楊揚(yáng)

引言

雖然我國水力發(fā)電以及風(fēng)力發(fā)電均得到了非常大的發(fā)展，可是現(xiàn)階段火力發(fā)電依然是我國的發(fā)電主力，并且在以后很長的一段時(shí)間里面都會始終保持領(lǐng)先地位。而火力發(fā)電廠在發(fā)電的過程中，原動機(jī)裝置就是汽輪機(jī)，所以汽輪機(jī)會對電廠發(fā)電效率產(chǎn)生直接的影響。通常汽輪機(jī)產(chǎn)生的故障大部分都在流通部分，所以，對汽輪機(jī)流通部分進(jìn)行有效的故障診斷是非常重要的，這樣可以減少汽輪機(jī)出現(xiàn)的故障，保證機(jī)組能夠安全有效地運(yùn)行。

1 汽輪機(jī)具體工作原理

在火力發(fā)電中，汽輪機(jī)所具備的優(yōu)點(diǎn)為：單機(jī)功率非常大，運(yùn)行效率比較高且使用壽命比較長[1]。對于其工作原理總結(jié)為蒸汽透平。汽輪機(jī)利用旋轉(zhuǎn)方式把里面蒸汽所含的能量轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。

汽輪機(jī)里面的蒸汽來自鍋爐，當(dāng)蒸汽流進(jìn)到汽輪機(jī)內(nèi)缸里面后會遵循具體的動能原理，依據(jù)一定秩序?qū)⑵渑渲脼榄h(huán)形，同時(shí)汽輪機(jī)里面的動葉及噴嘴會通過蒸汽熱能，在實(shí)際運(yùn)行中生成相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)機(jī)械能。因?yàn)槠啓C(jī)轉(zhuǎn)化蒸汽所采用的方式不同，所以使得能量和機(jī)械能的轉(zhuǎn)化率存在差異，汽輪機(jī)性能以及工作原理也不同。盡管汽輪機(jī)在性能及原理方面存在差異，可是其大致構(gòu)成基本相似，就是氣流通道部分都具備排氣缸、進(jìn)汽機(jī)構(gòu)以及通流部分。

2 通流部分具體工作原理

2.1 高壓部分

該部分壓力主要包含單列式類型的調(diào)節(jié)級壓力一個(gè)以及等級壓力級11 個(gè)，調(diào)節(jié)級葉片型式是一種三叉三銷聯(lián)體式，該沖動式結(jié)構(gòu)強(qiáng)度非常高；而壓力級葉片制作材料是方鋼，同時(shí)設(shè)置在靜葉持環(huán)上[2]。其根部設(shè)置在直槽內(nèi)層隔板，同時(shí)通過L 型填隙條鎖緊。把填隙條設(shè)置在直槽附加槽里面，同時(shí)把渦片制成一種倒T 型，鎖緊葉片以及葉槽。因?yàn)楦邏翰糠志哂蟹浅４蟮膲毫?，使用T 型能夠有效避免出現(xiàn)蒸汽泄漏事故。

2.2 中壓部分

該部分具備2×9 級，總共有18 級，組成部分主要是級數(shù)一樣的氣缸內(nèi)靜葉片與以及轉(zhuǎn)子輪上動葉片[3]。該部分利用彈簧實(shí)現(xiàn)汽封從而保證轉(zhuǎn)子與葉片圍帶徑向間隙適中。

2.3 低壓部分

該通流部分的主要組成級數(shù)都是7 個(gè)等級的相應(yīng)氣缸內(nèi)靜葉片以及轉(zhuǎn)子輪上動葉片。由于通流部分采用的是雙流式，所以總壓力級是28 級[4]。該部分利用彈簧汽封方式減小轉(zhuǎn)子與葉片圍帶徑向間隙，同時(shí)依靠彈簧的退讓以及撓曲來減小二者之間的摩擦力以及碰撞引發(fā)的封齒磨損。對于該部分靜葉片，有1～5級葉片是采用方鋼材質(zhì)通過銑制制作成的。

3 故障種類和產(chǎn)生的原因

通常汽輪機(jī)通流部分故障有兩大類，分別是突發(fā)性故障和漸變性故障。突發(fā)性故障主要包含：進(jìn)氣閥閥門桿發(fā)生突然斷裂脫落現(xiàn)象、動葉或者靜葉出現(xiàn)突然斷裂脫落問題等。上述現(xiàn)象出現(xiàn)的原因大部分是由于通流部分面積突然改變而導(dǎo)致的。而漸變性故障主要包含通道結(jié)垢以及葉片磨損等。引發(fā)上述現(xiàn)象的原因大部分是由于汽輪的長期使用使得通流通道里面長期充斥著水汽，最后致使水垢堆結(jié)或是蒸汽里面雜質(zhì)長時(shí)間沖擊內(nèi)缸，使其被磨損，由于形成上述故障的時(shí)間非常長所以被稱為漸變性故障。

