【2019-2020年整理】基于特征通流面积法的汽轮机故障诊断研究

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汽轮机通流部分故障及诊断分析

汽轮机通流部分故障及诊断分析汽轮机是一种将燃气能、蒸汽能直接转化为机械能的动力装置，广泛应用于能源、航空等领域。

由于长期运行和使用中的各种因素，汽轮机的通流部分可能出现故障。

本文将介绍几种常见的汽轮机通流部分故障，并提供诊断分析方法。

1. 叶片损坏：汽轮机叶片作为通流部分的重要组成部分，其负责将流体动能转化为机械能。

叶片损坏的主要原因包括高温疲劳、氧化腐蚀、应力集中等。

当叶片损坏时，通流系统的性能将严重下降。

诊断分析方法：通过视觉检查和非破坏性检测技术，如超声波检测、磁粉检测等，对叶片进行检查。

可以采用振动监测、温度监测等手段来评估叶片的健康状况。

2. 轴承故障：汽轮机轴承负责支撑转子，并保证其正常旋转。

由于长时间的高速旋转和大载荷，轴承容易出现磨损、脱粘、断裂等故障。

诊断分析方法：通过振动监测、温度监测等手段来诊断轴承故障。

正常情况下，轴承运行时的振动和温度应处于正常水平。

当轴承故障时，振动和温度将会异常升高。

3. 导叶故障：导叶是汽轮机中调节蒸汽或燃气进入叶轮的装置，负责控制转子的转速和输出功率。

导叶故障可能导致机组运行不稳定。

诊断分析方法：通过视觉检查和振动监测，检查导叶的工作状态。

当导叶存在故障时，振动监测可以检测到转子的非正常运行。

4. 泄漏：汽轮机通流部分中的密封装置，如轴封、活塞环等，用于防止流体泄漏。

如果密封装置失效，将导致能量损失和通流系统性能下降。

诊断分析方法：通过通流系统压力监测和温度监测，检查是否存在泄漏。

也可以通过测量轴承压力来判断密封装置的性能。

汽轮机通流部分的故障主要包括叶片损坏、轴承故障、导叶故障和泄漏等。

诊断分析方法主要包括视觉检查、振动监测、温度监测等。

通过及时发现和解决这些故障，可以保证汽轮机的正常运行并提高其效率。

基于SSWPT汽轮机轴承油膜失稳故障诊断

第 43 卷第 4 期2023 年 8 月振动、测试与诊断Vol. 43 No. 4Aug.2023 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis基于SSWPT汽轮机轴承油膜失稳故障诊断∗王涛1，张泽1，许永伟2，张鹏1，吕蒙1（1.华北电力科学研究院有限责任公司西安分公司西安，710000）（2.华北电力科学研究院有限责任公司北京，100045）摘要针对时频分析方法在转子油膜失稳诊断方面的不足，提出采用同步压缩小波包变换（synchro‐squeezed wave packet transform，简称SSWPT）对汽轮机运行过程中非平稳多分量信号进行连续小波变换，对不同种类信号选取不同主频率小波，得到信号时频图，通过算法可由时频图对原始信号进行重构，并与现有时频方法的精度进行对比。

以某电厂1 000 MW机组为研究对象，针对调试过程中出现的轴系振动大问题，运用SSWPT方法进行了转子油膜振荡故障诊断分析。

利用现场汽轮机诊断管理（turbine diagnosis managment，简称TDM）系统采集数据，进行小波包变换得到小波变换系数，以及故障中非平稳信号的瞬时频率，最后在瞬时频率尺度下对小波包变换系数进行压缩，得到更为准确的频率成分组成。

结果表明，该方法对现场非平稳信号的特征提取具有优越性，能够精准判断故障发生的位置和类型，为机组后期故障处理提供可靠依据。

关键词轴系振动；故障诊断；非平稳信号；同步压缩小波包变换；频率成分中图分类号TH17引言轴瓦自激振动是汽轮机调试过程中常见的故障类型［1］，油膜振荡为自激振动的一种，对转子的危害巨大［2‐3］。

