工業(yè)汽輪機熱力性能在線監(jiān)測與故障診斷的研究

郭智慧（內(nèi)蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司，內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

1 工業(yè)汽輪機故障檢測診斷概述

隨著現(xiàn)代化工業(yè)體系的逐步完善，機械設(shè)備的發(fā)展態(tài)勢呈現(xiàn)出大型化、自動化、綜合性、復(fù)雜性的特征。不同的功能的設(shè)備構(gòu)成一個有機的整體，其魯棒性越來越強，設(shè)備之間配合的緊密型越來越好，在生產(chǎn)過程中的互相聯(lián)系、耦合程度成為檢驗一個工業(yè)系統(tǒng)的重要標準。相對應(yīng)地，一臺機械設(shè)備出現(xiàn)故障，就會造成整體的癱瘓，生產(chǎn)過程被迫中斷。

為了避免這一問題的出現(xiàn)，及時掌握不同設(shè)備的故障原因就成為關(guān)鍵。上世紀80年代以來，工業(yè)設(shè)備體系中開始引入在線故障檢測技術(shù)，主要針對關(guān)鍵部位進行監(jiān)測和判斷，減少了人工排查故障的勞動，取得了較好的經(jīng)濟效益。

國內(nèi)開始設(shè)備在線故障診斷技術(shù)起步于上世紀80年代，最初主要在電力系統(tǒng)、石油化工系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)和鐵路系統(tǒng)中發(fā)揮作用。進入90年代，由于計算機技術(shù)的快速發(fā)展，這一技術(shù)迅速擴展到國民經(jīng)濟各種領(lǐng)域，其中大型汽輪機發(fā)電機組的在線監(jiān)測和診斷技術(shù)就是典型的一種。

“十二五”期間，汽輪機發(fā)電機組的在線監(jiān)測和診斷技術(shù)開始向信息化程度發(fā)展，一方面是得益于前期的研究和總結(jié)，另一方面得益于信息技術(shù)的發(fā)展，為系統(tǒng)整體的通信架構(gòu)提供了基礎(chǔ)。我國一些高校如清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等與國內(nèi)知名研究機構(gòu)共同開發(fā)，形成了具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)體系。

至今為止，汽輪機發(fā)電機組的在線監(jiān)測和診斷技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了30多年的發(fā)展，這期間大量的融入先進科技，如材料技術(shù)、電力技術(shù)、磁力技術(shù)等，對診斷理論的完善有很大的促進作用?？偟貋碚f，這一技術(shù)涉及到控制理論、信息理論、評價理論、計算機科學(xué)、電子技術(shù)、神經(jīng)診斷等十幾門理論學(xué)科，是典型的邊緣科學(xué)范疇。近年來，科研人員開始嘗試將人工智能與自動化技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用到這一技術(shù)當中，其目的是實現(xiàn)診斷和解決的結(jié)合。

隨著故障檢測診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，汽輪機故障研究的大致方向為診斷和解決分離，對于一些常見的故障機理和特征在判斷的同時，配合輔助設(shè)備實現(xiàn)自動解決，提升整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 工業(yè)汽輪機熱力性能在線監(jiān)測和故障診斷研究

2.1 故障信號采集

由于工業(yè)汽輪機的工作環(huán)境較為復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，采取傳統(tǒng)的人工排查手段費時費力，因此信號采集手段是很好的解決方案；其中，針對熱力性能在線檢測判斷的技術(shù)，目前國內(nèi)的信號采集手段主要是借助傳感器，其技術(shù)關(guān)鍵是傳感器靈敏性、自動化程度和通信手段。

因此，不斷提升傳感器技術(shù)就成了監(jiān)測關(guān)鍵，新型傳感器的應(yīng)用，可以大幅度降低誤診率和漏診率，而要滿足這一條件，就需要同時從硬件和軟件兩方面研究入手。單純地從軟件方面分析，目前最先進的技術(shù)是人工神經(jīng)理論系統(tǒng)，我國的研究水平已經(jīng)達到了國際先進行列，而硬件的研究方面還有所欠缺。

2.2 信息分析處理

汽輪機熱力性能的分析便于設(shè)定參考層次，如工業(yè)體系中的在線監(jiān)測模塊同時綁定了信息處理功能，在操作中并不依賴計算機系統(tǒng)，這一處理方式比較適合汽輪機振動信號的分析處理。一般的汽輪機故障診斷是依賴于振動信號處理，采用快速傅立葉變換的理論；如果一個時期內(nèi)檢測信號具有不同的頻率諧波函數(shù)的線性疊加，就認為信號是平穩(wěn)的。

但事實上，很多的檢測信號并不是線性的，這也意味著傅立葉變換理論存在應(yīng)用缺陷，因此國內(nèi)專家再次基礎(chǔ)上加入了汽輪機動靜碰撞摩擦診斷體系和汽輪機軸心軌跡的異常檢測體系，從檢測手段上日漸豐富。

信息處理模塊的功能并不復(fù)雜，一旦檢測信號的對比與設(shè)定出現(xiàn)偏差，即返回異常報告信號，提醒操作人員根據(jù)指令進行檢查。

2.3 故障診斷體系

監(jiān)測信息反饋是人機響應(yīng)機制，由于大型汽輪機工作環(huán)境的復(fù)雜性，以及設(shè)備的大規(guī)模設(shè)置，要及時掌握信息反饋的內(nèi)容并不容易。在這方面，國內(nèi)外所采用的一種總線通信形式，可以在一定范圍內(nèi)解決這一問題，即信號反饋做出警報提醒的同時，按照設(shè)定部位的順序反饋給總控室，總控室再次和檢修人員確認，做到故障排除的雙保險。

3 結(jié)語

工業(yè)汽輪機熱力性能在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)日漸受到重視，其中對振動信號的診斷技術(shù)十分完善，但全面分析和典型故障的處理還缺乏有效性；研究表明，熱力參數(shù)診斷技術(shù)也是不可或缺的，圍繞著這一課題的研究還存在大量問題亟待解決。從發(fā)展趨勢來看，故障診斷與故障處理自動化的分離，更符合大型復(fù)雜機械設(shè)備的應(yīng)用特點，這也將成為未來的一個主要研究方向。

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