畢業(yè)設計---基于bp人工神經(jīng)網(wǎng)絡對汽輪機組凝汽系統(tǒng)做出故障診斷

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　凝汽器運行的熱力性能對汽輪機機組運行的安全性與經(jīng)濟性有很重要的影響，研究凝汽器故障診斷方法，實施故障診斷技術(shù)對提高機組經(jīng)濟運行水平有著重要的理論意義和工程實用價值。</p><p>　　本文論述了火電廠凝汽設備的運行特性，分析了凝汽系統(tǒng)的常見故障，重點分析了凝汽器真空惡化的原因及征兆;全面闡述了BP神經(jīng)網(wǎng)

2、絡的基本理論和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設計了神經(jīng)網(wǎng)絡應用于故障診斷領(lǐng)域。以BP神經(jīng)網(wǎng)絡為基礎建立凝汽器故障診斷專家系統(tǒng)，對網(wǎng)絡進行訓練，然后利用所學成的網(wǎng)絡，對凝汽器故障數(shù)據(jù)進行處理，得到了凝汽器具體的故障情況。</p><p>　　本文利用MATLAB6.5作為工具，利用神經(jīng)網(wǎng)絡的學習規(guī)則，采用自適應學習率BP算法完成故障知識庫的組建;使用MATLAB6.5基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡對汽輪機組凝汽系統(tǒng)做出故障診斷。</p&g

3、t;<p>　　關(guān)鍵詞:凝汽器;故障診斷;神經(jīng)網(wǎng)絡;專家系統(tǒng)</p><p><b>　　BSTRACT</b></p><p>　　The thermodynamic characteristic of condensing system has a heavy impaction on the security and economy of a ru

4、nning turbine. It is important that establishing the monitoring and optimization model for fault diagnosis and improving the operation level. </p><p>　　In this paper, condensing system is performance is disc

5、ussed and condensing system’ s common faults are analyzed and the cause and signs of condenser is vacuum falling are emphasized . The basic theory and system structure of Artificial Neural Network and Expert System are i

6、ntroduced in this paper. It designs a new method which combines the Experts System with the Artificial Neural Network to make application for fault diagnosis field better. Combined with each situation in detail, condense

7、r dia</p><p>　　With MATLAB, making use of the Neural Network learning rules, the knowledge construction is completed; With MATLAB6.5, fault diagnosis application software for the condensing system was develo

8、ped.</p><p>　　Key words: condenser; fault; diagnosis; Neural Network; Expert System</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　ABSTRACT

9、1</p><p><b>　　第一章緒論4</b></p><p>　　1.1本課題研究的背景及意義4</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)5</p><p>　　1.3 故障診斷技術(shù)概述6</p><p>　　1.3.1 故障診斷技術(shù)的歷史6</p><p&

10、gt;　　1.3.2 故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀6</p><p>　　1.3. 3現(xiàn)有智能化故障診斷系統(tǒng)存在的問題7</p><p>　　1.4本論文的主要內(nèi)容7</p><p>　　第二章 火電廠系統(tǒng)模型及故障診斷研究8</p><p>　　2.1 火電廠系統(tǒng)概述8</p><p>　　2.1.1 燃氣輪機10

11、</p><p>　　2.1.2 蒸汽輪機11</p><p>　　2.1.3 鍋爐12</p><p>　　2.1.4 凝汽器12</p><p>　　2.1.5 給水系統(tǒng)13</p><p>　　2.2 故障與故障診斷概述14</p><p>　　2.2.1 故障分類與特征描述1

12、4</p><p>　　2.2.2 故障診斷與故障診斷過程14</p><p>　　2.3 大規(guī)模過程系統(tǒng)故障模型化研究15</p><p>　　2.3.1 傳感器故障模型15</p><p>　　2.3.2 執(zhí)行器故障模型16</p><p>　　2.3.3 系統(tǒng)狀態(tài)故障模型16</p>&l

13、t;p>　　2.3.4 漸進性與突發(fā)性故障模型16</p><p>　　2.4 本章小結(jié)17</p><p>　　第三章凝汽系統(tǒng)常見故障及其原因分析18</p><p>　　3.1凝汽器簡介18</p><p>　　3.2凝汽器低真空對機組性能的影響19</p><p>　　3.3凝汽器真空值的確定1

14、9</p><p>　　3.4凝汽器真空下降原因的綜合分析21</p><p>　　3.4.1凝汽器真空急劇下降原因分析21</p><p>　　3.4.2凝汽器真空緩慢下降原因分析22</p><p>　　3.4.2.1真空系統(tǒng)22</p><p>　　3.4.2.2 抽氣系統(tǒng)23</p>&

15、lt;p>　　3.4.2.3 循環(huán)水系統(tǒng)25</p><p>　　3.4.2.4 管側(cè)臟污26</p><p>　　3.4.2.5 軸封系統(tǒng)27</p><p>　　3.5 凝結(jié)水的過冷度和含氧量27</p><p>　　3.6 凝汽系統(tǒng)的常見故障28</p><p><b>　　本章小結(jié)2

16、9</b></p><p>　　第 四 章 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡30</p><p>　　4.1人工神經(jīng)網(wǎng)絡概念30</p><p>　　4.1.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡應用30</p><p>　　4.1.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)31</p><p>　　4.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡的特點32</p>&

17、lt;p>　　4. 2 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡33</p><p>　　4.3 BP 神經(jīng)網(wǎng)絡改進學習算法37</p><p>　　4.4 神經(jīng)網(wǎng)絡的局限性37</p><p>　　4.5本章小結(jié)38</p><p>　　第五章 凝汽器故障診斷研究39</p><p>　　5．1 凝汽器典型故障和征兆39&l

18、t;/p><p>　　5.2 實例分析41</p><p>　　第六章 結(jié)論與展望42</p><p><b>　　第一章緒論</b></p><p>　　1.1本課題研究的背景及意義</p><p>　　在現(xiàn)代大型凝汽式汽輪機組的熱力循環(huán)中，凝汽器系統(tǒng)起著冷源的作用，其主要任務是將汽輪機排汽

19、凝結(jié)成水，并在汽輪機排汽口建立與維持一定的真空，從而使汽輪機焙降增大，提高輸出功率和循環(huán)熱效率。另一方面，又要把凝汽所排出的熱量轉(zhuǎn)移出去。凝汽系統(tǒng)布置分散，設備性能不同，設備之間相互影響較大，而且易受到外界環(huán)境的影響。由于設計、安裝、檢修、運行機制等方面的原因，在運行過程中時常會出現(xiàn)凝汽器真空偏低的現(xiàn)象。如果凝汽器真空過低，不僅會引起蒸汽在機組中的有效焓降減小，循環(huán)熱效率下降，還會導致汽輪機排汽溫度升高，排汽缸變形和軸承中心改變引起振動

20、等故障。因此，凝汽設備的工作性能直接影響到整個汽輪機組的熱經(jīng)濟性和安全性，是影響電廠經(jīng)濟性的最主要系統(tǒng)。國產(chǎn)機組真空下降對經(jīng)濟性影響的統(tǒng)計顯示，真空每下降1%，發(fā)電煤耗增加約3.6--5.549/kwh。例如，一臺ZOOMW機組，真空下降1%，引起熱耗增加0.029%，少發(fā)電約58kw;對一臺600MW機組，真空下降l%，熱耗增加0.05%，少發(fā)電約306kw。國外對機組真空嚴密性的研究表明，真空系統(tǒng)漏氣量一方面會造成真空降低，影響機組

