汽轮机通流部分的故障诊断方法研究

刘 倩

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

我国水力发电和风力发电领域的发展速度较快，为我国电力能源提供源源不断的动力，但是目前火力发电的优势逐渐凸显，逐渐成为国内发电的主要手段，它未来必将占据发电领域的头号地位。火力发电厂的正常运行主要取决于汽轮机，汽轮机内部产生故障便会极大影响发电厂的工作效率，导致群众生活受到干扰。汽轮机的故障主要产生于通流部分，因此人们必须针对该处故障类型进行分析，探索其主导因素，从而制定出完善的策略，降低故障发生率，保证机组能够安全有效地运行。

1 汽轮机具体工作原理

据经验可知，火力发电阶段，汽轮机具备其他机械无可比拟的优势。例如，汽轮机功率大，运行效率高，同时还具有极长的工作寿命。汽轮机的工作原理为蒸汽透平，它会通过旋转将内部所包裹的蒸汽能量转化为机械能。其中的蒸汽来源于锅炉燃烧，它带气体通过机械内缸后会根据物理学的基本规律，来将其配置成环状，而且机械设备内部的动叶和喷嘴会利用蒸汽所包含的热能，进而转化为相应的机械能。不同汽轮机的能量转化途径有所差异，因此能量转化的效率也会有所区别。机械设备的架构几乎一致，即使汽轮机的能量转化等方面存在差异，人们也无需过于注重。内部通道部分主要包括进气口部分、通流部分以及出气口部分。

2 通流部分具体工作原理

2.1 高压部分

高压部分包括一个单列形式的调节剂压力和多个等级压力，调节级结构呈三叉状，此结构形式可以承载较高的压力。高压部分的主要材料为方钢，其与静叶相连，它的直槽内层隔板位于根部，依靠填隙条固定。填隙条位于附加槽内部，涡片成T状用来固定叶片。由于此部分存在极大的压力，因此T状涡片可以有效降低气体泄漏的发生率。

2.2 中压部分

中压部分涵盖十八个级别，它的组成部分包括十八个静叶片和动叶片。其中，静叶片位于气缸内部，动叶片位于转子轮。中压部分能够通过弹簧完成蒸汽封闭，进而调整叶片围带以及转子间距。

2.3 低压部分

低压部分涵盖七个级别，其组成部分与中压部分相似，也包括相同级数的静叶片以及动叶片。静叶片位于气缸内部，动叶片位于转子轮。因为汽轮机的通流部分通常设置为双流式，因此它的全部压力级别为28个级别。低压部分也是通过弹簧实现蒸汽封闭来降低叶片围带和转子的间距，此部分可以利用弹簧的变形以及挠曲有效降低叶片与转子间的摩擦，同时可以降低双方碰撞导致的零件损耗。针对低压部分的静叶片，人们通常会采用方钢材料制造的1～5级叶片，用铣床进行加工。

3 故障种类和产生的原因

3.1 故障分析

根据调查得知，汽轮机通流部分经常产生故障，而故障主要分为渐变性以及突发性两类。所谓突发性故障是指临时产生的故障，例如，阀门杆在运行阶段突然掉落或者断裂，叶片产生断裂或者掉落等。上述故障产生的原因是汽轮机通流部分面积临时产生变化。所谓渐变性故障，是指汽轮机长时间工作而逐渐累积的故障，如通流部分的污垢积累、动静叶片的碰撞以及摩擦损耗等，导致上述故障产生的原因是汽轮机在长时间运行中，通流部分长时间接触水蒸气，逐渐产生水垢堆积，堆积的水垢不断撞击汽轮机内缸，导致内缸部分逐渐损耗。

3.2 压力级故障和轴封磨损故障

所谓压力级故障，是指汽轮机通流部分在长时间运行后残留污垢或者内部叶片突发性破裂、脱离机械设备等。上述故障产生的原因是汽轮机通流部分面积发生改变，导致调节级压力逐渐上升，进而产生零部件损坏。而轴封磨损故障，其主导因素是操作人员在汽轮机运行阶段的特殊时刻（机械启动、停止以及负载变化）的行为错误，导致轴封产生剧烈碰撞，最终径向间隙扩大无法阻挡蒸汽，致使汽轮机产生漏气故障。

3.3 调节级故障

针对调节级故障，其故障主要发生在气门部位，此类故障发生的概率最高。其主要原因是调节级和气门在汽轮机试用阶段承担极高的温度和压力，机械设备的焙降全部掉落于此处，导致调节级和气门长时间遭受交变应力致使零件损坏，最后阀门杆断裂或者门芯脱离，此故障带来的危害非常严重。汽轮机内缸的气体循环速率较高，掉落的金属残渣会伴随着气体的流动而长期撞击气门和调节级，导致二者的磨损度极大，通流部分的堵塞问题无法得到解决。

4 检查以及诊断故障

故障诊断方法的手段较多，人们必须先确定故障的性质，通过SQL Server数据库与MATLAB软件结合，将所得数据导入MATLAB中，随后进入故障诊断程序，判断出故障类型，进行结果输出。

4.1 进行现场检查

汽轮机通流部分一旦产生故障会导致机械设备的负载能力大幅减弱，诊断故障的首要环节是深入实际操作场地，检查机械设备内在隐患。如果检查人员未能发现原因，则应立即检查6级高调门的开启状态以及运转状况，听到异常响声后需立即检验高调门周边的压力值，通过压力值的对比判断门芯是否脱落。

4.2 对比热参数

当蒸汽压力值以及调节压力值明显升高时，汽轮机通流部分产生故障。通常将全部高调门开启状态下的最高工况作为对比值，负载相同的条件下，对比高调门开启的所有参数信息。一旦气流量和调节级压力呈现显著降低趋势，则可以断定是不明物体阻碍通流部分而导致其面积减小。

4.3 比较通流部分的具体效率

将全部高调门开启状态下的最高工况作为对比值，负载相同的条件下，对比高调门开启的所有参数信息。如果调节级运行效率明显减弱，高压缸效率也会呈现减弱趋势，则可以断定故障发生于调节级。

5 结语

汽轮机正常工作阶段，其通流部分会直接影响汽轮机的运行质量，而且此部分一旦产生故障，可能导致严重事故，因此研究汽轮机通流部分的故障诊断方法十分重要。本文讲述人工神经网络技术的故障诊断流程，并详细分析了汽轮机通流部分可能存在的故障类型，如压力级故障、轴封磨损故障以及调节级故障等，进而提出现场勘查、对比热力学参数以及对比通流部分工作效率的方式来判断其故障类型。通过模型或者函数计算相关数据，人们可以预测故障产生的部分以及类型，故障诊断算法还包括模糊推理以及遗传算法等，因此本文的研究依旧存在缺陷，此类算法有待日后进一步研究，以便更加精确地判断汽轮机出现的故障。