汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法分析

黃毅

摘 要：在火電廠中，汽輪機(jī)作為原動(dòng)機(jī)發(fā)揮著重要的作用。其中，通流部分的安全運(yùn)行對(duì)電廠的影響較大。通過(guò)闡述火電廠汽輪機(jī)的工作原理，闡述了汽輪機(jī)通流部分的具體工作原理，介紹了汽輪機(jī)通流部分的故障類(lèi)型及其原因，并介紹了以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為主的故障診斷方法，希望對(duì)提高汽輪機(jī)的生產(chǎn)效率提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；通流部分；運(yùn)行原理；突發(fā)故障

中圖分類(lèi)號(hào)：TK267 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）24-0119-02

目前，火力發(fā)電依然作為電力發(fā)電的主要手段之一，其發(fā)電量占總發(fā)電量的80%，并會(huì)在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持領(lǐng)先地位。汽輪機(jī)作為火力發(fā)電廠的原動(dòng)機(jī)裝置，直接影響著電廠的發(fā)電效率。在汽輪機(jī)中，故障多發(fā)生于通流部分。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)通流部分的故障診斷，以降低汽輪機(jī)的故障發(fā)生率，從而確保機(jī)組的安全運(yùn)行。

1 汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

汽輪機(jī)又稱(chēng)“蒸汽透平”，是通過(guò)能量與功率之間的轉(zhuǎn)化，以旋轉(zhuǎn)方式將蒸汽能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功的大型機(jī)械。汽輪機(jī)被廣泛用于火力發(fā)電中的原動(dòng)力機(jī)械設(shè)備，它可以直接被用于驅(qū)動(dòng)各類(lèi)以火力方式為動(dòng)力原理的泵體、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和船舶螺旋槳等。同時(shí)，還可利用汽輪機(jī)排汽或中間抽汽時(shí)所產(chǎn)生的汽熱供熱。汽輪機(jī)具有單機(jī)功率大、效率高和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，其工作原理是將蒸汽中的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。鍋爐中的蒸汽送入汽輪機(jī)后，按照動(dòng)能原理進(jìn)行具有一定秩序的環(huán)形配置，運(yùn)用動(dòng)葉和噴嘴將蒸汽中攜帶的熱能轉(zhuǎn)化成為轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。不同的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)化蒸汽的方式不同，能量與功之間的轉(zhuǎn)換方式各有差距，進(jìn)而形成了不同性能、原理的汽輪機(jī)，而不同汽輪機(jī)中用于做功的汽流通道都是由進(jìn)汽機(jī)構(gòu)、各級(jí)通流部分的葉柵和排汽缸組成的。

