9E燃機(jī)壓氣機(jī)防喘設(shè)備及其故障檢修

方國民

（臺州發(fā)電廠， 浙江 臺州 318016）

經(jīng)驗(yàn)交流

9E燃機(jī)壓氣機(jī)防喘設(shè)備及其故障檢修

方國民

（臺州發(fā)電廠， 浙江 臺州 318016）

在介紹 9E燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的喘振原理以及防喘措施的基礎(chǔ)上， 結(jié)合機(jī)組運(yùn)行實(shí)際情況， 對常見的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉動(dòng)作滯緩、防喘放氣閥打開延遲等防喘設(shè)備故障原因進(jìn)行分析，并提出了處理措施。

9E燃?xì)廨啓C(jī)； 防喘設(shè)備； 故障處理

9E 型燃?xì)廨啓C(jī)（簡稱燃機(jī)）由美國 GE 公司制造，為重載、單軸、快裝式機(jī)組。軸流式壓氣機(jī)從外界吸入空氣并使之增壓，同時(shí)，空氣溫度也相應(yīng)升高，壓送到燃燒室的空氣與燃油噴嘴噴入的霧化燃油混合燃燒，形成高溫、高壓的燃?xì)?，通過渦輪機(jī)膨脹做功。

確保防喘系統(tǒng)設(shè)備的正常運(yùn)行，是保證燃機(jī)正常運(yùn)行、不發(fā)生喘振的重要前提。溫州燃機(jī)發(fā)電廠機(jī)組自投運(yùn)以來出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉（IGV）動(dòng)作延遲、 IGV 防喘放氣閥打開延遲等故障， 這些故障直接導(dǎo)致機(jī)組跳閘，應(yīng)及時(shí)給予處理。

1 壓氣機(jī)的喘振

在壓氣機(jī)運(yùn)行過程中，當(dāng)進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣容積流量減少到某一個(gè)數(shù)值后，壓氣機(jī)就不能穩(wěn)定地工作了。這時(shí)壓氣機(jī)中的空氣會強(qiáng)烈地脈動(dòng)，壓比也會隨之上下波動(dòng)；同時(shí)，還伴有低頻、狂風(fēng)般的怒吼聲，使壓氣機(jī)產(chǎn)生比較劇烈的振動(dòng)，這種現(xiàn)象就是喘振。

分析此時(shí)壓氣機(jī)的工況會發(fā)現(xiàn)，壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速一定、流量減少時(shí)，氣流速度 C1a下降，使沖角i增大，產(chǎn)生正沖角，到正沖角過大時(shí)，會在葉背引起氣流分離這就是失速現(xiàn)象，如圖1所示。這時(shí)氣流轉(zhuǎn)折角增加，扭速也增加，從而使葉柵通道中沿氣流方向的壓力梯度增大，氣流拐彎產(chǎn)生的離心力場加劇了葉背的氣流分離。失速使效率明顯下降，嚴(yán)重時(shí)就會導(dǎo)致喘振的發(fā)生。

2 壓氣機(jī)防喘振的措施

2.1 設(shè)置 IGV

壓氣機(jī) IGV 的設(shè)計(jì)可使葉片的角度發(fā)生改變， 如圖2 所示分析 IGV 角度改變前后的速度三角形。在低轉(zhuǎn)速時(shí)，前幾級出現(xiàn)過大的正沖角，如果減小導(dǎo)葉的角度，使動(dòng)葉柵進(jìn)口的絕對速度流入角得以減小，就可以消除偏離設(shè)計(jì)值的正沖角，從而擴(kuò)大了壓氣機(jī)在低速區(qū)的穩(wěn)定工作范圍。由于在低轉(zhuǎn)速工況下，壓氣機(jī)的前幾級最容易進(jìn)入喘振工況，通常把壓氣機(jī)的第1級進(jìn)口導(dǎo)葉設(shè)計(jì)成可旋轉(zhuǎn)的。

圖1 軸流式壓氣機(jī)葉柵中發(fā)生的氣流分離現(xiàn)象

圖2 進(jìn)口導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)時(shí)工作葉片入口氣流沖角變化情況

在每1個(gè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的根部都裝有 1個(gè)小齒輪，轉(zhuǎn)動(dòng)這些小齒輪就能改變進(jìn)口導(dǎo)葉的角度，導(dǎo)葉動(dòng)作由液壓控制油動(dòng)機(jī)來操縱。當(dāng)燃機(jī)的轉(zhuǎn)速升高到額定轉(zhuǎn)速的 95%之前， 第 1 級進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的角度 r將始終維持在 34°上， 當(dāng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速升高到額定轉(zhuǎn)速的 95%時(shí)， 可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的角度 r迅速地開大到 57°。 隨著升速和帶負(fù)荷， r保持在57°上， 直到負(fù)荷達(dá) 33%左右， IGV 才繼續(xù)打開，在負(fù)荷 55%左右時(shí) IGV 全部打開至 84°。 采取可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的措施，不僅可防止壓氣機(jī)的第1級進(jìn)入喘振工況，而且還能使后級的空氣流動(dòng)狀況得到改善。

