某型燃?xì)獍l(fā)生器高壓壓氣機(jī)葉片斷裂故障分析

摘 要：該文通過(guò)對(duì)某型燃?xì)獍l(fā)生器高壓壓氣機(jī)葉片斷裂故障及改進(jìn)機(jī)型進(jìn)行的對(duì)比分析認(rèn)為：燃?xì)獍l(fā)生器主支承及輔助支撐位置設(shè)計(jì)不合理會(huì)導(dǎo)致振值超標(biāo)，是某型燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生高壓壓氣機(jī)葉片斷裂故障的主要原因（設(shè)計(jì)要求：高壓壓氣機(jī)葉片振值波峰值為20 mm/s，而故障機(jī)實(shí)際振值波峰值≥40 mm/s）。通過(guò)對(duì)故障機(jī)的分解、檢查和故障分析，制定了有效的質(zhì)量改進(jìn)措施。并通過(guò)故障機(jī)與改進(jìn)機(jī)試驗(yàn)參數(shù)、結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)分析、對(duì)比和驗(yàn)證，某型燃?xì)廨啓C(jī)高壓壓氣機(jī)葉片斷裂故障得到了根本的解決。

關(guān)鍵詞：壓氣機(jī)葉片 斷裂故障 振值超標(biāo) 質(zhì)量改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TK473文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-098x（2013）04（c）-0078-01

某臺(tái)某型燃?xì)獍l(fā)生器高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子n2轉(zhuǎn)速達(dá)到81%、排氣溫度為630 ℃時(shí)，燃?xì)獍l(fā)生器動(dòng)力渦輪部分發(fā)出異響，機(jī)組控制人員緊急停車并檢查發(fā)動(dòng)機(jī)通道，發(fā)現(xiàn)高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片嚴(yán)重打傷、部分葉片已經(jīng)斷裂，進(jìn)氣道過(guò)渡段與前機(jī)匣結(jié)合面的螺栓因受振動(dòng)影響，有一多半的固緊螺栓已脫落。經(jīng)查看了試車數(shù)據(jù)記錄，各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)與此前燃?xì)獍l(fā)生器運(yùn)行狀態(tài)和記錄數(shù)據(jù)未發(fā)現(xiàn)異常波動(dòng)。

1 故障現(xiàn)象

某型燃汽輪機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)生器的排氣渦殼懸臂段擺動(dòng)幅度較大，振動(dòng)值明顯大于臺(tái)架試車時(shí)的狀態(tài)；當(dāng)n2轉(zhuǎn)速在6000～8400 rpm范圍內(nèi)時(shí)出現(xiàn)振動(dòng)故障，振值最高達(dá)到230 mm/s（設(shè)計(jì)要求振值為：20～40 mm/s），持續(xù)運(yùn)行25 s左右，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速不能繼續(xù)提升；燃?xì)獍l(fā)生器上部減速器與中介機(jī)匣連接處發(fā)生碰磨后出現(xiàn)火星飛濺現(xiàn)象。停車后檢查燃?xì)獍l(fā)生器發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣道過(guò)渡段上的清洗環(huán)與進(jìn)氣道連接的6根Ф8不銹鋼管齊根斷裂，同時(shí)進(jìn)氣道過(guò)渡段與燃?xì)獍l(fā)生器前機(jī)匣連接的螺栓（由鎖片鎖緊）全部松動(dòng)脫落；拆下上部減速器進(jìn)行分解后，發(fā)現(xiàn)上部減速器與中介機(jī)匣連接處襯套因磨擦而出現(xiàn)溝槽。為此，對(duì)上部減速器與中介機(jī)匣連接處襯套進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)修理并重新安裝；上部減速器與中介機(jī)匣連接處冒白煙而緊急停車。振動(dòng)值在n2=6000～7638 rpm依然很大，最大值達(dá)到180 mm/s；燃?xì)獍l(fā)生器經(jīng)簡(jiǎn)單排故后第2次啟動(dòng)，當(dāng)n2=6000～7929 rpm時(shí)，振動(dòng)值依然很大，最大值仍可達(dá)到180 mm/s。因上部減速器與中介機(jī)匣連接處再次冒出白煙，動(dòng)力渦輪部分發(fā)出異響而再次緊急停車。停車后檢查燃?xì)獍l(fā)生器，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣道過(guò)渡段與前機(jī)匣結(jié)合面的螺栓一多半已脫落。

