摘要：近年来，我国的工业生产呈现出日新月异的发展态势，对于工业设备的要求也日益提高，不再局限于满足工业生产基本需求，而是需要设备具有更高的安全性和可靠性，并且便于维修，适用性强。由于汽轮机的故障率较高，结构复杂，危害较大，因此要求更为先进和可靠的故障诊断技术与之相适应。汽轮机的故障诊断技术也不断地发展起来，然而在其发展的过程中存在着一些问题，影响汽轮机故障检测的准确性和可靠性，因此非常有必要对故障诊断技术展开研究，解决当前存在的一些问题，以使其能够满足现代化生产的需求，确保汽轮机的使用安全和运行可靠。
关键词：汽轮机；故障诊断；技术
市场经济条件下，社会化大生产规模不断扩大，生产生活中对电力的需求量大增，电力能源已经成为了我国经济发展和人民生活的重要支柱能源，虽然新能源并网，但并不能从根本上解决用电问题，电力依然是社会最主要的能源，只能是随着生产和生活改变不断增加，为了有效推动生产生活，则需要电厂不断提升技术能力，通过良性推动稳定供电，确保用电。电厂运行过程中，需要汽轮机的可靠运转，才能保证供电用电安全可靠，只有全面做好电厂汽轮机检修、维护和保养工作，才能解决运行故障，稳定生产，使电厂健康运营。
1故障检修技术及重要性
1.1故障检修技术
汽轮机的故障检测非常重要，在保证设备运转中起着良好的作用，要想做好检测工作，则需要掌握汽轮机故障基理、基本特征、知识性描述和推理性研究等内容，利用现代科学技术，解决实际操作中出现的问题。电力能源都是从电厂发出的，在电厂运行中，汽轮机起着重要的作用，但是长期的使用与运转，又导致汽轮机出现一些硬件问题，这些问题是不可避免的，只有通过良好的技术调试与维护，才能保证汽轮机运转正常。汽轮机本身存在的缺陷，更需要进行磨合才能解决，只有全面掌握技术原理，才能保证机器设备运转良好，汽轮机长期运转中，积累下许多毛病和故障，只有全面解决好这些故障，才能确保供电稳定、用电安全，问题得不到优化与处理，运行一段时间后，则会造成中断、停机等事故。在对汽轮机检修中，需要利用现代科技进行，利用对比诊断、统计诊断、逻辑诊断和模型识别等方式方法，完成汽轮机检修与检测，确保机械设备运行稳定。为了更加有效提高检测效率，当前，还有一些创新技术也应用到了检测工作中，比如故障检测时需要使用油分析、热力学分析、发射分析和无损检测等最新的检测检修技术，以此，确保了机械设备稳定运行。
1.2故障检修重要性
汽轮机是电厂正常运行的关键，作为电厂中应用最为广泛的设备之一，汽轮机的稳定关系到电厂运行，是整个电厂机组正常运行和生产关键性要素。为保障正常运行，则需要做好检测工作，汽轮机检修检测对整个电厂运行有着重要的作用，因为，汽轮机出现故障就会造成电厂损失，如果不能及时维修还会造成整个电厂设备元器件的损坏，造成大规模停转，其损失是不可估量的。要想全面保证电厂运行，则需要对汽轮机进行有效维护与检测，以此实现可靠、高效运转，实现电厂经济效益的最大化。
2汽轮机故障诊断技术及方法概述
汽轮机组作为各大发电厂的原动机，主要负责将锅炉所产生的蒸汽热能转化为旋转机械能，从而带动发电机进行发电。我国目前已经投入使用中的汽轮机组大多都在300MW和600MW级，其中600MW级大型汽轮机组已经成为我国各大电网中的主力。由于汽轮机组往往技术要求严格，且经常在高温、高压、大力矩等恶劣环境下作业，所以出现故障的概率往往很高，且一旦发生故障，修复时间和修复成本都较高，影响到发电厂的正常生产，故汽轮机组的故障诊断历来就是人们关注的焦点。从实践中来看，汽轮机组的故障诊断方法可以分为静态诊断方法和动态诊断两类，静态诊断主要用于对汽轮机组进行日常的设备检修时，而动态诊断主要用于汽轮机正常运行时依据有关在线数据额异常来进行。