电厂在运行过程中，现场TDM系统提取的信号大多为非平稳、非线性的多分量信号。

目前，常用的信号分析方法及其不足包括：①短时傅里叶变换（short‐time Fourier transform，简称STFT）［4］受限于频窗面积的固定，分析信号的频率范围受限，不能完整反映信号特征；②连续小波变化（continue wavelet transform，简称CWT）［5］克服了STFT频窗面积的影响，但小波选取直接影响故障诊断结果；③维格纳准方程（Wigner‐Ville distribution，简称WVD）［6］由于多分量的调频信号会产生交叉项，从而影响信号分析的分辨率；④希尔伯特黄变换（Hilbert‐Huang transform，简称HHT）［7］受限于经验模态分解方法本身的不足，存在模态混叠、断点效应等问题。

某大型汽轮机异常运行参数分析及故障判断

验结果表明，机在高压缸进气调节门６阀全开、该５
１机组概况
陕西渭河发电有限公司６号汽轮机为哈尔滨
汽轮机厂有限公司制造的Ｎ０ — １．５７５７型３０６／３／３７
阀全开工况下，高压缸效率分别为８．％和３５２８．％，２３７比大修前提高了５４．１和５２．８个百分点；调节级效率分别为４．９９％和５＿ｌ００３％：中压缸效率分别为８．９９７％和８．８９％。３０９０ＭＷ工况热耗８０Ｋ／５３ＪＫ．，较大修前降低６１，连续最大出力ｗｈ．％３５３４１．ＭＷ，组经济性显著提高【］７机ｌ。－２６号机组大修后机组于２００２年７月１日２时２４７分正式并网发电，９时４ｌ０分机组因发电机失磁
效率在５阀全开时下降至２．３，６阀全开时下６４％在降至２．５；高压缸效率在５阀全开时下降至２６％
７．％。６阀全开时下降至７．８通过试验。２３在４４２％。发
下主蒸汽流量增大约６／调节级压力增大约５ｔｈ，
管道断裂的可能性。
பைடு நூலகம்
５在２０）０３年２月２ｔ２５Ｅ至６日，某科学研与
究院合作对６号机进行振动监测。对机组的振动测试分析认为１２号瓦有明显的半频振动，明高中、说

汽轮机本体常见故障及处理

汽轮机本体常见故障及处理摘要：汽轮机是火电生产中的一种重要装备，是电厂三大主机之一。

如果出现本体故障，轻者会导致机组降出力运行，严重甚至引起机组非正常停运，带来巨大的损失。

对此，本文将重点探讨汽轮机本体常见故障及处理措施，希望能够为有关研究提供一定借鉴。

关键词：汽轮机本体；常见故障；处理措施引言汽轮机是火电生产中的重要设备，其运行的平稳程度，将会直接影响到我国电力能源的供应及城镇居民的生活供热。

引起汽轮机故障的原因有很多，对此，火电厂必须要高度重视汽轮机的检修和维护，从故障的具体表现特征入手，对汽轮机主体故障进行全面的诊断，保证其能够正常、平稳、高效的运转。

在汽轮机的工作运转中，本体易出现振动故障、叶片蚀损、真空下降、膨胀受阻等各种故障问题，对于这些问题，应及时采取有效的措施应对，进而保证其安全运转，保障火电厂正常的发电及供热。

本文结合汽轮机本体故障的检修现状，现对汽轮机故障诊断方法进行如下论述：1汽轮机工作原理与结构从结构类型来看，汽轮机是热力原动机之一，其依赖于蒸汽动力运转，凭借其效率高、安全系数高以及损耗少等特点，其在火电厂得到了非常广泛的运用。

汽轮机是将蒸汽热能转化为机械能的一种动力设备，蒸汽利用动叶和静叶之间的相互配合，完成从热能到动能的能量转化过程。

在火电厂，按工作原理常用的汽轮机通常有两类，一类是冲动式，其在实际的运行过程中，蒸汽往往在喷嘴位置产生膨胀，进而让压力与速度出现明显的变化，达到动能转化的目的。

另一类是反动式，其主要是借助叶轮前后的压力差形成轴向推力，接着在配合平衡活塞的基础上，达到轴向推力平衡的目的。

2汽轮机本体常见故障的分析通常，汽轮机运转过程中出现的故障都将会造成机组的异常振动，通过对机组振动情况的观察与分析，本文将汽轮机本体常见故障总结为以下几种类型，如：汽轮机本体振动故障、汽轮机本体叶片蚀损、汽轮机本体真空下降以及汽轮机膨胀受阻故障。

