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        汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法的分析

        2016-08-09 00:57:51任朝佳
        大科技 2016年21期
        關(guān)鍵詞:通流汽輪機(jī)故障診斷

        任朝佳

        (貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531)

        汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法的分析

        任朝佳

        (貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)任公司 貴州盤縣 553531)

        汽輪機(jī)是火電廠正常運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備,對(duì)火力發(fā)電具有十分重要的作用。通流部分是汽輪機(jī)中極容易發(fā)生故障的部位,但其直接關(guān)聯(lián)著汽輪機(jī)的正常運(yùn)行,是整個(gè)火電廠安全運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。此背景下,本文首先分析了汽輪機(jī)通流部分的工作原理,其次對(duì)汽輪機(jī)通流部分故障及原因進(jìn)行了一定的闡述,最后研究了汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法,以供參考。

        汽輪機(jī);通流部分;故障診斷;方法

        1 引言

        當(dāng)前,我國(guó)風(fēng)力發(fā)電與水力發(fā)電均取得了較大的發(fā)展,但火力發(fā)電依舊是我國(guó)電力發(fā)電的主要方式,電力發(fā)電在總發(fā)電中占據(jù)的比重高達(dá)80%,在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)降低的情況。汽輪機(jī)是火電廠的原動(dòng)機(jī),對(duì)火力發(fā)電具有十分重要的作用,汽輪機(jī)的通流部分直接關(guān)聯(lián)著火電站發(fā)電安全,所以,對(duì)汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法進(jìn)行深入的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

        2 汽輪機(jī)通流部分的工作原理

        2.1 高壓部分

        汽輪機(jī)通流部分的高壓部分主要由1單列式調(diào)節(jié)級(jí)壓力與11個(gè)等級(jí)的壓力級(jí)共同構(gòu)成。其中,調(diào)節(jié)級(jí)的葉片屬于三叉三銷的聯(lián)體式葉片,此種沖動(dòng)式結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較高。對(duì)于11個(gè)壓力級(jí)的葉片,主要由方鋼材質(zhì)制作而成,并且分布在靜葉持環(huán)上,根部與焊帶緊密焊連,并安裝造直槽內(nèi)層的隔板部位,然后采用L型填隙條將其牢固鎖緊。填隙條通常安裝在直槽內(nèi)的附加槽中,動(dòng)葉葉片由方鋼材質(zhì)制作而成,并且將可控制的渦葉片制作成“倒T”形,葉片與葉槽之間鎖緊。由于汽輪機(jī)通流部分的高壓部分壓力極高,T形能夠更加有效的避免蒸汽泄露問(wèn)題的出現(xiàn)。

        2.2 中壓部分

        一般情況下,汽輪機(jī)通流部分的中壓部分有2×9級(jí),共18級(jí),主要由相同級(jí)數(shù)的氣缸內(nèi)靜葉片與轉(zhuǎn)子輪上的動(dòng)葉片共同組成。中壓部分通常以彈簧進(jìn)行汽封,可保證轉(zhuǎn)子與葉片圍帶之間的徑向間隙不會(huì)過(guò)于大。如果兩者之間發(fā)生了摩擦與碰撞,彈簧一般會(huì)產(chǎn)生退讓與撓曲的現(xiàn)象,此種情況下,汽封的封齒磨損程度往往會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的下降現(xiàn)象。此外,靜葉片主要由方鋼銑制而成,葉根與圍帶緊密焊接整圈的隔板,在水平中分面進(jìn)行相應(yīng)的切割操作,能夠形成上下兩部分。

        2.3 低壓部分

        汽輪機(jī)通流部分的低壓部分主要由級(jí)數(shù)相同的氣缸內(nèi)靜葉片與轉(zhuǎn)子輪上動(dòng)葉片共同組成,級(jí)數(shù)通常為7個(gè)等級(jí)。由于汽輪機(jī)的通流部分屬于雙流式,所以,其壓力級(jí)為2×(2×7)級(jí),共28級(jí)。一般情況下,汽輪機(jī)通流部分的低壓部分主要是通過(guò)彈簧封縮減轉(zhuǎn)子與葉片圍帶間的徑向間隙,以及彈簧自身的退讓與撓曲降低兩者之間的摩擦與碰撞過(guò)程中產(chǎn)生的封齒磨損程度。對(duì)于低壓部分的靜葉片,其中1~5級(jí)的葉片通常選擇方鋼材質(zhì)經(jīng)過(guò)銑制制成,葉跟與圍帶緊密焊接,形成整圈的隔板,在水平中平面將其鋸開,能夠形成上下兩個(gè)部分,其中,氣缸內(nèi)的隔板主要采用I型填塞條鎖緊,填塞條再以沖鉚方式在附加槽內(nèi)脹緊。