2.1汽轮机故障之静态诊断
汽轮机的静态诊断，即在设备处于静止或者解体的状态下，利用多种技术方法来对汽轮机组的有关部件予以检查的过程，其目的是判断设备是否存在现实的或者潜在的故障，以便及时予以处理。目前针对汽轮机组的静态诊断的技术手段主要有无损探伤和参数测量两种。无损探伤主要是利用超声波、X射线以及磁粉等来检测汽轮机组内部各金属零部件内部或表面是否存在裂纹等缺陷，而参数测量主要是利用外部的各种精密仪器、工具如塞尺、内、外径千分尺、游标卡尺、平板、平尺等，来检测汽轮机组内各间隙、转子等的弯曲度、变形等情况，进而将获取的数据与历史数据进行对比分析，来判断和推测相关零部件的磨损情况，为后续的故障诊断工作提供依据。一般来说，利用静态诊断方法来对汽轮机组进行故障诊断，可以及时有效地发现汽轮机组中存在的各种较为明显的故障隐患，例如转子弯曲度超标、隔板发生变形、滑销系统产生卡涩等等，除此之外，汽轮机组发生故障后进行修复的过程中同样也需要静态诊断，以免发生二次安全隐患的产生。
2.2汽轮机故障诊断之动态诊断
汽轮机组在线运行参数是反映汽轮机组当前运行正常与否的重要指标，通过对相关参数的趋势分析和相关因素分析中可以判断出潜在的故障及故障发生原因。动态诊断是通过各种技术手段及工具，来分析汽轮机组运行过程中的各种参数从而及时发现设备的潜在故障，相对于静态诊断来说，其更着眼于“防患于未然”，故而已经在实践中越来越受到人们的高度重视。在实际的诊断过程中，工作人员主要通过分析汽轮机组在线运行的气缸的金属温度值、汽轮机排气的压力值、轴承油膜压力值、轴承乌金温度等参数来进行故障判断，通过对这些数据是否异常的分析，从而判断设备是否存在潜在的故障，并分析故障产生的原因，例如工作人员可以依据汽轮机组在线运行数据，判断可能发生故障的零部件的位置，针对潜在的有可能引起故障的因素进行提前排除，保证汽轮机组正常运行。这种技术方法往往需要借助相关的历史数据或者静态诊断的问题来进行针对性的处理，从而做到防患于未然，比如汽轮机发电机组经常发生的轴系异常震动经常是由于发电机组因热态时轴系中心和冷态时有较大的差异而引起的，如果工作人员可以在机组冷态找中心时认识到这一差异，一般情况下就可以有效避免这一故障的发生。
3目前汽轮机故障诊断系统中存在的问题
3.1检测方式问题
目前所采用的汽轮机故障诊断技术和故障检测手段较为落后，无法适应现代化故障诊断的需求，并且在一定程度上对汽轮机故障诊断技术的发展造成了影响。推理算法是目前故障诊断技术所采用的主要方法，应用也较为广泛，然而却存在一定的缺点，在故障征兆的获取方面始终停滞不前。
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3.2材料性能诊断较差
汽轮机的性能和所使用的材料是汽轮机的重要参数，也是很重要的一项检测内容，并且具有评估汽轮机使用寿命的重要作用。然而，就目前来看，对于材料性能的诊断还有待进一步改进和完善，这就导致故障诊断系统存在一些弊端，不利于故障诊断技术的发展。
3.3复杂故障的机理
