汽輪機通流部分故障診斷方法研究

摘 要：在我國發展過程中火力工廠發揮著重要的作用，其主要運行設備就是汽輪機，因此在發電工作開展期間汽輪機的地位十分關鍵，如果在汽輪機的通流部分出現問題會會發電廠的工作效率造成直接影響，嚴重還會為整體發電廠工作安全性造成巨大威脅。可以說想要盡可能避免運行期間發生故障，就需要從提升汽輪機通流部分的順暢性入手。本文對當前遇到的主要汽輪機通流部分故障問題的種類和產生原因進行分析，并在此基礎上提出有針對性的解決建議，希望能夠促進我國發電廠工作效率不斷提升。

關鍵詞：汽輪機;通流部分;故障診斷

在我國社會及科學快速發展的推動下，風力發電和水力發電行業的發展速度也在不斷提升，這對于我國電力能源整體發展來說具有積極的影響作用。在發展過程中火力發電因其自身優勢和工作成果突出等原因，成為我國最主要的發電方式，而且隨著對其應用力度的加大和應用范圍的擴展，在未來火力發電會逐漸占據發電領域的首要位置。汽輪機是能夠決定火力發電廠運行情況好壞的主要設備，一旦汽輪機自身出現問題，就會直接導致火力發電廠的工作效率降低，影響用戶的正常工作和生活。

1 介紹汽輪機設備工作原理

通過對火力發電方式的研究和分析，發現汽輪機在火力發電過程中所發揮的優勢要遠遠超出其他設備，其優勢主要體現在運行效率高、工作壽命長以及功率大等方面。蒸汽透平是汽輪起的基本工作原理，其采取旋轉方式把存在于內部的蒸汽能量轉變為機械能，這當中的蒸汽是通過鍋爐燃燒產生的，當氣體從機械內杠通過后，在物理學基本規律的作用下，形成環狀配置，并且受到蒸汽中熱能的影響，機械設備內部噴嘴及動葉也逐漸轉變為機械能。各種能量轉換途徑由于汽輪機類型差別會有一定的區別，所以會導致能量轉化效率大不相同。雖然這些方面存在區別，但是機械設備的組成結構基本相同，也就是說可以忽略這些方面存在的差異。組成內部通道結構的有出氣口部分、通流部分以及進氣口三個主要部分[1]。

2 通流部分工作原理分析

2.1 低壓部分工作原理

該部分的級別分為七種，其主要的組成結構包括等級相同的動葉片與靜葉片，處于轉子輪位置的未動葉片、在氣缸內部的為靜葉片。一般來說汽輪通流部分將雙流式作為主要方式，其壓力級別一共包含28級。低壓部分主要作用是縮小轉子與葉片圍帶之間的距離，未能夠實現這一目標，可以采取安裝彈簧方式來封閉蒸汽。一方面在彈簧變形性和撓曲性的作用下能夠將轉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、破損相應的零件。在制造低壓部分靜葉片時，一般會選擇方鋼材料，并通過銑床對一到五級的葉片進行加工處理。

2.2 中壓部分工作原理

該部分的級別共有十八個，同樣由十八個動葉片及靜葉片組合而成，同低壓部分一樣，動葉片在轉子輪位置，靜葉片處于氣缸設備內，并同樣利用彈簧零件來實現封閉蒸汽的目的，適當的控制轉子及葉片圍帶間的合理距離[2]。

2.3 高壓部分工作原理

該部分共由多個等級的壓力機單列形式調節劑壓力共同組成，其中調節級為三叉形式結構，這種結構優勢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，在根部會安置直槽內層的隔板裝置，并通過填縫條作用來保持穩定，一般槽內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生氣體泄露事故概率[3]。