具体如下：2.1汽轮机本体振动故障汽轮机本体极易产生振动故障问题，而在实际的检修过程中，大部分工作人员也时常忽视这一故障。

汽轮机特征通流面积分析及应用研究

特征通流面积在机组运行性能分析、立单个机组热力性能数据库、建变工况计算、线在
监测与诊断等方面的应用途临界；０６０Ｍｗ机组；汽轮机；特征通流面积；运行性能；级组
［中图分类号］ＴＫ２１６
［文献标识码］Ａ［章编号］１０ —３６（０２０ —０２ —０文０２３４２１）３０９３
［ｏｌ编号］１．９９ｊｉｓ．０２３４２１．３０９ｏ０３６／．ｓｎ１０ —３６．００．２２
汽轮机特征通流面积分析及应用研究
张伦柱王运民徐大懋马海龙，，，
１长沙理工大学能源与动力工程学院，南长沙．湖２中广核工程有限公司，东深圳５８２．广１１４［摘４００１０４
ＡｂｔａｔＢａｅｎｔｕｅｏｒｓｒｃ：ｓｄｏｈｅＦｌｇｌｆｍｕｌａｎｅｒｓｉｎｆｒｕｌｆｔｈａａｔｒｓｉｌｗｓａｒａｉａ，ｘｐｅｓｏｏｍａｏｈｅｃｒｃｅｉｔｃｆｏｐａｓｇｅａｅｎｓｅｍｕｒｎｓｈａｅｎｇｉｅｈｒｕｔｅｔｃｄｅｃｉ．Ｃｏｔａｔｂｉｅｓｂｅｖｎｔｏｇｈｍａｈｍａｉｄｕｔｏｎｍｂｉｅｔｎｅｕｔａ— ｓｅｃｉｉａｎｄｗｉｈｏｌｒｕｐｒｒｔｃｌ６０ＭＷｉ，ｅｕｔａｃａｉｎｓｗｈａｈｅｖｒａｉｎｆｄｖａｉｎｌｏｅｎｎｇｔｅｃａａｔｒ０ｕｎｔｒｓｌｓｏｆｃｌｕｌｔｏｈｏｔｔｔａｉｔｏｏｅｉｔｏｖａｕｅｃｎｃｒｉｈｈｒｃｅ —

汽轮机叶片断裂故障及处理

运行与维护Operation And Maintenance电力系统装备Electric Power System Equipment2020年第24期2020 No.241 汽轮机设备概况某电力有限公司#5、6两台汽轮机是由哈尔滨汽轮机厂生产的引进型号为N300—16.7/537/537的亚临界、一次中间再热、反动式、单轴、双缸双排汽凝汽式汽轮机组，机组额定负荷为300 MW 。

机组高、中压汽缸采用合缸且为内、外双层汽缸结构，低压缸为对称分流式结构，主要由1层外缸、2层内缸组成。

高、中压转子和低压转至之间采用刚性联轴器联接。

汽轮机共有5个轴承，分别为4个径向支持轴承、1个推力轴承，其中1#为组合式支持推力轴承。

为了平衡轴向推力，本机除了采取对称布置外，同时还设有平衡阀，余下的由组合式支持推力轴承平衡。

汽轮机还设有一套5 %串级疏水旁路系统。

其结构示意图如图1所示。

图1 某电力公司汽轮机结构示意图本机组轴封系统是自动密封系统，在机组启动、空载及低负荷时，缸内出现真空，为防止空气漏入，需向轴封系统提供低压蒸汽。

在高负荷时，为防止高、中压缸轴端漏气，设有定压轴封供汽母管，母管蒸汽气源共有3路，分别来自于主蒸汽、再热蒸汽和辅汽联箱。

2 故障概况在2017年3月、2017年5月采用阿尔斯通（GE ）技术进行了汽轮机进行通流改造，改造后运行2年有余，期间运行一直稳定，各轴承振动及其他参数运行状况良好，如表1所示。

