一种运用于汽轮机润滑油系统的智能诊断预警系统
严建成 贺建良 吴神通
浙能兰溪发电有限责任公司321100
摘要：在汽轮机中，润滑油系统起着至关重要的作用。它确保了汽轮机的正常运行和长期使用，有效减少了摩擦和磨损，提高了汽轮机的效率和寿命。因此需要开发一款汽轮机润滑油系统专用的智能诊断预警系统，用于对润滑油的旋转氧弹、动力粘度、颗粒度、密度、温度、电导率、介电常数、水分和酸值等核心参数进行实时监测，并通过设置报警指示灯和微信小程序，让汽轮机的管理者第一时间知晓润滑油系统的状况。
润滑油系统的作用是给汽轮机组的支持轴承、推力轴承和盘车装置提供润滑，为氢密封系统备用管供油，以及为操纵机械超速脱扣装置供油。
01汽轮机润滑油系统的组成
润滑油系统由汽轮机主轴驱动的主油泵，冷油器、顶轴油装置、盘车装置、排烟系统油箱、交流润滑油泵、油位指示器、油位开关以及各种控制装置和连接管道、阀门、逆止阀、各种监测仪表等构成。
汽轮机润滑油系统图
02汽轮机润滑油系统的工作原理
当汽轮机启动时，润滑油从油箱中抽取出来，通过油泵进行增压，并通过滤清器去除杂质。随后，油液被送往润滑油分配器根据需要分配到涡轮轴承、齿轮箱和发动机的各个润滑点。通过冷却器将过热的油液冷却后重新循环使用。
03汽轮机润滑油系统的工作流程
(1)启动和预热阶段:在汽轮机启动之前，润滑油系统需要进行预热。此时，油泵将润滑油抽取到发动机的各个润滑点，确保机器在运行前已经建立了润滑膜，以降低启动时的摩擦和磨损。
(2)运行阶段:当汽轮机启动后，油泵会提供足够的润滑油流量和压力，保持机器各个润滑点的润滑状态。通过润滑油分配器将油液精确地送至各个部位，形成一层油膜，减少金属之间的直接接触。
(3)冷却循环:在汽轮机运行期间，润滑油会吸收热量。为了防止油液温度过高导致润滑性能下降和油品老化，冷却器会将过热的油液冷却后重新循环使用。这可以维持润滑油的性能和稳定性。
(4)过滤和清洁:润滑油系统中的滤清器承担着去除油中杂质的任务,这些杂质包括金属屑、颗粒物和水分，它们会导致润滑油的浑浊和密封部件的磨损。滤清器的作用是将这些杂质过滤掉，保持油液的清洁和流畅。
04汽轮机润滑油系统的重要性
(1)保护汽轮机:汽轮机润滑油系统可以有效地降低设备的摩擦和磨损。通过形成一层油膜，减少金属之间的直接接触，可以延长设备的使用寿命，并提高运行效率，
(2)降低能源消耗:良好的润滑油系统可以减少能源的消耗,通过减少摩擦损失，可以降低设备的能量损耗，并提高汽轮机的工作效率。
(3)保持油液性能:通过润滑油系统的工作流程，油液可以被循环使用，并通过冷却器降温。这有助于保持油液的性能和稳定性，避免油品老化和性能下降。
(4)延长维护周期:合理的润滑油系统工作流程可以减少设备的故障和损坏，从而延长维护周期和降低维护成本。
05汽轮机润滑油系统存在哪些问题
(1)油泵故障油泵是将润滑油送往汽轮机各个部位的重要设备，其故障可能导致润滑油无法正常供给，进而影响汽轮机的正常运行甚至导致停机。油泵故障的具体原因可能包括:油泵内部零部件磨损，如轴承磨损、密封件老化等，导致泵的工作能力下降。润滑油泵进口管道或滤网堵塞，导致润滑油无法正常吸入泵内。润滑油泵电机故障，如电机损坏、线路短路等，使得泵无法正常运转。
(2)油滤器堵骞油滤器是用于过滤润滑油中的杂质和污染物的重要设备，其堵塞会导致润滑油中的杂质无法被有效过滤，进而加剧汽轮机的摩擦和磨损。油滤器堵塞的原因可能包括:长时间未更换油滤器，导致油滤器内部积聚大量杂质，润滑油中的杂质过多，超出油滤器的过滤能力。
(3)冷却器故障冷却器是用于冷却润滑油的设备，其故障会导致润滑油过热，降低润滑效果，进而影响汽轮机的正常运行。冷却器故障的具体原因可能包括:冷却水供应不足，导致冷却器无法有效降温。冷却器管道堵塞，影响冷却水的流通和换热效果。
(4)油箱油位异常油箱是储存润滑油的地方，其油位异常可能导致润滑油的供给不足或过多，进而影响汽轮机的正常运行。油箱油位异常的原因可能包括:油泵进气过多，导致油箱内润滑油被抽出过多。润滑油泄漏，导致油箱内润滑油减少。
(5)润滑油质量下降润滑油长时间使用或受到外界杂质的污染会导致其质量下降，进而影响其润滑性能。润滑油质量下降的具体原因可能包括长时间未更换润滑油，导致润滑油中的有效成分减少。润滑油受到杂质污染，如混入空气、氧化产物、水分等杂质。
06建立汽轮机润滑油系统的智能诊断预警系统的意义
(1)提高设备运行的安全性和可靠性汽轮机作为发电和工业生产中的关键设备，其稳定运行对于整个生产流程至关重要。润滑油系统在汽轮机中起着润滑、冷却、清洗和防锈的重要作用。一旦润滑油系统出现故障，可能会导致设备磨损加剧、温度升高、振动增大等问题，严重时甚至会造成设备停机或损坏。智能诊断预警系统能够实时监测润滑油系统的运行状态，及时发现潜在故障，从而避免设备损坏和停机事故的发生，提高设备运行的安全性和可靠性。
