淺析汽輪機斷葉片的監(jiān)測判斷

蘇文杰

摘 要：隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，汽輪機應(yīng)用程度逐漸加深。加強研究汽輪機斷葉片監(jiān)測與判斷具有十分重要的意義。汽輪機運行過程中，因為設(shè)計運行過程中相關(guān)原因，可能會存在葉片損傷或者是損壞事件，進而嚴重影響機組運行的安全性。文章結(jié)合實際工作情況，具體探究模態(tài)分析以及模糊模式條件下的葉片故障診斷。并在這個過程中具體分析了斷葉片診斷系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：汽輪機；斷葉片；檢測診斷

通過對汽輪機運行過程中葉片震動波動情況以及突生情況進行分析，能夠準確判定與區(qū)分軸系之間造成的摩擦與斷葉片故障情況。而為了能夠從根本上有效防止發(fā)生事故造成的破壞擴大，需要根據(jù)同類型技術(shù)故障進行分析，因此，汽輪機斷葉片的診斷具有十分重要的意義。

1 汽輪機斷葉片概述

汽輪機機組在長時間運作的過程中，葉片可能會發(fā)生損壞。損壞的類型主要包括兩個方面：其一，葉片損壞。其主要形式包括汽輪機葉片沖刷汽蝕、汽輪機葉片蜂窩狀麻點以及銹蝕等問題，這些問題都有可能造成葉片使用的經(jīng)濟性下降與安全問題；其二，葉片損傷。造成葉片出現(xiàn)損傷的主要形式包括裂紋、折斷以及斷裂扭彎等情況，這種情況下，葉片可能會喪失基本功能，并在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生巨大的破壞效果。葉片損害通常情況下會發(fā)生在葉片、根以及拉肋等位置上。這些位置出現(xiàn)損壞的情況較為嚴重。汽輪機不同級葉片發(fā)生損壞時候位置并不均勻。根據(jù)美國在進行汽輪機斷葉片方面的實驗數(shù)據(jù)顯示，葉片發(fā)生事故的時候，通常情況下問題產(chǎn)生于低壓缸內(nèi)部。其中氣壓缸內(nèi)部末級發(fā)生問題的幾率為20%，次末級發(fā)生問題的幾率為58%、除此之外，問題多集中在高壓區(qū)1級位置。日本曾經(jīng)對其進行了大量的實驗，結(jié)果同美國實驗相仿。

2 葉片段落故障原因

當汽輪機葉片出現(xiàn)故障時，根據(jù)故障情況而定，葉片段落故障為汽輪機故障當中問題最為嚴重的一個方面。汽輪機斷葉片問題產(chǎn)生的現(xiàn)象相對明顯，從內(nèi)容上看，其現(xiàn)象具有幾個方面的表現(xiàn)：

首先，汽輪機的內(nèi)部或者是凝汽器的內(nèi)部出現(xiàn)聲響。其次，汽輪機機組發(fā)生明顯震動變化情況，并伴隨產(chǎn)生瞬間抖動，軸向推力也會伴隨發(fā)生溫度變化。再次，汽輪機的葉片出現(xiàn)較為明顯的損傷，會明顯改變通流面積。在相同負荷情況下，蒸汽流量、汽門開度以及監(jiān)視段壓力情況都會發(fā)生變化。另外，汽輪機當中的抽氣口發(fā)生葉片斷裂后，會進入到抽汽管道當中，可能造成抽汽逆止門發(fā)生阻塞，并進一步令加熱器出現(xiàn)損壞，使加熱器的水位不斷上升。最后，斷葉片可能會吹入凝汽器當中破壞銅管，進而造成導(dǎo)電度上升。

通過對近年來大型汽輪機組的葉片故障情況統(tǒng)計分析，葉片發(fā)生故障的主要原因有：

（1）設(shè)計制造原因。在設(shè)計制造過程中，葉片振動特性掌握不準，制造缺少經(jīng)驗，在運行中產(chǎn)生共振現(xiàn)象；設(shè)計準則不合理，葉片設(shè)計動力不足；結(jié)構(gòu)不合理，以致應(yīng)力集中；葉根結(jié)構(gòu)不當；這一系列原因都容易引起葉片故障的發(fā)生。

（2）運行方面原因。頻率不穩(wěn)定，長時間低頻率運行，使葉片自激振動增加，容易損壞葉片；蒸汽品質(zhì)不符合規(guī)范，可使葉片結(jié)垢，通流面積減小，各級焓降增加，葉片應(yīng)力增大。汽機超出力運行，將使末一、二級葉片焓降增加而嚴重過負荷，葉片強度超限而斷裂；葉片的腐蝕損傷常發(fā)生在開始進入濕蒸汽各級，由于腐蝕介質(zhì)的影響，將使葉片材料抗振強度急劇下降。

