摘要：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，所以汽轮机的状态监测和故障诊断一直备受关注，人们对其进行了大量的研究。随着汽轮机的高参数化和大容量化，其通流部分的故障诊断显得尤为重要。汽轮机通流部分热力参数故障诊断属于一种早期诊断，研究先进的汽轮机通流部分故障诊断方法，对提高汽轮机运行安全性以及经济性具有重要意义。本文针对汽轮机通流部分故障诊断方法进行了研究。
关键词：汽轮机；通流部分；故障诊断方法
目前国内的风力发电、水力发电都发展迅速，但是火力发电目前在我国发电方面始终担任着主力均的角色，并且未来相当长的时间里一直处于主导地位。从原动机装置来看，在火力发电中主要依靠汽轮机，因此电厂发电效率在很大程度上取决于汽轮机。一般来说，流通部分是汽轮机故障的高发区，因此，加强诊断汽轮机流通部分的故障十分关键，这样有利于降低汽轮机故障发生率，为机组安全运行提供保障。
1汽轮机的结构和工作原理
汽轮机又称“蒸汽透平”，是通过能量与功率之间的转化，以旋转方式将蒸汽能转换成机械功的大型机械。汽轮机被广泛用于火力发电中的原动力机械设备，它可以直接被用于驱动各类以火力方式为动力原理的泵体、压缩机、风机和船舶螺旋桨等。同时，还可利用汽轮机排汽或中间抽汽时所产生的汽热供热。汽轮机具有单机功率大、效率高和寿命长等优点，其工作原理是将蒸汽中的热能转化为机械功。锅炉中的蒸汽送入汽轮机后，按照动能原理进行具有一定秩序的环形配置，运用动叶和喷嘴将蒸汽中携带的热能转化成为转子的旋转机械能。不同的汽轮机转化蒸汽的方式不同，能量与功之间的转换方式各有差距，进而形成了不同性能、原理的汽轮机，而不同汽轮机中用于做功的汽流通道都是由进汽机构、各级通流部分的叶栅和排汽缸组成的。
2通流部分工作原理
汽轮机当中的通流部分主要有三个方面构成，即：低压，中压，高压三方面，这三方面总共有58个等级。
2.1高压部分
由11个等级和一个单列式调节级压力构成的高压部分其中调节级的叶片为联体式叶片，而且还是三叉三销，这种结构的优势在于具有非常高的强度，其中11个等级的压力的叶片，其材质主要采用钢材制作而成，在静叶持环之上进行分布，将焊带与根部紧密相连，将其设置于内层隔板，采用L类型的填隙条将叶片进行牢固，在直槽内的附加槽当中安装填隙条，此外。动叶的叶片的材质依然是钢材，将可控制的涡叶片设置成“倒T类型”，将叶片紧密联系叶槽由于高压部分当中具有非常高强度的压力，因此，采用T型对防止蒸汽泄漏具有非常好的效果。
2.2中压部分
中压部分一共有18级，中压部分的构成主要是由相同级数的气缸内静叶、转子轮上动叶片两部分，汽封主要通过设置弹簧来实现。保证叶片围带、转子两者之间的不会产生过大的径向间隙，如果叶片围带、转子两者之间发生碰撞或者是摩擦，则会让他弹簧发生挠曲、退让现象，同时也会降低汽封相应的封齿磨损程度静叶片的材质主要以方钢铣材料为主，采用焊连的方式将围带与叶根紧密相连一起，切割水平中分面，从而会得到上部分与下部分。
2.3低压部分
低压部分当中的通流部分的构成主要有7个相同级数等级的气缸内静叶片、转子轮上动叶片两部分组成因为低压部分当中的通流部分属于双流式，因此一共有28级该部分主要借助弹簧汽封。确保叶片围带、转子两部分之间的不会产生过大径向间隙，主要是对径向间隙进行缩减，通过挠曲、退让的弹簧，降低叶片围带、转子两部分的封齿磨损程度。低压部分当中的静叶片。其中第一级到第五级的叶片材质都是以钢材为主，经过铣制作而成。采用焊连的方式将围带与叶根紧密相连，形成一个整圈的隔板，在水平中分面来切割为上部分与下部分。
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。
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汽轮机通流部分故障诊断方法
4.1现场检查