3 目前常見的故障類型及故障發生的原因

3.1 突發性故障與漸變性故障

通過對汽輪機的觀察和研究，發現主要容易發生事故的部分為汽輪機通流部分，一般故障的主要類型為突發性和漸變性兩種。其中漸變性故障的意思是由于汽輪機由于工作年限較長，長期工作積累導致的事故，具體導致的問題有動靜葉片的摩擦與碰撞損壞或通流部分污垢長期積累等，之所以出現這些問題時因為隨著汽輪機工作時間的積累，通流部分接觸水蒸氣的時間也更長，因此會有大量的水垢堆積在其內部，并對汽輪機內杠產生不斷撞擊，隨后造成汽輪機內部的損傷;突發性故障也被稱為臨時性故障，主要包括葉片運行過程中突然發生斷裂或掉落以及運轉期間閥門桿突然發生斷裂或掉落等問題，主要造成以上問題的原因是汽輪機通流部分的面積發生了突然的變化。

3.2 軸封磨損與壓力級故障

導致軸封磨損故障的主要原因是由于汽輪機處于機械氣動、停止或承載負荷變化等特殊運行狀態時，工作人員進行的錯誤的操作，所以軸封發生了嚴重的碰撞，徑向間的距離慢慢增加已經無法起到阻擋蒸汽的作用，最后出現汽輪起漏氣問題。而壓力級故障是在汽輪機通流部分長期運行的狀態下積累大量的污垢、出現突發性內部葉片破損以及與機械設備脫離等故障，造成一系列問題的主要因素是汽輪機通流部分面積出現了突發變化，因此造成了調節級壓力的突然提升，損壞汽輪機的某些零件。

3.3 調節級故障

目前觀察來看氣門部位是調節級故障發生的主要部位，而且這類故障是當前運行期間發生十分頻繁的故障之一。導致調節級故障的因素是機械設備所有焙降都在調節級與氣門部位掉落，而且當汽輪機處于試用階段時，所承受的溫度和壓力都非常高，所以長時間的變應力作用下調節級與氣門部分的相關零件會受到破壞，出現閥門桿開裂、折斷或者門芯脫離的問題發生，這種故障導致的后果非常嚴重且影響力很強。在汽輪機運行期間，內杠中氣體一直處于高速循環的狀態，期間會有大量的金屬殘渣掉落，在氣體流動的影響下會不斷的對調節級與氣門部分進行撞擊，所以導致兩個部分的嚴重磨損，而且加重了通流部分的堵塞程度。

4 對故障的檢查和診斷的具體方法

目前能夠對診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用效果必須要了解和掌握所發生故障的具體性質與特征，并利用MATLAB軟件與SQL Server數據庫進行輔助，把所有收集到的相關數據向軟件中導入，以通過故障診斷系統來對故障的類型進行判斷，最后得到相應的結果。

4.1 通過對現場檢查判斷故障

當汽輪機通流部分出現故障時，最主要的特征就是大大削弱機械設備的自身負荷承載能力，需要對故障進行診斷時，首先應該到實際操作場地進行深入觀察，判斷機械裝置的內部是否發生變化。當工作人員無法通過觀察找到故障發生原因時，需要確認6級高調們是否為開啟狀態，并觀察其具體的運行情況，如果發現運行期間存在異響，要第一時間對高調們附近的壓力值進行檢查，在對比壓力值過后，可以通過數據了解到門芯有沒有脫落。

4.2 進行熱參數對比

一旦汽輪機通流部分出現故障，會導致蒸汽壓力值和調節壓力值迅速上升。一般情況下會采取對比高調們開啟狀態下，同樣負載條件的最高工況等參數。如果發現調節級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通流部分造成阻礙，縮小了其面積。

4.3 對通流部分的具體效率進行比較

通上述情況類似，采取對比高調們開啟狀態下，同樣負載條件的最高工況等參數，當調節級運行效率降低時，可以發現高壓缸效率也逐漸下降，所以可以確定是調節級發生了故障。

5 結束語

就目前情況來看，汽輪機出現問題的主要部位為通流部分，所以相關工作人員將解決該部分故障作為主要的研究課題，分析產生故障的主要原因并探索能夠解決故障的有效手段，盡可能降低故障發生的可能性，提升整體機組設備安全、穩定的運行。

參考文獻：

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

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

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

作者簡介：

卞益平（1966- ），男，江蘇啟東人，技師，大專，研究方向汽輪機。