针对故障机理的研究是进行故障诊断的第一步，对于接下来的诊断工作具有重要的指导意义。如果故障机理判断失误，就会耽误故障维修的时间，并引发各类问题。然而汽轮机本身是十分复杂的设备，其产生故障的原因也是多种多样，如果不能深入了解故障机理，就很难对故障进行详细彻底的分析，为汽轮机故障诊断工作带来难度。
3.4人工智能的应用
人工智能是近年来逐渐发展起来的一项技术，并且获得了广泛的应用，在对汽轮机进行故障诊断的过程中应用人工智能系统，可以解决一些传统诊断系统无法解决的问题，其诊断的效果也较为出色。然而人工智能系统在应用的过程中也存在一些问题，需要加以优化和改进。随着科技的发展，人工智能技术必将日益完善，从而更加适用于汽轮机的故障诊断，并使诊断技术上升到一个崭新的高度。
4汽轮机故障诊断实例分析
由于动态诊断在汽轮机组故障诊断中能够及时发现设备中可能存在着的潜在的故障，有效保证设备正常运转，因而其在汽轮机故障诊断中扮演着不可或缺的角色，以下将以汽轮机故障诊断中常见的故障为例，分析动态诊断在实际诊断中的具体应用。
4.1轴震动振动异常
在汽轮机组的运行过程中，导致汽轮机振动异常的原因往往较多，因此一旦发现汽轮机组的振动频率参数发生异常，则可以判断可能出现了较为严重的摩擦振动，一般来说，汽轮机轴承振动可以按照振动部位的不同分为汽轮机高压、中压及低压部分以及发电机轴承振动异常三类，一般来说，处于运行状态中的汽轮机动静部分发生位移后往往会导致摩擦振动，引起汽轮机组异常振动，而在汽轮机组中的低压缸中的轴承座如果受到凝汽器真空的影响而发生位移，引起轴承异常振动；而在发电机轴振动中，大多是由于发电机转子热不均衡而引起的振动异常，除此以外，发电机转子上的零部件如果发生变形、永久性弯曲、零部件发生脱了、松动等都有可能引起异常振动，尤其是在零部件脱落的情况下，往往会导致低压轴承振动从合格忽然异常增大，往往可能导致机组振动突然增大，这时候必须停机处理，以免引发严重后果。
4.2上下缸温差
上下缸温差主要是汽缸金属温度的上下缸温差的情况，一般来说，高压内缸上下缸温差应保持在35℃以内，高压外缸内壁和中压内壁的上下温差应保持在50℃以内，如果上下缸金属温差如果出现，则汽缸将会向上弯曲进0．01mm，温差过大往往会导致高压转子发生严重的永久性弯曲，引起异常的摩擦振动。
4.3推力轴承瓦块乌金温度异常
推理轴承瓦块乌金温度是否异常是反映其承力是否均衡。目前，一般电厂设备中的汽轮机组中的推力轴承瓦块乌金温度出现异常主要表现在以下几个方面：（1）推力瓦块乌金温度过高。推力瓦块乌金温度过高主要和主热蒸汽流量、再热蒸汽流量等因素有关，如果超出了正常的参数范围，则表明机组可能存在着潜在的故障，如果不及时进行处理则可能会导致五金面烧坏。因此为防止推力乌金瓦块温度过高而被烧坏，可以在推力瓦块的结构上采取措施来防止这一故障的发生，例如制造推力瓦块的材质的选择上，可以选择铜合金进行制造，以免推力瓦块烧坏后过度磨损瓦块，同时推力瓦块乌金厚度也应逐步减小，当前不少更为先进的汽轮机组中所配备的乌金厚度已经下降到1．0mm，大大提高了汽轮机组瓦胎的安全系数。（2）推力瓦块间乌金温差大。推力瓦块间乌金温差大往往表现为上部瓦块或者下部瓦块的乌金温度过高，导致上下瓦块间的温差加大，这方面的问题往往可以在进行设备安装时有效予以避免，如在进行设备安装时，应严格按照有关安装规定和质量标准，保持下轴承水平结合面杨度和轴颈扬度保持一致，防止各个推力瓦块间乌金温差变大。