21、理想焓降，另一方面會造成冷凝水含</p><p>　　隨著社會對電力能源需求增加和技術(shù)的進步，各種大容量、高參數(shù)的機組不斷涌現(xiàn)，它們的正常運行可以為國家經(jīng)濟創(chuàng)造巨大的財富。反之，一旦事故發(fā)生，就會影響正常生產(chǎn)，甚至造成災難性后果2，。凝汽器在整個電力安全生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。當凝汽器真空惡化時，汽輪機的排汽溫度升高，使低壓缸及低壓軸承座等部件受熱膨脹，引起轉(zhuǎn)軸中心偏移，增大汽輪機的振幅;由于發(fā)生熱膨脹和熱變形

22、，使汽封間隙減小，汽封容易被磨損，嚴重時會造成大軸彎曲;排汽溫度升高過多，會使凝汽器管板脹口松弛，破壞凝汽器水側(cè)的嚴密性，凝結(jié)水被污染，嚴重時會引起冷凝管振動損壞。有資料表明月，真空系統(tǒng)及循壞水、凝結(jié)水系統(tǒng)發(fā)生故障時的非計劃停運時間占火電機組總的非計劃停運時間的17.63%。</p><p>　　汽輪機凝汽器是一個故障頻發(fā)，并且故障復雜的設備。隨著火電機組向著高參數(shù)、大容量方向的發(fā)展，凝汽器發(fā)生故障的危害程度將進

23、一步增加。比如，國內(nèi)許多電廠都發(fā)生過因凝汽器管材質(zhì)量不良，安裝工藝不當及運行管理不完善引起的凝汽器頻繁泄漏的事例，對機組安全運行帶來很大影響。1994年某電廠30OMw機組采用海水作冷卻水，運行中凝汽器銅管斷裂，大量海水漏入系統(tǒng)，由于監(jiān)測手段不完善、停機處理不及時，待停機解體檢查時，汽輪機通流部分已嚴重積結(jié)鹽垢，噴嘴及速度級葉片的積鹽幾乎堵滿了通流斷面。此外，有時運行中沒有出現(xiàn)故障狀態(tài)，但是其運行經(jīng)濟性指標比較低，呈現(xiàn)劣化的趨勢，這些也

24、是需要進一步優(yōu)化的內(nèi)容。凝汽器事故的誘因一般有兩個:首先從設備制造方面來說，比如國內(nèi)凝汽器一般采用銅管，這就容易導致銅管腐蝕、銅管破裂等故障，而國外近些年來普遍采用不銹鋼管，取得了更好的效果。其次從運行方面來說，首先要求有一支技術(shù)過硬、經(jīng)驗豐富的運行人員，但是隨著高參數(shù)、大容量、自動化程度越來越高的機組出現(xiàn)，單單靠運行人員工作經(jīng)驗是難以實現(xiàn)機組安全、經(jīng)濟運行的。因此，為保證電站凝汽器的安全、可靠運行，必須對其故障進行研究并開發(fā)其故障診斷

25、系</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)</p><p>　　國外故障診斷技術(shù)的發(fā)展先于我國已有40年左右的歷史。最早開展故障診斷技術(shù)研究的是美國，他們首先是針對航空航天系統(tǒng)從事故障機理、檢測、診斷和預測的研究和開發(fā)，然后發(fā)展到電站設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。目前美國從事電站故障診斷技術(shù)開發(fā)與研究的機構(gòu)主要有EPRI、西屋公司(WHEC)、Bently公司、IRD公司等。Bently、I

26、RD公司在旋轉(zhuǎn)機械振動監(jiān)測與診斷方面研究較為深入，開發(fā)的產(chǎn)品已被國內(nèi)外很多電廠應用，具有良好聲譽。EPRI和西屋公司在電站全方位監(jiān)測與診斷方面研究開展較早，水平較高。EPRI作為美國和國際電力工業(yè)科學研究的權(quán)威機構(gòu)，設有專門監(jiān)測與診斷中心，對適用于電廠運行與維修的監(jiān)測診斷技術(shù)進行研究、開發(fā)和示范。其監(jiān)測診斷系統(tǒng)范圍非常廣，可包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機、輔機、化學水等。并在中心設有運行和維修工作站，通過網(wǎng)絡獲取電站有關(guān)過程和設備信息，完成對

27、系統(tǒng)及設備狀態(tài)的評估以及對運行和維修的咨詢。西屋公司早在1976年開始電站在線計算機診斷工作，1981年進行電站人工智能專家故障診斷系統(tǒng)的研究，逐步發(fā)展成大型電站在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)(A工D)，并建立了沃倫多故障運行中心(DOC)，可以看到</p><p>　　我國在故障診斷技術(shù)方面的研究起步較晚，是在引進國外先進技術(shù)基礎上進行消化、吸收發(fā)展起來的。一般說來，經(jīng)歷了兩八階段:第一階段是從20世紀70年代末到80年代初

28、，在這個階段內(nèi)主要是吸收國外先進技術(shù)，并對一些故障機理和診斷方法展開研究;第二階段是從80年代初期到現(xiàn)在，在這一階段，全方位開展了機械設備的故障診斷研究，引入人工智能等先進技術(shù)，大大推動了診斷系統(tǒng)的研制和實施，取得了豐碩的研究成果。1983年春，中國機械工程學會設備維修分會在南京召開了首次“設備故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測研討會”，標志著我國診斷技術(shù)的研究進入了一個新的發(fā)展階段，隨后又成立了一些行業(yè)協(xié)會和學術(shù)團體。這期間國際國內(nèi)學術(shù)交流頻繁，對于

29、基礎理論和故障機理的研究十分活躍，并研制出了我國自己的在線監(jiān)測與故障診斷裝置，“八五”期間又進行了大容量火電機組監(jiān)測診斷系統(tǒng)的研究，各種先進技術(shù)得到應用，研究步伐加快，縮小了與世界先進水平的差距，同時也形成了具有我國特點的故障診斷理論。</p><p>　　1.3 故障診斷技術(shù)概述</p><p>　　1.3.1 故障診斷技術(shù)的歷史</p><p>　　故障診斷技術(shù)

30、起源于19世紀產(chǎn)業(yè)革命時期。綜觀其發(fā)展的歷史過程，可以將</p><p>　　它按以下4個階段劃分:</p><p>　　(1)原始診斷階段:19世紀末至20世紀初，是故障診斷技術(shù)的產(chǎn)生階段。在此階段，個體專家依靠感官獲取設備的狀態(tài)信息，并憑借其經(jīng)驗作出直接判斷。</p><p>　　(2)基于材料壽命分析與估計的診斷階段:20世紀初至20世紀60年代，依靠事先對材

31、料壽命的分析與估計以及對設備材料性能的部分檢測來完成診斷任務。</p><p>　　(3)基于傳感器與計算機技術(shù)的診斷階段:這一階段開始于20世紀60年代中期。目前廣泛應用于電力、鋼鐵、船舶、核設番等許多領(lǐng)域。</p><p>　　(4)智能化診斷階段:人工智能技術(shù)的發(fā)展，特別是專家系統(tǒng)在故障診斷領(lǐng)域中的應用，為設備故障診斷的智能化提供了可能性，也使診斷技術(shù)進入了新的發(fā)展階段。</p

32、><p>　　1.3.2 故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀</p><p>　　故障診斷技術(shù)應用于工程實際，一個必須解決的問題是故障診斷算法的魯棒性，即故障診斷系統(tǒng)對故障具有高度敏感的同時，具有對噪聲、干擾及建模誤差的不敏感性。目前故障診斷的敏感性及魯棒性問題的研究己經(jīng)成為故障診斷領(lǐng)域的一個前沿課題。在我國，經(jīng)過專家學者們近十多年的努力，目前有許多研究成果得到了國際同行的首肯，基于人工智能的方法主要有如下四

