汽轮机通流部分故障问题及诊断方法

汽轮机通流部分故障问题及诊断方法

张彧娴

（国家电投神头发电有限责任公司山西朔州036013）

摘要：火力发电厂中的原动机就是汽轮机，汽轮机是火电站的关键设备,汽轮机的故障停运严重影响火电机组运行的可靠性和经济性，并影响着电厂的运行状态。汽轮机的状态监测和故障诊断一直备受关注，保证汽轮机流通部分正常工作，采取有效的故障诊断方法对该部分进行故障诊断是非常有必要的。

关键词：发电厂；汽轮机；流通部分；故障问题；诊断方法

1汽轮机工作原理

目前，我国电力发电的主力军还是火力发电，而汽轮机的通流部分直接关系着火电厂发电的安全性能，因此，诊断汽轮机通流部分故障，具有非常重要的现实意义。作为原动力设备的汽轮机，能够直接驱动火电厂的风机、泵、压缩机等动力设备，汽轮机的供热还可以借助排汽与抽汽过程中的汽热来进行。由于在转化蒸汽过程中的汽轮机，所使用的方式也是各有不同，这样就导致了机械能与能量之间的转化率各不一致，从而让汽轮机的工作原理以及性能也会有所不同。这些不同的性能、工作原理也有各自的优势所在，但是大致上还是存在相似或者相同点的，主要相似点就在于气流通道的组成部分有通流部分与排气缸。

2通流部分的工作原理

汽轮机的通流部分由高、中和低压部分组成，共计58级。(1)高压部分。高压由调节级和1l级压力级组成，高压通流部分由1个单列调节级和11级压力级组成，调节级的叶片结构为冲动式的三叉三销三联体叶片结构。这种结构的优点是具有良好的强度，11级静叶由方钢制成，均安装于静叶持环上，其各叶的叶根与其围带焊接在一起，安装于静叶持环上直槽内的隔板上，并均用一系列的L型填隙条锁紧，填隙条安装在直槽内层特为其加工的附加槽内，其动叶叶片由方钢制成，可控的涡叶片为倒T型叶根，末叶片与末叶槽的连接方式为锁紧式，因高压部分的压力较高，所以采用了T型的叶根结构作为防蒸汽泄漏的手段。(2)中压部分。中压通流部分为2×9级，由装在汽缸内静叶持环上的静叶片和装在转子叶轮上具有相同级数的动叶片组合而成，其弹簧退让式的汽封可保持转子与叶片围带间仅有较小的径向间隙，一旦发生摩擦或碰撞时，其弹簧可发生挠曲，从而减小汽封齿的磨损程度，其静叶片由方钢铣制成，采用了叶根与整体围带焊接的结构，形成了整圈隔板，其水平中分面锯开后可分为上、下两半。(3)低压部分。低压通流部分为双流2×(2×7)级，由安装在汽缸或静叶持环上的7级静叶片和安装在转子上相同级数的动叶片组成，其弹簧退让式汽封可保持转子于叶片围带间有较小的径向间隙，当发生摩擦和碰撞时，其弹簧会产生挠曲，从而减小汽封齿的磨损程度，其第1～5级的静叶片由方钢铣制成，采用叶根与整体围带相连的结构，形成了整圈隔板，水平中分面锯开后可分为上、下两半，而安装在内缸或静叶持环直槽内的隔板采用一系列的L型塞紧条锁紧，塞紧条安装在直槽内的附加槽内，并冲铆胀紧。

3汽轮机通流部分的故障问题

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。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。

3.1压力级故障以及轴封磨损故障

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。

3.2调节汽门和调节级故障

当故障发生在调节汽门与调节级时，这两方面发生的故障几率特别的高。主药是因为在运行过程中，调节级与调节汽门要承受高压力与高温度，大部分焓降都会落在调节级与调节汽门上，导致这两部分承受着热应力的压迫，发生渐变性故障，遭受腐蚀、磨损，进一步导致进汽阀门杆发生断裂、门芯脱落、叶片断裂。由于具有非常活泼的缸内气流循环，会使得脱落的金属碎屑随着气流冲击汽门，使得调节级加大了磨损程度，造成通道被堵塞。

3.3汽轮机通流部分的故障分析

综上所述，汽轮机通流部分故障的原因多为压力、温度或流量等热力学参数的变化。当调节汽门或调节级发生故障时，调节级后压力值也会随之改变。如果调节汽门阀杆断裂或结垢，则会缩小通道面积，蒸汽在通过调节级后会产生额外的节流，进而引起调节级的压力下降。压力级故障与调节级故障类似，会引起通道面积的变化。

4汽轮机通流部分故障的诊断方法

4.1人工神经网络的故障诊断原理

人工神经网络是一种源于动物神经系统的算法研究，具备自学和自适应功能，在预先提供相应输入、输出信号的前提下，可根据二者间的联系进行系统建模，并基于此处理新输入的数据，从而获得相应的输出结果。人工神经网络主要包括输入层、隐层和输出层。其中，输入层可将接收到的输入信号传递至隐层中，并在隐层的传递函数中处理信号，从而使输出结果不同于输入层。在汽轮机的故障诊断系统中，将汽轮机的各项运行参数作为输入信号，并利用一定的算法，可诊断故障类型。

4.2汽轮机故障诊断的流程

(1)检查现场。故障发生于通流部分，会降低汽轮机机组的负荷能力，诊断故障，首先就要对汽轮机通流部分进行全面检查。检查之后若没有发现主要的故障原因，则需要对6级高调门的运行状况进行检查，以及对其开启状态进行检查。如果听到异常的声响，则要检查门前后的压力情况，如果压力具有非常少的降低值，则判断为故障不是因为门芯掉落的原因。(2)比较热参数。检测汽轮机各项数据参数，如果通流部分发生故障，则会导致调节压力加大、蒸汽压力明显上升的情况。在汽轮机于高调门全开的状况下，对最高工况作为标杆，比较负荷数值相同时，则为当前高调门的全开参数。如果调节级压力减少或者是气流量明显下降，则判断故障是因为异物堵塞从而导致缩小通流部分通道面积。(3)比较通流部分的效率。比较通流部分的效率标准如下：如果调节级的效率下降，而高压缸效率也下降，但是幅度值比较小，则判断故障原因为调节级。

5结束语

汽轮机通流部分故障诊断方法对机组的安全高效运行具有十分重要的意义。但无论是传统诊断方法，还是当前的智能化诊断技术，都无法完全、准确地判断汽轮机可能发生的故障。要开发出真正具有实用价值的汽轮机通流部分在线故障诊断系统，需要研发人员应继续研究汽轮机运行时热力参数的变化特征，补充故障样本，提高故障诊断技术的准确性，从而确保电厂发电系统的安全、可靠运行。

参考文献：

[1]浅析汽轮机通流部分改进及前景[J].高春升.机械工程师.2013(10)

[2]电厂汽轮机节能降耗的主要措施分析[J].曹中华,卢秀珍.硅谷.2014(01)

[3]火电厂汽轮机运行异常振动原因分析[J].葛磊.科技创新与应用.2016(35)