汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法探討

楊揚(yáng)

引言

雖然我國(guó)水力發(fā)電以及風(fēng)力發(fā)電均得到了非常大的發(fā)展，可是現(xiàn)階段火力發(fā)電依然是我國(guó)的發(fā)電主力，并且在以后很長(zhǎng)的一段時(shí)間里面都會(huì)始終保持領(lǐng)先地位。而火力發(fā)電廠在發(fā)電的過程中，原動(dòng)機(jī)裝置就是汽輪機(jī)，所以汽輪機(jī)會(huì)對(duì)電廠發(fā)電效率產(chǎn)生直接的影響。通常汽輪機(jī)產(chǎn)生的故障大部分都在流通部分，所以，對(duì)汽輪機(jī)流通部分進(jìn)行有效的故障診斷是非常重要的，這樣可以減少汽輪機(jī)出現(xiàn)的故障，保證機(jī)組能夠安全有效地運(yùn)行。

1 汽輪機(jī)具體工作原理

在火力發(fā)電中，汽輪機(jī)所具備的優(yōu)點(diǎn)為：?jiǎn)螜C(jī)功率非常大，運(yùn)行效率比較高且使用壽命比較長(zhǎng)[1]。對(duì)于其工作原理總結(jié)為蒸汽透平。汽輪機(jī)利用旋轉(zhuǎn)方式把里面蒸汽所含的能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。

汽輪機(jī)里面的蒸汽來自鍋爐，當(dāng)蒸汽流進(jìn)到汽輪機(jī)內(nèi)缸里面后會(huì)遵循具體的動(dòng)能原理，依據(jù)一定秩序?qū)⑵渑渲脼榄h(huán)形，同時(shí)汽輪機(jī)里面的動(dòng)葉及噴嘴會(huì)通過蒸汽熱能，在實(shí)際運(yùn)行中生成相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。因?yàn)槠啓C(jī)轉(zhuǎn)化蒸汽所采用的方式不同，所以使得能量和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化率存在差異，汽輪機(jī)性能以及工作原理也不同。盡管汽輪機(jī)在性能及原理方面存在差異，可是其大致構(gòu)成基本相似，就是氣流通道部分都具備排氣缸、進(jìn)汽機(jī)構(gòu)以及通流部分。

2 通流部分具體工作原理

2.1 高壓部分

該部分壓力主要包含單列式類型的調(diào)節(jié)級(jí)壓力一個(gè)以及等級(jí)壓力級(jí)11 個(gè)，調(diào)節(jié)級(jí)葉片型式是一種三叉三銷聯(lián)體式，該沖動(dòng)式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度非常高；而壓力級(jí)葉片制作材料是方鋼，同時(shí)設(shè)置在靜葉持環(huán)上[2]。其根部設(shè)置在直槽內(nèi)層隔板，同時(shí)通過L 型填隙條鎖緊。把填隙條設(shè)置在直槽附加槽里面，同時(shí)把渦片制成一種倒T 型，鎖緊葉片以及葉槽。因?yàn)楦邏翰糠志哂蟹浅４蟮膲毫?，使用T 型能夠有效避免出現(xiàn)蒸汽泄漏事故。

2.2 中壓部分

該部分具備2×9 級(jí)，總共有18 級(jí)，組成部分主要是級(jí)數(shù)一樣的氣缸內(nèi)靜葉片與以及轉(zhuǎn)子輪上動(dòng)葉片[3]。該部分利用彈簧實(shí)現(xiàn)汽封從而保證轉(zhuǎn)子與葉片圍帶徑向間隙適中。

2.3 低壓部分

該通流部分的主要組成級(jí)數(shù)都是7 個(gè)等級(jí)的相應(yīng)氣缸內(nèi)靜葉片以及轉(zhuǎn)子輪上動(dòng)葉片。由于通流部分采用的是雙流式，所以總壓力級(jí)是28 級(jí)[4]。該部分利用彈簧汽封方式減小轉(zhuǎn)子與葉片圍帶徑向間隙，同時(shí)依靠彈簧的退讓以及撓曲來減小二者之間的摩擦力以及碰撞引發(fā)的封齒磨損。對(duì)于該部分靜葉片，有1～5級(jí)葉片是采用方鋼材質(zhì)通過銑制制作成的。

3 故障種類和產(chǎn)生的原因

通常汽輪機(jī)通流部分故障有兩大類，分別是突發(fā)性故障和漸變性故障。突發(fā)性故障主要包含：進(jìn)氣閥閥門桿發(fā)生突然斷裂脫落現(xiàn)象、動(dòng)葉或者靜葉出現(xiàn)突然斷裂脫落問題等。上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因大部分是由于通流部分面積突然改變而導(dǎo)致的。而漸變性故障主要包含通道結(jié)垢以及葉片磨損等。引發(fā)上述現(xiàn)象的原因大部分是由于汽輪的長(zhǎng)期使用使得通流通道里面長(zhǎng)期充斥著水汽，最后致使水垢堆結(jié)或是蒸汽里面雜質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間沖擊內(nèi)缸，使其被磨損，由于形成上述故障的時(shí)間非常長(zhǎng)所以被稱為漸變性故障。