33、種:</p><p>　　(1)基于神經(jīng)網(wǎng)絡的方法:神經(jīng)網(wǎng)絡具有處理復雜多模式及進行聯(lián)想、推理和記憶的功能。當輸入的故障征兆信息出現(xiàn)殘缺時，能夠恢復和聯(lián)想?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡的故障診斷技術(shù)分為離線和在線兩種方法。</p><p>　　(2)基于圖論的模型推理方法:基于圖論方法的實質(zhì)上是根據(jù)一個個實際系統(tǒng)中各個元件之間所存在的非常普遍的故障傳播關(guān)系構(gòu)成故障診斷網(wǎng)絡，利用搜索和測試技術(shù)進行故障定位。

34、</p><p>　　(3)基于專家系統(tǒng)的方法:基于專家系統(tǒng)方法的故障診斷技術(shù)是目前國內(nèi)最活躍的研究領(lǐng)域。</p><p>　　(4)組合智能故障診斷方法:專家系統(tǒng)的知識處理模擬的是人的邏輯思維，神經(jīng)網(wǎng)絡的知識處理模擬的則是人的經(jīng)驗思維(即模式類比，也叫形象思維)機制，因此將專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)合組成的故障李斷方法能夠更有效地對系統(tǒng)進行診斷。</p><p>　　1

35、.3. 3現(xiàn)有智能化故障診斷系統(tǒng)存在的問題</p><p>　　(1)知識庫龐大:目前故障智能診斷系統(tǒng)大多采用產(chǎn)生式規(guī)則來表示專家的經(jīng)驗知識，為了使診斷系統(tǒng)達到高效、實用的目標，必然需要大量的專家經(jīng)驗知識組成龐大的知識規(guī)則庫。</p><p>　　(2)解決問題能力的局限性:由于受到系統(tǒng)中知識的限制，大多數(shù)診斷系統(tǒng)只能解決狹窄的專家知識領(lǐng)域以內(nèi)的問題，而對一其它領(lǐng)域的知識通常是一無所知的。

36、這使它的解決問題的能力受到很大的限制。</p><p>　　(3)深、淺知識結(jié)合能力差:在具體故障智能診斷系統(tǒng)中，系統(tǒng)在實現(xiàn)某領(lǐng)域的基本原理和專家知識相結(jié)合時表現(xiàn)出較差的能力。</p><p>　　(4)自動獲取知識能力差:目前多數(shù)故障智能診斷系統(tǒng)在自動獲取知識方面表現(xiàn)的能力還比較差，這限制了系統(tǒng)的自我完善、發(fā)展和提高。目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)應用于各類故障智能診斷系統(tǒng)中，一個重要目的就是提高

37、系統(tǒng)的學習能力。</p><p>　　1.4本論文的主要內(nèi)容</p><p>　　凝汽器及其系統(tǒng)是電廠生產(chǎn)過程中重要的軸助設備，對凝汽器進行監(jiān)測和診斷是電廠性能監(jiān)測和故障診斷的重要組成部分。本文在大量收集國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎上，論文首先論述了火電廠凝汽設備的運行特性，明確并區(qū)分了一些基本概念，提出了相對清潔系數(shù)的概念及其計算公式，對于凝汽器的運行有一定的指導作用;論述了凝汽器的幾種過渡工況

38、的瞬間特性;分析了凝汽設備常見故障，重點分析了凝汽器真空惡化的原因及征兆。由于引起凝汽器故障的原因很多，且其征兆往往有一定的模糊性，判斷起來不太容易，本文采用比較先進的BP神經(jīng)網(wǎng)絡來進行凝汽器的故障診斷。先介紹了模糊邏輯理論和神經(jīng)網(wǎng)絡基礎，接著引出了BP神經(jīng)網(wǎng)絡。對BP網(wǎng)絡進行訓練后，得到模糊BP網(wǎng)絡的知識庫結(jié)構(gòu)。在此基礎上對一個凝汽器實際故障進行了診斷，得出了令人滿意的結(jié)果。最后提出了一個凝汽器在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的設想。通過全面具體的

39、歸納得到凝汽系統(tǒng)的常見故障及其征兆，然后通過軟件設計將凝汽系統(tǒng)的監(jiān)測和故障診斷實現(xiàn)可視化，主要內(nèi)容有:</p><p>　　1、研究總結(jié)凝汽器故障機理，結(jié)合有關(guān)理論知識、專家知識分析凝汽器的故障與征兆之間的關(guān)系，建立凝汽器故障診斷知識庫。</p><p>　　2、對BP神經(jīng)網(wǎng)絡以及專家系統(tǒng)基本理論進行重點闡述，闡明了神經(jīng)網(wǎng)絡的基本理論，并建立基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡狗凝汽器故障診斷模型。</

40、p><p>　　3、利用凝汽器典型故障樣本，對神經(jīng)網(wǎng)絡進行訓練，確定BP網(wǎng)絡知識庫，通過對不同算法的收斂速度進行比對，不僅要使BP神經(jīng)網(wǎng)絡在學習速率上有了很大的提高，而且使其有更好的容錯性和穩(wěn)定性。</p><p>　　第二章 火電廠系統(tǒng)模型及故障診斷研究</p><p>　　MATLAB 是mathworks公司于 1982 年推出的一種以矩陣為基本運算單位的高效數(shù)值

41、計算軟件，帶有功能強大的數(shù)學函數(shù)庫，并開發(fā)有多種學科領(lǐng)域的工具箱函數(shù)庫，廣泛地應用于科學研究與工程計算?；陔娏ο到y(tǒng)計算的復雜性的考慮，本章使用 MATLAB 作為電廠系統(tǒng)仿真的計算工具，利用MATLAB工具搭建并調(diào)試了整個電廠的數(shù)學模型。</p><p>　　2.1 火電廠系統(tǒng)概述</p><p>　　在介紹火電廠(Skegton)系統(tǒng)之前，先介紹一下組合循環(huán)和熱動循環(huán)原理。組合循環(huán)是一

42、種以能量為對象的循環(huán)系統(tǒng)，主要是把蒸汽輪機和燃氣輪機應用于發(fā)電。輪機使熱流或氣流形式的能量在輪機中傳輸。輪機之間最常見的連接方式是：燃氣輪機排出的氣體為蒸汽發(fā)生器提供必要的熱量，見圖 2-1。</p><p>　　熱動循環(huán)系統(tǒng)可以同時生成電和熱，這時電能由蒸汽輪機或燃氣輪機產(chǎn)生，電輸出和熱輸出之間的比例取決于系統(tǒng)最終的要求，并且影響著系統(tǒng)結(jié)構(gòu)配置和元件大小的選擇。最常見的配置由一個蒸汽輪機環(huán)路構(gòu)成，其中一部分由蒸

43、汽輪機產(chǎn)生的蒸汽用于提供熱量，見圖 2-2。</p><p>　　圖 2-1 組合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-2 熱動循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　組合系統(tǒng)和熱動循環(huán)系統(tǒng)主要解決的是廢氣中熱能的利用。組合系統(tǒng)主要是利用由燃氣機或者過程中其他節(jié)點排出的廢氣中的熱量可以用來發(fā)更多的電。而 CHP 系統(tǒng)主要是把廢棄的熱能生產(chǎn)其它熱能產(chǎn)品或用于地區(qū)供熱和工業(yè)

