汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法研究

摘 要：在我國(guó)發(fā)展過(guò)程中火力工廠發(fā)揮著重要的作用，其主要運(yùn)行設(shè)備就是汽輪機(jī)，因此在發(fā)電工作開展期間汽輪機(jī)的地位十分關(guān)鍵，如果在汽輪機(jī)的通流部分出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)會(huì)發(fā)電廠的工作效率造成直接影響，嚴(yán)重還會(huì)為整體發(fā)電廠工作安全性造成巨大威脅?？梢哉f(shuō)想要盡可能避免運(yùn)行期間發(fā)生故障，就需要從提升汽輪機(jī)通流部分的順暢性入手。本文對(duì)當(dāng)前遇到的主要汽輪機(jī)通流部分故障問(wèn)題的種類和產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出有針對(duì)性的解決建議，希望能夠促進(jìn)我國(guó)發(fā)電廠工作效率不斷提升。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);通流部分;故障診斷

在我國(guó)社會(huì)及科學(xué)快速發(fā)展的推動(dòng)下，風(fēng)力發(fā)電和水力發(fā)電行業(yè)的發(fā)展速度也在不斷提升，這對(duì)于我國(guó)電力能源整體發(fā)展來(lái)說(shuō)具有積極的影響作用。在發(fā)展過(guò)程中火力發(fā)電因其自身優(yōu)勢(shì)和工作成果突出等原因，成為我國(guó)最主要的發(fā)電方式，而且隨著對(duì)其應(yīng)用力度的加大和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展，在未來(lái)火力發(fā)電會(huì)逐漸占據(jù)發(fā)電領(lǐng)域的首要位置。汽輪機(jī)是能夠決定火力發(fā)電廠運(yùn)行情況好壞的主要設(shè)備，一旦汽輪機(jī)自身出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)直接導(dǎo)致火力發(fā)電廠的工作效率降低，影響用戶的正常工作和生活。

1 介紹汽輪機(jī)設(shè)備工作原理

通過(guò)對(duì)火力發(fā)電方式的研究和分析，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)在火力發(fā)電過(guò)程中所發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其他設(shè)備，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在運(yùn)行效率高、工作壽命長(zhǎng)以及功率大等方面。蒸汽透平是汽輪起的基本工作原理，其采取旋轉(zhuǎn)方式把存在于內(nèi)部的蒸汽能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，這當(dāng)中的蒸汽是通過(guò)鍋爐燃燒產(chǎn)生的，當(dāng)氣體從機(jī)械內(nèi)杠通過(guò)后，在物理學(xué)基本規(guī)律的作用下，形成環(huán)狀配置，并且受到蒸汽中熱能的影響，機(jī)械設(shè)備內(nèi)部噴嘴及動(dòng)葉也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。各種能量轉(zhuǎn)換途徑由于汽輪機(jī)類型差別會(huì)有一定的區(qū)別，所以會(huì)導(dǎo)致能量轉(zhuǎn)化效率大不相同。雖然這些方面存在區(qū)別，但是機(jī)械設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)基本相同，也就是說(shuō)可以忽略這些方面存在的差異。組成內(nèi)部通道結(jié)構(gòu)的有出氣口部分、通流部分以及進(jìn)氣口三個(gè)主要部分[1]。

2 通流部分工作原理分析

2.1 低壓部分工作原理

該部分的級(jí)別分為七種，其主要的組成結(jié)構(gòu)包括等級(jí)相同的動(dòng)葉片與靜葉片，處于轉(zhuǎn)子輪位置的未動(dòng)葉片、在氣缸內(nèi)部的為靜葉片。一般來(lái)說(shuō)汽輪通流部分將雙流式作為主要方式，其壓力級(jí)別一共包含28級(jí)。低壓部分主要作用是縮小轉(zhuǎn)子與葉片圍帶之間的距離，未能夠?qū)崿F(xiàn)這一目標(biāo)，可以采取安裝彈簧方式來(lái)封閉蒸汽。一方面在彈簧變形性和撓曲性的作用下能夠?qū)⑥D(zhuǎn)子和葉片間的摩擦力大大降低，另一方面可以避免由于二者的摩擦或碰撞損壞、破損相應(yīng)的零件。在制造低壓部分靜葉片時(shí)，一般會(huì)選擇方鋼材料，并通過(guò)銑床對(duì)一到五級(jí)的葉片進(jìn)行加工處理。

