汽轮机通流部分故障诊断方法研究

汽轮机通流部分故障诊断方法研究

荆伟林   ,郭浩天

山东电力建设第三工程有限公司          山东   青岛  266000

摘要：目前国内的风力发电、水力发电都发展迅速，但是火力发电目前在我国发电方面始终担任着主力军的角色，并且未来相当长的时间里一直处于主导地位。从原动机装置来看，在火力发电中主要依靠汽轮机，因此电厂发电效率在很大程度上取决于汽轮机。一般来说，流通部分是汽轮机故障的高发区，因此，加强诊断汽轮机流通部分的故障十分关键，这样有利于降低汽轮机故障发生率，为机组安全运行提供保障。

关键词：汽轮机；通流部分；故障诊断

在汽轮机中，通流部分发挥着重要的作用，但无论是传统的热力参数诊断、振动诊断，还是当前的智能化诊断技术，都无法完全、准确地判断汽轮机可能发生的故障。因此，研发人员应继续研究汽轮机运行时热力参数的变化特征，补充故障样本，提高故障诊断技术的准确性，从而确保电厂发电系统的安全、可靠运行。

1汽轮机的结构和工作原理

1.1汽轮机的结构

汽轮机又称“蒸汽透平”，是通过能量与功率之间的转化，以旋转方式将蒸汽能转换成机械功的大型机械。汽轮机被广泛用于火力发电中的原动力机械设备，它可以直接被用于驱动各类以火力方式为动力原理的泵体、压缩机、风机和船舶螺旋桨等。同时，还可利用汽轮机排汽或中间抽汽时所产生的汽热供热。汽轮机具有单机功率大、效率高和寿命长等优点，其工作原理是将蒸汽中的热能转化为机械功。锅炉中的蒸汽送入汽轮机后，按照动能原理进行具有一定秩序的环形配置，运用动叶和喷嘴将蒸汽中携带的热能转化成为转子的旋转机械能。不同的汽轮机转化蒸汽的方式不同，能量与功能之间的转换方式各有差距，进而形成了不同性能、原理的汽轮机，而不同汽轮机中用于做功的汽车流通道德是由进汽机构、各级通流部分的叶栅和排汽缸组成的。

1.2汽轮机的工作原理

单机功率大，使用效率高，使用时间长是汽轮机的优点，而“蒸汽透平”则是汽轮机的工作原理。汽轮机一种可以将能量转化为机械能的大型机械，它运用自身的旋转方式将蒸汽转化为机械动能，它还作为火电厂的原动力设备，对火电厂起到直接作用和间接作用，直接作用表现在可以直接驱动各种泵、压缩机等设备；间接作用表现在借助其他机器产生的热气进行供暖。

汽轮机中有大量的蒸汽，这些蒸汽主要是来自锅炉。大量的蒸汽进入到汽轮机的内缸里，并按顺序形成环形，遵循动能原理，汽轮机中的动叶和喷嘴利用蒸汽的热能，转化成机械能。汽轮机在转化蒸汽时，使用方法是有所不同的，这样就导致了转化率不同，所以汽轮机的性能和工作原理也就不同[2]。虽然汽轮机的性能和原理不同，但是汽轮机的构成是相似的，也就是气流通道的组成部分是相同的，即进汽机构、通流部分和排气缸。

1.3汽轮机通流部分的工作原理

汽轮机的通流部分由高、中和低压部分组成，共计58级。其中，高压由调节级和1l级压力级组成，高压通流部分由1个单列调节级和11级压力级组成，调节级的叶片结构为冲动式的三叉三销三联体叶片结构。这种结构的优点是具有良好的强度，11级静叶由方钢制成，均安装于静叶持环上，其各叶的叶根与其围带焊接在一起，安装于静叶持环上直槽内的隔板上，并均用一系列的L型填隙条锁紧，填隙条安装在直槽内层特为其加工的附加槽内，其动叶叶片由方钢制成，可控的涡叶片为倒T型叶根，末叶片与末叶槽的连接方式为锁紧式，因高压部分的压力较高，所以采用了T型的叶根结构作为防蒸汽泄漏的手段。中压通流部分为2×9级，由装在汽缸内静叶持环上的静叶片和装在转子叶轮上具有相同级数的动叶片组合而成，其弹簧退让式的汽封可保持转子与叶片围带间仅有较小的径向间隙，一旦发生摩擦或碰撞时，其弹簧可发生挠曲，从而减小汽封齿的磨损程度，其静叶片由方钢铣制成，采用了叶根与整体围带焊接的结构，形成了整圈隔板，其水平中分面锯开后可分为上、下两半。由安装在汽缸或静叶持环上的7级静叶片和安装在转子上相同级数的动叶片组成，其弹簧退让式汽封可保持转子于叶片围带间有较小的径向间隙，当发生摩擦和碰撞时，其弹簧会产生挠曲，从而减小汽封齿的磨损程度，其第1～5级的静叶片由方钢铣制成。