44、目的。</p><p>　　2.1.1 蒸汽輪機</p><p>　　蒸汽輪機，即 Steam turbine，在火電廠中它的主要功能是發(fā)電。蒸汽輪機的主要結(jié)構(gòu)如圖 2-5 所示。圖中是典型的三壓蒸汽輪機：它包括低壓 LP (Low pressure)，中壓和高壓 HP(High Pressure)三部分，并且它們在同一個軸上工作。顧名思義，高壓部分的入口蒸汽是高壓蒸汽，相似的，低壓部分的

45、入口蒸汽是低壓蒸汽。蒸汽輪機與鍋爐的過熱器和再熱器相連，過熱蒸汽進入輪機高壓部分，高壓出口蒸汽再進入再熱器，并在常壓下加熱，加熱后的再熱蒸汽進入低壓部分，出口蒸汽再進入凝汽器。</p><p>　　圖 2-5 蒸汽輪機結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　蒸汽輪機的典型蒸汽參數(shù)值為：</p><p>　　高壓部分： 輸入壓力：50－160bar，輸入溫度：550℃</p

46、><p>　　中壓部分： 輸入壓力：30－40bar，輸入溫度：550℃</p><p>　　低壓部分： 輸入壓力：4－8bar，輸入溫度：250℃</p><p>　　輸出壓力：95mbar(與凝汽器相連時)</p><p>　　蒸汽輪機主要有三種變量：入口和出口處的蒸汽參數(shù)(如溫度，壓力等)，發(fā)電機的電參數(shù)和一些這部分所特有的安全運行條件。其

47、中發(fā)電機的電參數(shù)主要是電機輸出功率(相當于負荷)和輸出頻率(相當于輪機的旋轉(zhuǎn)速度)。而安全條件要考慮輪機轉(zhuǎn)動部分的震動以及發(fā)電機定子周圍的溫度擴散。更重要的是蒸汽壓力不能太大，超出限定范圍，會帶來電廠事故。</p><p><b>　　2.1.2鍋爐</b></p><p>　　鍋爐，即 Boiler，它是火電廠中 最 核心的部分。它包括一下幾個部分：燃燒室(Comb

48、ustion chamber)、汽包(Drum)、上升器(Riser)、過熱器( Superheater )、再熱器(Reheater)和節(jié)約裝置(Economizer)。它的工作過程為：給水系統(tǒng)為汽包供水，在汽包中一部分水會蒸發(fā)，還有一部分水通過冷水壁進入上升器，在上升器中燃燒室產(chǎn)生的熱量為水加熱最后使水蒸發(fā)。也就是說，在汽包、冷水壁以及上升器中存在水、蒸汽和水蒸汽混合物的循環(huán)。</p><p>　　在上升器中

49、產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)由汽包，過熱器流入蒸汽輪機的高壓部分。之后輪機高壓部分出口的蒸汽又再次流入鍋爐的再熱器，使其在常壓下加熱，使蒸汽能量增加。噴水減溫器的噴水量用來控制過熱器的蒸汽溫度。上升器吸收爐內(nèi)燃燒放出的熱量，同時燃燒時剩余的燃氣可以將熱量傳入過熱器、再熱器，最后傳入節(jié)約裝置。</p><p><b>　　2.1.3 凝汽器</b></p><p>　　凝汽器，即 Co

50、ndenser，位于蒸汽輪機低壓部分的出口處。它的結(jié)構(gòu)圖如圖 2-7 所示。凝汽器是讓蒸汽通過裝有冷卻水的管道，以達到降溫凝結(jié)的作用。也就是說外部流過的冷卻水在此過程中帶走了蒸汽的熱量。冷凝泵可以使冷凝后產(chǎn)生的液體流入給水系統(tǒng)的脫氧器中。通常凝汽器為管道型的，即一系列的微型管道封閉在一個管道外殼中，微型管道內(nèi)流有冷卻水，外殼中流有飽和蒸汽，并且這兩者的流通方向是相反的。此時發(fā)生的是非直接的熱交換。蒸汽為熱源，而冷卻水為熱接收器。在蒸汽流

51、入凝汽器時，大約有一半的蒸汽能量被帶走。此時冷卻水溫度急劇增加 5℃ 到 10℃，冷凝蒸汽溫度為 27℃ 到 33℃，絕對壓力約為 50mbar。</p><p>　　圖 2-7 冷凝器結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　2.1.4給水系統(tǒng)</b></p><p>　　給水系統(tǒng)，即 Feed water system，它的結(jié)構(gòu)圖如 2-8 所示

52、。給水系統(tǒng)主要包括：脫氧器、水泵、節(jié)約裝置、給水閥和減溫閥。它與鍋爐和凝汽器相連，特別是與鍋爐有密切聯(lián)系。</p><p>　　圖 2-8 給水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　首先，蒸汽輪機提取過壓蒸汽直接輸入脫氣器給水加熱以達到飽和。脫氧器的類型有兩種。第一種是真空脫氧器。真空脫氧器工作在大氣壓力下，飽和溫度為 82oC，水的溶氧量為 0.02mg/l。但這需要花費額外的費用維持真空。第

53、二種為常壓脫氧器。它工作在大氣壓力以上，水的溶氧量可降至 0.02mg/l。要求飽和溫度在 105o C 以上。可見，在飽和狀態(tài)下，脫氧器中的溶氣量很低。這樣沒有凝結(jié)的氣體就可以與給水分離，最終排入空氣中。與此同時，脫氧器內(nèi)的水和蒸汽達到平衡，既沒有凝結(jié)也沒有蒸發(fā)。</p><p>　　2.2 故障與故障診斷概述</p><p>　　2.2.1 故障分類與特征描述</p>&

54、lt;p>　　動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)可以用一組狀態(tài)變量來描述，它們是時間的函數(shù)。故障是系統(tǒng)由于某個部分功能的降低或結(jié)構(gòu)的破壞所造成的一種系統(tǒng)狀態(tài)。系統(tǒng)故障可看成是與正常狀態(tài)相偏離的一種狀態(tài)。從廣義上講，故障可理解為任何異?，F(xiàn)象，是系統(tǒng)表現(xiàn)出的所不希望的特性。</p><p>　　實際系統(tǒng)可能發(fā)生的故障是各種各樣的，研究故障診斷需要對故障做出適當?shù)姆诸?，這種分類可以從多個不同的方面進行。從故障發(fā)生的部位來看，可以分為

55、儀表故障(常稱為傳感器故障)、執(zhí)行器故障和元部件故障；根據(jù)故障的性質(zhì)，可以分為突變型故障和緩變型故障；從故障建模角度出發(fā)，可以分為乘性故障和加性故障；從故障的關(guān)系分為相關(guān)故障與非相關(guān)故障；從故障的性質(zhì)分為自然故障與人為故障等等。 </p><p>　　一般來說，系統(tǒng)的故障具有如下特性：</p><p>　　(1) 層次性：故障的縱向特性，由系統(tǒng)本身的層次性決定，故障一般分為系統(tǒng)級、 子系

56、統(tǒng)級、部件級、元件級等多個層次。高層次的故障可以由低層次的故障引起，而低層次的故障必定引起高層次的故障。故障診斷時可以采用層次診斷模型和層次診斷策略。</p><p>　　(2) 相關(guān)性：故障的橫向特性，它由系統(tǒng)各元件間的聯(lián)系所決定，某一元件發(fā)生故障后，通常會導致與其相聯(lián)的元件或者元件間的聯(lián)系發(fā)生故障，形成了同一層次系統(tǒng)中多個故障并存的結(jié)果，多故障同時診斷也是機械設備診斷中的一個關(guān)鍵問題。</p>

