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一种基于状态反馈的 汽轮机液动 阀 门故障诊断方法

阅读：54发布：2021-02-26

专利汇可以提供一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法。本发明采用的方法包括步骤：1)测试液动阀门无故障时油动机力与阀杆行程之间的关系曲线，该曲线称为基准曲线；2)机组停运后进行阀门开关行程试验，将油动机力和阀杆行程信号接入外接诊断系统，对待检测阀门测试其油动机力与阀杆行程之间关系曲线，该曲线称为故障曲线；3)将故障曲线与基准曲线对比分析，检测包括阀杆、阀杆衬套、弹簧运行状态中的异常，通过这些异常确定阀门状态，预测阀门故障，并根据阀门状态条件制定阀门检修计划。本发明通过油动机力和阀杆行程曲线的反馈来检测阀杆、阀杆衬套、弹簧运行状态中的异常，从而通过这些异常确定阀门状态，预测阀门故障。，下面是一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，包括步骤：
1)测试液动阀门无故障时油动机力与阀杆行程之间的关系曲线，该曲线称为基准曲线；
2)机组停运后进行阀门开关行程试验，将油动机力和阀杆行程信号接入外接诊断系统，对待检测阀门测试其油动机力与阀杆行程之间关系曲线，该曲线称为故障曲线；
3)将故障曲线与基准曲线对比分析，检测包括阀杆、阀杆衬套、弹簧运行状态中的异常，通过这些异常确定阀门状态，预测阀门故障，并根据阀门状态条件制定阀门检修计划。
2.根据权利要求1所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，油动机力测点位于油动机油缸壁上，阀杆行程是汽轮机数字电液控制系统常用信号，由装在阀杆上的线性可变差动变压器测量获得。
3.根据权利要求1所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，所述的基准曲线中，油动机力由油动机液压油压力乘以有效隔板面积得到，当阀门处于关闭位置时，油动机不进油，此时记为阀杆行程的起始位；阀门全开为阀杆行程终点位置；该曲线X轴为阀杆行程S，Y轴为油动机力Y，初始力和行程均为零；
随着油动机液压油压力增加，在油动机力等于弹簧预紧力加上阀门组件总摩擦力时，阀杆开始运动，该点记为开阀行程开始的OS0；随着油动机力持续增加，阀门开至全开位置停止，这一点标记为OE0；此后虽然油动机力继续上升，阀门不会再打开，输出曲线只在垂直方向向上延伸，直到达到液压系统可提供的最大压力，此时达到最大油动机力，标记为Fmax0；
关阀行程从Fmax0点开始，当油动机开始减压时，输出曲线将先沿着垂直方向向下，这段时间，油动机力持续降低，但是阀门并未运动，直到油动机的弹簧力输出克服油动机力以及阀门组件中总摩擦力，阀门开始运动，此点标记为CS0；当油动机力继续降低，阀门继续关闭直至全关，此点标记为CE0；之后油动机继续减压，阀杆行程始终停留在CE0点；当油动机力继续减小时，油动机弹簧力通过阀杆施加到阀座上；当油动机中的压力变为零时，施加在阀座上的弹簧力足以克服阀内的流体力，确保阀座密封所需的负载，防止运行时阀门漏汽；
取点OS0与CE0连线的中点LF0，取点OE0与CS0连线的中点UF0，形成线LF0-UF0，为阀门动作时的弹簧力P0，该直线斜率表示油动机弹簧组件的实际弹簧刚度；弹簧刚度的差异影响阀门开关时间以及实现全行程的能力；点OS0到OE0的曲线与点LF0到UF0的曲线之间的距离表示阀门动作时候油动机必须克服的摩擦力F0。
4.根据权利要求3所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，当故障为阀座被磨损或腐蚀时，其故障曲线与基准曲线叠加后相比：
在关阀行程中，油动机必须克服的摩擦力为弹簧输出力与关阀方向上的油动机力之间的差，而此时油动机的弹簧组并未改变，即油动机弹簧刚度和阀门弹簧力和基准曲线一致；
从某一点A开始，故障曲线逐渐偏离基准曲线，最终到点CE，此过程为阀碟刚接触阀座到阀门完全关闭，随着阀碟进入阀座，磨损引起的摩擦力增大的影响越来越大，点CE与点CE0之间的距离就是增加的最大摩擦力，而点A、CE、CE0三点围成的三角形即是由于克服增加的摩擦力油动机多做的功；
