已經(jīng)取得了一定的成功，同時(shí)國(guó)內(nèi)有關(guān)科研院所也成功的開發(fā)了汽輪機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其中汽輪機(jī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用比較成熟。

2.2 狀態(tài)信息分析系統(tǒng)

通常設(shè)備的狀態(tài)信息都是一種離散模式，因此需要通過信息處理系統(tǒng)對(duì)這些檢測(cè)到的離散數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而提取設(shè)備可能出現(xiàn)的故障狀態(tài)，從而為狀態(tài)維修提供重要的指導(dǎo)。這種分析技術(shù)主要包括頻域、時(shí)域以及函數(shù)特性等分析方法，同時(shí)結(jié)合傅里葉變換等線性分析技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)處理。然后就能夠通過示波器來展現(xiàn)這些波形形狀，從而有助于檢修人員判斷識(shí)別。

2.3故障診斷專家系統(tǒng)分析

當(dāng)設(shè)備安裝了狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之后，這時(shí)候設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)就能夠錄入到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，然后在這個(gè)前提下構(gòu)建故障專家診斷系統(tǒng)，對(duì)這些狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷分析，從而對(duì)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并能夠獲得狀態(tài)信號(hào)的先兆量，這樣就能夠有效的幫助檢修人員獲得設(shè)備故障原因以及故障性質(zhì)等詳細(xì)信息，因此具有極強(qiáng)的指導(dǎo)性。故障診斷專家系統(tǒng)主要有知識(shí)庫、智能機(jī)以及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫等構(gòu)成，然后基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下的系統(tǒng)軟件來進(jìn)行智能分析和診斷。

2.4狀態(tài)檢修工作站

這種工作站主要是對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，并根據(jù)專家系統(tǒng)綜合分析設(shè)備的運(yùn)行狀況，然后給出設(shè)備未來的發(fā)展趨勢(shì)，如果存在故障的可能就會(huì)提出檢修建議。工作站能夠自動(dòng)生成汽輪機(jī)組的狀態(tài)報(bào)告，并能夠根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行和檢修的切入點(diǎn)分析具體的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，從而為設(shè)備的檢修提供最佳的方案和決策，通常這種狀態(tài)檢修工作站既能夠放在火力發(fā)電廠，也能夠放在某個(gè)具體的診斷中心，并有技術(shù)人員進(jìn)行集中分析。

3.汽輪機(jī)應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)的主要技術(shù)分析

3.1振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

如果設(shè)備存在故障，那么振動(dòng)規(guī)律就會(huì)出現(xiàn)改變，汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，振動(dòng)信號(hào)的信息相對(duì)較多，那么以振動(dòng)信號(hào)作為狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)就顯得極為重要。對(duì)于汽輪機(jī)組的故障診斷，主要結(jié)合機(jī)組信號(hào)檢測(cè)和線性數(shù)學(xué)等方法獲取相應(yīng)故障信息。目前汽輪機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，能夠?qū)ζ啓C(jī)的振幅和相位進(jìn)行全面檢測(cè)，同時(shí)對(duì)于不同的振動(dòng)信號(hào)能夠給出具體的原因，然后并提出具體的故障原因和檢測(cè)方法。

3.2 油液污染監(jiān)測(cè)技術(shù)分析

汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，油液就類似人類的血液，是一個(gè)非常重要的載體，因此分析油液的狀態(tài)就能夠有效的獲得汽輪機(jī)的健康狀態(tài)。如果汽輪機(jī)磨損嚴(yán)重，那么油液中的污染物就會(huì)增多，那么分析這些污染物的成分就能夠得知汽輪機(jī)的那些部位出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損，從而獲得相應(yīng)的故障信息。

3.3聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)

由于汽輪機(jī)中的各種管束，在不同環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作容易出現(xiàn)老化，再加上油液的腐蝕作用，也容易讓這些部位出現(xiàn)裂紋。然而這些裂紋在出現(xiàn)之前，金屬中的晶體結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生一些微弱的變化，而這種變化通過聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)就能夠有效監(jiān)測(cè)出來，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)管束等汽輪機(jī)內(nèi)部的零部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。而且聲發(fā)射技術(shù)還能夠準(zhǔn)確定位裂紋位置，因?yàn)楫?dāng)金屬出現(xiàn)裂紋或者開裂時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量應(yīng)變能，并且高壓流體開始從裂縫之處向外噴射，這種噴射在汽輪機(jī)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生激蕩和摩擦，于是就會(huì)出現(xiàn)聲發(fā)射波，最后被監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)并通過具體的數(shù)學(xué)運(yùn)算就能夠指出裂縫的位置。這種技術(shù)主要涉及到的參數(shù)包括了信號(hào)幅度和分布情況，以及頻譜和波形等。通常應(yīng)用在汽輪機(jī)的動(dòng)靜部件以及軸承等部分的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

3.4葉片和轉(zhuǎn)子應(yīng)力的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

汽輪機(jī)一個(gè)嚴(yán)重的故障就是葉片故障，國(guó)外在這方面的研究則相對(duì)成熟，能夠通過評(píng)估軟件對(duì)葉片的使用壽命進(jìn)行狀態(tài)評(píng)估。這個(gè)軟件主要針對(duì)葉片的尺寸數(shù)據(jù)和葉片在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)下的應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)并分析來實(shí)現(xiàn)壽命評(píng)估。轉(zhuǎn)子應(yīng)力評(píng)估技術(shù)則依據(jù)的是彈性應(yīng)力原理以及斷裂學(xué)原理來分析處理，從而推算汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子使用壽命。

3.5閥門監(jiān)測(cè)技術(shù)

這種技術(shù)主要是通過安裝在閥門上的應(yīng)變計(jì)來檢測(cè)閥門的應(yīng)力變化，從而分析閥門是否存在磨損或者潤(rùn)滑不足等故障。

3.6馬達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)

這種技術(shù)主要診斷的是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子模塊的相關(guān)電氣故障，針對(duì)電機(jī)電流以及振動(dòng)頻譜等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.7汽輪機(jī)性能監(jiān)測(cè)技術(shù)

應(yīng)用這種技術(shù)就是為了分析汽輪機(jī)運(yùn)行的性能變化，因?yàn)樾阅艿淖兓瘡哪撤N意義上來說，就是汽輪機(jī)的健康變化。由此可見，汽輪機(jī)的部分故障就能夠反映到汽輪機(jī)性能上，所以通過檢測(cè)汽輪機(jī)的性能狀態(tài)，就能夠有助于檢修人員獲得故障可能性。性能檢測(cè)的主要參數(shù)包括了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化、熱耗變化以及功率變化等。

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