汽轮机设备可靠性

汽轮机设备可靠性

华北电力大学

傅忠广教授

主要内容

●发电设备可靠性、故障与故障诊断概述●汽轮机可靠性的指标及分析

●可靠性设计

●可靠性分析方法（FMEA和FMECA）●故障树分析（FTA）

●可靠性设计评审

●汽轮机的运行

●汽轮机事故

●汽轮机常见故障

发电设备可靠性、故障与故障诊断概述

可靠性的定义

●1962年美国颁布的世界上第一批可靠性标准之一MIL-STD-721A对可靠性的

定义用可靠度来阐述：装备在规定的时间内完成预定功能的概率。

●1966年，可靠性学科在美国处于大力推广应用的时期，美国国防部及时修

改了可靠性标准。在MIL-STD-721B中对可靠性的定义是：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。

●1980年，美国国防部在DODD5000.40指令中，对可靠度的定义是：在规定

的条件下无故障的持续时间或概率。

●1981年，美军对MIL-STD-721再次做了修改，发布了C版本，对可靠性作了

两种定义：(1)在规定的条件下无故障的持续时间或概率；(2)产品在规定的条件下和规定的时间内，完成预定功能的概率。

●我国在1982年发布了GB3187，其中对可靠性的定义是：设备在规定的条件

下和规定的时间内，完成规定功能的能力。

可靠性学科的发展

可靠性学科自二十世纪五十年代在美国奠基以后，可靠性技术的发展与国际化取得了很大的进展，1969年7月阿波罗登月计划的成功，标志着可靠性技术的发展已进入了一个新时代。二十世纪七十年代开发的故障（失效）模式分析（FMEA）、故障树分析（FTA）等可靠性分析新技术现在得到广泛地应用。

狭义可靠性、广义可靠性与维修性

●对不可修设备（如螺栓、灯泡等），其可靠性称为狭义可靠性

或可靠性；

●而可修复设备（如：汽轮机、风机等）的可靠性则称为广义可

靠性。

对于可修复设备，可靠性概念中除了包括狭义可靠性（故障性质）外，还应包含发生故障后维修的难易程度，即维修性。

所以，广义可靠性也可以用以下公式表达，即

狭义可靠性+ 维修性= 广义可靠性

●在不少文献资料中，都把维修性作为可靠性的一部分。因此，

设备的故障及其诊断、可靠性及其维修策略与方法是相互关连着的。设备采用什么样的维修方针以达到投资最小、停机运行时间最短和利用率最大是现在工程技术界的一个热门课题。

设备的故障与可靠性

●可靠性与故障是密不可分的。

●凡是要定义可靠性或可靠度的含义时，总是先要对故障进行定义。

●故障的定义和可靠性的定义是相互对应的。

●可靠性的概念是由故障引发出来的。

故障的机理

●故障的发生与发展过程，主要是由元件的内在因素所决定的。但是元件工作的外部条件也可以加速或者延迟故障的发生，有时甚至会招致元件的严重损坏。所以，故障发生与发展的机理，应当是外部条件和内在因素综合作用的结果。

●研究故障的机理，必须同时观察发生故障的内在和外在因素，并将它统一起来，这样才能比较彻底地揭示故障的本质。

故障机理的内在因素

●元件表面层状态的研究

–大部分故障都是从表面层开始的，如果不分析元件表面层内所发生的变化，也就无法全面解释故障的性质和机理。

●微观研究

–是研究在较小范围内发生的“损坏”过程。通过研究微观状态的变化规律，将微小单元所导出的结论推广应用于表面层以至于整个元件，就可以深刻地揭露故障的实质。

●内在因素

–形成故障的内在因素是指元件在运行过程中所发生的各种自然现象，如磨损、腐蚀、应力变化等，成为自身耗损的因素。

故障机理的外在因素

形成故障的外在因素指的是，元件在运行过程中由于外部条件的改变，而触发自身耗损或加速自身耗损的诸因素。这些因素可以是单一的，也可以是综合的。外在因素包括环境因素和使用因素。

●环境因素

–环境因素主要有周围磨料的作用、气候状况、生物介质的作用和腐蚀作用。

●使用因素

–使用因素主要包括：载荷状况，操作人员状况，以及使用、维护和管理水平。

●上述原因，都是属于主观上的原因，是使用中的人为因素，

可以通过建立合理的维修保养制度，制定技术操作规程，严格质量检验，加强人员培训等方法，达到消除其不利影响，延长设备使用寿命的目的。

状态监测与故障诊断

●状态监测通常是指通过检测手段，监测和测量设备运行状

态信息和特征参数（例如振动、温度等）；同时，以此来检查其状态是否正常。

●设备故障诊断，不仅要检查出设备是否正常，还要对设备

发生故障的部位、产生故障的原因、故障的性质和程度，给出正确的深入判断，即要求作出精密诊断。

–要求了解：检测和诊断技术，设备本身的结构、特性、动态过程、故障机理，以及故障发生后的后续工作或事件，包括维修与管理。

–对现代大型工业设备的了解，本身就是一项专门知识，非一般仪表工程师或电子、计算机专业人员能力所及；

●故障诊断技术与状态检测技术，有着十分不同的专业倾向。

●诊断为目的，监测是手段，监测是诊断的前提。

诊断学的基本内容

设备诊断的基本内容是在正确地掌握设备性质及工作环境的条件下：

●采用合适的观测方式，在设备的合适部位，测取有关设备状态的信号;

●采用合适的征兆提取（或称信号处理）装置，从特征信号中去掉冗余信息、

提取有关状态的征兆;

●采用合适的状态识别装置（系统识别理论），从特征中识别出有关的状态;

●采用合适的状态分析装置（合适的趋势预测技术），从征兆与状态推理中，

识别出有关状态的发展趋势。这里包括故障的早期诊断与故障预测;

●采用合适的决策形成装置，根据有关状态及其变化趋势，形成正确的干预决

策；或者深入系统下一层次，继续进行诊断；或者已达到指定的系统层次，得出调整、控制、自诊治、维修等某一决策;

●一个复杂的故障可能不是通过上述一个循环就能一步到位地找到症结，往往

需要利用上述步骤多次诊断，反复循环，逐步加深认识的深度。