        3 汽輪機(jī)通流部分故障情況及原因

        3.1 壓力級(jí)發(fā)生故障或軸封發(fā)生磨損

        當(dāng)壓力級(jí)發(fā)生故障之后,通常會(huì)在通流通道長(zhǎng)期使用之后形成大量的塵垢,或者是在缸內(nèi)葉片出現(xiàn)斷裂、脫落的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生故障時(shí),一般會(huì)出現(xiàn)通道面積突然性改變的情況,面積改變之后,往往會(huì)增加調(diào)節(jié)級(jí)的壓力,進(jìn)而引發(fā)部件故障。對(duì)于軸封磨損問(wèn)題,大多是由于汽輪機(jī)在啟動(dòng)、停止與負(fù)載力改變時(shí),由于操作不恰當(dāng)?shù)仍驅(qū)е碌妮S封激烈碰撞摩擦,在一定程度上增加了軸封的磨損度,進(jìn)而增加了徑向間隙,最終引發(fā)氣缸漏氣故障。

        3.2 調(diào)節(jié)級(jí)與調(diào)節(jié)汽門發(fā)生故障

        汽輪機(jī)通流部分調(diào)節(jié)劑與調(diào)節(jié)汽門部位極容易發(fā)生故障,主要原因在于這兩個(gè)部位運(yùn)行過(guò)程中需要承受較高的溫度與壓力,整體汽輪機(jī)在大多數(shù)情況下焓降基本都會(huì)落到這兩個(gè)部位,導(dǎo)致這兩個(gè)部位長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)需要承受交變熱應(yīng)力的壓迫,在漸變過(guò)程中,極容易發(fā)生磨損或是腐蝕現(xiàn)象,從而導(dǎo)致汽閥門的閥門桿部位發(fā)生斷裂問(wèn)題,或者是門芯部位出現(xiàn)脫落問(wèn)題,嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)發(fā)生葉片斷裂問(wèn)題。

        4 汽輪機(jī)通流部分故障的診斷方法

        4.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷原理

        人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種起源于動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)的算法研究,具有自學(xué)與自適應(yīng)能力,在事先提供的相應(yīng)輸入與輸出信號(hào)的基礎(chǔ)上,能夠依據(jù)兩者間存在的關(guān)聯(lián)進(jìn)行系統(tǒng)建模,并且還能在此前提下重新輸入數(shù)據(jù),以獲得相對(duì)應(yīng)的輸出結(jié)果。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一般涉及輸入層、隱層與輸出層三個(gè)部分。其中,輸入層能夠?qū)⑵浣邮盏降妮斎胄盘?hào)傳遞至隱層中,并且還能夠在隱層的傳遞函數(shù)中進(jìn)行信號(hào)的處理工作,進(jìn)而使得輸出結(jié)構(gòu)不同于輸入層。在汽輪機(jī)故障診斷系統(tǒng)中,將汽輪機(jī)的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)作為輸入信號(hào),并且采用一定的算法,就能夠診斷出汽輪機(jī)通流部分的故障類型。

        4.2 汽輪機(jī)故障診斷的流程

        當(dāng)目前為止,汽輪機(jī)故障診斷的形式多種多樣,可以故障特征對(duì)故障的性質(zhì)進(jìn)行判定與識(shí)別。圖1為基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷系統(tǒng)的診斷流程圖,即為通過(guò)SQL與matlab平臺(tái)收集、處理的汽輪機(jī)各種運(yùn)行情況(包括正常、故障等情況)數(shù)據(jù),通常涉及汽輪器運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)荷變化、主汽流量與溫度等方面的特征參數(shù)值,并且還能夠在數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程中對(duì)特征量進(jìn)行一定的加工,使其轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù),然后輸入故障診斷程序,從而判斷出汽輪機(jī)通路部位故障類型與故障發(fā)生的原因。