2 故障判斷

根據(jù)外場(chǎng)故障現(xiàn)象，經(jīng)分析認(rèn)為：某型燃?xì)獍l(fā)生器排氣渦殼為薄壁件，剛性差。在機(jī)組起動(dòng)過(guò)程中，因懸臂段擺動(dòng)幅度比較大，從而引起整機(jī)振動(dòng)較大；由于外電廠機(jī)組臺(tái)架燃?xì)獍l(fā)生器前支承的安裝位置不適宜及支承結(jié)構(gòu)不合理，造成燃?xì)獍l(fā)生器振值嚴(yán)重超標(biāo)；當(dāng)燃?xì)獍l(fā)生器主軸高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部固定螺栓等零件脫落進(jìn)入高壓壓氣機(jī)通道內(nèi)，造成高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片葉尖被打傷，造成燃燒室空氣流量銳減，導(dǎo)致燃?xì)獍l(fā)生器產(chǎn)生爆燃，并出現(xiàn)喘振而發(fā)出異常聲音；由于高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的前軸承機(jī)匣螺栓松動(dòng)及大部分脫落，使高速旋轉(zhuǎn)的高壓壓氣機(jī)二級(jí)轉(zhuǎn)子葉片與高壓壓氣機(jī)機(jī)匣內(nèi)壁發(fā)生麼擦而斷裂。斷裂后的高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片受高速旋轉(zhuǎn)離心力作用，穿破內(nèi)涵機(jī)匣，并將外涵機(jī)匣壁面造成10mm深度的凹陷。高壓壓氣機(jī)機(jī)匣內(nèi)殘碎葉片及葉片粉末進(jìn)入燃燒室并吹向渦輪葉片及通道腔內(nèi)。將高壓壓氣機(jī)后面7級(jí)的葉片全部打壞，最終導(dǎo)致某臺(tái)某型燃?xì)獍l(fā)生器整機(jī)報(bào)廢。

3 原因分析

某型燃?xì)獍l(fā)生器經(jīng)回廠分解、檢查分析后作出如下原因分析：（1）因支撐燃?xì)獍l(fā)生器質(zhì)量的輔助支承位置不在主機(jī)的質(zhì)量中心處附近，而是在低壓壓氣機(jī)的前部一級(jí)機(jī)匣安裝邊的下部，從而造成主機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)；（2）因振動(dòng)強(qiáng)度大，頻率高，使主機(jī)各處的螺栓，凡是采用鎖片鎖緊方式的螺栓，均不同程度的出現(xiàn)鎖片松動(dòng)，大部分螺栓均已脫落。從而造成軸承機(jī)匣脫離定位位置，使高壓壓氣機(jī)葉片發(fā)生徑向竄動(dòng)，觸碰到機(jī)匣外壁（高壓壓氣機(jī)匣被葉片擊穿），導(dǎo)致高壓壓氣機(jī)二級(jí)葉片斷裂故障；（3）原斯貝燃料控制單元不能滿足某型燃?xì)獍l(fā)生器的使用要求，導(dǎo)致燃料控制系統(tǒng)與燃?xì)獍l(fā)生器不匹配；（4）某型燃?xì)獍l(fā)生器外場(chǎng)調(diào)試狀態(tài)與廠內(nèi)調(diào)試狀態(tài)有一定的差異，導(dǎo)致低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降低。進(jìn)而影響了燃?xì)獍l(fā)生器進(jìn)口空氣流量，導(dǎo)致燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速不能得到有效提升；（5）某型燃?xì)獍l(fā)生器出廠前在公司進(jìn)行臺(tái)架試車，燃?xì)獍l(fā)生器與臺(tái)架的支撐位置在燃?xì)獍l(fā)生器中介機(jī)匣的安裝結(jié)處，振動(dòng)指標(biāo)合格。試車合格后，該某型燃?xì)獍l(fā)生器運(yùn)往現(xiàn)場(chǎng)帶動(dòng)動(dòng)力渦輪進(jìn)行發(fā)電運(yùn)行，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)安裝的具體情況，其支撐方式發(fā)生了較大的變化。故主支撐與動(dòng)力渦輪相連，輔助彈性支撐安裝在燃?xì)獍l(fā)生器的前壓氣機(jī)的第一機(jī)匣安裝邊下方，從而造成該燃?xì)獍l(fā)生器外場(chǎng)運(yùn)行時(shí)振動(dòng)值嚴(yán)重超標(biāo)。