57、<p>　　(3) 延時性：從原發(fā)性故障發(fā)展到系統(tǒng)故障都有一定的時間性，故障的發(fā)生發(fā)展是一個量變到質(zhì)變的過程，因此故障可以預測，可以早期診斷。根據(jù)事先獲得的故障信號變化規(guī)律，可以在待檢模式的特征信號尚未超限時就做出關(guān)于系統(tǒng)、元件與與元件之間的聯(lián)系的目前狀態(tài)、狀態(tài)趨勢和未來狀態(tài)的判斷。</p><p>　　(4) 可預測性：設備大部分故障在出現(xiàn)之前通常有一定先兆，只要及時捕捉這些征兆信息，就可以對故障進行

58、預測和防范。</p><p>　　2.2.2 故障診斷與故障診斷過程</p><p>　　故障診斷是指系統(tǒng)在一定的工作環(huán)境下查明導致某種功能失效的原因或性質(zhì)，判斷劣化狀態(tài)發(fā)生的部位或部件，以及預測狀態(tài)劣化的發(fā)展趨勢等。診斷是指由現(xiàn)象判斷本質(zhì)，由當前預測未來，由局部推測整體的過程。在工程技術(shù)領(lǐng)域，也需要根據(jù)設備各種可測量的物理現(xiàn)象和可以檢測的技術(shù)參數(shù)來判斷設備是否正常運轉(zhuǎn)，判斷發(fā)生故障的原因

59、和部件，預測潛在故障的發(fā)生等。設備故障診斷過程就是鑒別機器的狀態(tài)是否正常，發(fā)現(xiàn)和確定故障的部位和性質(zhì)，預報故障趨勢并提出相應的對策。故障診斷的實施過程可分為以下步驟：</p><p>　　(1) 信號采集。設備在運行過程中必然會有力、熱、振動及能量等各種量的變化，由此會產(chǎn)生各種不同信息。根據(jù)不同的診斷需要，選擇能表征設備工作狀態(tài)的不同信號，如振動、壓力、溫度等是十分必要的。這些信號一般是用不同的傳感器來拾取的。&

60、lt;/p><p>　　(2) 信號的處理變換及特征提取分析。就是從狀態(tài)信號中提取與設備故障有關(guān)的特征信息。當特征信號為靜態(tài)信號時，特征信號既是征兆。對征兆的取值進行檢驗，看其是否在允許范圍，然后作 出決策。當特征信號為動態(tài)信號時，首先要根據(jù)情況選擇既能反映動態(tài)功能指標，又便于測取的特征信號組；其次是通過對特征信號分析提取便于決策的征兆；最后根據(jù)征兆、標準模式和某種判別準則，識別系統(tǒng)故障。</p>&l

61、t;p>　　(3) 設備的狀態(tài)識別及故障定位。將經(jīng)過信號處理后獲得的設備特征參數(shù)與規(guī)定的允許參數(shù)或辨別參數(shù)進行比較、對比以確定設備所處的狀態(tài)，是否存在故障及故障的類型和性質(zhì)等。為此應正確指定相應的判別準則和診斷策略。該步目前主要有數(shù)學分析、控制論、系統(tǒng)辨識、人工智能和模式識別多種方法。</p><p>　　(4) 做出診斷決策和趨勢預測，干預設備及其工作過程。狀態(tài)監(jiān)測的任務是使系統(tǒng)不偏離正常功能，并預防功能

62、失效，在監(jiān)視的基礎上進行診斷。當系統(tǒng)一旦偏離正常功能，則必須進一步分析故障產(chǎn)生的原因，這時的工作可理解為故障診斷。如果事先已對機器可能發(fā)生的故障模式進行分類，那么診斷問題就化為把機器的現(xiàn)行工作狀態(tài)歸入哪一類的問題。因此，故障診斷實質(zhì)上是一類模式分類問題。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先是在熟悉 Skegton 系統(tǒng)的

63、組成結(jié)構(gòu)和工作流程的基礎上，利用Simulink 建立鍋爐、燃汽輪機、蒸汽輪機、冷凝器、給水系統(tǒng)等模塊的模型，然后將各個功能模塊連接起來構(gòu)成整個電廠的模型。并對電廠的故障以及故障模型進行了分析研究。</p><p>　　第三章凝汽系統(tǒng)常見故障及其原因分析</p><p><b>　　3.1凝汽器簡介</b></p><p>　　在現(xiàn)代大型電站凝

64、汽式汽輪機組的熱力循壞中，凝汽設備是起了一種熱力學中“冷源”的作用，降低冷源的溫度就能提高循環(huán)的熱效率。因此，凝汽設備的主要任務是在汽輪機的排汽口建立并保持高度真空，使進入汽輪機的蒸汽能膨脹到盡可能低的壓力，從而增大機組的理想比烙降，提高其熱經(jīng)濟性。凝汽設備主要包括凝汽器、循環(huán)水泵、凝結(jié)水泵及抽氣器，如圖2-1所示，其中凝汽器是最主要的組成部分，大多數(shù)凝汽器是管殼式結(jié)構(gòu)的換熱器。冷卻水經(jīng)循環(huán)水泵流入凝汽器的冷卻水管，把蒸汽凝結(jié)成水時放出

65、的熱量帶走，蒸汽被凝結(jié)成凝結(jié)水，而凝結(jié)水在凝汽器底部熱井通過凝結(jié)水泵抽出，送往鍋爐。在凝汽器開始工作前，必須利用抽氣器將殼側(cè)空氣抽出以建立真空，在凝汽器正常工作時，也必須利用抽氣器將從真空系統(tǒng)不嚴密處漏入的空氣以及夾帶在汽輪機排汽中的空氣不斷地抽出，以維持真空。汽輪機凝汽設備的冷卻方式主要有開式冷卻系統(tǒng)(直流供水)和閉式冷卻系統(tǒng)(循環(huán)供水)兩種。以江、河、湖、海等水作為冷卻水的供水系統(tǒng)是開式冷卻系統(tǒng);采用專門的冷卻塔，冷卻水在凝汽器與冷

66、卻塔之間進行循環(huán)的冷卻水方式是閉式冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　圖3-1凝汽器系統(tǒng)原件組成</p><p>　　凝汽器在熱力發(fā)電廠中占有很重要的地位，但是由于設計、安裝、檢修等原因，凝汽器在運行過程中常常出現(xiàn)一些故障。如低真空運行、冷卻管泄漏、凝結(jié)水過冷、凝結(jié)水含氧量高等。其中最常見的是凝汽器低真空運行，對此我們將作重點分析。凝結(jié)水的過冷，使凝結(jié)水含氧量增加，而導致管道、設備腐蝕。因此凝

67、結(jié)水的過冷度及含氧量也是評價凝汽器運行熱力性能的主要指標，需要加以監(jiān)視。</p><p>　　3.2凝汽器低真空對機組性能的影響</p><p>　　當凝汽器的真空度過低時，不僅汽輪機的效率降低，而且由于汽輪機的排汽溫度提高，會使汽輪機的排汽口和凝汽器殼體產(chǎn)生過量的熱變形，這可能引起汽輪機振動，或者破壞凝汽器水側(cè)的嚴密性。當凝汽器真空度降低時，為保證機組出力不變，必須增加蒸汽流量，而蒸汽流

68、量的增加又將導致軸向推力的增大，使推力軸承過負荷，這將影響汽輪機組的安全運行。正是由于這些嚴重后果，所以有必要對凝汽器進行系統(tǒng)分析，根據(jù)故障狀態(tài)的表現(xiàn)，盡可能早地查出故障原因，采取相應措施，提高機組運行的安全性和經(jīng)濟性。</p><p>　　a.經(jīng)濟性方面的影響</p><p>　　(1)真空降低，使汽輪機熱耗增加。對于高壓汽輪機，真空每降低1%，使機組熱耗增加4.9%。</p>