阀座磨损同样导致阀门打开时阀杆离开阀座需要克服额外的摩擦力，在故障曲线上表现为阀门未运动时油动机力的累积，然后阀杆突然从阀座中拉出并且摩擦值恢复正常；位于点OS0的正上方有点OS，OS与OS0之间的距离即为开阀过程中由于阀座磨损需要多克服的最大摩擦力，由于此时油动机输出力大于正常时的力，所以一直到阀杆运动到某一点B时才恢复正常；点B、OS0、OS组成的三角形即为开阀时油动机克服增加的摩擦力多做的功。
5.根据权利要求3所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，当故障为阀杆断裂时，其故障曲线与基准曲线叠加后相比：
阀杆断裂后阀碟连着一部分阀杆掉落于阀座处，此时阀碟与阀座没有摩擦，只剩下剩余阀杆与阀杆衬套之间的摩擦，而弹簧力与正常时一样，即故障曲线中的摩擦力F＜基准曲线中的摩擦力F0，故障曲线中的弹簧力P等于基准曲线中的摩擦力P0，从而F+P＜F0+P0，这时油动机需要克服的摩擦力减小，减小的摩擦力表现为开阀和关阀行程线之间的距离减少；
故障曲线的阀杆行程比基准曲线的阀杆行程长，但阀杆断裂后，阀杆端部与油动机组件分离，此时油动机行程将不受阀杆限制，就有可能达到整个油动机行程，该行程大于设计的阀杆行程，值得注意的是油动机最大输出力不变；但是如果阀组的限位是在油动机，而油动机的行程又小于阀杆行程，则阀杆行程增加的现象就不会出现。
6.根据权利要求3所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，当阀门内部的腐蚀或部件表面形成氧化物，导致各部件之间的间隙变小，整个组件中的总摩擦力随之升高，而弹簧力与正常时一样；故障曲线与基准曲线相比，增加的摩擦力表现为开阀和关阀行程线之间的距离增加；
如果阀门确实存在粘黏，故障曲线将显示为锯齿形图案，一旦发生这种情况，立即解决异常现象，防止阀门抱死故障发生，影响机组安全运行。
7.根据权利要求3所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，受力过大、装配不当或者年限过久都会导致阀杆弯曲，当阀杆的弯曲部分进入阀杆衬套时，阀杆和阀杆衬套之间的接触会导致法向力增加，增加的法向力产生更高的摩擦力；当阀杆的弯曲部分离开阀杆衬套后，摩擦力恢复正常。
8.根据权利要求3所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，弹簧损坏或者选型不对会使油动机弹簧组件的刚度发生改变，故障发生时基准曲线中LF0与UF0连线的斜率将会随着弹簧刚度的改变而改变。
9.根据权利要求3所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，维护期间安装了错误的弹簧或预紧力设置不正确导致弹簧预紧力改变，弹簧预紧力改变会使故障曲线相对于基准曲线整体上下偏移；在这种情况下，诊断测试作为一种后期维护手段，在将阀门投入使用之前验证其维护质量。
10.根据权利要求3所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，当阀门与油动机的配合表面不均匀、配合表面处有异物或者安装不当均会导致阀杆和阀杆衬套未对中，由于阀杆未对中，侧向负载施加于阀杆衬套界面，会增加油动机需要克服的总摩擦力，故障曲线中的摩擦力F＞基准曲线中的摩擦力F0，故障曲线中的弹簧力P等于基准曲线中的摩擦力P0，所以F+P＞F0+P0。
11.根据权利要求3所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，当阀门调试时设置不正确、异物卡住或者安装不当会导致阀杆行程变短时，故障曲线与基准曲线相比，因为总摩擦力、弹簧刚度、弹簧预载荷和最大油动机压力都正常，唯一明显的区别是没有达到正常的阀杆行程；同样的当开阀行程结束后，油动机力会在该阀位增加到最大Fmax；如果阀杆行程变短是由油动机中液压油压力不足引起的，则故障曲线不会出现油动机力快速增加的现象。
12.根据权利要求3所述的一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其特征在于，当故障为局部阀杆磨损，局部阀杆磨损是由于在阀杆行程的相同区域中长期反复的振荡产生，导致部分阀杆直径减小，因此在这一区域阀杆和阀杆衬套之间的摩擦变小；
通过与基准工况相比，量化减少的摩擦量；大修期间拆卸阀门直接测量，确定阀杆间隙与摩擦力之间的关系，作为确定阀杆磨损量的参考。