(2)降低设备维护成本传统的设备维护方式往往依赖于定期检修和故障后维修，这种方式不仅效率低下，而且维护成本高昂。智能诊断预警系统能够通过实时监测和分析润滑油系统的数据，预测设备的维护周期和维护需求，实现预防性维护。这样不仅可以减少因故障停机造成的生产损失，还可以降低设备维护的频率和成本，提高设备的利用率和经济效益。
(3)优化设备运行状态智能诊断预警系统能够实时监测润滑油系统的各项参数，如油温、油压、油位等，并根据这些参数对设备的运行状态进行评估。通过数据分析，系统可以发现设备运行中的异常情况，并给出相应的处理建议。这样可以帮助操作人员及时调整设备的运行参数，优化设备的运行状态，提高设备的运行效率和稳定性。
(4)提升设备管理水平智能诊断预警系统的建立和应用，可以提升设备管理的智能化水平。系统能够白动采集、存储和分析设备数据，为设备管理人员提供全面的设备运行状态信息，这样可以帮助管理人员更好地了解设备的运行状况，制定合理的维护计划和检修策略提高设备管理的科学性和有效性。
（5）推动技术创新和发展智能诊断预警系统的建立需要运用先进的技术手段，如传感器技术、数据处理技术、人工智能技术等。这些技术的应用不仅推动了汽轮机润滑油系统监测技术的发展，也为其他领域的故障诊断和预警提供了有益的借鉴和参考。同时，随着技术的不断进步和创新，智能诊断预警系统的性能也将不断提升和完善，为设备的智能化管理和维护提供更加有力的支持。
07汽轮机润滑油系统的智能诊断预警系统的组成
(1)启动和预热阶段:在汽轮机启动之前，润滑油系统需要进行预热。此时，油泵将润滑油抽取到发动机的各个润滑点，确保机器在运行前已经建立了润滑膜，以降低启动时的摩擦和磨损。
电化学传感器由三个平行排列的板组成，三板之间形成电容，润滑油在三板形成的电容之间流动，从而形成电场，根据电场可以确定电导率；同时电容值可以确定相对介电常数。从传感器底层逻辑增设温度模拟补偿电阻，消除温度变化对各类参数及判断的影响。
电化学传感器技术参数：
颗粒度传感器采用单激光遮光计数技术，具有检测速度快，抗干扰性强，精度高，重复性好等优点，可精准的检测被测油样中颗粒的大小及数量分布情况；结合傅立叶波形分析模型，能极大的提升了对微小颗粒及高洁净油品的精测精度。
颗粒度传感器技术参数：
油泵技术参数：
模块箱技术参数：
预警系统说明：(1)设定阈值根据汽轮机的运行要求设定润滑油参数的阈值，例如：温度阈值：如超过某一温度，可能表示润滑油过热，需触发预警。污染物阈值：如污染物含量超过某一值，表示油液已变质，需进行更换。粘度阈值：油液粘度过低表示油液已变质或润滑效果差，需预警。水分阈值：水分含量超过某一数值，表示油液已受污染。旋转氧弹阈值：通过设定氧化诱导期（OIT）来实现，OIT可以评定油液的氧化稳定性，OTI越长，说明油液的抗氧化能力越强。
(2)编写故障预警程序温度预警:如果油液温度超过设定的上限(例如70℃)，PLC可以触发预警输出或关闭设备，避免设备损坏。污染物预警:通过对污染物含量的监测，如果超过设定阈值(如50mg/L），系统可以发出警报或启动油液更换程序。粘度预警:如果油液粘度不符合要求，系统可以发出预警，并记录历史数据，以供维护人员参考水分预警:通过水分传感器实时监测油液中的水分含量，如果超过设定阈值(例如1%)，立即发出警报.
(3)预警与显示在PLC程序中实现故障判断逻辑，并根据设定的阈值比较传感器采集的数据如果监测参数超过设定阈值，PLC触发预警信号，发出警报并显示故障信息。可以通过连接HMI(人机界面)或SCADA系统，将故障信息实时显示给操作员，便于及时采取措施。
(4)故障处理与自动化反应根据不同类型的故障，PLC可以执行预设的自动化响应，例如:在温度过高时，自动关闭设备，防止进一步损坏，在污染物含量过高时，自动启动过滤系统或切换到备用油液。在油液变质时，提示人工维护人员进行油液更换。
诊断系统说明：(1)基于理论数学模型建立润滑油相关参数，性能，运行时间等的数据库，然后根据数据库建立数学模型。
(2)基于专业仿真软件基于MATLAB/Simulink 软件的强大计算能力和通用数学模型仿真能力，建立了润滑油系统仿真模型。
(3)基于Argen网络模型使用神经网络、复杂集成模型、梯度增强模型等方法建立的模型称为Argen网络模型，Argen网络模型通常能够获得比较准确的结果。然而，这些模型的内部工作机制却难以理解，也无法衡量每个特征参数对模型最终预测结果的权重大小，更不能揭示不同特征参数之间的关联关系。
软件界面展示
总结：伴随着互联网技术的飞速发展，润滑油液在线监测技术正在向自动化、智能化、网络化和远程化方向发展，成为一种融合多种高新技术手段的诊断技术。润滑油液在线监测技术未来的发展空间广大，各种在线监测传感器的研发、数学模型的建立、磨粒自动识别技术的开拓、故障诊断专家系统的开发等等，都是润滑油液在线监测技术的未来目标。