69、;<p>　　(2)真空降低，使凝結(jié)水過冷度增加。對于高壓汽輪機，凝結(jié)水每過冷1℃，使機組熱耗增加0.15%。</p><p>　　b.安全性方面的影響</p><p>　　(1)真空度降低，為保證機組出力不變，必須增加蒸汽流量，而蒸汽流量的增加又將導致軸向推力的增大，嚴重時有燒毀推力軸承的危險，甚至使汽輪機動靜部分相碰造成惡性事故。此外，由于真空降低，汽輪機低壓缸的尾部溫度

70、也相應升高，可能導致位于低壓缸軸瓦上的轉(zhuǎn)子軸頭也隨著被抬離，這樣就破壞了中壓轉(zhuǎn)子與低壓轉(zhuǎn)子靠背輪的對中性。</p><p>　　(2)由于真空降低，凝結(jié)水中含氧量增加，凝結(jié)水系統(tǒng)的設備和管道被腐蝕產(chǎn)生的氧化鐵進入鍋爐，腐蝕爐膛的水冷壁、過熱器等。</p><p>　　(3)其他方面的影響。在實際運行中凝汽器真空降低還存在許多緩慢的危害，如凝結(jié)水管道被腐蝕，低壓加熱器銅管被腐蝕，除氧器淋水盤

71、被腐蝕等。</p><p>　　因此，為了確保機組的安全、經(jīng)濟運行，應使其在設計真空值附近運行。否則，必須查明真空下降的原因，采取措施，消除隱患，保證機組在最佳狀態(tài)下運行。</p><p>　　3.3凝汽器真空值的確定</p><p>　　真空是指在給定空間內(nèi)低于標準大氣壓的氣體狀態(tài)，表示處于真空狀態(tài)下氣(汽)體稀薄程度的量值。凝汽器在熱力系統(tǒng)“冷端”的主要功能是保

72、證汽輪機排汽凝結(jié)，并維持其一定的負壓。</p><p>　　凝汽器中蒸汽與冷卻水的熱交換流動型式可近似地看成逆流。圖3-2所示是蒸汽和冷卻水的溫度沿冷卻面積變化規(guī)律。沿冷卻面積冷卻水的溫度由進口氣，上升到出口氣2。汽輪機排汽進入凝汽器，在管束的進口處蒸汽中空氣的相對含量很小，凝汽器壓力Pc即等于蒸汽的分壓力Ps，進口處的蒸汽溫度等于凝汽器壓力Pc相對應的飽和溫度Ts。如果忽略凝汽器的汽阻，凝汽器壓力沿冷卻面積不變

73、，相對應的飽和溫度也不變。</p><p>　　圖3-2蒸汽和冷卻水的溫度沿冷卻面積變化規(guī)律</p><p>　　如圖3-2所示，與凝汽器壓力Pc。相對應的飽和蒸汽溫度可表示為：</p><p>　　ts = tw1+Δt +δt （3—1）</p><p>　　式中: 一一凝汽器壓力對應的飽和溫度(

74、℃);</p><p>　　一一冷卻水入口水溫(℃);</p><p>　　t一一冷卻水溫升(℃);</p><p>　　t—-凝汽器端差(℃)</p><p>　　當忽略進入凝汽器的其他熱量時，蒸汽的翻結(jié)放熱量等于冷卻水的吸熱量，用下式表示:</p><p><b>　　（3—2）</b><

75、;/p><p>　　式中:Dc一一進入凝汽器的蒸汽量(/h);</p><p>　　一一排汽及凝結(jié)水的焓();</p><p>　　一一冷卻水的流量(心/h):</p><p>　　一一進入和離開凝汽器冷卻水的焓值();</p><p>　　C一一冷卻水的比熱，對于淡水，</p><p>　　那么，

76、冷卻水溫升可以表示成下式:</p><p>　　Δt= （3－3）</p><p>　　式中:m一一冷卻倍率 </p><p>　　式(3-3)中焓差△h=表示凝結(jié)1于蒸汽所放出的熱量。對于電站凝汽式汽輪機，在數(shù)值上變化不大。例如初參數(shù)為9.0-16.OMPa的亞臨界機組焓差為2200-2250。初參數(shù)為23.5MPa的超

77、臨界機組焓差為2300-2350kJ/kg。于是公式(2-3)可以寫成:</p><p><b>　?。?—4）</b></p><p>　　凝汽器的傳熱端差可表示為:</p><p>　　δt= （3—5）</p><p><b>　　式中：</b></p>

78、<p>　　一一循環(huán)水的流量();</p><p>　　一一凝汽器的冷卻面積();</p><p>　　K一一凝汽器的傳熱系數(shù)(kg/);</p><p>　　那么，由式(3-1)、(3-3)、(3-4)就可確定出凝汽器壓力所對應的飽和溫度。由（3-5）式或查水蒸汽表，可確定出凝汽器的壓力:</p><p><b>　

79、?。?—6）</b></p><p>　　式中:Pc一一凝汽器壓力(Pa)</p><p>　　3.4凝汽器真空下降原因的綜合分析</p><p>　　凝汽器真空下降，可分為急劇下降和緩慢下降兩種情況。</p><p>　　3.4.1凝汽器真空急劇下降原因分析</p><p>　　凝汽器真空急劇下降又稱為凝

80、汽器事故性破壞，引起急劇下降的原因很多，一般有以下一些原因:</p><p>　　(l)循環(huán)水泵故障停機，導致真空急劇下降循環(huán)水泵電機電流為零，出口壓力下降為零;</p><p>　　(2)軸封供汽中斷，導致真空急劇下降，過冷度變大，傳熱端差變大，循環(huán)水溫升變小，負脹差;</p><p>　　(3)凝汽器水位調(diào)節(jié)失靈，使熱井水位發(fā)生變化，導致真空急劇下降，傳熱端差變

81、大，過冷度增大，凝結(jié)水泵出口壓力增加;</p><p>　　(4)冷卻水管路破裂，導致真空急劇下降，傳熱端差變大，過冷度增加。由上可見，凝汽器真空急劇下降時現(xiàn)象比較明顯，易于發(fā)現(xiàn)并采取措施及時補救。急劇下降發(fā)生幾率小，但是危害大，是故障診斷系統(tǒng)重點防范監(jiān)測的對象。</p><p>　　3.4.2凝汽器真空緩慢下降原因分析</p><p>　　根據(jù)對電廠實際情況的調(diào)查

82、及相關(guān)資料的查閱，本文主要從真空系統(tǒng)、抽氣系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、管側(cè)臟污、軸封系統(tǒng)等方面分析凝汽器真空緩慢下降的原因。</p><p>　　3.4.2.1真空系統(tǒng)</p><p>　　凝汽器真空系統(tǒng)是指凝汽設備中所有處于低于大氣壓力運行的設備、管道和閥門等。真空系統(tǒng)不嚴密處，可能導致空氣漏入系統(tǒng)。由于空氣漏入凝汽器，凝汽器壓力pk、應該是汽氣棍合物的總壓力，即:</p><

83、p><b>　　(3-7)</b></p><p>　　式中:Ps一一蒸汽分壓力;</p><p><b>　　Pa一一空氣分壓力</b></p><p>　　若空氣大量漏入凝汽器，將會使凝汽器的傳熱惡化，因而引起不良的后果。首先是進入凝汽器容積的空氣明顯地使凝結(jié)蒸汽對凝汽器管壁的放熱系數(shù)變差，使凝汽器內(nèi)總的傳熱系數(shù)