4.4轴向位移异常
轴向位移是指汽轮机转子沿着轴向的方向进行位移的距离，其主要功能在于监控推力盘的位移变化情况，从而为评估汽轮机流通部分的轴向间隙安全提供可靠依据。随着现代汽轮机组的不断发展，目前一般发电厂的汽轮机组中一般都安装有2－3个测点对轴向位移情况进行实时测量，而现代化的大型汽轮机组则一般都安装有涡流传感器对轴向位移进行更为可靠的非接触式测量。在汽轮机组正常运行过程中，如果发生轴向位移异常，则一般可能由以下几个方面的原因所导致：（1）推力轴承反向包角过小。推力轴承反向包角过小往往会导致汽轮机组内部轴向位移出现异常，包角太小，则轴承受转子的推力作用而发生位移，如果实际中由于推力轴承反向包角过小而引起轴向位移出现异常，则工作人员应及时更换并加大轴承球面的包角，消除这一故障隐患。（2）轴承座相关配合间隙超标。轴承座中的相关配合间隙如果发生超标，往往会轴承受到转子的推力作用而发生位移。在汽轮机组的运行过程中，如果发现相关参数发生异常，则可以判断机组运行过程中发生了轴向位移异常，这些参数异常主要体现为轴向位移正值变大、随着机组的负荷的变化而变化以及轴向位移参数出现负值三种情况：①轴向位移正值变大。轴向位移正值变大一般是由于推力轴承于球面瓦枕中产生了间隙后在转子的推力作用下发生位移，如果出现这种情况，则应该尽快停机进行检修进行处理。需要注意的是，并不是所有的轴向位移发生正值变大都需要进行检修处理，而是轴向位移正值出现较大幅度的增值才需要进行及时检修，如果出现轻微幅度的正值变大，是汽轮机组运行中所允许的，一般不会对汽轮机组正常运行产生威胁。②轴向位移参数随着汽轮机组负荷的变化而发生变化。这种情况下的轴向位移随着机组负荷的变化而发生变化，这是因为轴向推力受到机组负荷的变化而发生变化而作用于转子所致，需要指出的是，这种变化对于一般型号的机型并无太大威胁，但是对于某些特殊机型上却能够对其产生较大的危险，所以对这种情况也应做到高度警惕，及时处理。③轴向位移出现负值。如果轴向位移在线参数出现负值，则可以考虑是汽轮机组转子上产生了反向推力所致，对于这种情况，一般可以采用运行中的缓解和停机后的彻底检修两种方法，即如果在汽轮机组运行过程中发现轴向位移产生负值，则首先调整汽轮机组负荷来予以有效缓解，等到机组进行大修或停机检修时，检修人员应严格依据检修标准，对汽轮机中的通流部分的间隙进行及时调整，对这一隐患进行彻底解决。
5结论
随着我国经济结构的不断转型发展，能源结构转变过程中燃煤火力发电的比重程度也在不断下降，但短期内仍在我国发电产业中占据主导地位，而汽轮机组作为发电厂的核心动机，其安全运行仍在我国电力生产中意义重大，因此针对汽轮机组的故障诊断的技术还应进一步进行研究，不断掌握更为先进可靠的诊断技术和方法，保证汽轮机组安全运行。
参考文献：
[1]刘峻华，黄树红，陆继东.汽轮机故障诊断技术的发展与展望[J].汽轮机技术，2000（1）.
[2]潘杰，张旭耀.浅析汽轮机故障诊断技术的发展[J].科技展望，2015（20）.
论文作者:王锐
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/23
标签：汽轮机论文; 汽轮论文; 机组论文; 位移论文; 瓦块论文; 推力论文; 故障论文; 《电力设备》2017年第15期论文;