说明书全文

一种基于状态反馈的汽轮机液动 阀 门故障诊断方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电厂设备运行状态诊断领域，特别是一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法。

背景技术

[0002] 汽轮机阀门一般包括主汽门和调节汽门，阀门控制采用电液伺服系统，控制介质采用高压抗燃油。电液伺服系统的核心元件是伺服阀。伺服阀根据DEH给定电信号和反馈电信号所构成的偏差信号控制阀芯运动，从而控制油动机活塞带动阀杆运动。汽轮机阀门在机组正常运行时控制进入汽轮机的蒸汽流量从而控制机组负荷，甩负荷时迅速关闭隔绝蒸汽从而防止机组超速保护汽轮机。汽轮机阀门的可靠性对机组安全运行非常重要。

[0003] 目前，汽轮机阀门的维护保养是按照固定时间周期来进行的。由于汽轮机阀门内部结构复杂，工作环境恶劣，按照固定时间周期进行阀门维护的成本很高。降低运行和维护成本的一个关键方面是采用基于阀门状态反馈的维护方法，正确的状态评估对于基于状态维护方法的成功应用至关重要。汽轮机阀门随着时间老化并经历不可避免的工作周期，会出现不同程度的问题。典型的汽轮机阀门故障包括阀杆衬套泄漏、磨损、腐蚀、关闭不到位以及阀杆粘黏等，这些故障会对机组的安全运行及经济性产生重大影响。

发明内容

[0004] 为降低汽轮机阀门维护保养的成本，本发明提供一种基于状态反馈的汽轮机液压阀门故障诊断方法，其在机组停机时对阀门进行开关行程试验，通过油动机力和阀杆行程曲线的反馈来检测阀杆、阀杆衬套、弹簧运行状态中的异常，从而通过这些异常确定阀门状态，预测阀门故障，并根据阀门状态条件制定阀门检修计划。

[0005] 本发明采用的技术方案为：一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其包括步骤：1)测试液动阀门无故障时油动机力与阀杆行程之间的关系曲线，该曲线称为基准曲线；
2)机组停运后进行阀门开关行程试验，将油动机力和阀杆行程信号接入外接诊断系统，对待检测阀门测试其油动机力与阀杆行程之间关系曲线，该曲线称为故障曲线；
3)将故障曲线与基准曲线对比分析，检测包括阀杆、阀杆衬套、弹簧运行状态中的异常，通过这些异常确定阀门状态，预测阀门故障，并根据阀门状态条件制定阀门检修计划。

[0006] 现有的在线汽轮机阀门状态监测系统，需要与现有汽轮机控制系统相连，并对现有汽轮机控制系统造成未知风险，增加维护和使用新系统的工作量。本发明所述方法是一种离线测试方法，在执行测试前不需要在原有汽轮机控制系统中接入新的系统单元，不需要改变阀门结构以及油动机组件，不需要增加新的就地设备，只需在停机测试时将油动机压力和阀杆行程信号接入外接诊断系统，并在测试完成后拆除外接诊断系统就能使系统恢复正常。

