蘇文杰

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，汽輪機(jī)應(yīng)用程度逐漸加深。加強(qiáng)研究汽輪機(jī)斷葉片監(jiān)測(cè)與判斷具有十分重要的意義。汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，因?yàn)樵O(shè)計(jì)運(yùn)行過(guò)程中相關(guān)原因，可能會(huì)存在葉片損傷或者是損壞事件，進(jìn)而嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的安全性。文章結(jié)合實(shí)際工作情況，具體探究模態(tài)分析以及模糊模式條件下的葉片故障診斷。并在這個(gè)過(guò)程中具體分析了斷葉片診斷系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；斷葉片；檢測(cè)診斷

通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中葉片震動(dòng)波動(dòng)情況以及突生情況進(jìn)行分析，能夠準(zhǔn)確判定與區(qū)分軸系之間造成的摩擦與斷葉片故障情況。而為了能夠從根本上有效防止發(fā)生事故造成的破壞擴(kuò)大，需要根據(jù)同類(lèi)型技術(shù)故障進(jìn)行分析，因此，汽輪機(jī)斷葉片的診斷具有十分重要的意義。

1 汽輪機(jī)斷葉片概述

汽輪機(jī)機(jī)組在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作的過(guò)程中，葉片可能會(huì)發(fā)生損壞。損壞的類(lèi)型主要包括兩個(gè)方面：其一，葉片損壞。其主要形式包括汽輪機(jī)葉片沖刷汽蝕、汽輪機(jī)葉片蜂窩狀麻點(diǎn)以及銹蝕等問(wèn)題，這些問(wèn)題都有可能造成葉片使用的經(jīng)濟(jì)性下降與安全問(wèn)題；其二，葉片損傷。造成葉片出現(xiàn)損傷的主要形式包括裂紋、折斷以及斷裂扭彎等情況，這種情況下，葉片可能會(huì)喪失基本功能，并在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生巨大的破壞效果。葉片損害通常情況下會(huì)發(fā)生在葉片、根以及拉肋等位置上。這些位置出現(xiàn)損壞的情況較為嚴(yán)重。汽輪機(jī)不同級(jí)葉片發(fā)生損壞時(shí)候位置并不均勻。根據(jù)美國(guó)在進(jìn)行汽輪機(jī)斷葉片方面的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，葉片發(fā)生事故的時(shí)候，通常情況下問(wèn)題產(chǎn)生于低壓缸內(nèi)部。其中氣壓缸內(nèi)部末級(jí)發(fā)生問(wèn)題的幾率為20%，次末級(jí)發(fā)生問(wèn)題的幾率為58%、除此之外，問(wèn)題多集中在高壓區(qū)1級(jí)位置。日本曾經(jīng)對(duì)其進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果同美國(guó)實(shí)驗(yàn)相仿。

2 葉片段落故障原因

當(dāng)汽輪機(jī)葉片出現(xiàn)故障時(shí)，根據(jù)故障情況而定，葉片段落故障為汽輪機(jī)故障當(dāng)中問(wèn)題最為嚴(yán)重的一個(gè)方面。汽輪機(jī)斷葉片問(wèn)題產(chǎn)生的現(xiàn)象相對(duì)明顯，從內(nèi)容上看，其現(xiàn)象具有幾個(gè)方面的表現(xiàn)：

首先，汽輪機(jī)的內(nèi)部或者是凝汽器的內(nèi)部出現(xiàn)聲響。其次，汽輪機(jī)機(jī)組發(fā)生明顯震動(dòng)變化情況，并伴隨產(chǎn)生瞬間抖動(dòng)，軸向推力也會(huì)伴隨發(fā)生溫度變化。再次，汽輪機(jī)的葉片出現(xiàn)較為明顯的損傷，會(huì)明顯改變通流面積。在相同負(fù)荷情況下，蒸汽流量、汽門(mén)開(kāi)度以及監(jiān)視段壓力情況都會(huì)發(fā)生變化。另外，汽輪機(jī)當(dāng)中的抽氣口發(fā)生葉片斷裂后，會(huì)進(jìn)入到抽汽管道當(dāng)中，可能造成抽汽逆止門(mén)發(fā)生阻塞，并進(jìn)一步令加熱器出現(xiàn)損壞，使加熱器的水位不斷上升。最后，斷葉片可能會(huì)吹入凝汽器當(dāng)中破壞銅管，進(jìn)而造成導(dǎo)電度上升。

通過(guò)對(duì)近年來(lái)大型汽輪機(jī)組的葉片故障情況統(tǒng)計(jì)分析，葉片發(fā)生故障的主要原因有：

（1）設(shè)計(jì)制造原因。在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，葉片振動(dòng)特性掌握不準(zhǔn)，制造缺少經(jīng)驗(yàn)，在運(yùn)行中產(chǎn)生共振現(xiàn)象；設(shè)計(jì)準(zhǔn)則不合理，葉片設(shè)計(jì)動(dòng)力不足；結(jié)構(gòu)不合理，以致應(yīng)力集中；葉根結(jié)構(gòu)不當(dāng)；這一系列原因都容易引起葉片故障的發(fā)生。

（2）運(yùn)行方面原因。頻率不穩(wěn)定，長(zhǎng)時(shí)間低頻率運(yùn)行，使葉片自激振動(dòng)增加，容易損壞葉片；蒸汽品質(zhì)不符合規(guī)范，可使葉片結(jié)垢，通流面積減小，各級(jí)焓降增加，葉片應(yīng)力增大。汽機(jī)超出力運(yùn)行，將使末一、二級(jí)葉片焓降增加而嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷，葉片強(qiáng)度超限而斷裂；葉片的腐蝕損傷常發(fā)生在開(kāi)始進(jìn)入濕蒸汽各級(jí)，由于腐蝕介質(zhì)的影響，將使葉片材料抗振強(qiáng)度急劇下降。

