9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片分析

唐洪生

摘要 9E型燃氣輪機壓氣機是目前燃氣機領域比較先進的設備，其在實際應用中給企業(yè)帶來了一定效益。然而9E型燃氣輪機壓氣機畢竟是機器，其在運轉過程中總會出現(xiàn)一些問題，特別是燃氣輪機壓氣機葉片的斷裂問題。一旦出現(xiàn)葉片問題就會影響9E型燃氣輪機壓氣機正常運行。為了保證9E型燃氣輪機壓氣機正常運行，就應該對其葉片斷裂原因進行分析。本文主要從9E型燃氣輪機壓氣機故障、9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片進行分析兩方面出發(fā)，對9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片進行分析。

關鍵詞 9E型；燃氣輪機壓氣機；斷葉片

中圖分類號TK261 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0046-02

葉片作為燃氣輪機壓氣機重要零件，其質(zhì)量如何直接影響燃氣輪機整體功能發(fā)揮和使用安全。畢竟燃氣輪機機片對自身材料特征、形狀特點、尺寸要求長度及流體動力學特性等要求較高。但因葉片是受使用壽命限制的，其在長期運行過程中會有一定破損，甚至產(chǎn)生一些裂紋。即便是美國GE公司的9E型燃氣輪機壓氣機是比較先進的設備，但是其葉片在長期運行過程中也難免受到一些損傷，而使其不能更好的發(fā)揮其作用。如何更好的對9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片進行相應分析，已經(jīng)成為相關部門值得思索的事情。

1 9E型燃氣輪機壓氣機故障

某電廠9E型燃氣輪機壓氣機在實際運行過程中，其軸承監(jiān)測顯示其速度在增加，經(jīng)過一段觀察之后，發(fā)現(xiàn)增加的幅度與美國GE公司設定的報警值還有一定距離，且機組能持續(xù)運行，因此，并未采取相應措施。然而隨著機組持續(xù)運行，突然發(fā)出報警信息，燃氣機組也因排氣超溫而自動跳閘，發(fā)電機短路跳閘、高振動跳閘停機。所有跳閘前后時間與正常停機惰走時間一致的，其惰走之后為正常盤車。為了弄清其原因，工作人員對燃燒室進行了檢驗，然而在啟動燃燒室中的排放管線的時候失敗，卻發(fā)現(xiàn)燃燒室內(nèi)存有一些塊狀金屬物，將火嘴拆開檢查后，發(fā)現(xiàn)葉片殘塊。再對其進行目視檢查時，發(fā)現(xiàn)壓氣機第1~15級葉片處于完好狀態(tài)，但是在對第1~16級頁頂及各級動葉進行檢查的時候，卻發(fā)現(xiàn)其內(nèi)缸中有明顯的擦痕，對第16級葉片檢查時，也出現(xiàn)了不同程度的擦痕。當對缸體內(nèi)第17級葉片進行檢查的時候，發(fā)現(xiàn)其靜葉片受損且情況嚴重，甚至在壓氣機下缸體內(nèi)發(fā)現(xiàn)散落的葉片殘塊。在對其進行進一步檢查的時候，發(fā)現(xiàn)一些葉片的斷口已有呈明顯的斷口特征，且通過肉眼就能分辨出疲勞源點、疲勞裂紋擴展和失穩(wěn)斷裂區(qū)，一些斷口因疲勞源相對較多，可以發(fā)現(xiàn)疲勞擴展區(qū)表面比較粗糙。此外，在未斷裂脫落動葉片中，也可以在其根背部發(fā)現(xiàn)裂紋。

2 9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片進行分析

2.1 燃氣輪機壓氣機葉片損壞原因

燃氣輪機壓氣機葉片損壞原因很多，其中振動是主要因素。葉片振動損壞一般分為強迫振動損壞和顫動損壞。而不管是強迫振動損壞，還是顫動損壞，其都與振動力、頻率陣型和振幅有關系。對于氣壓機來說，其氣流振動力是有周期性的，但是其只有在激振力頻率和葉片頻率一致情況下，葉片才會產(chǎn)生共振。在級內(nèi)葉片中，頻率是分散的。當振激發(fā)生時，則會產(chǎn)生與同一個級別內(nèi)一個或者是幾個葉片相一致的頻率，強迫振動損壞的產(chǎn)生就是由于這種激振頻率過大而產(chǎn)生的。通常情況下，在一級葉片中，只有一個或者幾個小的葉片會產(chǎn)生較大 的強迫振動，但是不會出現(xiàn)相同位置和共同振動的情況，因此，一般情況下共振疲勞故障只會在少數(shù)的葉片上出現(xiàn)。振幅的能量通常是來自于葉片的激振，而激振的幅度一般是固定的，所以葉片的振幅一般會保持一個固定的數(shù)值，不會發(fā)生變化，并且形成恒定的振幅。強迫振動所產(chǎn)生的疲勞特征則主要是由于高度的疲勞而造成葉片受損，以葉片端口的疲勞狹窄為主要的表現(xiàn)，在氣流振動力的作用下，不需要脈動則能夠形成顫振，也就是說，只有在氣動條件下，才能夠產(chǎn)生顫振并且對葉片造成損壞。顫振是以振形固有頻率基礎上進行振動的，其振動與否與轉速倍頻無太大聯(lián)系，只有在60%~80%速倍頻下，才會發(fā)生葉片顫振。而顫振的振幅需要在積蓄達到一定程度的情況下，才能夠造成振幅的發(fā)散，并且使振幅應力不斷的擴大，造成葉片疲勞受損。在有些特定的情況下，同一級的葉片在收到振型、頻率會同時發(fā)生顫振，但是葉片的振幅卻不是完全一致的，因此這種情況下也可能造成葉片的斷裂。

2.2 對9E型燃氣輪機壓氣機故障原因進行分析

從上面敘述中可以看出本次故障源為第17級動葉片，其性質(zhì)為振動疲勞斷裂。檢查中發(fā)現(xiàn)17級動葉片斷裂斷口特征、裂紋源部位相同，且不同葉片疲勞裂紋擴展也相同，其葉片斷裂口一般應力疲勞斷口，這就說明受力狀況基本相同，其斷裂性質(zhì)也相同。因第17級動葉片中的多數(shù)葉片屬于同時疲勞斷裂，其斷口疲勞源點較多，穿晶裂紋、疲勞擴展區(qū)相對粗糙，使得斷裂脫落動葉片根部易產(chǎn)生疲勞裂紋。因此，9E型燃氣輪機壓氣機在振動疲勞斷裂和顫振斷裂中，第17級葉片斷裂原因為顫振的可能性較大。

3 結論

壓氣機作為燃氣輪機重要部件之一，其在燃氣輪機運行過程中有重要作用。其效率是可以作為燃氣輪機性能參數(shù)的，其安全性能如何也與壓氣機有一定關系。而葉片作為氣壓機重要組成部分，其對燃氣輪機能否正常運行也是有一定關系的。隨著9E型燃氣輪機在企業(yè)中的使用，人們開始關注氣壓機使用安全和壽命問題，畢竟燃氣機在長期運行過程中，氣壓機葉片易受損，甚至產(chǎn)生裂紋，進而影響其正常工作。在這種情況下，就應該對影響壓氣機壽命和安全的問題進行分析，以便更好的解決9E型燃氣輪機斷葉片問題。

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