表1 汽轮机通流改造后轴承振动情况机组负荷/MW 01503001瓦振动/μm 26.533.130.82瓦振动/μm 35.814.322.53瓦振动/μm30.219.342.4但在2019年3月25日、5月24日，#5、6两台汽轮机在运行过程中1瓦相对轴振开始缓慢增大，且随着机组负荷变化而发生波动。

当#5机组负荷294 MW 时，1瓦振动从42 μm 突然上升至130 μm ；当#6机组负荷229 MW 时，1瓦振动从40 μm 突然上升至116 μm （机组最大轴振数据情况如表2所示）。

汽轮发电机组的故障诊断与状态维修

汽轮发电机组的故障诊断与状态维修摘要：文章是结合鹤岗发电厂实行状态维修的实践结果而写的文章。

实现状态维修必须具备两个条件：首先必须建立起科学的管理体系，即建立保证电厂设备可靠性高而维修成本又低的集约型管理体系；其次根据设备实际情况建立准确可靠的监测诊断系统，通过该系统，管理人员可以根据实际状态进行状态维修，又使设备在最佳工况下运行。

关键词：汽轮发电机组；故障诊断；维修1 按状态维修方式建立管理体系设备状态维修是一种先进的新的管理方式，与定期检修有很大差别，为了实现状态维修必须建立起一套新的办法，建立新的管理体系。

1.1 厂级状态维修中心主要任务由主管生产的副厂长或总工程师任主任，下设副主任1人。

状态维修中心主要任务：（1）制定本厂状态维修目的：提高设备可靠性，使故障率下降75%～80%，按最优化方式维修减少维修费用40%～50%，先在主要转机上实现状态维修，逐渐扩大状态维修的设备。