        圖1 基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷系統(tǒng)的診斷流程圖

        一般情況下,汽輪機(jī)發(fā)生的故障問(wèn)題多種多樣,故障原理也存在較大的差異,再加上基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型存在一定的局限性,此時(shí)可通過(guò)不同故障實(shí)例對(duì)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障診斷模型進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充。除此之外,由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建需要訓(xùn)練樣本,在進(jìn)行樣本數(shù)據(jù)的選用時(shí),應(yīng)當(dāng)將相互之間矛盾的數(shù)據(jù)與異常數(shù)據(jù)全面刪除,并且還要確保故障樣本數(shù)量與正常樣本數(shù)量具有一定的比例,以使得模擬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)盡量接近實(shí)際情況,從而提升故障判斷準(zhǔn)確性。

        4.3 現(xiàn)場(chǎng)檢查

        通常情況下,當(dāng)汽輪機(jī)的通流部位發(fā)生故障時(shí),往往會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)組的負(fù)荷能力出現(xiàn)降低的情況,在進(jìn)行此類故障的診斷時(shí),首先需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面的、詳細(xì)的檢查,如果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)較為明顯的誘導(dǎo)因素,還需要對(duì)6級(jí)高調(diào)門的開啟狀態(tài)以及其實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行仔細(xì)的檢查,如果聽到異常聲響,應(yīng)當(dāng)對(duì)門前后進(jìn)行一定的壓力檢查,如果發(fā)現(xiàn)壓力降低值較少,此時(shí)就可判定不是由于門芯掉落而導(dǎo)致的故障。

        4.4 熱參數(shù)比較

        在現(xiàn)行機(jī)組運(yùn)行規(guī)程中,并沒(méi)有對(duì)所有的熱力參數(shù)規(guī)定監(jiān)測(cè)范圍,部分監(jiān)測(cè)參數(shù)僅規(guī)定了報(bào)警值或是跳閘值,并沒(méi)有規(guī)定該參數(shù)在某一工況下的正常工作范圍,在一定程度上增加了故障故障征兆模糊化的難度。在對(duì)汽輪器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí),如果其通流部分出現(xiàn)了故障,其蒸汽壓力與調(diào)節(jié)壓力均會(huì)出現(xiàn)顯著的上升現(xiàn)象。此時(shí)可將汽輪機(jī)在高調(diào)門全開的情況下所出的高工況作為標(biāo)桿,然后對(duì)比負(fù)荷相同時(shí)當(dāng)前高調(diào)門的全開參數(shù)。

        5 結(jié)語(yǔ)

        綜上所述,在汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中,通流部分具有十分重要的作用,但無(wú)論是傳統(tǒng)的熱力參數(shù)診斷與振動(dòng)診斷,還是當(dāng)前的智能化診斷技術(shù),均無(wú)法對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生的故障進(jìn)行完全的、準(zhǔn)確的判斷,針對(duì)此,研發(fā)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的熱力參數(shù)的變化特征進(jìn)行不斷深入的分析,補(bǔ)充故障樣本,提高故障診斷技術(shù)準(zhǔn)確性,確保電廠發(fā)電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。

        [1]崔亮亮.汽輪機(jī)流通部分常見故障及診斷方法研究[J].青年科學(xué)(月刊),2014(08):37.

        [2]趙文.熱電廠汽輪機(jī)通流部分的故障診斷研究與應(yīng)用探討[J].華東科技:學(xué)術(shù)版,2015(07):334.

        [3]席莉,李錄平,高鵬,等.汽輪機(jī)通流能力診斷指標(biāo)基準(zhǔn)值的確定方法[J].汽輪機(jī)技術(shù),2014(56):128~132.

        TK268

        A

        1004-7344(2016)21-0228-02

        2016-7-10

        任朝佳(1985-),男,布依族,貴州盤縣人,助理工程師,大專,主要從事工作和研究方向是火電廠汽輪機(jī)檢修方面。

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