[0007] 进一步地，油动机力测点位于油动机油缸壁上，阀杆行程是汽轮机数字电液控制系统常用信号，由装在阀杆上的线性可变差动变压器测量获得。

[0008] 进一步地，所述的基准曲线中，油动机力由油动机液压油压力乘以有效隔板面积得到，当阀门处于关闭位置时，油动机不进油，此时记为阀杆行程的起始位；阀门全开为阀杆行程终点位置；该曲线X轴为阀杆行程S，Y轴为油动机力Y，初始力和行程均为零；随着油动机液压油压力增加，在油动机力等于弹簧预紧力加上阀门组件总摩擦力时，阀杆开始运动，该点记为开阀行程开始的OS0；随着油动机力持续增加，阀门开至全开位置停止，这一点标记为OE0；此后虽然油动机力继续上升，阀门不会再打开，输出曲线只在垂直方向向上延伸，直到达到液压系统可提供的最大压力，此时达到最大油动机力，标记为Fmax0；
关阀行程从Fmax0点开始，当油动机开始减压时，输出曲线将先沿着垂直方向向下，这段时间，油动机力持续降低，但是阀门并未运动，直到油动机的弹簧力输出克服油动机力以及阀门组件中总摩擦力，阀门开始运动，此点标记为CS0；当油动机力继续降低，阀门继续关闭直至全关，此点标记为CE0；之后油动机继续减压，阀杆行程始终停留在CE0点；当油动机力继续减小时，油动机弹簧力通过阀杆施加到阀座上；当油动机中的压力变为零时，施加在阀座上的弹簧力足以克服阀内的流体力，确保阀座密封所需的负载，防止运行时阀门漏汽；
取点OS0与CE0连线的中点LF0，取点OE0与CS0连线的中点UF0，形成线LF0-UF0，为阀门动作时的弹簧力P0，该直线斜率表示油动机弹簧组件的实际弹簧刚度；弹簧刚度的差异影响阀门开关时间以及实现全行程的能力；点OS0到OE0的曲线与点LF0到UF0的曲线之间的距离表示阀门动作时候油动机必须克服的摩擦力F0。

[0009] 进一步地，当故障为阀座被磨损或腐蚀时，其故障曲线与基准曲线叠加后相比：在关阀行程中，油动机必须克服的摩擦力为弹簧输出力与关阀方向上的油动机力之间的差，而此时油动机的弹簧组并未改变，即油动机弹簧刚度和阀门弹簧力和基准曲线一致；
从某一点A开始，故障曲线逐渐偏离基准曲线，最终到点CE，此过程为阀碟刚接触阀座到阀门完全关闭，随着阀碟进入阀座，磨损引起的摩擦力增大的影响越来越大，点CE与点CE0之间的距离就是增加的最大摩擦力，而点A、CE、CE0三点围成的三角形即是由于克服增加的摩擦力油动机多做的功；
阀座磨损同样导致阀门打开时阀杆离开阀座需要克服额外的摩擦力，在故障曲线上表现为阀门未运动时油动机力的累积，然后阀杆突然从阀座中拉出并且摩擦值恢复正常；位于点OS0的正上方有点OS，OS与OS0之间的距离即为开阀过程中由于阀座磨损需要多克服的最大摩擦力，由于此时油动机输出力大于正常时的力，所以一直到阀杆运动到某一点B时才恢复正常；点B、OS0、OS组成的三角形即为开阀时油动机克服增加的摩擦力多做的功。

[0010] 进一步地，当故障为阀杆断裂时，其故障曲线与基准曲线叠加后相比：阀杆断裂后阀碟连着一部分阀杆掉落于阀座处，此时阀碟与阀座没有摩擦，只剩下剩余阀杆与阀杆衬套之间的摩擦，而弹簧力与正常时一样，即故障曲线中的摩擦力F＜基准曲线中的摩擦力F0，故障曲线中的弹簧力P等于基准曲线中的摩擦力P0，从而F+P＜F0+P0，这时油动机需要克服的摩擦力减小，减小的摩擦力表现为开阀和关阀行程线之间的距离减少；
故障曲线的阀杆行程比基准曲线的阀杆行程长，但阀杆断裂后，阀杆端部与油动机组件分离，此时油动机行程将不受阀杆限制，就有可能达到整个油动机行程，该行程大于设计的阀杆行程，值得注意的是油动机最大输出力不变；但是如果阀组的限位是在油动机，而油动机的行程又小于阀杆行程，则阀杆行程增加的现象就不会出现。

