燃氣輪機氣路故障診斷技術(shù)探討 Discussion on Fault Diagnosis Technology of Gas Turbine Gas Circuit

霍志勇 HUO Zhi-yong 齊立武 QI Li-wu 劉齊 LIU Qi

摘要：燃氣輪機在我國的應(yīng)用較為廣泛，是動力輸送過程中不可缺少的重要設(shè)備。燃氣輪機可靠性很強，安全系數(shù)極高，整體機構(gòu)具有良好的緊密性，產(chǎn)熱性能十分優(yōu)良，所以在我國交通運輸、天然氣行業(yè)中得到了大范圍使用。鑒于此，本文即對燃氣輪機進行了深入分析，闡述了幾種典型的氣路故障，并結(jié)合故障問題，制定了具有一定可行性的診斷辦法，僅供參考。

Abstract： Gas turbines are widely used in my country， and they are indispensable important equipment in the process of power transmission. The gas turbine has strong reliability， extremely high safety factor， good compactness of the overall structure， and excellent heat production performance. Therefore， it has been widely used in my country's transportation and natural gas industries. In view of this， this article has conducted an in-depth analysis of gas turbines， expounded several typical gas circuit failures， and combined the failure problems， formulated a feasible diagnosis method， which is for reference only.

關(guān)鍵詞：燃氣輪機;氣路故障;診斷技術(shù)

Key words： gas turbine;gas circuit failure;diagnosis technology

中圖分類號：U664.131? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）22-0129-02

0? 引言

燃氣輪機的優(yōu)點很多，諸如體積非常小，運行效率高，啟動速度快，不會對環(huán)境造成太大影響，所以在工業(yè)和船舶動力等領(lǐng)域中的應(yīng)用極為普遍。但是，在燃氣輪機運行期間，由于受到的干擾因素非常多，再加上燃氣輪機需要長時間在高溫、高壓環(huán)境下工作，最終導致燃氣輪機出現(xiàn)了氣路故障問題，對燃氣輪機運行造成了極為危害。對此，一定要對故障認真檢查，及早發(fā)現(xiàn)，快速排除。

1? 燃氣輪機氣路故障表現(xiàn)及原因分析

燃氣輪機若長時間負荷運行，無論是在性能發(fā)揮方面，還是在質(zhì)量安全上，都無法維持原狀，并且會出現(xiàn)各種故障問題，類型不一，故障對象除了會在葉片上有所表現(xiàn)之外，還會體現(xiàn)在燃燒室等。就目前來看，在對氣路故障診斷過程中，應(yīng)用的方法相對較多，智能化以及現(xiàn)代化特點明顯，維修人員一定要加強重視，合理應(yīng)用。通常情況下，燃氣輪機發(fā)生故障之后，性能參數(shù)會發(fā)生一定改變，雖然各種氣路故障的特征不同，但最終都會導致燃氣輪機性能參數(shù)出現(xiàn)變化。經(jīng)分析，燃氣輪機運行時，周邊的環(huán)境較為惡劣，應(yīng)用的燃料類型也大不相同，這些因素的存在，會對長時間運行中的熱通路狀態(tài)產(chǎn)生很大影響，最終引發(fā)一系列的燃氣輪機氣路部件故障。在電力工業(yè)中，燃氣輪機在陸地上工作，很容易出現(xiàn)結(jié)垢問題，諸如因為灰塵以及燃料重油使得燃氣輪機熱路部件。而在水中工作的船舶，水帶來的水霧，海水帶來的鹽分，船舶上的油煙等原因，都會導致汽輪機熱通路部件冷端、熱端腐蝕等故障出現(xiàn)。

2? 燃氣輪機氣路故障現(xiàn)象分析

由于受到的干擾因素比較多，燃氣輪機在運行期間經(jīng)常會出現(xiàn)氣路故障問題，不僅對設(shè)備的運行造成一定影響，還會產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟損失，必須要做好故障診斷工作，及時處理故障問題。

2.1 壓氣機葉片積垢

現(xiàn)階段，在燃氣輪機是運行中，葉片積垢是出現(xiàn)頻率較高的氣路故障。分析得知，每千瓦燃氣輪機運行24小時，需要吸收的空氣是半噸，即便是經(jīng)過處理，但依舊有微粒進入到燃氣輪機中，對于這些微粒而言，會在葉片的表面附著，長時間下來，葉片的表面沉積物會變得越來越多，及時處理便會出現(xiàn)，機構(gòu)隨著機組運行時間的不斷加長，這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)象會逐漸加重，最終對燃氣輪機的整體性能造成了較大影響[1]。