2 汽輪機(jī)通流部分的工作原理

汽輪機(jī)的通流部分由高、中和低壓部分組成，共計(jì)58級(jí)。其中，高壓由調(diào)節(jié)級(jí)和1l級(jí)壓力級(jí)組成，高壓通流部分由1個(gè)單列調(diào)節(jié)級(jí)和11級(jí)壓力級(jí)組成，調(diào)節(jié)級(jí)的葉片結(jié)構(gòu)為沖動(dòng)式的三叉三銷(xiāo)三聯(lián)體葉片結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是具有良好的強(qiáng)度，11級(jí)靜葉由方鋼制成，均安裝于靜葉持環(huán)上，其各葉的葉根與其圍帶焊接在一起，安裝于靜葉持環(huán)上直槽內(nèi)的隔板上，并均用一系列的L型填隙條鎖緊，填隙條安裝在直槽內(nèi)層特為其加工的附加槽內(nèi)，其動(dòng)葉葉片由方鋼制成，可控的渦葉片為倒T型葉根，末葉片與末葉槽的連接方式為鎖緊式，因高壓部分的壓力較高，所以采用了T型的葉根結(jié)構(gòu)作為防蒸汽泄漏的手段。中壓通流部分為2×9級(jí)，由裝在汽缸內(nèi)靜葉持環(huán)上的靜葉片和裝在轉(zhuǎn)子葉輪上具有相同級(jí)數(shù)的動(dòng)葉片組合而成，其彈簧退讓式的汽封可保持轉(zhuǎn)子與葉片圍帶間僅有較小的徑向間隙，一旦發(fā)生摩擦或碰撞時(shí)，其彈簧可發(fā)生撓曲，從而減小汽封齒的磨損程度，其靜葉片由方鋼銑制成，采用了葉根與整體圍帶焊接的結(jié)構(gòu)，形成了整圈隔板，其水平中分面鋸開(kāi)后可分為上、下兩半。低壓通流部分為雙流2×（2×7）級(jí)，由安裝在汽缸或靜葉持環(huán)上的7級(jí)靜葉片和安裝在轉(zhuǎn)子上相同級(jí)數(shù)的動(dòng)葉片組成，其彈簧退讓式汽封可保持轉(zhuǎn)子于葉片圍帶間有較小的徑向間隙，當(dāng)發(fā)生摩擦和碰撞時(shí)，其彈簧會(huì)產(chǎn)生撓曲，從而減小汽封齒的磨損程度，其第1～5級(jí)的靜葉片由方鋼銑制成，采用葉根與整體圍帶相連的結(jié)構(gòu)，形成了整圈隔板，水平中分面鋸開(kāi)后可分為上、下兩半，而安裝在內(nèi)缸或靜葉持環(huán)直槽內(nèi)的隔板采用一系列的L型塞緊條鎖緊，塞緊條安裝在直槽內(nèi)的附加槽內(nèi)，并沖鉚脹緊。

3 汽輪機(jī)通流部分的故障類(lèi)型

汽輪機(jī)通流部分的故障可歸納為2大類(lèi)：①突發(fā)故障。主要包括進(jìn)汽閥門(mén)閥桿斷落、葉片脫落和斷裂等現(xiàn)象，突發(fā)問(wèn)題多因通流部分的面積發(fā)生突變而引起。②因通流通道長(zhǎng)期結(jié)垢、磨損而引起的漸變性故障。主要體現(xiàn)在以下2方面。

3.1 調(diào)節(jié)汽門(mén)和調(diào)節(jié)級(jí)故障

在汽輪機(jī)中，調(diào)節(jié)汽門(mén)和調(diào)節(jié)級(jí)故障率最高，主要是因其在運(yùn)行時(shí)的壓力、溫度較高，汽輪機(jī)的多數(shù)焓降由這2個(gè)部位負(fù)擔(dān)，導(dǎo)致調(diào)節(jié)級(jí)在長(zhǎng)時(shí)間交變熱應(yīng)力的作用下出現(xiàn)破損、腐蝕等現(xiàn)象，進(jìn)而造成閥門(mén)閥桿或葉片斷裂。此外，通流通道中的金屬碎屑脫落后會(huì)磨損汽門(mén)和調(diào)節(jié)級(jí)，進(jìn)而加劇了通道的堵塞程度。

3.2 壓力級(jí)故障和軸封磨損

壓力級(jí)產(chǎn)生的故障多為通道結(jié)垢和葉片斷裂等現(xiàn)象。發(fā)生故障時(shí)，通道面積會(huì)有所改變，進(jìn)而改變了調(diào)節(jié)級(jí)后壓力值。此外，多發(fā)故障還表現(xiàn)為軸封的磨損，即在汽輪機(jī)啟?；蜃兏?fù)載時(shí)，因誤操作等原因而引起軸封間碰撞、接觸，進(jìn)而增加了軸封磨損和各缸漏汽的程度。

