浅析汽轮机断叶片的监测判断

苏文杰

摘 要：随着社会经济的快速发展，汽轮机应用程度逐渐加深。加强研究汽轮机断叶片监测与判断具有十分重要的意义。汽轮机运行过程中，因为设计运行过程中相关原因，可能会存在叶片损伤或者是损坏事件，进而严重影响机组运行的安全性。文章结合实际工作情况，具体探究模态分析以及模糊模式条件下的叶片故障诊断。并在这个过程中具体分析了断叶片诊断系统。

关键词：汽轮机；断叶片；检测诊断

通过对汽轮机运行过程中叶片震动波动情况以及突生情况进行分析，能够准确判定与区分轴系之间造成的摩擦与断叶片故障情况。而为了能够从根本上有效防止发生事故造成的破坏扩大，需要根据同类型技术故障进行分析，因此，汽轮机断叶片的诊断具有十分重要的意义。

1 汽轮机断叶片概述

汽轮机机组在长时间运作的过程中，叶片可能会发生损坏。损坏的类型主要包括两个方面：其一，叶片损坏。其主要形式包括汽轮机叶片冲刷汽蚀、汽轮机叶片蜂窝状麻点以及锈蚀等问题，这些问题都有可能造成叶片使用的经济性下降与安全问题；其二，叶片损伤。造成叶片出现损伤的主要形式包括裂纹、折断以及断裂扭弯等情况，这种情况下，叶片可能会丧失基本功能，并在此基础上产生巨大的破坏效果。叶片损害通常情况下会发生在叶片、根以及拉肋等位置上。这些位置出现损坏的情况较为严重。汽轮机不同级叶片发生损坏时候位置并不均匀。根据美国在进行汽轮机断叶片方面的实验数据显示，叶片发生事故的时候，通常情况下问题产生于低压缸内部。其中气压缸内部末级发生问题的几率为20%，次末级发生问题的几率为58%、除此之外，问题多集中在高压区1级位置。日本曾经对其进行了大量的实验，结果同美国实验相仿。

2 叶片段落故障原因

当汽轮机叶片出现故障时，根据故障情况而定，叶片段落故障为汽轮机故障当中问题最为严重的一个方面。汽轮机断叶片问题产生的现象相对明显，从内容上看，其现象具有几个方面的表现：

首先，汽轮机的内部或者是凝汽器的内部出现声响。其次，汽轮机机组发生明显震动变化情况，并伴随产生瞬间抖动，轴向推力也会伴随发生温度变化。再次，汽轮机的叶片出现较为明显的损伤，会明显改变通流面积。在相同负荷情况下，蒸汽流量、汽门开度以及监视段压力情况都会发生变化。另外，汽轮机当中的抽气口发生叶片断裂后，会进入到抽汽管道当中，可能造成抽汽逆止门发生阻塞，并进一步令加热器出现损坏，使加热器的水位不断上升。最后，断叶片可能会吹入凝汽器当中破坏铜管，进而造成导电度上升。

通过对近年来大型汽轮机组的叶片故障情况统计分析，叶片发生故障的主要原因有：

（1）设计制造原因。在设计制造过程中，叶片振动特性掌握不准，制造缺少经验，在运行中产生共振现象；设计准则不合理，叶片设计动力不足；结构不合理，以致应力集中；叶根结构不当；这一系列原因都容易引起叶片故障的发生。

（2）运行方面原因。频率不稳定，长时间低频率运行，使叶片自激振动增加，容易损坏叶片；蒸汽品质不符合规范，可使叶片结垢，通流面积减小，各级焓降增加，叶片应力增大。汽机超出力运行，将使末一、二级叶片焓降增加而严重过负荷，叶片强度超限而断裂；叶片的腐蚀损伤常发生在开始进入湿蒸汽各级，由于腐蚀介质的影响，将使叶片材料抗振强度急剧下降。

（3）外来原因。外来的机械杂物穿过滤网进入汽轮机，或滤网本身损坏进入汽轮机从而造成叶片损伤。

（4）老化原因。延长使用期是电厂的习惯作法，结果是叶片老化，因蠕变、磨蚀、锈蚀而损坏的情况有所增多。

3 叶片的故障诊断

3.1 故障诊断

采用震动分析方法对叶片故障问题尤其是断叶片进行监测与判断十分有效。震动问题主要产生在叶片运动过程中，是叶片运动遇到的最为主要的问题。除此之外，振动信号最容易获取，也便于叶片故障诊断检测。因此，当前针对叶片诊断的主要方法是模态分析以及模糊模式判别。

3.1.1 模态分析

我国从事汽轮机技术研究的研究人员通过使用模态分析的方式，对叶片模态情况下的刚度变化进行了研究，并以此作为判断叶片故障情况的依据。模态分析主要是对汽轮机的叶片震动情况进行分析，以此达到确保汽轮机机组安全性运行的技术手段。

3.1.2 模糊模式分析

针对汽轮机进行短时傅里叶方法分析以及小波多分析，能够准确判断叶片上的裂纹故障。另外，采用模糊视线原理对叶片裂纹与相关位置进行判定与找出，可以使用实测振动信号以及标准故障进行比较分析。

3.2 叶片故障诊断系统分析

3.2.1 汽轮机断叶片裂纹诊断主要检测是旋转机械当中的故障问题。目前，国内外对这方面的研究已经十分成熟。通常情况下，当前研究监测系统主要采用的是声学多普勒信号系统对叶片进行裂纹监测。这一系统能够沿着叶片圆周方向设置2个或者是2个以上的高灵敏度拾音计。拾音计在激光鉴相器的控制下采集叶片振动的声波信号，利用裂纹扩展导致叶片固有频率波动时产生的谐振事件来监视叶片裂纹的产生，并采用时域同步平均降噪。

3.2.2 美国著名的西屋公司设计研发了双探头叶片振动监测设备，这种设备能够充分对汽轮机叶片进行多种角度与模态的监测。同时，还可以应用在损坏情况监测方面以及评价修复工作当中，是制定修复和检验方案过程中一项十分重要的设备。

3.2.3 汽轮机断叶片监测还包括DM-NT集散式的监测网络以及RD-ES叶片监测判断系统。这种系统当中存在几个方面的特点：系统容量较大，信道多且数据处理能力相对更强。系统状态以及工况的监测能力强。系统对信号的采集速度也相对较快，能够支持远程传输。另外，就是系统能够实现人工智能分析诊断，完成自动化相关任务。

3.2.4 除此之外，日本多家公司也在汽轮机叶片震动检测设备研究方面具有十分卓越的研究成果。三菱重工研究企业就根据汽轮机叶片震动情况研制了光学探头测量震动设备。前苏联主要根据电子射线方式研究开发了段相位法测量振动模式。西安热工通过对汽轮机叶片动频以及动应力情况的研究，形成了无线电遥感技术监测叶片断裂纹。但是基于对应变片使用寿命的限制性条件的考虑，该种技术不能实现对叶片的长期监测任务。

4 结束语

文章主要论述了汽轮机断叶片的检测与判别工作，并在此基础上对叶片诊断方法进行了简要诊断分析。文章结合实际工作情况，具体探究模态分析以及模糊模式条件下的叶片故障诊断。并在这个过程中具体分析了断叶片诊断系统。通过上述中的内容，能够清晰的发现汽轮机断叶片诊断检测判别工作的重点与关键。希望能够根据文章，在今后汽轮机断叶片诊断工作有所借鉴意义。

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