（3）外來(lái)原因。外來(lái)的機(jī)械雜物穿過(guò)濾網(wǎng)進(jìn)入汽輪機(jī)，或?yàn)V網(wǎng)本身?yè)p壞進(jìn)入汽輪機(jī)從而造成葉片損傷。

（4）老化原因。延長(zhǎng)使用期是電廠的習(xí)慣作法，結(jié)果是葉片老化，因蠕變、磨蝕、銹蝕而損壞的情況有所增多。

3 葉片的故障診斷

3.1 故障診斷

采用震動(dòng)分析方法對(duì)葉片故障問(wèn)題尤其是斷葉片進(jìn)行監(jiān)測(cè)與判斷十分有效。震動(dòng)問(wèn)題主要產(chǎn)生在葉片運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，是葉片運(yùn)動(dòng)遇到的最為主要的問(wèn)題。除此之外，振動(dòng)信號(hào)最容易獲取，也便于葉片故障診斷檢測(cè)。因此，當(dāng)前針對(duì)葉片診斷的主要方法是模態(tài)分析以及模糊模式判別。

3.1.1 模態(tài)分析

我國(guó)從事汽輪機(jī)技術(shù)研究的研究人員通過(guò)使用模態(tài)分析的方式，對(duì)葉片模態(tài)情況下的剛度變化進(jìn)行了研究，并以此作為判斷葉片故障情況的依據(jù)。模態(tài)分析主要是對(duì)汽輪機(jī)的葉片震動(dòng)情況進(jìn)行分析，以此達(dá)到確保汽輪機(jī)機(jī)組安全性運(yùn)行的技術(shù)手段。

3.1.2 模糊模式分析

針對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行短時(shí)傅里葉方法分析以及小波多分析，能夠準(zhǔn)確判斷葉片上的裂紋故障。另外，采用模糊視線原理對(duì)葉片裂紋與相關(guān)位置進(jìn)行判定與找出，可以使用實(shí)測(cè)振動(dòng)信號(hào)以及標(biāo)準(zhǔn)故障進(jìn)行比較分析。

3.2 葉片故障診斷系統(tǒng)分析

3.2.1 汽輪機(jī)斷葉片裂紋診斷主要檢測(cè)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械當(dāng)中的故障問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)這方面的研究已經(jīng)十分成熟。通常情況下，當(dāng)前研究監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用的是聲學(xué)多普勒信號(hào)系統(tǒng)對(duì)葉片進(jìn)行裂紋監(jiān)測(cè)。這一系統(tǒng)能夠沿著葉片圓周方向設(shè)置2個(gè)或者是2個(gè)以上的高靈敏度拾音計(jì)。拾音計(jì)在激光鑒相器的控制下采集葉片振動(dòng)的聲波信號(hào)，利用裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致葉片固有頻率波動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的諧振事件來(lái)監(jiān)視葉片裂紋的產(chǎn)生，并采用時(shí)域同步平均降噪。

3.2.2 美國(guó)著名的西屋公司設(shè)計(jì)研發(fā)了雙探頭葉片振動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，這種設(shè)備能夠充分對(duì)汽輪機(jī)葉片進(jìn)行多種角度與模態(tài)的監(jiān)測(cè)。同時(shí)，還可以應(yīng)用在損壞情況監(jiān)測(cè)方面以及評(píng)價(jià)修復(fù)工作當(dāng)中，是制定修復(fù)和檢驗(yàn)方案過(guò)程中一項(xiàng)十分重要的設(shè)備。

3.2.3 汽輪機(jī)斷葉片監(jiān)測(cè)還包括DM-NT集散式的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)以及RD-ES葉片監(jiān)測(cè)判斷系統(tǒng)。這種系統(tǒng)當(dāng)中存在幾個(gè)方面的特點(diǎn)：系統(tǒng)容量較大，信道多且數(shù)據(jù)處理能力相對(duì)更強(qiáng)。系統(tǒng)狀態(tài)以及工況的監(jiān)測(cè)能力強(qiáng)。系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的采集速度也相對(duì)較快，能夠支持遠(yuǎn)程傳輸。另外，就是系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能分析診斷，完成自動(dòng)化相關(guān)任務(wù)。

3.2.4 除此之外，日本多家公司也在汽輪機(jī)葉片震動(dòng)檢測(cè)設(shè)備研究方面具有十分卓越的研究成果。三菱重工研究企業(yè)就根據(jù)汽輪機(jī)葉片震動(dòng)情況研制了光學(xué)探頭測(cè)量震動(dòng)設(shè)備。前蘇聯(lián)主要根據(jù)電子射線方式研究開(kāi)發(fā)了段相位法測(cè)量振動(dòng)模式。西安熱工通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)葉片動(dòng)頻以及動(dòng)應(yīng)力情況的研究，形成了無(wú)線電遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)葉片斷裂紋。但是基于對(duì)應(yīng)變片使用壽命的限制性條件的考慮，該種技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)任務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章主要論述了汽輪機(jī)斷葉片的檢測(cè)與判別工作，并在此基礎(chǔ)上對(duì)葉片診斷方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要診斷分析。文章結(jié)合實(shí)際工作情況，具體探究模態(tài)分析以及模糊模式條件下的葉片故障診斷。并在這個(gè)過(guò)程中具體分析了斷葉片診斷系統(tǒng)。通過(guò)上述中的內(nèi)容，能夠清晰的發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)斷葉片診斷檢測(cè)判別工作的重點(diǎn)與關(guān)鍵。希望能夠根據(jù)文章，在今后汽輪機(jī)斷葉片診斷工作有所借鑒意義。

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