[0011] 进一步地，当阀门内部的腐蚀或部件表面形成氧化物，导致各部件之间的间隙变小，整个组件中的总摩擦力随之升高，而弹簧力与正常时一样；故障曲线与基准曲线相比，增加的摩擦力表现为开阀和关阀行程线之间的距离增加；如果阀门确实存在粘黏，故障曲线将显示为锯齿形图案，一旦发生这种情况，立即解决异常现象，防止阀门抱死故障发生，影响机组安全运行。

[0012] 进一步地，受力过大、装配不当或者年限过久都会导致阀杆弯曲，当阀杆的弯曲部分进入阀杆衬套时，阀杆和阀杆衬套之间的接触会导致法向力增加，增加的法向力产生更高的摩擦力；当阀杆的弯曲部分离开阀杆衬套后，摩擦力恢复正常。

[0013] 进一步地，弹簧损坏或者选型不对会使油动机弹簧组件的刚度发生改变，故障发生时基准曲线中LF0与UF0连线的斜率将会随着弹簧刚度的改变而改变。弹簧刚度减小对机组的危害更甚，因为阀门快关时，油动机需要用更长的时间泄掉更多的压力油才能使阀门动作，这样就增加了阀门的快关时间，有可能导致机组超速。

[0014] 进一步地，维护期间安装了错误的弹簧或预紧力设置不正确导致弹簧预紧力改变，弹簧预紧力改变会使故障曲线相对于基准曲线整体上下偏移；在这种情况下，诊断测试作为一种后期维护手段，在将阀门投入使用之前验证其维护质量。预紧力降低会减弱油动机克服蒸汽压力的能力，增加阀门关闭的时间。如果预紧力降低是由于油动机嵌套弹簧组中一个或多个弹簧破损导致的，则油动机整体弹簧组的刚度也会随之降低。

[0015] 进一步地，当阀门与油动机的配合表面不均匀、配合表面处有异物或者安装不当均会导致阀杆和阀杆衬套未对中，由于阀杆未对中，侧向负载施加于阀杆衬套界面，会增加油动机需要克服的总摩擦力，故障曲线中的摩擦力F＞基准曲线中的摩擦力F0，故障曲线中的弹簧力P等于基准曲线中的摩擦力P0，所以F+P＞F0+P0。

[0016] 进一步地，当阀门调试时设置不正确、异物卡住或者安装不当会导致阀杆行程变短时，故障曲线与基准曲线相比，因为总摩擦力、弹簧刚度、弹簧预载荷和最大油动机压力都正常，唯一明显的区别是没有达到正常的阀杆行程；同样的当开阀行程结束后，油动机力会在该阀位增加到最大Fmax；如果阀杆行程变短是由油动机中液压油压力不足引起的，则故障曲线不会出现油动机力快速增加的现象。

[0017] 进一步地，当故障为局部阀杆磨损，局部阀杆磨损是由于在阀杆行程的相同区域中长期反复的振荡产生，导致部分阀杆直径减小，因此在这一区域阀杆和阀杆衬套之间的摩擦变小；通过与基准工况相比，量化减少的摩擦量。大修期间拆卸阀门直接测量，确定阀杆间隙与摩擦力之间的关系，作为确定阀杆磨损量的参考。

[0018] 本发明具有的有益效果：本发明在机组停机时对阀门进行开关行程试验，通过油动机力和阀杆行程曲线的反馈来检测阀杆、阀杆衬套、弹簧运行状态中的异常，从而通过这些异常确定阀门状态，预测阀门故障，并根据阀门状态条件制定阀门检修计划。本发明可以在不需要拆卸阀门的情况下及时发现这些故障，从而降低了汽轮机阀门的维护保养成本。附图说明