2.2 壓氣機葉片磨損和腐蝕

在燃氣輪機運行階段，如若空氣中含有鹽分或者固體顆粒對葉片的表面造成打擊，會出現(xiàn)劃痕現(xiàn)象，最終使得表面越來越粗糙。并且，喉部通道面積以及葉片型面的改變，會對葉面的整體氣動性能造成影響，阻力系數(shù)增大，在出現(xiàn)磨損或者腐蝕故障時，通流面積會隨之增加，隨之而來的，流量也會越來越大。

2.3 壓氣機葉片機械損傷以及噴嘴腐蝕

燃氣輪機具體運行過程中，由于物體會對流道內(nèi)表面造成一定的撞擊，諸如液體燃料中的顆粒以及燃氣機輪自身部件脫落等。如果出現(xiàn)液體燃料中顆粒撞擊的情況，會對燃氣輪機造成損傷。通常，燃氣輪機本身內(nèi)部部件脫落，屬于自身物體損傷，而前者則屬于外來物損傷，機械損傷會導致燃氣輪機性能大大降低。

燃氣輪機在運行期間，燃油在燃燒完以后會產(chǎn)生大量的腐蝕性氣體，包括硫化氫等。如果氣溫相對較高，氣體便會進入渦輪與之發(fā)生化學反應(yīng)，對渦輪噴嘴造成了嚴重的腐蝕，影響了燃氣輪機的穩(wěn)定運行。通常情況下，如若渦輪噴嘴出現(xiàn)了腐蝕問題，渦輪通流面積會進一步擴大，流量大大增加，最終導致故障問題出現(xiàn)，若不能及時處理，甚至會導致故障問題會越來越嚴重，縮短了燃氣機組的整體使用年限[2]。

3? 燃氣輪機氣路故障診斷思路分析

面對當前燃氣輪機出現(xiàn)的氣路故障問題，為了能實現(xiàn)徹底解決的目標，在實際診斷階段，一定要結(jié)合實際現(xiàn)狀，明確具體的診斷思路。

假設(shè)被診斷的對象所有可能出現(xiàn)的狀態(tài)，無論是正常狀態(tài)，還是故障狀態(tài)，全部涵蓋其中，并形成狀態(tài)空間。在這一空間內(nèi)部，可以測量特征參數(shù)的所有可能取值范圍會組成一個特征空間。系統(tǒng)在運行階段，如果達到了某一狀態(tài)S時，其特征可以確定下來，具體看做y，同時存在映射g。

g：S——y

如果情況與之相反，一定的特征也會和確定的狀態(tài)相對應(yīng)，有映射f存在：

f：S——y

若特征空間與狀態(tài)空間的映射關(guān)系是一對一，則需要由特征征兆可唯一地確定系統(tǒng)狀態(tài)。對燃氣輪機氣路故障進行診斷，最為主要的目是要結(jié)合可測量參數(shù)的疏實際變化情況，對系統(tǒng)進行精準判斷，了解系統(tǒng)的實際運行現(xiàn)狀，正處于何種狀態(tài)，最終準確地將映射f找到。燃氣輪機在運行期間，存在的某一物理問題就是狀態(tài)空間中的某一個狀態(tài)，而測量參數(shù)的變化就是其所對應(yīng)的特征。

4? 燃氣輪機氣路故障診斷技術(shù)分析

在燃氣輪機運行過程中，對于出現(xiàn)的氣路故障，為了能高效解決，讓燃氣輪機運行更加可靠穩(wěn)定，必須要結(jié)合具體問題，有針對性地采取診斷技術(shù)，保證故障問題出現(xiàn)幾率在降低的同時，還能有效減少故障所產(chǎn)生的經(jīng)濟損失。

4.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)分析

為從根本上解決技術(shù)故障問題，在實際診斷過程中，可以對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)進行利用，確保燃氣輪機的運行能穩(wěn)定可靠。在對該方法應(yīng)用期間，主要是從映射的層面來對燃氣輪機的運行現(xiàn)狀加以分析，了解并判斷是否有故障問題存在。在具體判斷過程中，需要對氣路故障的征兆到故障源一系列過程加以映射。借助這一方法，可以獲得良好的聯(lián)想記憶能力，非線性很高，能大大提升故障診斷的效率，有利于燃氣輪機的良好運行。但是，在對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)運用期間，存在的缺點也較為明顯。比如：在診斷燃氣輪機氣路故障時，該方法不能得出系統(tǒng)內(nèi)部一些潛在的信息，在診斷時也無法精準且細致地進行描述，相當于借助黑箱的方式來對故障進行診斷，整體的效率不高。并且，在借助這一方法診斷期間，專業(yè)的人員數(shù)量不多，因為該方法對技術(shù)人員的要求相對較高，所以必須要通過培訓的方式來提升診斷人員的能力和水平，可以準確熟練地掌握該方法[3]。針對沒有參加培訓的人員，在對燃氣輪機氣路故障診斷期間，大多是憑借工作經(jīng)驗進行，根本無法熟練操作這一手段，在對故障進行診斷時，所得到的結(jié)論極有可能出現(xiàn)錯誤。由此可見，借助該方式來對燃氣輪機氣路故障加以診斷，在實際使用期間存在的難度相對較大，必須有專業(yè)的人員才能開展相應(yīng)工作。