2汽轮机通流部分常见的故障类型

汽轮机通流部分的故障类型通常有两种，一种是突发性的通流故障。这种故障类型具有一定的偶然性，往往很难事前加以预防，对于该种故障只能在故障发生之后及时的对其进行检修，以保证汽轮机的正常运行，同时记录故障类型，为以后的故障检修提供资料依据。常见的突发性通流故障有进气阀的阀门杆突然断裂脱落、动叶或者静叶突然发生断裂脱落等，这些故障类型虽然说具有一定的偶然性，难以预防，但是总体来说，大多是由于通流部分的面积发生突然性的改变导致的。另一种是渐变性的故障类型，如调节阀门的结垢、调节级叶片的断裂脱落、高压机和低压级气缸的结垢和磨损、高中低三级气缸叶片的断裂等等，这些故障类型大多数是由于汽轮机的通流部分由于长期的充斥水汽或者是长期的受到蒸汽中的杂质冲击而造成的，一般来说，这种故障类型发生所需的时间比较长，发生的频率也不高，但是一旦发生这些故障往往会带来连锁式的故障反映，给整个汽轮机的正常运转造成很大的影响，解决这类故障类型的方法主要是以定期的检修、维护为主，如此方可最大限度的避免渐变式故障的发生。事实上，无论是突发性故障还是渐变性故障，其发生的本质原因就是压力、流量、温度等热学因素的变化导致的。

3汽轮机通流部分的故障诊断方法

从目前情况来看，对于汽轮机通流部分的故障诊断常常采用的是现场检查、热参数比较和通流效率的比较三种方法。其中现场检查指的是在通流部分发生故障时要仔细对故障现场进行检查，如果没有发现明显的诱因，那么可以考虑将汽轮机处于开启状态，根据其实际的运行状况来确定故障的诱因，例如门芯掉落造成的故障会对门前后的压力造成影响，如果汽轮机在运行时门前后的压力没有发生变化即可把这一故障类型排除。热参数比较是目前最具实用价值的通流部分故障诊断方法，正常情况下汽轮机的各项数据是固定的或者维持在一定范围之内的，若通流部分发生了故障，那么其蒸汽压力和条件压力就会有明显的上升，如此一来，以汽轮机高压调门全开的最高工况为标准来对比通流部分出现故障时的数据就可以判定故障的原因和类型。例如当蒸气流量和调节级压力明显下降时，通过参数的比较可以得出异物堵塞通道造成通流面积过小的故障结论。通流部分的效率比较也是通过以正常运转的效率为基准对比故障之后的通流部分的效率来确定故障类型的，该种故障诊断方法的主要目的是为了弥补热参数比较的不足之处，比如说当调节级和高压缸效率同时下降时，通过热参数比较的诊断方法很难确定故障出现在哪个地方，而通过两者之间效率幅度大小的比较就可以很容易的确定了。这三种故障诊断方法是目前主要的故障诊断方法，但是随着科学技术的发展，一些先进的科学技术被应用于故障诊断中，具有良好的发展前景，例如人工神经网络在预先提供相应输入、输出信号的前提下，可以根据两者之间的联系进行建模，自发性的对故障做出诊断，极具广阔的应用前景。

4结束语

汽轮机作为火电厂的关键设施，对于火力发电具有重要的作用。而在汽轮机的所有组成部分中，通流部分既是容易出现故障的部分，又是直接关系到汽轮机的运行正常与否，甚至影响到整个火电厂的安全运行的关键部分。因此，加大对汽轮机通流部分故障诊断的研究力度对于火电厂的安全运行具有重要意义。

参考文献

[1]董晓峰,顾煜炯,杨昆,朝格图胡日都.汽轮机通流部分故障诊断方法研究[J].中国电机工程学报,2010.35.

[2]周昭滨,巫樟泉,张德轩,李蔚.汽轮机通流部分故障诊断方法研究综述与展望[J].电站系统工程,2014.03.

[3]张涛.汽轮机通流部分故障诊断方法探究[J]机电信息，2015.09.