汽轮机故障发生的原因多是由于通流部分的磨损、损坏造成的。因而工作人员在故障诊断的初期可以先进行现场检查，这样能排查出一些简单、明显的故障。当汽轮机通流部分发生故障时，会引起汽轮机本身负荷能力的变化，工作人员在进行检查时应该先进行仔细、全面的检查汽轮机的运作是否正常，然后再进行附件的检查。如果明显发生明显的故障原因，工作人员可以检查6级高调门的开启状态以及运行状态。高调门的主要作用是控制高压缸的进汽量。汽轮机的主要工作原理是间将热能转化为机械能，而高调门则是控制热能的输入大小，这也就意味着高调门控制着整个发电量的大小。当工作人员在检查高调门时，若没有听到高调门的异常声音，则可以继续采用压力法进行前后门的检查。若压力值降低不明显，则不属于门芯掉落故障。总的来说，现场检查比较适用于能够明显、容易检查出的故障。而对于一些隐性故障，通过试验等方法才能诊断出的故障，就需要工作人员根据实际的情况选择合适的诊断方法。这样才能提高汽轮机通流部分故障诊断的效率，缩短故障的修复时间，提高电厂生产效率。
4.2人工神经网络的故障诊断
人工神经网络故障诊断是一种引入动物神经系统算法的研究，能够自动根据输入、输出的信号，建立起相关联系的数据模型，且还能够在再次输入新数据时，产生新的输出结果。人工神经网络故障诊断系统包括输入层、输出层、隐层等部分。输入层主要是接收数据信号，将其传入隐层，进行数据处理，最终数据结果会通过输出部分显示。
将其应用到汽轮机通流部分的故障诊断中，就是将汽轮机通流部分的参数输入进去，并设定算法，从而得出故障信息。基于人工神经网络的故障诊断的信息收集是通过数据库以及MATLAB平台进行收集的。输入的是汽轮机运行时的温度、压力、主气流量等数据信息。然后通过网络诊断程序处理，得出故障类型。汽轮机通流部分的故障是无法确定的，因此这种诊断方法也具有一定的局限性。在实际的诊断过程中，工作人员可以添加一定的实例作为样本数据，从而通过诊断程序得出故障类型。总的来说，这种诊断方法具有能够连续学习、自适应的特点，因此被广泛应用在机械故障检测中。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。
4.3热参数比较诊断方法
汽轮机是运转在高温环境下的，因此一般都会配备相应的数据监测设备，以保证工作人员能够实时监控汽轮机的运转状态。如果汽轮机的通流部分发生故障，那么汽轮机的压力参数就会变化。而热参数比较法就是利用这这个原理进行通流部分故障诊断的。
汽轮机进汽量的多少是随着高压第一级的进汽截面积是随负荷变化而变化的，也就是通常所说的调节级。除却第一级之外，其余的属于压力级。当汽轮机正常运行时，调节级压力值可以表示整个汽轮机组的符合变化。当机组符合降为零时，调节级压力也会降为量。调节级气压是随着蒸汽流量变化而变化的，因而一般都会设定调节级的压力的限额。热参数比较法主要就是对比机组负荷相同时，其高调门的全开参数。如果发现调节级压力有所下降时，则表明通流部分有可能会有异物堵塞，从而造成通流面积缩小，通流压力变化。显然，这种故障诊断方法也具有一定的局限性。如果对比机组负荷不相同时，则无法进行故障诊断。
4.4通流部分效率比较
通流部分效率比较与热参数比较的原理是类似的。不同的是两种故障诊断方法面向的对象是不同的。热参数比较能够诊断出通流部分通道的故障，通流部分效率比较能够诊断出调节级故障。两种方法皆有利弊，因而工作人员应该根据实际情况选择合适的诊断方法，这样才能保证诊断的准确性。通流部分效率比较主要就是观察调节级的效率是否会下降，如果调节级效率和高压缸效率同时下降，且下降幅度较小，则证明故障主要是集中在调节级部分。通流部分效率比较的前提也是在对比机组负荷相同的情况下。总之，通流部分故障的诊断是比较复杂的，工作人员应该具备高度认真、负责的态度，这样才能保证汽轮机的正常运转，从而减少电厂安全事故的发生。
结语
在汽轮机中，通流部分发挥着重要的作用，但无论是传统的热力参数诊断、振动诊断，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。因此，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
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[3]高春升.浅析汽轮机通流部分改进及前景[J].机械工程师.2013(10).
作者简介
宋兴灿（1986.11.14），男，山东嘉祥人，宁夏大学，单位：宁夏宁鲁煤电有限责任公司灵州电厂 ，研究方向：热动专业
论文作者:宋兴灿
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/16
标签：汽轮机论文; 通流论文; 故障论文; 叶片论文; 故障诊断论文; 压力论文; 方法论文; 《电力设备》2017年第20期论文;