2.2 中間放氣

放氣是指從多級軸流式壓氣機(jī)通流部分中間的1個(gè)或幾個(gè)截面引出空氣，排放到大氣中或重新引回壓氣機(jī)進(jìn)口。圖3是中間放氣時(shí)壓氣機(jī)工作點(diǎn)的變化。當(dāng)壓氣機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)入不穩(wěn)定邊界時(shí)，放氣系統(tǒng)打開，這時(shí)放氣口截面前后的空氣流量是不等的，前幾級的容積流量增加，相應(yīng)的軸向速度和流量系數(shù)增加，從而消除了沖角過大引起失速甚至發(fā)生喘振的可能性。由于前幾級工作條件的改善以及壓比和效率的提高，末級的空氣密度增加，流動(dòng)條件也得到改善。放氣時(shí)首級的工作點(diǎn)可由喘振區(qū)的A點(diǎn)進(jìn)入工作穩(wěn)定區(qū)B點(diǎn)，如箭頭M所示，由于工作條件的改善，末級工作點(diǎn)向高壓比方向移動(dòng)，如箭頭N所示。

圖3 放氣時(shí)首末節(jié)工作點(diǎn)變化情況

為了防止機(jī)組在啟動(dòng)過程中進(jìn)入到喘振工況，9E 型燃機(jī)壓氣機(jī)除了采用可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉外，還在壓氣機(jī)的第 10級后布置有 4個(gè)防喘放氣閥。 從機(jī)組的啟動(dòng)開始，一直到機(jī)組轉(zhuǎn)速升高到 95%額定轉(zhuǎn)速之前，這4個(gè)防喘放氣閥將始終開啟，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過額定轉(zhuǎn)速的 95%后放氣閥自動(dòng)關(guān)閉。當(dāng)防喘放氣閥打開時(shí)，燃機(jī)的運(yùn)行線將遠(yuǎn)離壓氣機(jī)的喘振邊界線，擴(kuò)大了機(jī)組穩(wěn)定工作范圍。

3 防喘設(shè)備的常見故障分析及其處理

3.1 IGV 動(dòng)作延遲

在 9E 燃機(jī) MkⅤ控制系統(tǒng)中， 有如下邏輯：基準(zhǔn)開度為 57°， 啟動(dòng)中實(shí)際轉(zhuǎn)速（TNH）≥95%額定轉(zhuǎn)速， IGV 開度小于52°時(shí)燃機(jī)跳閘； 運(yùn)行中，IGV 實(shí)際 開度小 于 基 準(zhǔn)開度 7.5°， 延時(shí) 5 s IGV故障報(bào)警。 IGV 實(shí)際開度大于基準(zhǔn)開度差值7.5°， 延時(shí) 5 s 跳閘， 并發(fā) IGV 故障報(bào)警。

溫州燃機(jī)發(fā)電廠 2 號燃機(jī)啟動(dòng)時(shí)因 IGV 故障曾多次跳閘，故障現(xiàn)象為：當(dāng)燃機(jī)啟動(dòng)升速時(shí)， IGV 不能連貫的動(dòng)作且開啟緩慢， 最后停在40°～50°之間， 未及時(shí)開到 52°以上， 至 100%額定轉(zhuǎn)速后機(jī)組跳閘。

檢查跳閘油泄放閥、液壓油和跳閘油壓力、液壓油濾網(wǎng)和導(dǎo)葉開度反饋裝置均正常。在手動(dòng)試驗(yàn)時(shí)， 啟停 IGV 工作也正常。但液壓缸內(nèi)有特別的喘流聲音。 更換油動(dòng)機(jī)液壓缸后， IGV 導(dǎo)葉工作恢復(fù)正常，可見造成 IGV 導(dǎo)葉不能及時(shí)開啟至 57°的主要原因是液壓缸故障。

將更換下來的油缸解體，發(fā)現(xiàn)液壓缸內(nèi)上下兩端積油呈黑色，并帶有金屬顆粒?；钊砻婧透左w內(nèi)壁拉缸比較嚴(yán)重，一條條垂直方向的溝痕很多， 有的深度達(dá) 0.2mm， 并且單邊受力拉缸，說明活塞上下移動(dòng)時(shí)存在偏心現(xiàn)象。當(dāng)活塞缸體和活塞桿磨損加劇后，金屬顆粒進(jìn)入滑動(dòng)間隙與活塞缸體摩擦力變大；也造成高壓液壓油泄漏到低壓側(cè)，液壓作用力降低。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)后達(dá)到85%額定轉(zhuǎn)速時(shí)， 壓氣機(jī)已經(jīng)有較大進(jìn)氣量， 進(jìn)口導(dǎo)葉有較大的風(fēng)阻力，加上設(shè)備間的摩擦及設(shè)備重力， IGV 開啟動(dòng)作緩慢， 甚至停止不動(dòng)。 而手動(dòng)試驗(yàn)時(shí)， 由于 IGV 導(dǎo)葉沒有阻力， 液壓缸僅需克服設(shè)備間的摩擦和設(shè)備重力，所以動(dòng)作正常。