[0019] 图1为本发明具体实施方式中外接诊断系统进行离线测试时的连接图；图2为本发明具体实施方式中某机组液动阀门的基准曲线图；
图3为本发明具体实施方式中发生阀座磨损或腐蚀的故障曲线图；
图4为本发明具体实施方式中发生阀杆断裂的故障曲线图；
图5为本发明具体实施方式中阀门内部摩擦增加的故障曲线图；
图6为本发明具体实施方式中发生阀杆弯曲的故障曲线图；
图7为本发明具体实施方式中弹簧刚度发生改变的故障曲线图；
图8为本发明具体实施方式中弹簧预紧力发生改变的故障曲线图；
图9为本发明具体实施方式中发生阀杆未对中的故障曲线图；
图10为本发明具体实施方式中发生阀杆行程变短的故障曲线图；
图11为本发明具体实施方式中发生局部阀杆磨损的故障曲线图。

具体实施方式

[0020] 下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域的技术人员应该明了，所述的实施例仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

[0021] 本发明提供一种基于状态反馈的汽轮机液动阀门故障诊断方法，其包括步骤：1)测试液动阀门无故障时油动机力与阀杆行程之间的关系曲线，该曲线称为基准曲线；
2)机组停运后进行阀门开关行程试验，将油动机力和阀杆行程信号接入外接诊断系统，对待检测阀门测试其油动机力与阀杆行程之间关系曲线，该曲线称为故障曲线；
3)将故障曲线与基准曲线对比分析，检测包括阀杆、阀杆衬套、弹簧运行状态中的异常，通过这些异常确定阀门状态，预测阀门故障，并根据阀门状态条件制定阀门检修计划。

[0022] 图1中，油动机压力测点一般位于油动机油缸壁上，目前，电厂日常运行生产时基本不使用该测点，用一个盖板封住，可以咨询阀门制造厂该测点具体位置以及取压方式。阀杆行程是汽轮机DEH（Digital Electric Hydraulic Control System数字电液控制系统）常用信号，由装在阀杆上的LVDT（Linear Variable Differential Transformer线性可变差动变压器）测量获得。

[0023] 以某电厂汽轮机液动阀门为例，首先取得无故障情况下的阀门曲线，该曲线描述了油动机力与阀杆行程之间的关系。如图2所示，即基准曲线。油动机力由油动机液压油压力乘以有效隔板面积得到。当阀门处于关闭位置时，油动机不进油，此时记做阀杆行程的起始位。阀门全开为阀杆行程终点位置。该输出曲线X轴为阀杆行程S，Y轴为油动机力Y，初始力和行程均为零。

[0024] 如图2所示，随着油动机液压油压力增加，在油动机力等于弹簧预紧力加上阀门组件总摩擦力时，阀杆开始运动，该点记为开阀行程开始的OS0（OPEN START）。随着油动机力持续增加，阀门开至全开位置停止，这一点被标记为OE0（OPEN END）。此后虽然油动机力继续上升，阀门不会再打开，输出曲线只在垂直方向上延伸，直到达到液压系统可提供的最大压力。此时达到最大油动机力，图2中标记为Fmax0。

[0025] 关阀行程从图2中Fmax0点开始，当油动机开始减压时，输出曲线将先沿着垂直方向向下。这段时间，油动机力持续降低，但是阀门并未运动，直到油动机的弹簧力输出克服了油动机力以及阀门组件中总的摩擦力，阀门开始运动，此点记为CS0（CLOSE START）。当油动机力继续降低，阀门继续关闭直至全关，此时为点CE（0 CLOSE END）。之后油动机继续减压，阀杆行程始终停留在CE0点。当油动机力继续减小时，油动机弹簧力通过阀杆施加到阀座上。当油动机中的压力变为零时，施加在阀座上的弹簧力足以克服阀内的流体（蒸汽）力，确保阀座密封所需的负载，防止运行时阀门漏汽。

[0026] 从图2中可以识别出典型的阀门和油动机的特性。取点OS0与CE0连线的中点LF0，取点OE0与CS0连线的中点UF0，形成线LF0-UF0，为阀门动作时的弹簧力P0，该直线斜率表示油动机弹簧组件的实际弹簧刚度。弹簧刚度的差异会影响阀门开关时间以及实现全行程的能力。点OS0到OE0的曲线与点LF0到UF0的曲线之间的距离表示阀门动作时候油动机必须克服的摩擦力F0。