84、變小。大量空氣的滲漏，引起空氣排除裝置的過負荷，并因而使真空變壞。</p><p>　　凝汽器內(nèi)的空氣分壓力增加使得凝汽器的壓一力增加。假設凝汽器內(nèi)的漏氣量(kg/h)，汽機排汽干度x，凝汽器內(nèi)蒸汽流量L`k(kg/h)，將理想氣體狀態(tài)方程式用到凝汽器中不會有大的誤差。對混合物中的蒸汽有：</p><p><b>　　（3-8）</b></p><

85、p>　　式中: 一一干飽和蒸汽的比容</p><p>　　一一水蒸氣的氣體常數(shù)</p><p>　　一一蒸汽絕對溫度 K</p><p>　　對混合物中的空氣有:</p><p><b>　　（3—9）</b></p><p>　　式中: 一一空氣的比容</p><p

86、><b>　　一一空氣的氣體常數(shù)</b></p><p>　　一一漏入空氣的絕對溫度 K</p><p>　　對于一個封閉容器，其中充滿干飽和的汽、氣混合物則有:</p><p><b>　?。?—10）</b></p><p><b>　?。?—11）</b><

87、/p><p>　　式中:V、Vs、Va——混合物、干飽和蒸汽、空氣的容積 </p><p>　　T、Ts、Ta一一混合物、干飽和蒸汽、空氣的絕對溫度 K</p><p>　　水蒸汽氣體常數(shù) =462.1，空氣氣體常數(shù)=287.14。將上述數(shù)據(jù)代入式(3-7)和(3-8)中則得蒸汽的分壓力為：</p><p><b>　　空

88、氣的分壓力為:</b></p><p>　　從上兩式可以看出，若干度x很大，總是很小時，蒸汽的分壓等于凝汽器的壓力，但是隨著蒸汽的進一步凝結(jié)，干度減小，此時如果漏入較多的空氣，空氣就會嚴重影響凝汽器的壓力，使凝汽器的壓力增高，同時使抽氣設備過載，凝結(jié)水過冷度及含氧量急劇增加，使凝汽器的真空度降低。</p><p>　　3.4.2.2 抽氣系統(tǒng)</p><p&

89、gt;　　抽氣系統(tǒng)的主要功能是連續(xù)、及時地將凝汽器中不凝結(jié)氣體抽出，以保證凝汽器有良好的換熱條件和真空，因而抽氣設備的工作情況必然對凝汽器的工作特性有很大的影響。如抽氣器的特性線都是相對于某一確定的混合物溫度而言，凝汽器工況變化往往引起空冷區(qū)出口汽、氣混合物溫度的變化，從而改變了抽氣器的工作特性。可以看出抽氣器特性與凝汽器特性之間是相互影響的，這點我們可以從以下的分析中更清楚的得出。</p><p>　　如圖 3

90、.3 所示，當其他條件不變，只有真空系統(tǒng)漏入的空氣量由 Da增加到Da ，開始時首先影響到凝汽器的空氣冷卻區(qū)，使空冷區(qū)傳熱惡化，空冷區(qū)出口混合物的溫度由t也高到t′，混合物中蒸汽分壓增大，總壓隨之增大，這時抽氣器的工作特點由 A 點移到 B 點。由于抽氣口總壓增高，繼之傳到凝汽器，又使凝汽器壓力增高。由于整個沿程傳熱惡化，凝結(jié)區(qū)縮小，空氣冷卻區(qū)增大。反過來又使混合物溫度下降到t′，這時抽氣器的工作穩(wěn)定在一個新的狀態(tài)點 C，抽氣器抽吸壓力

91、增加ΔPm 。凝汽器由于有沿程阻力，也隨之穩(wěn)定在一個新的狀態(tài)點，凝汽器也有一個壓力增加值ΔPk。根據(jù)鑒定，由于在新工況下，汽阻比正常工況時稍低，所以ΔPk<ΔPm。</p><p>　　圖 3－3 漏入空氣量改變時抽氣器的過渡特性</p><p>　　抽氣器的結(jié)構(gòu)型式很多，在現(xiàn)代發(fā)電廠中，汽輪機的凝汽器上應用的最廣泛的抽氣器是噴射式抽氣器，噴射式抽氣器的優(yōu)點在于布置緊湊、結(jié)構(gòu)簡單、維

92、護方便、工作可靠以及能在短時間內(nèi)（5～10 分鐘）建立必要的真空。噴射式抽氣器又可分為射汽式和射水式兩種。近年來，隨著蒸汽參數(shù)的提高以及大功率單元機組的發(fā)展，發(fā)電廠熱力系統(tǒng)中采用 1.177MPa～1.569 MPa 絕對大氣壓的節(jié)流新蒸汽的射汽抽氣系統(tǒng)顯得復雜并不合理。此外，目前在廣泛采用單元制控制的情況下，應用滑參數(shù)啟動，在機組啟動前不可能有足夠的汽源供給射汽抽氣器使用。鑒于這些原因，我們目前則以發(fā)展射水抽氣器為主。</p&g

93、t;<p>　　射水抽氣器是以水引射汽、氣混合物的，是兩相流體的混合，無法用動量方程進行計算，衡量射水抽氣器生產(chǎn)能力的特性參數(shù)即引射系數(shù)只能以容積引射系數(shù)u0來表示，定義為：</p><p>　　u0=Vmix/Vw （3－14）</p><p>　　式中：Vmix為被引射的汽氣混合物的容積流量，m3/h；Vw為工作水的容積流

94、量，m3/h。</p><p>　　圖 3.4 為某 300MW 機組用于抽空氣工作時所得的射水抽氣器的特性曲線Pm＝?(Dα) (Pm為吸入室壓力，Da 為抽吸的干空氣流量)和凝汽器壓力與空氣量的關(guān)系曲線Pk＝?(Dα)。由圖可知，只有少量空氣漏入時，抽出的蒸汽量增加，因而凝汽器壓力與漏入的空氣量無關(guān)，如圖中曲線水平段。而當空氣大量漏入時，蒸汽量減至最小，進一步增大漏氣量，凝汽器壓力與抽吸壓力均增加，特性曲線P

95、k＝?(Dα)和特性曲線 Pm＝?(Dα)互相重合。</p><p>　　圖 3－4 射水抽氣器特性曲線</p><p>　　1－抽干空氣的特性曲線Pm＝?(Dα)；2－凝汽器壓力與抽氣量關(guān)系曲線Pk＝?(Dα)；</p><p>　　A 組曲線對應工作水溫度為 18℃；B 組曲線對應工作水溫度為 2℃</p><p>　　射水抽氣器本身效率

96、高，可使大量不凝結(jié)氣體被抽出排走，其建立的負壓越高，真空就越高；反之則影響真空，使真空達不到額定值。射水池水溫太高，會降低抽氣效果，使真空降低。有試驗表明：當射水溫度低于某一溫度時，溫度的改變對抽氣器的效率影響很小；但當射水溫度超過某一溫度時，射水溫度的升高會導致抽氣器的效率明顯下降。因抽氣器工作水溫下的飽和壓力隨工作水溫的升高而升高，所以射水抽氣器吸入室壓力隨著工作水溫的升高而升高。因此，在一定的工作水壓下，由于工作水溫的升高，引起吸

97、入室壓力升高，其值等于工作水溫對應的飽和壓力。某電廠曾對一臺 200MW 汽輪機組作射水抽氣器特性試驗，在其他參數(shù)即工況一定的情況下，當射水抽氣器的工作水溫由 39℃降至 35℃時，其機組真空值由 89.86kPa 提高到 91.2kPa。由此看出：射水抽氣器的工作水溫對汽輪機組的真空影響還是很明顯的。</p><p>　　射水池水溫除隨季節(jié)有明顯變化外，還受其他因素影響。當射水箱溢流管徑較小時，若補充水系統(tǒng)出現(xiàn)