2.2 中壓部分工作原理

該部分的級(jí)別共有十八個(gè)，同樣由十八個(gè)動(dòng)葉片及靜葉片組合而成，同低壓部分一樣，動(dòng)葉片在轉(zhuǎn)子輪位置，靜葉片處于氣缸設(shè)備內(nèi)，并同樣利用彈簧零件來(lái)實(shí)現(xiàn)封閉蒸汽的目的，適當(dāng)?shù)目刂妻D(zhuǎn)子及葉片圍帶間的合理距離[2]。

2.3 高壓部分工作原理

該部分共由多個(gè)等級(jí)的壓力機(jī)單列形式調(diào)節(jié)劑壓力共同組成，其中調(diào)節(jié)級(jí)為三叉形式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)在于具有極高的壓力承載性能。通常將方鋼作為鋼牙部分的主要材料類型，并直接連接靜葉，在根部會(huì)安置直槽內(nèi)層的隔板裝置，并通過(guò)填縫條作用來(lái)保持穩(wěn)定，一般槽內(nèi)部是安置填縫條的主要部位，再加裝T形渦片將葉片固定好，T形渦片主要是為了能夠降低巨大壓力下發(fā)生氣體泄露事故概率[3]。

3 目前常見(jiàn)的故障類型及故障發(fā)生的原因

3.1 突發(fā)性故障與漸變性故障

通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)的觀察和研究，發(fā)現(xiàn)主要容易發(fā)生事故的部分為汽輪機(jī)通流部分，一般故障的主要類型為突發(fā)性和漸變性兩種。其中漸變性故障的意思是由于汽輪機(jī)由于工作年限較長(zhǎng)，長(zhǎng)期工作積累導(dǎo)致的事故，具體導(dǎo)致的問(wèn)題有動(dòng)靜葉片的摩擦與碰撞損壞或通流部分污垢長(zhǎng)期積累等，之所以出現(xiàn)這些問(wèn)題時(shí)因?yàn)殡S著汽輪機(jī)工作時(shí)間的積累，通流部分接觸水蒸氣的時(shí)間也更長(zhǎng)，因此會(huì)有大量的水垢堆積在其內(nèi)部，并對(duì)汽輪機(jī)內(nèi)杠產(chǎn)生不斷撞擊，隨后造成汽輪機(jī)內(nèi)部的損傷;突發(fā)性故障也被稱為臨時(shí)性故障，主要包括葉片運(yùn)行過(guò)程中突然發(fā)生斷裂或掉落以及運(yùn)轉(zhuǎn)期間閥門桿突然發(fā)生斷裂或掉落等問(wèn)題，主要造成以上問(wèn)題的原因是汽輪機(jī)通流部分的面積發(fā)生了突然的變化。

3.2 軸封磨損與壓力級(jí)故障

導(dǎo)致軸封磨損故障的主要原因是由于汽輪機(jī)處于機(jī)械氣動(dòng)、停止或承載負(fù)荷變化等特殊運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，工作人員進(jìn)行的錯(cuò)誤的操作，所以軸封發(fā)生了嚴(yán)重的碰撞，徑向間的距離慢慢增加已經(jīng)無(wú)法起到阻擋蒸汽的作用，最后出現(xiàn)汽輪起漏氣問(wèn)題。而壓力級(jí)故障是在汽輪機(jī)通流部分長(zhǎng)期運(yùn)行的狀態(tài)下積累大量的污垢、出現(xiàn)突發(fā)性內(nèi)部葉片破損以及與機(jī)械設(shè)備脫離等故障，造成一系列問(wèn)題的主要因素是汽輪機(jī)通流部分面積出現(xiàn)了突發(fā)變化，因此造成了調(diào)節(jié)級(jí)壓力的突然提升，損壞汽輪機(jī)的某些零件。