[0027] 将该基准曲线作为基础与各种故障或缺陷的输出曲线进行比较，下面描述了各种类型的阀门故障或缺陷的诊断方法。

[0028] 故障1——阀座磨损或腐蚀阀座磨损或腐蚀会引起了阀座角度的变化。由于新的阀座角度，在阀门关闭时需要更高的力将阀门楔入阀座中。叠加基准曲线比较，如图3中点CE0与CE，观察到阀座（行程接近零）位置附近的附加载荷。

[0029] 与基准曲线相比时，可以看出，在关阀行程中，油动机必须克服的摩擦力为弹簧输出力与关阀方向上的油动机力之间的差，而此时油动机的弹簧组并未改变，即油动机弹簧刚度和阀门弹簧力是和基准曲线一致的。从点A开始，故障曲线逐渐偏离基准曲线，最终到点CE，此过程为阀碟刚接触阀座到阀门完全关闭，随着阀碟进入阀座，磨损引起的摩擦力增大的影响越来越大，点CE与点CE0之间的距离就是增加的最大摩擦力。而点A、CE、CE0三点围成的三角形即是由于克服增加的摩擦力油动机多做的功。

[0030] 阀座磨损同样导致阀门打开时阀杆离开阀座需要克服额外的摩擦力。在故障曲线上表现为阀门未运动时油动机力的累积，然后阀杆突然从阀座中拉出并且摩擦值恢复正常。如图中OS与OS0之间的距离即为开阀过程中由于阀座磨损需要多克服的最大摩擦力，由于此时油动机输出力大于正常时的力，所以一直到阀杆运动到B点时才恢复正常。点B、OS0、OS组成的三角形即为开阀时油动机克服增加的摩擦力多做的功。

[0031] 故障2——阀杆断裂阀杆断裂后阀碟连着一部分阀杆掉落于阀座处，此时阀碟与阀座的摩擦没有了，只剩下剩余阀杆与阀杆衬套之间的摩擦，而弹簧力与正常时一样，即图4中F＜F0，P= P0，从而F+P＜F0+P0，很明显，这时油动机需要克服的摩擦力减小了，减小的摩擦力表现为开阀和关阀行程线之间的距离减少。

[0032] 由图4中还可以观察到阀杆行程增加的现象。但阀杆断裂后，阀杆端部与油动机组件分离，此时油动机行程将不受阀杆限制，就有可能达到整个油动机行程，该行程一般大于设计的阀杆行程，值得注意的是油动机最大输出力是不变的。但是如果阀组的限位是在油动机，而油动机的行程又小于阀杆行程，则阀杆行程增加的现象就不会出现。

[0033] 故障3——摩擦增加阀门内部的腐蚀或部件表面形成氧化物，导致各部件之间的间隙变小，整个组件中的总摩擦力随之升高，而弹簧力与正常时一样，如图5中F＞F0，P=P0，从而F+P＞F0+P0。与基准曲线相比，可以看出，增加的摩擦力表现为开阀和关阀行程线之间的距离增加。

[0034] 根据工程经验可知，总摩擦力的升高可能是阀门粘黏引起的，而粘黏是阀门抱死的前兆。如果阀门确实存在粘黏，故障曲线将显示为锯齿形图案，一旦发生这种情况，建议立即解决异常现象，防止阀门抱死故障发生，影响机组安全运行。

[0035] 故障4——阀杆弯曲受力过大，装配不当或者年限过久都有可能导致阀杆弯曲，当阀杆的弯曲部分进入阀杆衬套时，阀杆和阀杆衬套之间的接触会导致法向力增加，增加的法向力产生更高的摩擦力。当阀杆的弯曲部分离开阀杆衬套后，摩擦力恢复正常，故障曲线与基准曲线的对比如图
6所示。

[0036] 值得注意的是当阀杆的弯曲部分在总行程中始终不会脱离阀杆衬套，阀杆弯曲的故障曲线与摩擦增加的故障曲线会很接近，此时就要结合阀杆漏汽、阀门实际运行情况等来确定阀门真实故障情况。

