汽轮机通流部分故障诊断方法分析

黄毅

摘 要：在火电厂中，汽轮机作为原动机发挥着重要的作用。其中，通流部分的安全运行对电厂的影响较大。通过阐述火电厂汽轮机的工作原理，阐述了汽轮机通流部分的具体工作原理，介绍了汽轮机通流部分的故障类型及其原因，并介绍了以神经网络为主的故障诊断方法，希望对提高汽轮机的生产效率提供一定的借鉴。

关键词：汽轮机；通流部分；运行原理；突发故障

中图分类号：TK267 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0119-02

目前，火力发电依然作为电力发电的主要手段之一，其发电量占总发电量的80%，并会在未来很长时间内维持领先地位。汽轮机作为火力发电厂的原动机装置，直接影响着电厂的发电效率。在汽轮机中，故障多发生于通流部分。因此，应加强对通流部分的故障诊断，以降低汽轮机的故障发生率，从而确保机组的安全运行。

1 汽轮机的结构和工作原理

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流通道都是由进汽机构、各级通流部分的叶栅和排汽缸组成的。

2 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。低压通流部分为双流2×（2×7）级，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，采用叶根与整体围带相连的结构，形成了整圈隔板，水平中分面锯开后可分为上、下两半，而安装在内缸或静叶持环直槽内的隔板采用一系列的L型塞紧条锁紧，塞紧条安装在直槽内的附加槽内，并冲铆胀紧。

3 汽轮机通流部分的故障类型

汽轮机通流部分的故障可归纳为2大类：①突发故障。主要包括进汽阀门阀杆断落、叶片脱落和断裂等现象，突发问题多因通流部分的面积发生突变而引起。②因通流通道长期结垢、磨损而引起的渐变性故障。主要体现在以下2方面。

3.1 调节汽门和调节级故障

在汽轮机中，调节汽门和调节级故障率最高，主要是因其在运行时的压力、温度较高，汽轮机的多数焓降由这2个部位负担，导致调节级在长时间交变热应力的作用下出现破损、腐蚀等现象，进而造成阀门阀杆或叶片断裂。此外，通流通道中的金属碎屑脱落后会磨损汽门和调节级，进而加剧了通道的堵塞程度。

3.2 压力级故障和轴封磨损

压力级产生的故障多为通道结垢和叶片断裂等现象。发生故障时，通道面积会有所改变，进而改变了调节级后压力值。此外，多发故障还表现为轴封的磨损，即在汽轮机启停或变更负载时，因误操作等原因而引起轴封间碰撞、接触，进而增加了轴封磨损和各缸漏汽的程度。

4 汽轮机通流部分的故障分析

综上所述，汽轮机通流部分故障的原因多为压力、温度或流量等热力学参数的变化。当调节汽门或调节级发生故障时，调节级后压力值也会随之改变。如果调节汽门阀杆断裂或结垢，则会缩小通道面积，蒸汽在通过调节级后会产生额外的节流，进而引起调节级的压力下降。压力级故障与调节级故障类似，会引起通道面积的变化。

5 汽轮机通流部分故障的诊断方法

在汽轮机故障的诊断方法中，常用的包括热力参数诊断和振动诊断。随着研究的深入和相关科技的发展，现阶段提出了更为智能化的诊断方法。下面以人工神经网络为例对故障诊断进行阐述。

5.1 人工神经网络的故障诊断原理

人工神经网络是一种源于动物神经系统的算法研究，具备自学和自适应功能，在预先提供相应输入、输出信号的前提下，可根据二者间的联系进行系统建模，并基于此处理新输入的数据，从而获得相应的输出结果。人工神经网络主要包括输入层、隐层和输出层。其中，输入层可将接收到的输入信号传递至隐层中，并在隐层的传递函数中处理信号，从而使输出结果不同于输入层。在汽轮机的故障诊断系统中，将汽轮机的各项运行参数作为输入信号，并利用一定的算法，可诊断故障类型。

5.2 汽轮机故障诊断的流程

汽轮机故障诊断的形式较为多样，可通过故障特征判别故障的性质。基于人工神经网络的故障诊断系统的诊断流程如图1所示，即基于SQL和matlab平台收集、处理汽轮机各种运行工况（包括正常、故障等情况）的数据，包括汽轮机运行时的负荷变化、主汽流量、温度、压力、调节级后压力、再热压力、温度等特征参数值，并在数据预处理中加工特征量，使其转换为网络数据输入到故障诊断程序中，进而可判断故障类型和故障原因。

汽轮机可能发生的故障问题多种多样，故障原理也不尽相同，且基于神经网络的故障诊断模型存在局限性。因此，可通过不同的故障实例对基于神经网络的故障诊断模型加以补充。另外，因神经网络的建立需要训练样本，在选择样本数据时，

应删除相互间矛盾的数据和异常数据，且保证故障样本的数量与正常样本的数量具有一定的比例，使模拟的神经网络模型与实际情况尽量接近，从而提高故障判断的准确性。

6 结束语

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。

参考文献

[1]周昭滨，巫樟泉，张德轩，等.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（05）.

[2]董晓峰，顾煜炯，杨昆，等.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）.

[3]毛健，赵红东.人工神经网络的发展及应用[J].电子设计工程，2011（24）.

〔编辑：张思楠〕endprint