4 改進(jìn)措施

（1）燃?xì)獍l(fā)生器起動(dòng)過(guò)程中振動(dòng)值較大，采用減少起動(dòng)時(shí)間，盡快通過(guò)諧振區(qū)的方法，振動(dòng)值較大故障即可得到排除；

（2）上部減速器與中介機(jī)匣連接處襯套因碰磨產(chǎn)生火花，分解檢查發(fā)現(xiàn)因磨擦而出現(xiàn)溝槽。通過(guò)設(shè)計(jì)改進(jìn)，安裝了上部減速器輔助固定支架，經(jīng)驗(yàn)證，增加支架后故障排除；

（3）原斯貝燃料控制單元不能滿足某型燃?xì)獍l(fā)生器的使用要求，因此決定在我公司開發(fā)研制的燃機(jī)通用控制系統(tǒng)中增加燃料控制單元對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器進(jìn)行控制，替換原斯貝燃料控制單元。經(jīng)驗(yàn)證，更換燃料控制單元后，燃料控制與燃?xì)獍l(fā)生器不匹配故障排除；

（4）用在燃?xì)獍l(fā)生器排氣蝸殼兩壁之間增加定距套的方法，達(dá)到增加排氣渦殼剛性的目的。同時(shí)，對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器的支撐方式進(jìn)行改進(jìn)，某型燃?xì)獍l(fā)生器的因振動(dòng)值超標(biāo)所引起的高壓壓氣機(jī)葉片的斷裂、結(jié)構(gòu)件松動(dòng)、脫落的質(zhì)量隱患徹底排除。

5 結(jié)語(yǔ)

航改燃機(jī)，在不改變主機(jī)支撐機(jī)匣剛度狀態(tài)下，主機(jī)的主支撐位置必須選擇在燃?xì)獍l(fā)生器的質(zhì)量中心位置附近，這樣可以使振動(dòng)值降為最低，能保證發(fā)動(dòng)機(jī)可靠的運(yùn)行工作。

某型燃?xì)獍l(fā)生器改進(jìn)機(jī)主支撐位置設(shè)定在中介機(jī)匣安裝節(jié)處，距離主機(jī)質(zhì)量中心附近，成為剛性的主支撐。主機(jī)的輔助支撐設(shè)定在主機(jī)的外涵后機(jī)匣安裝邊下方。改進(jìn)機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器與動(dòng)力渦輪的連接通道采用金屬波紋管軟連接設(shè)計(jì)，可以緩解主機(jī)冷、熱膨脹量的變形伸縮而引起的變形和振動(dòng)。

改進(jìn)后，改進(jìn)機(jī)經(jīng)臺(tái)架試車振動(dòng)值實(shí)測(cè)僅為6 mm/s，瞬間振動(dòng)值為11 mm/s，運(yùn)行平穩(wěn)。對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器的支撐方式進(jìn)行改進(jìn)，起到明顯的減振效果，經(jīng)振動(dòng)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)考核，某型燃?xì)獍l(fā)生器的振動(dòng)值符合設(shè)計(jì)要求，達(dá)到優(yōu)等上限的水準(zhǔn)。