4 汽輪機(jī)通流部分的故障分析

綜上所述，汽輪機(jī)通流部分故障的原因多為壓力、溫度或流量等熱力學(xué)參數(shù)的變化。當(dāng)調(diào)節(jié)汽門(mén)或調(diào)節(jié)級(jí)發(fā)生故障時(shí)，調(diào)節(jié)級(jí)后壓力值也會(huì)隨之改變。如果調(diào)節(jié)汽門(mén)閥桿斷裂或結(jié)垢，則會(huì)縮小通道面積，蒸汽在通過(guò)調(diào)節(jié)級(jí)后會(huì)產(chǎn)生額外的節(jié)流，進(jìn)而引起調(diào)節(jié)級(jí)的壓力下降。壓力級(jí)故障與調(diào)節(jié)級(jí)故障類(lèi)似，會(huì)引起通道面積的變化。

5 汽輪機(jī)通流部分故障的診斷方法

在汽輪機(jī)故障的診斷方法中，常用的包括熱力參數(shù)診斷和振動(dòng)診斷。隨著研究的深入和相關(guān)科技的發(fā)展，現(xiàn)階段提出了更為智能化的診斷方法。下面以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例對(duì)故障診斷進(jìn)行闡述。

5.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷原理

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種源于動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的算法研究，具備自學(xué)和自適應(yīng)功能，在預(yù)先提供相應(yīng)輸入、輸出信號(hào)的前提下，可根據(jù)二者間的聯(lián)系進(jìn)行系統(tǒng)建模，并基于此處理新輸入的數(shù)據(jù)，從而獲得相應(yīng)的輸出結(jié)果。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要包括輸入層、隱層和輸出層。其中，輸入層可將接收到的輸入信號(hào)傳遞至隱層中，并在隱層的傳遞函數(shù)中處理信號(hào)，從而使輸出結(jié)果不同于輸入層。在汽輪機(jī)的故障診斷系統(tǒng)中，將汽輪機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)作為輸入信號(hào)，并利用一定的算法，可診斷故障類(lèi)型。

5.2 汽輪機(jī)故障診斷的流程

汽輪機(jī)故障診斷的形式較為多樣，可通過(guò)故障特征判別故障的性質(zhì)?；谌斯ど窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷系統(tǒng)的診斷流程如圖1所示，即基于SQL和matlab平臺(tái)收集、處理汽輪機(jī)各種運(yùn)行工況（包括正常、故障等情況）的數(shù)據(jù)，包括汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷變化、主汽流量、溫度、壓力、調(diào)節(jié)級(jí)后壓力、再熱壓力、溫度等特征參數(shù)值，并在數(shù)據(jù)預(yù)處理中加工特征量，使其轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)輸入到故障診斷程序中，進(jìn)而可判斷故障類(lèi)型和故障原因。

汽輪機(jī)可能發(fā)生的故障問(wèn)題多種多樣，故障原理也不盡相同，且基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型存在局限性。因此，可通過(guò)不同的故障實(shí)例對(duì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型加以補(bǔ)充。另外，因神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建立需要訓(xùn)練樣本，在選擇樣本數(shù)據(jù)時(shí)，

應(yīng)刪除相互間矛盾的數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)，且保證故障樣本的數(shù)量與正常樣本的數(shù)量具有一定的比例，使模擬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與實(shí)際情況盡量接近，從而提高故障判斷的準(zhǔn)確性。

6 結(jié)束語(yǔ)

在汽輪機(jī)中，通流部分發(fā)揮著重要的作用，但無(wú)論是傳統(tǒng)的熱力參數(shù)診斷、振動(dòng)診斷，還是當(dāng)前的智能化診斷技術(shù)，都無(wú)法完全、準(zhǔn)確地判斷汽輪機(jī)可能發(fā)生的故障。因此，研發(fā)人員應(yīng)繼續(xù)研究汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)熱力參數(shù)的變化特征，補(bǔ)充故障樣本，提高故障診斷技術(shù)的準(zhǔn)確性，從而確保電廠發(fā)電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]周昭濱，巫樟泉，張德軒，等.汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法研究綜述與展望[J].電站系統(tǒng)工程，2014（05）.

[2]董曉峰，顧煜炯，楊昆，等.汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010（35）.

[3]毛健，趙紅東.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及應(yīng)用[J].電子設(shè)計(jì)工程，2011（24）.

〔編輯：張思楠〕endprint