汽轮机通流部分故障诊断方法探讨

杨扬

引言

虽然我国水力发电以及风力发电均得到了非常大的发展，可是现阶段火力发电依然是我国的发电主力，并且在以后很长的一段时间里面都会始终保持领先地位。而火力发电厂在发电的过程中，原动机装置就是汽轮机，所以汽轮机会对电厂发电效率产生直接的影响。通常汽轮机产生的故障大部分都在流通部分，所以，对汽轮机流通部分进行有效的故障诊断是非常重要的，这样可以减少汽轮机出现的故障，保证机组能够安全有效地运行。

1 汽轮机具体工作原理

在火力发电中，汽轮机所具备的优点为：单机功率非常大，运行效率比较高且使用寿命比较长[1]。对于其工作原理总结为蒸汽透平。汽轮机利用旋转方式把里面蒸汽所含的能量转变成机械能。

汽轮机里面的蒸汽来自锅炉，当蒸汽流进到汽轮机内缸里面后会遵循具体的动能原理，依据一定秩序将其配置为环形，同时汽轮机里面的动叶及喷嘴会通过蒸汽热能，在实际运行中生成相应的旋转机械能。因为汽轮机转化蒸汽所采用的方式不同，所以使得能量和机械能的转化率存在差异，汽轮机性能以及工作原理也不同。尽管汽轮机在性能及原理方面存在差异，可是其大致构成基本相似，就是气流通道部分都具备排气缸、进汽机构以及通流部分。

2 通流部分具体工作原理

2.1 高压部分

该部分压力主要包含单列式类型的调节级压力一个以及等级压力级11 个，调节级叶片型式是一种三叉三销联体式，该冲动式结构强度非常高；而压力级叶片制作材料是方钢，同时设置在静叶持环上[2]。其根部设置在直槽内层隔板，同时通过L 型填隙条锁紧。把填隙条设置在直槽附加槽里面，同时把涡片制成一种倒T 型，锁紧叶片以及叶槽。因为高压部分具有非常大的压力，使用T 型能够有效避免出现蒸汽泄漏事故。

2.2 中压部分

该部分具备2×9 级，总共有18 级，组成部分主要是级数一样的气缸内静叶片与以及转子轮上动叶片[3]。该部分利用弹簧实现汽封从而保证转子与叶片围带径向间隙适中。

2.3 低压部分

该通流部分的主要组成级数都是7 个等级的相应气缸内静叶片以及转子轮上动叶片。由于通流部分采用的是双流式，所以总压力级是28 级[4]。该部分利用弹簧汽封方式减小转子与叶片围带径向间隙，同时依靠弹簧的退让以及挠曲来减小二者之间的摩擦力以及碰撞引发的封齿磨损。对于该部分静叶片，有1～5级叶片是采用方钢材质通过铣制制作成的。

3 故障种类和产生的原因

通常汽轮机通流部分故障有两大类，分别是突发性故障和渐变性故障。突发性故障主要包含：进气阀阀门杆发生突然断裂脱落现象、动叶或者静叶出现突然断裂脱落问题等。上述现象出现的原因大部分是由于通流部分面积突然改变而导致的。而渐变性故障主要包含通道结垢以及叶片磨损等。引发上述现象的原因大部分是由于汽轮的长期使用使得通流通道里面长期充斥着水汽，最后致使水垢堆结或是蒸汽里面杂质长时间冲击内缸，使其被磨损，由于形成上述故障的时间非常长所以被称为渐变性故障。

对于压力级故障以及轴封磨损故障，其中压力级故障通常是由于通流通道长时间使用后结有大量尘垢或缸内叶片出现断裂以及脱落现象。当故障发生的时候一般会出现通道面积突然发生变化的现象，面积改变导致调节级压力升高，使得部件出现故障。另一种轴封磨损故障，大部分都是因为汽轮机启动、运行停止和负载力改变的时候，由于操作不当等原因使得轴封发生激烈碰撞及摩擦，从而提高了轴封磨损度，使得径向间隙变大，最后汽缸出现漏气问题[5]。

对于调节级以及调节汽门出现的故障，该故障出现几率是所有故障中最高的，引发故障的主要原因是调节级以及调节汽门在运行中承受的温度以及压力都非常高，汽轮机大部分焓降基本上都落在这里，使得这两处长期承受交变热应力带来的压迫，渐变时出现磨损或腐蚀现象，最后导致进汽阀阀门杆出现断裂或门芯脱落现象，情况严重的时候甚至出现叶片断裂故障。因为缸内气流循环非常活泼，并且脱落金属碎屑随着气流会不断冲击汽门以及调节级，提升汽门以及调节级磨损度，同时使得流通道堵塞问题更加严重。

4 检查以及诊断故障

对汽轮机进行故障诊断时采取的方式非常多，能够依据故障特征确定故障性质，图1 为以人工神经网络为基础的故障诊断系统具体诊断流程。

4.1 进行现场检查

汽轮机通流部分出现故障会使得汽轮机机组所具有的负荷能力降低，诊断汽轮机流通部分故障的时候首先应该在实际操作现场进行认真全面的检查。如果没有找到明显诱因就应该检查6 级高调门的具体开启状态和实际运行情况，如果有异常声响发出就应该检查门前后的具体压力，如果压力降低值比较那么就能够确定不是门芯掉落引起的故障。

图1 诊断流程图

4.2 对比热参数

监测汽轮机里面各项数据时，如果通流部分出现故障，汽轮机蒸汽压力以及调节压力均将出现显著上升的趋势。把汽轮机在打开所有高调门条件下的具体最高工况当作标杆，当负荷一样的时候比较所有高调门打开的具体参数。如果气流量以及调节级压力均出现明显下降的现象，那么就能够确定故障很可能是异物堵塞通道使得通流面积明显变小。

4.3 比较通流部分的具体效率

把汽轮机在打开所有高调门条件下的具体最高工况当作标杆，当负荷一样的时候，如果调节级效率显著降低，高压缸的效率也出现下降趋势，可是下降幅度不大，那么能够确定故障原因主要在调节级上。

5 结束语

汽轮机在运行过程中，流通部分产生的作用非常重要，所以有效诊断流通部分故障是非常有必要的。对流通部分进行故障诊断的时候，不仅有上述笔者介绍的通用方法以及神经网络法，同时还有模糊推理以及遗传算法等，就是利用模型或者是函数计算相关数据，从而对故障发生位置和类型进行推断，然后有效处理汽轮机故障，为汽轮机的安全有效运行提供一定的保障。

[1]江宁，李政.核电汽轮机通流部分性能监测与故障诊断[J].核动力工程，2004（01）：4～7.

[2]陈国强，叶春.汽轮机通流部分的故障诊断[J].动力工程，2004（01）：98～101.

[3]陈红，张翼，苏铁熊，等.300MW 汽轮机通流部分存在的问题及处理建议[J].汽轮机技术，2015（01）：78～80.

[4]曹丽华，周云龙，李勇，等.汽轮机通流部分故障诊断基准值的研究[J].汽轮机技术，2009（02）：132～134+115.

[5]周云龙，曹丽华，徐伟，等.汽轮机通流部分间隙变化对相对内效率和功率的影响[J].热力发电，2010（03）：90～92+96.