（2）制定状态维修制度：定人，定设备，定诊断时间，汽轮发电机组每周诊断两次，送引风机每周诊断一次，发现异常的设备每天诊断一次。

（3）建立状态维修决策中心，由各专业专工组成：汽机专工2人，锅炉专工2人，电气专工2人，热工专工2人，其中诊断组长一人。

设若干点检人员（点检员根据离线监测设备而定）。

（4）审批状态维修方案，由状态维修决策中心提出状态维修方案召开专门会议审批，也可借助专家协助诊断。

（5）评估状态维修实施的效果，每次状态维修后进行总结：哪些成功经验，哪些教训，同时找出改进办法。

1.2 状态维修决策中心主要任务决策中心是状态维修的技术参谋部，根据厂状态维修中心总的目标与规划，实时诊断设备状态，提出状态维修方案。

（1）对全厂设备进行评估：把全厂设备分成三大类：现在可以实现状态维修设备有：两台汽轮机，送引风机及其电动机，循环水泵及其电动机，给水泵及其小汽机等。

现在按定期大修设备有：磨煤机、灰浆泵及锅炉，但是也要监测诊断。

基于流形学习的汽轮机转子振动故障特征提取

（ｏｔｈｎｌｔｃＰｗｒＵｉｅｓｙＢｉｎ０２６ＣｉａＮｒＣｉａＥｅｒｏｅｎｖｒｉ，ｅｉｇ１２０，ｈｎ）ｈｃｉｔｊ
ＡｂｔａｔＭａｉｌｅｒｉｇａｇｒｈｉａｍｅｈｄｏｏｌｅｒｄｔｉｎｉｎｌｙｒｄｃｉｎａｄｃｎｇｔａａｌｂｅｌｗ— ｓｒｃ：ｎｆｄｌａｎｎｌｏｉｍｓｔｏｆｎｎｉａａａｄｍｅｓａｉｅｕｔｎａｅｖｉｌｏｏｔｎｏｔｏａ
ｔｏ —ｌｎｅｒｉｆｒｔｎａｄｉｈｅｎｎｉａｎｏｍａｉｎｍｐｒｖｓｆｕｔｄａｎｓｓｃａｓｆｃｔｏｎｅｏｎｔｎｃｐａｌｔｅ．Ｅｘｅｉｅｔｈｗｈｔｏｏｅａｌｉｇｏｉｌｓｉｉａｉｎａｄｒｃｇｉｉａｂｉｉｉｓｏｐｒｍｎｓｓｏｔａ，
第５４卷第４期
２１８月０２年
汽
轮
机
技
术
Ｖｏ．４Ｎｏ４１５．源自ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ａｕ．０１ｇ２２
基于流形学习的汽轮机转子振动故障特征提取
戈志华，刘永凯，黎瑜春
（华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京１２０）０２６
ｔｅｆａｕｅｅｔａｔｎｆｒｔｒｉｅｒｔｒｖｂａｉｎｆｕｔｂｓｄｏｎｆｌｅｒｉｇｈｓｔｅａｃｒｃｆａｌｄａｎｓｓｈｅｔｒｘｒｃｉｂｎｏｏｉｒｔａｌａｅｎｍａｉｄｌａｎｎａｈｃｕａｙｏｕｔｉｇｏｉ．ｏｏｕｏｏｆＫｅｒｓｔｒｉｅｒｔｒｖｂａｉｎ；ｆｕｔｄａｎｓ；ｆａｕｅｅｔａｔｎ；ｍａｉｏｄｌａｎｎｙｗｏｄ：ｕｂｎｏｏｉｒｔｏａｌｉｇｏｉｅｔｒｘｒｃｉｓｏｎｆｌｅｒｉｇ