4.2 專家系統(tǒng)診斷技術(shù)

在燃氣輪機氣路故障早期診斷過程中，有效地對專家系統(tǒng)診斷技術(shù)進行利用，也能有效促進診斷效率的提高。運用這一技術(shù)，需要建立在規(guī)則的基礎(chǔ)上，專家在實際工作期間，要探索以及總結(jié)燃氣輪機氣路故障現(xiàn)象，從而獲得相應(yīng)的規(guī)則。簡而言之，這些規(guī)則是通過專家不斷總結(jié)產(chǎn)生的規(guī)則，闡述了征兆、故障二者之間的關(guān)聯(lián)。在對燃氣輪機氣路故障診斷期間，科學且高效的運用這一技術(shù)，能直觀且形象地將故障表現(xiàn)出來，整體操作十分簡單便利，采取直接的知識便能將這一方法的原理表現(xiàn)出來，有理有據(jù)，故障診斷人員在對故障進行診斷過程中，在短時間內(nèi)判斷出故障的成因。并且，對這一方法進行利用，存儲數(shù)據(jù)的空間相對較小，診斷人員在編程時會非常便利。但是借助這一手段存在的不足之處也相對較多，并不是所有故障問題都可以采取科學理論知識來進行解釋，最關(guān)鍵的是要有專業(yè)的技術(shù)人員作為支撐，準確地對故障進行判斷。利用這一方法開展氣路故障診斷工作，并不能精準判斷出故障所在的位置，尤其是一些從來沒有發(fā)生過的故障問題，由于在知識庫中沒有存儲相關(guān)預兆的規(guī)則，即便有專業(yè)且經(jīng)驗豐富的人員也不能快速判斷出故障位置，所以在對故障診斷期間，常常會出現(xiàn)診斷失敗的情況，甚至會產(chǎn)生誤診，對設(shè)備恢復的影響非常大。

5? 燃氣輪機氣路故障的預防分析

為保證燃氣輪機氣路故障問題能有效規(guī)避，除了要加強對故障的診斷之外，也要做好預防工作。在燃氣輪機日常工作期間，一方面，做好維護工作。在實際的維護期間，技術(shù)人員應(yīng)該對燃氣輪機特點和性質(zhì)進行綜合考量，明確氣路故障的實際表現(xiàn)，并結(jié)合以往的維護經(jīng)驗，合理的開展維護工作。另一方面，嚴格按照流程和規(guī)范操作。在燃氣輪機運行期間，對設(shè)備操作流程進行設(shè)定，對設(shè)備操作以及維護等標準進行明確，編制好相應(yīng)的設(shè)備使用規(guī)范，有針對性的制定維修辦法，以便可以為燃氣輪機的穩(wěn)定運行提供支持，降低氣路故障問題出現(xiàn)了幾率。此外，對燃氣輪機的運行規(guī)律進行明確，嚴格的依照流程進行使用，加強維護和管理，做好設(shè)備的檢查工作，一旦出現(xiàn)異常情況，必須要第一時間處理，以便可以從根源規(guī)避氣路故障問題。

6? 結(jié)束語

綜合而言，人們在對燃氣輪機設(shè)備廣泛使用的同時，保護意識也越來越強。因此，面對現(xiàn)階段燃氣輪機氣路故障問題，為了可以高效解決，讓燃氣輪機設(shè)備的運行能更加穩(wěn)定，一定要高度重視，強化對先進故障診斷技術(shù)的利用，確?？梢栽诘谝粫r間發(fā)現(xiàn)燃氣輪機的潛在故障，了解成因并及時處理，以便問題在高效率解決的同時，燃氣輪機的運行效率和質(zhì)量還能進一步提升。

參考文獻：

[1]錢勇剛，居友冠.船舶燃氣輪機氣路故障診斷方法[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018，24（08）：229-230.

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[3]孔祥宇.燃氣輪機氣路故障診斷技術(shù)探討[J].科學技術(shù)創(chuàng)新，2019，14（06）：192-193.

[4]趙晶.燃氣輪機氣路故障診斷技術(shù)[J].民營科技，2019，24（05）：116-117.