摘要：根據(jù)汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展分析，指出了目前在汽輪機(jī)故障診斷研究中存在的問題，并從檢測技術(shù)、故障機(jī)理等五個方面分析了今后可能取得進(jìn)展的研究方向。

主題詞：汽輪機(jī)；故障診斷技術(shù)

一、汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展

1、信號采集與信號分析

1)傳感器技術(shù)

由于汽輪機(jī)工作環(huán)境惡劣，所以在汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)中，對傳感器性能要求就更高。目前對傳感器的研究，主要是提高傳感器性能和可靠性、開發(fā)新型傳感器，另外也有相當(dāng)一部分力量在研究如何診斷傳感器故障以減少誤診率和漏診率，并且利用信息融合進(jìn)行診斷。

2)信號分析與處理

最有代表性的是振動信號的分析處理。目前，汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)中的振動信號處理大多采用快速傅立葉變換(FFT)，F(xiàn)FT的思想在于將一般時域信號表示為具有不同頻率的諧波函數(shù)的線性疊加，它認(rèn)為信號是乎穩(wěn)的，所以分析出的頻率具有統(tǒng)計不變性。FFT對很多平穩(wěn)信號的情況具有適用性，因而得到了廣泛的應(yīng)用。但是，實際中的很多信號是非線性、非平穩(wěn)的，所以為了提高分辨精度，新的信號分析與處理方法成為許多機(jī)構(gòu)的研究課題。

2、故障機(jī)理與診斷策略

1)故障機(jī)理

故障機(jī)理是故障的內(nèi)在本質(zhì)和產(chǎn)生原因。故障機(jī)理的研究，是故障診斷中的一個非?；A(chǔ)而又必不可少的工作。目前對汽輪機(jī)故障機(jī)理的研究主要從故障規(guī)律、故障征兆和故障模型等方面進(jìn)行。

由于大部分軸系故障都在振動信號上反映出來，因此，對軸系故障的研究總是以振動信號的分析為主。

2)診斷策略和診斷方法

在汽輪機(jī)故障診斷中用到的診斷策略主要有對比診斷、邏輯診斷、統(tǒng)計診斷、模式識別、模糊診斷、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等。而目前研究比較多的是后面幾種，其中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)的應(yīng)用研究是這一領(lǐng)域的研究熱點。

基于小波分析方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的智能分析技術(shù)，是下一代故障檢測與判定(FDI)的重要內(nèi)核。國內(nèi)外在這方面進(jìn)行了很多的研究，目前應(yīng)用最多的是前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊診斷相結(jié)合的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。美國East Hardford的DePold，Hans.R將統(tǒng)計分析及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于過濾器來改進(jìn)數(shù)據(jù)質(zhì)量，田納西大學(xué)(Tennessee Univ.)將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于振動分析，識別潛在故障，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使被歪曲和雜入噪音的數(shù)據(jù)得到提純。美國StreSs Technology.Inc.的R0emer，M.J把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊邏輯技術(shù)應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)動力有限元模型，所形成的實時系統(tǒng)可以預(yù)測關(guān)鍵部件的壽命。華中理工大學(xué)的何耀華用一種自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與多個單一故障診斷的BP網(wǎng)絡(luò)一起完成故障診斷的協(xié)同推理]，申韜則把一系列BP子網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集成，以解決故障分類問題。臧朝平、何永勇也分別提出了多網(wǎng)絡(luò)、多故障的診斷策略，西安交通大學(xué)的張小棟則研究了主從混合的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。東南大學(xué)把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于軸心軌跡識別進(jìn)行故障診斷。

診斷策略的研究還有：模糊診斷用于振動故障診斷、用于層次模型、用于模式識別、用于轉(zhuǎn)子碰磨診斷、用于通流部分熱參數(shù)診斷的研究；模糊關(guān)聯(lián)度用于多參數(shù)診斷；灰色理論用于故障診斷；概率分布干涉模型用于診斷；相關(guān)維數(shù)用于低頻噪聲診斷等的研究。

診斷方法上的研究一直是故障診斷的一個重點。振動法是應(yīng)用最普遍也比較成熟的一種方法，Ingleby，M把自動分類法和模式分析用于振動診斷，何正嘉應(yīng)用Winger時頻分布和主分量自回歸譜分析軸瓦的振動信號，施維新針對一般診斷都是從征兆判斷原因的逆向推理提出了振動診斷的正向診斷法。在汽輪機(jī)故障診斷中，應(yīng)用熱力學(xué)分析診斷汽輪機(jī)性能故障也是一個重要手段，另外還有油分析、聲發(fā)射法、無損檢測技術(shù)等。聲發(fā)射法主要用于動靜碰磨故障檢測、泄漏檢測等。日立公司在350MW汽輪機(jī)高中壓轉(zhuǎn)子上設(shè)置試片，在兩端軸承的軸瓦處進(jìn)行聲發(fā)射和記錄，診斷轉(zhuǎn)子的碰摩。在汽輪機(jī)壽命診斷中，無損檢測技術(shù)應(yīng)用相當(dāng)重要，目前用到的非破壞性評價法主要包括硬度測定法、電氣抵抗法、超聲波法、組織對比法、結(jié)晶粒變形法、顯微鏡觀察測定法、X射線分析法等。