燃機(jī)液壓油系統(tǒng)的油來自潤滑油系統(tǒng)，實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)液壓油濾網(wǎng)連續(xù)壓差高的情況，表明油中仍有雜質(zhì)。目前采取的措施是外接濾油系統(tǒng)定期濾油， 使?jié)櫥陀唾|(zhì)保持在 NAS7 級以下。為了避免給液壓缸帶來附加的負(fù)荷，平時(shí)檢修期間應(yīng)加強(qiáng)檢查并潤滑液壓缸到可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉間的各個(gè)連接桿、連接齒輪，大修期間還要對可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉兩端的軸套進(jìn)行檢查，磨損嚴(yán)重時(shí)及時(shí)更換。

3.2 防喘放氣閥打開延遲

3.2.1 控制閥的故障

控制防喘放氣閥開關(guān)的壓力氣源來自壓氣機(jī)排氣，由于這股壓力氣源來自排氣缸的底部，經(jīng)常水洗會使一些水分進(jìn)入壓力氣源的管道，雖然有隔離閥隔離，但是隔離閥的泄漏以及閥前一段管路的積水都無法清吹干凈，使水分進(jìn)入氣源控制電磁閥 20CB。 此閥芯和閥座套的間隙很小， 經(jīng)常接觸水分會出現(xiàn)閥芯、彈簧銹蝕的情況，將影響正常動(dòng)作。 在啟動(dòng)過程中 20CB 延遲關(guān)閉不影響喘振只影響壓氣機(jī)效率，但在停機(jī)過程中一旦出現(xiàn) 20CB 延遲動(dòng)作就會影響防喘放氣閥打開，這時(shí)燃機(jī)的運(yùn)行線將向壓氣機(jī)的喘振邊界線靠近，這是非常危險(xiǎn)的?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)了以下邏輯： 在防喘放氣閥打開反饋信號延遲 11 s后機(jī)組跳閘。

目前采取的措施是在 20CB 電磁閥壓力氣源進(jìn)口管底部開1個(gè)放水堵頭，每次水洗后將管內(nèi)的積水放盡，在檢修期間解體閥門清洗各部件?？紤]到積水的問題沒有得到實(shí)質(zhì)性的解決，將壓力氣源從燃機(jī)的霧化空氣冷卻器后的管道引出，可解決水分進(jìn)入 20CB 的問題， 同時(shí)壓力氣源的溫度也有了很大的降低， 改善了 20CB 和防喘放氣閥的工況。

3.2.2 閥體安裝位置的影響

燃機(jī)作為調(diào)峰機(jī)組，啟?？焖?，1天 1次啟停的情況是常態(tài)，閥門在短時(shí)間內(nèi)溫度變化頻繁而快速。尤其是其中2臺防喘放氣閥為了維護(hù)檢修方便改裝到燃機(jī)間外后，閥門內(nèi)外溫差大，冷卻速度過快，導(dǎo)致閥門動(dòng)靜間隙過小，動(dòng)作緩慢，甚至閥門卡死。再則，廠區(qū)位于化工區(qū)，環(huán)境空氣較差，導(dǎo)致防喘放氣閥彈簧、氣缸活塞、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)銹蝕，影響閥門的正常動(dòng)作。

針對這個(gè)問題，目前采用搭設(shè)防喘放氣閥專用的防護(hù)保溫罩，避免外界氣流直吹導(dǎo)致閥門冷卻過快和內(nèi)外溫差過大。另外定期做好閥門的潤滑和氣動(dòng)試驗(yàn)，確保閥門開關(guān)靈活。

4 結(jié)語

防喘設(shè)備是燃機(jī)重要的輔助設(shè)備，其故障可能導(dǎo)致燃機(jī)無法啟動(dòng)或設(shè)備損壞的事故，尤其是南方沿海地區(qū)，空氣潮濕，更容易導(dǎo)致設(shè)備故障的發(fā)生。平時(shí)需精心做好設(shè)備維護(hù)，出現(xiàn)設(shè)備故障時(shí)要及時(shí)檢修或更換。

[1]楊 順 虎.燃 氣-蒸 汽 聯(lián) 合 循 環(huán) 發(fā) 電 設(shè) 備 及 運(yùn) 行[M].北 京 ：中國電力出版社，2003.

（本文編輯：陸 瑩）

Anti-surge Device for Air Com pressor of 9E Gas Turbine and the Corrective M aintenance

FANGGuo-min
（Taizhou Power Plant，Taizhou Zhejiang 318016，China）

On the basis of introducing principle of surge of air compressor of 9E gas turbine and anti-surge measures， the paper， in combination with the practical operation of units， analyzes causes for faults of antisurge devices such as slowness of rotating guide vane， delay in opening release valve and so on;it also puts forward disposals.

9E gas turbine； anti-surge device； correctivemaintenance

TK478

： B

： 1007-1881（2012）11-0082-03

2011-11-18

方國民（1978-）， 男， 浙江嘉善人， 助理工程師，從事燃機(jī)發(fā)電廠檢修管理工作。