3.3 調(diào)節(jié)級(jí)故障

目前觀察來(lái)看氣門部位是調(diào)節(jié)級(jí)故障發(fā)生的主要部位，而且這類故障是當(dāng)前運(yùn)行期間發(fā)生十分頻繁的故障之一。導(dǎo)致調(diào)節(jié)級(jí)故障的因素是機(jī)械設(shè)備所有焙降都在調(diào)節(jié)級(jí)與氣門部位掉落，而且當(dāng)汽輪機(jī)處于試用階段時(shí)，所承受的溫度和壓力都非常高，所以長(zhǎng)時(shí)間的變應(yīng)力作用下調(diào)節(jié)級(jí)與氣門部分的相關(guān)零件會(huì)受到破壞，出現(xiàn)閥門桿開裂、折斷或者門芯脫離的問(wèn)題發(fā)生，這種故障導(dǎo)致的后果非常嚴(yán)重且影響力很強(qiáng)。在汽輪機(jī)運(yùn)行期間，內(nèi)杠中氣體一直處于高速循環(huán)的狀態(tài)，期間會(huì)有大量的金屬殘?jiān)袈?，在氣體流動(dòng)的影響下會(huì)不斷的對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)與氣門部分進(jìn)行撞擊，所以導(dǎo)致兩個(gè)部分的嚴(yán)重磨損，而且加重了通流部分的堵塞程度。

4 對(duì)故障的檢查和診斷的具體方法

目前能夠?qū)υ\斷故障的方式種類繁多，所以想要保證所選擇的方法能夠起到良好的應(yīng)用效果必須要了解和掌握所發(fā)生故障的具體性質(zhì)與特征，并利用MATLAB軟件與SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行輔助，把所有收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)向軟件中導(dǎo)入，以通過(guò)故障診斷系統(tǒng)來(lái)對(duì)故障的類型進(jìn)行判斷，最后得到相應(yīng)的結(jié)果。

4.1 通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢查判斷故障

當(dāng)汽輪機(jī)通流部分出現(xiàn)故障時(shí)，最主要的特征就是大大削弱機(jī)械設(shè)備的自身負(fù)荷承載能力，需要對(duì)故障進(jìn)行診斷時(shí)，首先應(yīng)該到實(shí)際操作場(chǎng)地進(jìn)行深入觀察，判斷機(jī)械裝置的內(nèi)部是否發(fā)生變化。當(dāng)工作人員無(wú)法通過(guò)觀察找到故障發(fā)生原因時(shí)，需要確認(rèn)6級(jí)高調(diào)們是否為開啟狀態(tài)，并觀察其具體的運(yùn)行情況，如果發(fā)現(xiàn)運(yùn)行期間存在異響，要第一時(shí)間對(duì)高調(diào)們附近的壓力值進(jìn)行檢查，在對(duì)比壓力值過(guò)后，可以通過(guò)數(shù)據(jù)了解到門芯有沒(méi)有脫落。

4.2 進(jìn)行熱參數(shù)對(duì)比

一旦汽輪機(jī)通流部分出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致蒸汽壓力值和調(diào)節(jié)壓力值迅速上升。一般情況下會(huì)采取對(duì)比高調(diào)們開啟狀態(tài)下，同樣負(fù)載條件的最高工況等參數(shù)。如果發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)級(jí)壓力及氣流量有逐漸下降的情況，可以以此判斷出是由于不明物體對(duì)通流部分造成阻礙，縮小了其面積。

4.3 對(duì)通流部分的具體效率進(jìn)行比較

通上述情況類似，采取對(duì)比高調(diào)們開啟狀態(tài)下，同樣負(fù)載條件的最高工況等參數(shù)，當(dāng)調(diào)節(jié)級(jí)運(yùn)行效率降低時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)高壓缸效率也逐漸下降，所以可以確定是調(diào)節(jié)級(jí)發(fā)生了故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

就目前情況來(lái)看，汽輪機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題的主要部位為通流部分，所以相關(guān)工作人員將解決該部分故障作為主要的研究課題，分析產(chǎn)生故障的主要原因并探索能夠解決故障的有效手段，盡可能降低故障發(fā)生的可能性，提升整體機(jī)組設(shè)備安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉思東，周凡.故障診斷方法在汽輪機(jī)通流部分的研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（2）：195.

[2]徐航.淺談汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法研究[J].科技創(chuàng)業(yè)月刊，2016，29（22）：148-149.

[3]朱彥東.汽輪機(jī)通流部分故障診斷方法研究[J].科技與企業(yè)，2016（6）：214.

作者簡(jiǎn)介：

卞益平（1966- ），男，江蘇啟東人，技師，大專，研究方向汽輪機(jī)。