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1/8/2019
摘要
而通流能力则要求最佳匹配。汽轮机特征通流面积具有两个重要特点 :只要相应级段的几何参数不变，特征通流面积在不同工况下保持常数，且有较高的精确度；反之，如果特征通流面积改变，原因一定来自级段几何参数的变化，采用特征通流面积可对汽轮机通流部分进行性能分析，建立机组的精确热力性能档案和实现精确的变工况计算，还可将其用于汽轮机的运行监测与诊断等。我下面分别五个部分分别介绍我们的研究工作。
1/8/2019
1.核电厂特征面积法计算及应用
清华大学的江宁博士提出了通流能力的概念，从弗留格尔公式出发推导出下式，作为通流能力的特征表达式：
文献基于大量的核电汽轮机设计数据，对弗留格尔公式在变工况时的稳定性进行了验证.事实证明，其稳定性非常有限，尤其是高压级段和低压高湿度区，且负荷越低、变化越大，不能满足工程要求，为此，尝试将弗留格尔公式中的T0以p0和v0替换，得到式
1/8/2019
1.核电厂特征面积法计算及应用
然后，代入大量的设计数据进行验算.计算结果表明，上式在级段变工况时稳定性良好。该概念称为特征通流面积（简称CFA），将其作为通流级段性能的表征并用于运行监测与诊断。通过国内多家核电站汽轮机性能试验进行验证表明，该方法计算结果精确、可靠。本研究成果对国内外汽轮机性能试验及计算方法的原有理论进行了发展，为汽轮机运行阶段的性能监测和故障诊断奠定了基础。本研究成果不仅适用于核电厂汽轮机组热力性能试验，也可推广至火电机组。
1/8/2019
0.概述
大型机组的通流故障诊断具有强烈的时间性和准确性要求，但是目前在火电机组方面还没有一个经过验证的可以应用到工程实际的特征值作为机组故障的判据。我们在徐院士研究的基础上，验证了“特征通流面积”的概念应用于火电机组的精度，并通过进行汽轮机通流能力试验、机组的精确热力性能档案（性能试验），综合考虑相对内效率和特征通流面积两个特征值，进行机组实际运行状态判断，并应用于实际火电机组。对于汽轮机通流能力的表征及汽轮机运行时的安全即时监视具有重要的意义。
1/8/2019
0.概述
大型汽轮机组通流部分的故障诊断研究，我国从上个世纪80年代末就开始了。结垢、磨损、汽封漏汽是汽轮机通流部分最常见的故障，这些故障发生时总是会引起一些热力参数的变化，因而可以通过监视热力参数的变化，利用热力参数变化与通流部分故障之间的关系，进行汽轮机通流部分的故障诊断。上海交通大学的忻建华、叶春等人1997年对电站汽轮机通流部分故障特征规律进行了研究，提出了热力参数故障诊断，并分析了热力参数诊断的方法，给出了高压缸通流部分的部分故障与热力参数的对应关系。
基于特征通流面积法的汽轮机故障诊断研究
尹金亮，陈长利，高文松，潘富亭，王晓峰，邓德兵
2015年7月
摘要
结垢、磨损、汽封漏汽等是汽轮机通流部分最常见的故障，这些故障发
生时总是会引起一些热力参数的变化，因而可以通过监视热力参数的变化，利用热力参数变化与通流部分故障之间的关系，进行汽轮机通流部分的故障诊断。汽轮机级组的特征通流面积在通流部分尺寸不发生变化时数值保持不变，可以作为机组通流能力及通流部分故障诊断的准则参数，为机组通流部分的状态监测与故障精确诊断提供依据。通过汽轮机通流能力（ VWO）试验和计算，比较特征通流面积的设计工况理论值、性能考核工况试验值和机组运行工况实际值，并且综合考虑相对内效率和特征通流面积两个特征值，进行机组实际运行状态判断，将其进行分析对比，就可得出解决问题。通过实际火电机组案例验证了特征通流面积理论的正确性，计算结果满足工程计算精度和大型机组故障诊断具有强烈时间性和准确性的要求，对于汽轮机通流能力的表征及汽轮机运行时的安全即时监视有重要的意义。
1/8/2019
0.概述ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
华北电力大学杨勇平教授在1999 年提出过一个 “当量通流面积”的概念，可以通过监测某级组的“当量通流面积”的变化，诊断出其通流面积的改变。利用“当量通流面积”进行汽轮机通流部分的故障诊断时，可以直接得出到底通流面积是增加(磨损)还是减少(结垢)。并通过一个实例计算了“当量通流面积” 的值。清华大学的江宁博士2004年提出了通流能力的概念和公式。中国广东核电集团有限公司的徐大懋院士，结合多年的实践经验，2010年在弗留格尔公式的基础上提出了“特征通流面积”的概念，并提出了如何利用“特征通流面积”的概念去检测和诊断汽轮机故障的设想。
1/8/2019
1.核电厂特征面积法计算及应用
目前国内核电厂汽轮机热力性能试验多采用ASME PTC-6简化规程试验方法，但存在以下技术难题：蒸汽湿度无法测量或抽汽焓值不能精确确定；机组实际热平衡计算有困难；汽轮机通流能力特性不能量化，无法获得汽轮机实际特性。针对上述技术难题提出解决方案，必须另辟蹊径寻找汽轮机通流的其他特征量。ASME PTC6标准中用以下式来描述过热蒸汽区通流级段在变工况时的恒定特性：以式（2）来描述湿蒸汽区通流级段变工况时的特性：
汽轮机的热力性能有两大重要指标:效率和通流能力，效率要求越高越好；
1/8/2019
目
录
0 概述 1.大型汽轮机通流部分典型故障介绍 2.特征通流面积法在常规汽轮机故障诊断研究 3.特征通流面积法在运行监测与诊断中的应用研究 4.特征通流面积在某135MW汽轮机故障诊断中应用 5.特征通流面积在某600MW汽轮机故障诊断中应用 6.初步的结论
1/8/2019
0.概述
特征通流面积理论是在弗留格尔公式的基础上推导而来的，它的提出能很好的解决相对内效率、火用效率等单独作为热力判据在诊断方面存在的弊端，基于特征通流面积的汽轮机通流部分故障诊断方法的提出，经过徐大懋、邓德兵团队的研究和工程应用，主要表现在汽轮机机组的运行性能分析、建立机组热力性能数据库、机组运行监测与诊断，在核电行业得到广泛的应用，徐院士在核电汽轮机组的热力性能试验中进行了验证，在机组性能偏离分析方面取得了良好效果。但在火电机组方面还没有验证。