（3）外來原因。外來的機械雜物穿過濾網(wǎng)進入汽輪機，或濾網(wǎng)本身損壞進入汽輪機從而造成葉片損傷。

（4）老化原因。延長使用期是電廠的習慣作法，結(jié)果是葉片老化，因蠕變、磨蝕、銹蝕而損壞的情況有所增多。

3 葉片的故障診斷

3.1 故障診斷

采用震動分析方法對葉片故障問題尤其是斷葉片進行監(jiān)測與判斷十分有效。震動問題主要產(chǎn)生在葉片運動過程中，是葉片運動遇到的最為主要的問題。除此之外，振動信號最容易獲取，也便于葉片故障診斷檢測。因此，當前針對葉片診斷的主要方法是模態(tài)分析以及模糊模式判別。

3.1.1 模態(tài)分析

我國從事汽輪機技術(shù)研究的研究人員通過使用模態(tài)分析的方式，對葉片模態(tài)情況下的剛度變化進行了研究，并以此作為判斷葉片故障情況的依據(jù)。模態(tài)分析主要是對汽輪機的葉片震動情況進行分析，以此達到確保汽輪機機組安全性運行的技術(shù)手段。

3.1.2 模糊模式分析

針對汽輪機進行短時傅里葉方法分析以及小波多分析，能夠準確判斷葉片上的裂紋故障。另外，采用模糊視線原理對葉片裂紋與相關(guān)位置進行判定與找出，可以使用實測振動信號以及標準故障進行比較分析。

3.2 葉片故障診斷系統(tǒng)分析

3.2.1 汽輪機斷葉片裂紋診斷主要檢測是旋轉(zhuǎn)機械當中的故障問題。目前，國內(nèi)外對這方面的研究已經(jīng)十分成熟。通常情況下，當前研究監(jiān)測系統(tǒng)主要采用的是聲學(xué)多普勒信號系統(tǒng)對葉片進行裂紋監(jiān)測。這一系統(tǒng)能夠沿著葉片圓周方向設(shè)置2個或者是2個以上的高靈敏度拾音計。拾音計在激光鑒相器的控制下采集葉片振動的聲波信號，利用裂紋擴展導(dǎo)致葉片固有頻率波動時產(chǎn)生的諧振事件來監(jiān)視葉片裂紋的產(chǎn)生，并采用時域同步平均降噪。

3.2.2 美國著名的西屋公司設(shè)計研發(fā)了雙探頭葉片振動監(jiān)測設(shè)備，這種設(shè)備能夠充分對汽輪機葉片進行多種角度與模態(tài)的監(jiān)測。同時，還可以應(yīng)用在損壞情況監(jiān)測方面以及評價修復(fù)工作當中，是制定修復(fù)和檢驗方案過程中一項十分重要的設(shè)備。

3.2.3 汽輪機斷葉片監(jiān)測還包括DM-NT集散式的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)以及RD-ES葉片監(jiān)測判斷系統(tǒng)。這種系統(tǒng)當中存在幾個方面的特點：系統(tǒng)容量較大，信道多且數(shù)據(jù)處理能力相對更強。系統(tǒng)狀態(tài)以及工況的監(jiān)測能力強。系統(tǒng)對信號的采集速度也相對較快，能夠支持遠程傳輸。另外，就是系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能分析診斷，完成自動化相關(guān)任務(wù)。

3.2.4 除此之外，日本多家公司也在汽輪機葉片震動檢測設(shè)備研究方面具有十分卓越的研究成果。三菱重工研究企業(yè)就根據(jù)汽輪機葉片震動情況研制了光學(xué)探頭測量震動設(shè)備。前蘇聯(lián)主要根據(jù)電子射線方式研究開發(fā)了段相位法測量振動模式。西安熱工通過對汽輪機葉片動頻以及動應(yīng)力情況的研究，形成了無線電遙感技術(shù)監(jiān)測葉片斷裂紋。但是基于對應(yīng)變片使用壽命的限制性條件的考慮，該種技術(shù)不能實現(xiàn)對葉片的長期監(jiān)測任務(wù)。

4 結(jié)束語

文章主要論述了汽輪機斷葉片的檢測與判別工作，并在此基礎(chǔ)上對葉片診斷方法進行了簡要診斷分析。文章結(jié)合實際工作情況，具體探究模態(tài)分析以及模糊模式條件下的葉片故障診斷。并在這個過程中具體分析了斷葉片診斷系統(tǒng)。通過上述中的內(nèi)容，能夠清晰的發(fā)現(xiàn)汽輪機斷葉片診斷檢測判別工作的重點與關(guān)鍵。希望能夠根據(jù)文章，在今后汽輪機斷葉片診斷工作有所借鑒意義。

參考文獻

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