對(duì)于壓力級(jí)故障以及軸封磨損故障，其中壓力級(jí)故障通常是由于通流通道長(zhǎng)時(shí)間使用后結(jié)有大量塵垢或缸內(nèi)葉片出現(xiàn)斷裂以及脫落現(xiàn)象。當(dāng)故障發(fā)生的時(shí)候一般會(huì)出現(xiàn)通道面積突然發(fā)生變化的現(xiàn)象，面積改變導(dǎo)致調(diào)節(jié)級(jí)壓力升高，使得部件出現(xiàn)故障。另一種軸封磨損故障，大部分都是因?yàn)槠啓C(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行停止和負(fù)載力改變的時(shí)候，由于操作不當(dāng)?shù)仍蚴沟幂S封發(fā)生激烈碰撞及摩擦，從而提高了軸封磨損度，使得徑向間隙變大，最后汽缸出現(xiàn)漏氣問題[5]。

對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)以及調(diào)節(jié)汽門出現(xiàn)的故障，該故障出現(xiàn)幾率是所有故障中最高的，引發(fā)故障的主要原因是調(diào)節(jié)級(jí)以及調(diào)節(jié)汽門在運(yùn)行中承受的溫度以及壓力都非常高，汽輪機(jī)大部分焓降基本上都落在這里，使得這兩處長(zhǎng)期承受交變熱應(yīng)力帶來的壓迫，漸變時(shí)出現(xiàn)磨損或腐蝕現(xiàn)象，最后導(dǎo)致進(jìn)汽閥閥門桿出現(xiàn)斷裂或門芯脫落現(xiàn)象，情況嚴(yán)重的時(shí)候甚至出現(xiàn)葉片斷裂故障。因?yàn)楦變?nèi)氣流循環(huán)非常活潑，并且脫落金屬碎屑隨著氣流會(huì)不斷沖擊汽門以及調(diào)節(jié)級(jí)，提升汽門以及調(diào)節(jié)級(jí)磨損度，同時(shí)使得流通道堵塞問題更加嚴(yán)重。

4 檢查以及診斷故障

對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行故障診斷時(shí)采取的方式非常多，能夠依據(jù)故障特征確定故障性質(zhì)，圖1 為以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的故障診斷系統(tǒng)具體診斷流程。

4.1 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查

汽輪機(jī)通流部分出現(xiàn)故障會(huì)使得汽輪機(jī)機(jī)組所具有的負(fù)荷能力降低，診斷汽輪機(jī)流通部分故障的時(shí)候首先應(yīng)該在實(shí)際操作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行認(rèn)真全面的檢查。如果沒有找到明顯誘因就應(yīng)該檢查6 級(jí)高調(diào)門的具體開啟狀態(tài)和實(shí)際運(yùn)行情況，如果有異常聲響發(fā)出就應(yīng)該檢查門前后的具體壓力，如果壓力降低值比較那么就能夠確定不是門芯掉落引起的故障。

圖1 診斷流程圖

4.2 對(duì)比熱參數(shù)

監(jiān)測(cè)汽輪機(jī)里面各項(xiàng)數(shù)據(jù)時(shí)，如果通流部分出現(xiàn)故障，汽輪機(jī)蒸汽壓力以及調(diào)節(jié)壓力均將出現(xiàn)顯著上升的趨勢(shì)。把汽輪機(jī)在打開所有高調(diào)門條件下的具體最高工況當(dāng)作標(biāo)桿，當(dāng)負(fù)荷一樣的時(shí)候比較所有高調(diào)門打開的具體參數(shù)。如果氣流量以及調(diào)節(jié)級(jí)壓力均出現(xiàn)明顯下降的現(xiàn)象，那么就能夠確定故障很可能是異物堵塞通道使得通流面積明顯變小。

4.3 比較通流部分的具體效率

把汽輪機(jī)在打開所有高調(diào)門條件下的具體最高工況當(dāng)作標(biāo)桿，當(dāng)負(fù)荷一樣的時(shí)候，如果調(diào)節(jié)級(jí)效率顯著降低，高壓缸的效率也出現(xiàn)下降趨勢(shì)，可是下降幅度不大，那么能夠確定故障原因主要在調(diào)節(jié)級(jí)上。

5 結(jié)束語(yǔ)

汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，流通部分產(chǎn)生的作用非常重要，所以有效診斷流通部分故障是非常有必要的。對(duì)流通部分進(jìn)行故障診斷的時(shí)候，不僅有上述筆者介紹的通用方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，同時(shí)還有模糊推理以及遺傳算法等，就是利用模型或者是函數(shù)計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，從而對(duì)故障發(fā)生位置和類型進(jìn)行推斷，然后有效處理汽輪機(jī)故障，為汽輪機(jī)的安全有效運(yùn)行提供一定的保障。

[1]江寧，李政.核電汽輪機(jī)通流部分性能監(jiān)測(cè)與故障診斷[J].核動(dòng)力工程，2004（01）：4～7.

[2]陳國(guó)強(qiáng)，葉春.汽輪機(jī)通流部分的故障診斷[J].動(dòng)力工程，2004（01）：98～101.

[3]陳紅，張翼，蘇鐵熊，等.300MW 汽輪機(jī)通流部分存在的問題及處理建議[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2015（01）：78～80.

[4]曹麗華，周云龍，李勇，等.汽輪機(jī)通流部分故障診斷基準(zhǔn)值的研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2009（02）：132～134+115.

[5]周云龍，曹麗華，徐偉，等.汽輪機(jī)通流部分間隙變化對(duì)相對(duì)內(nèi)效率和功率的影響[J].熱力發(fā)電，2010（03）：90～92+96.