[0037] 故障5——弹簧刚度改变弹簧损坏或者选型不对会使油动机弹簧组件的刚度发生改变，弹簧刚度变小时，故障曲线中LF与UF连线的斜率比基准曲线中LF0与UF0连线的斜率小；弹簧刚度增大时，故障曲线中LF与UF连线的斜率比基准曲线中LF0与UF0连线的斜率大，如图7所示。其中，弹簧刚度减小对机组的危害更甚，因为阀门快关时，油动机需要用更长的时间泄掉更多的压力油才能使阀门动作，这样就增加了阀门的快关时间，有可能导致机组超速。

[0038] 故障6——弹簧预紧力改变故障曲线与基准曲线的对比如图8所示，LFH与LF之间的距离即为增加的弹簧预紧力，LF与LFL之间的距离即为减少的弹簧预紧力，弹簧预紧力改变表现为故障曲线相对于基准曲线整体上下偏移。严格意义上说弹簧预紧力改变不算故障或缺陷。弹簧预紧力的改变表示在维护期间安装了错误的弹簧或预紧力设置不正确。因此，在这种情况下，诊断测试作为一种后期维护手段，在将阀门投入使用之前验证其维护质量。

[0039] 应该注意的是，预紧力降低会减弱油动机克服蒸汽压力的能力，增加阀门关闭的时间。同时如果预紧力降低是由于油动机嵌套弹簧组中一个或多个弹簧破损导致的，则油动机整体弹簧组的刚度也会随之降低，如图8中下半部分点LFL与UFL连线的斜率相较LF0与UF0连线的斜率减小。

[0040] 故障7——阀杆未对中阀门与油动机的配合表面不均匀、配合表面处有异物或者安装不当均会导致阀杆和阀杆衬套未对中。由于阀杆未对中，侧向负载施加于阀杆衬套界面，会增加油动机需要克服的总摩擦力。如图9所示，F＞F0，P=P0，所以F+P＞F0+P0，与摩擦增加和阀杆弯曲故障曲线相比，阀杆未对中的曲线有一个明显的特征，即故障曲线在开阀方向和关阀方向增加的摩擦力往往是不相同的。

[0041] 故障8——阀杆行程变短阀门调试时设置不正确、异物卡住或者安装不当会导致阀杆行程变短。如图10所示，与基准曲线相比，因为总摩擦力，弹簧刚度，弹簧预载荷和最大油动机压力都是正常的，唯一明显的区别是没有达到正常的阀杆行程。同样的当开阀行程结束后，油动机力会在该阀位增加到最大Fmax，但存在一种特殊的情况，如果阀杆行程变短是由油动机中液压油压力不足引起的，则故障曲线不会出现油动机力快速增加的现象。

[0042] 故障9——局部阀杆磨损局部阀杆磨损是由于在阀杆行程的相同区域中长期反复的振荡产生的，导致部分阀杆直径减小，因此在这一区域阀杆和阀杆衬套之间的摩擦变小。如图11所示，与基准曲线相比，P=P0，在磨损区域F

[0043] 通过与基准工况相比，可以量化减少的摩擦量。大修期间拆卸阀门直接测量，可以确定阀杆间隙与摩擦力之间的关系，作为确定阀杆磨损量的参考。由于局部阀杆磨损引起阀杆和阀杆衬套间隙的增加，可能会引起阀杆漏汽和其他机械问题（如阀杆弯曲或阀杆断裂）。

[0044] 本发明通过机组停机时对汽轮机液动阀门进行离线测试，通过油动机力和阀杆行程的反馈确定阀门常见故障或缺陷，通过故障曲线与基准曲线的对比分析确定故障或缺陷的类型，为汽轮机液动阀门的维护和检修提供依据，同时也可以作为一种维护和检修后的检验手段。

[0045] 上述实施方式已经对本发明的一些细节进行了描述，但是不能理解为对本发明的限制，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对其进行变化、修改、替换和变型。

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