二、汽輪機(jī)故障診斷中存在的問題

1、檢測手段

汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)中的許多數(shù)學(xué)方法，甚至專家系統(tǒng)中的一些推理算法都達(dá)到了很高的水平，而征兆的獲取成為了一個瓶頸，其中最大的問題是檢測手段不能滿足診斷的需要，如運行中轉(zhuǎn)子表面溫度檢測、葉片動應(yīng)力檢測、調(diào)節(jié)系統(tǒng)卡澀檢測、內(nèi)缸螺栓斷裂檢測等，都缺乏有效的手段。

2、材料性能

在壽命診斷中，對材料性能的了解非常重要，因為大多數(shù)壽命評價都是以材料的性能數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的。但目前對于材料的性能，特別是對于汽輪機(jī)材料在復(fù)雜工作條件下的性能變化還缺乏了解。

3、復(fù)雜故障的機(jī)理

對故障機(jī)理的了解是準(zhǔn)確診斷故障的前提。目前，對汽輪機(jī)的復(fù)雜故障，有些很難從理論上給出解釋，對其機(jī)理的了解并不清楚，比如在非穩(wěn)定熱態(tài)下軸系的彎扭復(fù)合振動問題等，這將是阻礙汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)發(fā)展的主要障礙之一。

4、人工智能應(yīng)用

專家系統(tǒng)作為人工智能在汽輪機(jī)故障診斷中的主要應(yīng)用已經(jīng)獲得了成功，但仍有一些關(guān)鍵的人工智能應(yīng)用問題需要解決，主要有知識的表達(dá)與獲取、自學(xué)習(xí)、智能辨識、信息融合等。

5、診斷技術(shù)應(yīng)用推廣面臨的問題

我國汽輪機(jī)診斷技術(shù)在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，進(jìn)一步推廣應(yīng)用面臨的主要問題是研究開發(fā)機(jī)制和觀念問題、診斷技術(shù)與生產(chǎn)管理的結(jié)合問題。機(jī)制和觀念問題主要表現(xiàn)在：研究機(jī)構(gòu)分散，不能形成規(guī)?；?yīng)；重復(fù)性研究過多，造成人力、物力的浪費；技術(shù)研究轉(zhuǎn)化為應(yīng)用產(chǎn)品的少；系統(tǒng)研究連貫性差，因而系統(tǒng)升級困難；應(yīng)用系統(tǒng)的維護(hù)與服務(wù)得不到保證等。診斷技術(shù)與生產(chǎn)管理結(jié)合不好，表現(xiàn)在各種技術(shù)的相互集成性不好，與生產(chǎn)管理相孤立，不能創(chuàng)造預(yù)期的效益，使電廠失去信心。

三、汽輪機(jī)故障診斷的發(fā)展前景與趨勢

很多學(xué)者和研究人員都認(rèn)識到上述問題對汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)發(fā)展的影響，正在進(jìn)行相應(yīng)的研究工作。本文認(rèn)為汽輪機(jī)故障診斷技術(shù)的研究將會在以下幾個方面得到重視，并取得進(jìn)展。

1、全方位的檢測技術(shù)

針對汽輪機(jī)及其系統(tǒng)各類故障的各種新檢測技術(shù)將是一個主要的研究方向，會出現(xiàn)許多重要成果。

2、故障機(jī)理的深入研究

任何時候，故障機(jī)理的深入研究都將推動故障診斷技術(shù)的發(fā)展。故障機(jī)理的研究將集中在對漸發(fā)故障定量表征的研究上，研究判斷整個系統(tǒng)故障狀態(tài)的指標(biāo)體系及共判斷閾值將是另一個重要方向。

3、知識表達(dá)、獲取和系統(tǒng)自學(xué)習(xí)

知識的表達(dá)、獲取和學(xué)習(xí)一直是診斷系統(tǒng)研究的熱點，但并未取得重大突破，它仍將是繼續(xù)研究的熱點。

4、綜合診斷

汽輪機(jī)故障診斷，將從以振動診斷為主向考慮熱影響診斷、性能診斷、邏輯順序診斷、油液診斷、溫度診斷等的綜合診斷發(fā)展，更符合汽輪機(jī)的特點和實際。

5、診斷與仿真技術(shù)的結(jié)合

診斷與仿真技術(shù)的結(jié)合將主要表現(xiàn)在，通過故障仿真辨識汽輪機(jī)故障、通過系統(tǒng)仿真為診斷專家系統(tǒng)提供知識規(guī)則和學(xué)習(xí)樣本、通過邏輯仿真對系統(tǒng)中部件故障進(jìn)行診斷。