對于壓力級故障以及軸封磨損故障，其中壓力級故障通常是由于通流通道長時(shí)間使用后結(jié)有大量塵垢或缸內(nèi)葉片出現(xiàn)斷裂以及脫落現(xiàn)象。當(dāng)故障發(fā)生的時(shí)候一般會出現(xiàn)通道面積突然發(fā)生變化的現(xiàn)象，面積改變導(dǎo)致調(diào)節(jié)級壓力升高，使得部件出現(xiàn)故障。另一種軸封磨損故障，大部分都是因?yàn)槠啓C(jī)啟動、運(yùn)行停止和負(fù)載力改變的時(shí)候，由于操作不當(dāng)?shù)仍蚴沟幂S封發(fā)生激烈碰撞及摩擦，從而提高了軸封磨損度，使得徑向間隙變大，最后汽缸出現(xiàn)漏氣問題[5]。

對于調(diào)節(jié)級以及調(diào)節(jié)汽門出現(xiàn)的故障，該故障出現(xiàn)幾率是所有故障中最高的，引發(fā)故障的主要原因是調(diào)節(jié)級以及調(diào)節(jié)汽門在運(yùn)行中承受的溫度以及壓力都非常高，汽輪機(jī)大部分焓降基本上都落在這里，使得這兩處長期承受交變熱應(yīng)力帶來的壓迫，漸變時(shí)出現(xiàn)磨損或腐蝕現(xiàn)象，最后導(dǎo)致進(jìn)汽閥閥門桿出現(xiàn)斷裂或門芯脫落現(xiàn)象，情況嚴(yán)重的時(shí)候甚至出現(xiàn)葉片斷裂故障。因?yàn)楦變?nèi)氣流循環(huán)非?；顫姡⑶颐撀浣饘偎樾茧S著氣流會不斷沖擊汽門以及調(diào)節(jié)級，提升汽門以及調(diào)節(jié)級磨損度，同時(shí)使得流通道堵塞問題更加嚴(yán)重。

4 檢查以及診斷故障

對汽輪機(jī)進(jìn)行故障診斷時(shí)采取的方式非常多，能夠依據(jù)故障特征確定故障性質(zhì)，圖1 為以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的故障診斷系統(tǒng)具體診斷流程。

4.1 進(jìn)行現(xiàn)場檢查

汽輪機(jī)通流部分出現(xiàn)故障會使得汽輪機(jī)機(jī)組所具有的負(fù)荷能力降低，診斷汽輪機(jī)流通部分故障的時(shí)候首先應(yīng)該在實(shí)際操作現(xiàn)場進(jìn)行認(rèn)真全面的檢查。如果沒有找到明顯誘因就應(yīng)該檢查6 級高調(diào)門的具體開啟狀態(tài)和實(shí)際運(yùn)行情況，如果有異常聲響發(fā)出就應(yīng)該檢查門前后的具體壓力，如果壓力降低值比較那么就能夠確定不是門芯掉落引起的故障。

圖1 診斷流程圖

4.2 對比熱參數(shù)

監(jiān)測汽輪機(jī)里面各項(xiàng)數(shù)據(jù)時(shí)，如果通流部分出現(xiàn)故障，汽輪機(jī)蒸汽壓力以及調(diào)節(jié)壓力均將出現(xiàn)顯著上升的趨勢。把汽輪機(jī)在打開所有高調(diào)門條件下的具體最高工況當(dāng)作標(biāo)桿，當(dāng)負(fù)荷一樣的時(shí)候比較所有高調(diào)門打開的具體參數(shù)。如果氣流量以及調(diào)節(jié)級壓力均出現(xiàn)明顯下降的現(xiàn)象，那么就能夠確定故障很可能是異物堵塞通道使得通流面積明顯變小。

4.3 比較通流部分的具體效率

把汽輪機(jī)在打開所有高調(diào)門條件下的具體最高工況當(dāng)作標(biāo)桿，當(dāng)負(fù)荷一樣的時(shí)候，如果調(diào)節(jié)級效率顯著降低，高壓缸的效率也出現(xiàn)下降趨勢，可是下降幅度不大，那么能夠確定故障原因主要在調(diào)節(jié)級上。

5 結(jié)束語

汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，流通部分產(chǎn)生的作用非常重要，所以有效診斷流通部分故障是非常有必要的。對流通部分進(jìn)行故障診斷的時(shí)候，不僅有上述筆者介紹的通用方法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，同時(shí)還有模糊推理以及遺傳算法等，就是利用模型或者是函數(shù)計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)，從而對故障發(fā)生位置和類型進(jìn)行推斷，然后有效處理汽輪機(jī)故障，為汽輪機(jī)的安全有效運(yùn)行提供一定的保障。

[1]江寧，李政.核電汽輪機(jī)通流部分性能監(jiān)測與故障診斷[J].核動力工程，2004（01）：4～7.

[2]陳國強(qiáng)，葉春.汽輪機(jī)通流部分的故障診斷[J].動力工程，2004（01）：98～101.

[3]陳紅，張翼，蘇鐵熊，等.300MW 汽輪機(jī)通流部分存在的問題及處理建議[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2015（01）：78～80.

[4]曹麗華，周云龍，李勇，等.汽輪機(jī)通流部分故障診斷基準(zhǔn)值的研究[J].汽輪機(jī)技術(shù)，2009（02）：132～134+115.

[5]周云龍，曹麗華，徐偉，等.汽輪機(jī)通流部分間隙變化對相對內(nèi)效率和功率的影響[J].熱力發(fā)電，2010（03）：90～92+96.