98、故障，會致使射水池補水量不足引起射水溫度偏高，嚴重惡化了射水抽氣器的工作狀態(tài)。此外，抽氣管道的布置不合理，可能引起汽、氣混合物中的蒸汽凝結(jié)成水，阻礙凝汽器內(nèi)空氣的排出，從而影響凝汽器真空。</p><p>　　3.4.2.3 循環(huán)水系統(tǒng)</p><p>　　循環(huán)水系統(tǒng)是火電廠的一個獨立且重要的系統(tǒng)，循環(huán)水泵所耗用的電能約占電廠總發(fā)電量的 3％左右，并且循環(huán)水量在各汽輪機組之間的分配直接影響

99、各機組的出力和全廠的經(jīng)濟性。合理的選擇循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式對于提高發(fā)電廠的經(jīng)濟效益有著重要的意義。</p><p>　　循環(huán)水泵是保證循環(huán)冷卻水正常工作的設備，如果循環(huán)水泵出現(xiàn)了故障，如循環(huán)水泵的電機電</p><p>　　流降到零，循環(huán)水泵的進出口壓差也降到零，同時導致循環(huán)水斷流，凝汽器內(nèi)無冷卻介質(zhì)存在，汽輪機的排汽無法被冷卻，凝汽器內(nèi)的壓力急劇增加，真空急劇下降，凝汽器的溫度也越來越高

100、，抽氣器抽出的汽氣混合物的溫度與循環(huán)冷卻水的溫度之差升高。所以在運行過程中，一定要密切注視循環(huán)水泵的工作狀態(tài)，防止發(fā)生這種事故。</p><p>　　對于開式循環(huán)水系統(tǒng)，由于循環(huán)水中可能含有大量的貝殼、石塊、雜草等機械性雜物，使進口</p><p>　　濾網(wǎng)被雜物堵塞，冷卻水不能順利通過，使循環(huán)水進水量減少。有些循環(huán)水濾網(wǎng)因年久失修，起不到過濾的作用，大量的機械性雜質(zhì)進入凝汽器，使凝汽器冷

101、卻管堵塞，水阻增加，從而導致循環(huán)水量減少，進水壓力和溫升增大，影響凝汽器的換熱效率，使機組真空下降。此外，由于設計考慮不周到或循環(huán)水泵選型不當，循環(huán)水泵出力小，使實際通過凝汽器的冷卻水量遠遠小于熱力計算的規(guī)定，也會影響凝汽器真空。</p><p>　　循環(huán)水溫對機組的經(jīng)濟性也有非常重要的影響。循環(huán)水溫隨季節(jié)變化，冬季凝汽器的真空比夏季高。當循環(huán)水溫度比制造廠設計規(guī)定值偏高時，會導致凝汽器真空下降。對一臺 200M

102、W 汽輪機，在冷卻倍率滿足設計要求，系統(tǒng)比較清潔的情況下，如循環(huán)冷卻水溫度由 30℃升到 33℃，則汽輪機真空約降低 1.47kPa，煤耗約增加 1.4％。</p><p>　　此外，由于循環(huán)水壓過高或水擊等使凝汽器冷卻管破裂，導致凝汽器水位升高，淹沒下部部分冷卻管，使傳熱端差變大，過冷度增加，也將導致凝汽器真空下降。</p><p>　　3.4.2.4 管側(cè)臟污</p>&

103、lt;p>　　凝汽器的換熱效率與凝汽器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管材、換熱面積、冷卻水量、冷卻水溫及冷卻水水質(zhì)等諸多因數(shù)有關(guān)，冷卻管乃至整個冷卻水側(cè)的臟污是導致凝汽器換熱效率下降的又一個重要原因。凝汽器管側(cè)臟污按本身特性，可分為三類：機械臟污、生物類臟污、鹽類臟污。</p><p>　　機械臟污，指冷卻管或管板被木片、雜草、樹葉、泥沙、藻類、小貝殼等弄臟或堵塞。這類臟污帶有明顯的季節(jié)特性，一般春、秋季節(jié)較嚴重。它不僅覆蓋

104、管板表面，導致凝汽器傳熱效率下降，還會堵塞管路，使循環(huán)水量下降，從而導致機組事故停機。</p><p>　　生物類臟污，又稱生物污染，是指活的單細胞微生物或水藻類附著在冷卻管內(nèi)和管板表面上。由于循環(huán)水中菌類含量多，若未采取有效的殺菌措施，造成循環(huán)水中微生物繁殖加快，凝汽器冷卻管內(nèi)存有大量粘性體，必將惡化冷卻管傳熱效果，使機組真空變差。</p><p>　　鹽類臟污，指循環(huán)供水方式的凝汽器，

105、當冷卻水含有暫硬性礦物鹽時，在一定的條件下，部分</p><p>　　鹽陸續(xù)沉降，在冷卻管內(nèi)、管板面乃至水室內(nèi)形成結(jié)垢。尤其是當冷卻管內(nèi)結(jié)有較厚的硬垢時，凝汽器冷卻管整體傳熱系數(shù)呈直線下降。對于用江水、河水、湖水、水庫水等作循環(huán)水的補充水源時，凝汽器冷卻管內(nèi)結(jié)垢較軟，易于除掉。對于地表水較缺乏的內(nèi)陸火電廠，往往用硬度較大的地下水作為循環(huán)水的補充水源，如處理不當，則凝汽器冷卻管內(nèi)較易結(jié)成較厚的硬垢，難于除去，對機組

106、真空影響很大。據(jù)對 125MW 汽輪機組試驗證明：當冷卻管內(nèi)結(jié)垢厚度達 1.2mm～1.5mm 時，在同樣的冷卻條件下，使汽輪機真空降低 6.66kPa，增加發(fā)電煤耗 10g/kWh～15 g/kWh。</p><p>　　管側(cè)的臟污會造成凝汽器冷卻管堵塞，流通的管道數(shù)變小，冷卻水的流動阻力增加，冷卻水的流量減小，循環(huán)水的出口壓力增加。</p><p>　　由前述可知，傳熱端差為：<

107、/p><p>　　δt＝ ； Ac＝πd2Ln （3－15）</p><p>　　式中：d2 ——冷卻管內(nèi)徑</p><p><b>　　L ——冷卻管長度</b></p><p><b>　　n ——冷卻管根數(shù)</b></p><p><

108、;b>　　其中 ＝0</b></p><p>　　從式中可知：凝汽器的傳熱端差和凝汽器的蒸汽飽和溫度的變化方向與管數(shù)的變化方向相反，冷卻管堵塞，管子的根數(shù) n減小，端差和飽和溫度就會增加，凝汽器的壓力也隨之增加。</p><p>　　3.4.2.5 軸封系統(tǒng)</p><p>　　在汽輪機的低壓端或低壓缸兩端主軸穿出汽缸處會有空氣漏入。汽輪機采用軸

109、封系統(tǒng)的主要作用是防止蒸汽沿高、中壓缸端向外泄漏，甚至竄入軸承箱致使?jié)櫥椭羞M水；防止空氣漏入低壓缸而破壞機組的真空。軸封系統(tǒng)的工作特性能直接影響凝汽器真空，只有合理的結(jié)構(gòu)布置和運行，才能保證凝汽器真空的穩(wěn)定與提高。</p><p>　　軸封風機容量對軸封加熱器真空的影響</p><p>　　汽輪機軸封汽體進入軸加殼側(cè)，被管側(cè)的主凝結(jié)水冷卻后疏水到凝汽器，而非凝結(jié)氣體由軸封風機排至大氣，以