某臺燃氣發(fā)生器故障分析報告

摘 要：針對某臺已交付使用的燃氣發(fā)生器，在外場運行時出現(xiàn)的故障進行分析。通過對故障現(xiàn)象的描述，故障機理的判斷以及發(fā)生故障時的數(shù)據(jù)進行分析，給出了故障結論，并提出改進措施。以便于燃氣發(fā)生器的故障排除，以及后續(xù)裝配試車交付工作的實施。

關鍵詞：燃氣發(fā)生器；故障；分析；改進措施

1 概述

某臺燃氣發(fā)生器在廠內檢驗試車時，轉差、振動值、功率等各項試車參數(shù)均正常，而在電廠機組運行過程中，當負荷加載到7MW時，共發(fā)出三次氣動爆破音。停機后進行燃氣發(fā)生器通道孔探儀檢查，未發(fā)現(xiàn)壓氣機、燃燒室等部件故障，但在高壓渦輪導向器葉片前端發(fā)現(xiàn)有帶狀金屬物，現(xiàn)場無法取出，故返廠進行分解檢查、排故。

2 廠內分解故檢情況

燃氣發(fā)生器返廠后進行大組件分解檢查。分解檢查發(fā)現(xiàn)裝配在高渦軸上的調整墊圈未與高渦軸上凸臺緊密貼合，有0.4mm間隙，外定位環(huán)上外封嚴圈從定位槽內脫落，4道外封嚴圈中1道從外定位環(huán)中脫出，并扭曲變形，部分內芯燒蝕消失（即通過孔探儀檢查出的帶狀金屬物）。

3 故檢結果分析及改進措施

3.1 封嚴圈脫落

3.1.1 調整墊圈與高渦軸上凸臺間隙

燃氣發(fā)生器大組件分解過程中，發(fā)現(xiàn)高渦軸上的調整墊圈未與高渦軸上凸臺緊密貼合，有0.4mm間隙。用鐵錘敲擊后錐體，間隙排除。分解檢查錐體、調整墊圈及高渦軸上凸臺配合表面光滑無異常，調整墊圈裝配方向正確。由于裝配過程中，高壓轉子與高渦轉子須經(jīng)15t壓力壓緊，調整墊圈、后錐體、高渦軸之間應處于壓緊狀態(tài)，此時無間隙存在（為驗證此結論，已用原臺機件在轉子工段進行高渦、高壓15t壓力壓緊前，將調整墊圈與高渦軸上凸臺處留有0.41mm間隙，在進行15t壓力壓緊過程中，此處間隙排除）。造成該問題的原因應為分下前中介軸承（NO.2支點），在分解時，直接分下壓緊高渦與高壓的軸頸錐體螺母，此時高壓渦輪垂直向下，松開螺母后，高壓渦輪受重力影響下沉，后錐體因15t壓力與高壓轉子后軸頸錐面輕微粘連，導致后錐體與高渦軸上凸臺之間產(chǎn)生間隙。

3.1.2 外封嚴圈脫出

燃氣發(fā)生器分解過程中發(fā)現(xiàn)一道外封嚴圈從外定位環(huán)中脫出，并扭曲變形。故障外封嚴圈有一處與高導擠壓過痕跡，分析認為是操作者實際裝配時，發(fā)現(xiàn)高導未裝配到位，抬起高導重新進行裝配，在抬起高導過程中，外封嚴圈脫出外定位環(huán)，而在重新裝配高導時未檢查外封嚴圈裝配情況所致。為避免以后出現(xiàn)類似問題，裝配廠今后將細化裝配要求：

（1）裝前檢查外封嚴圈機件質量，保證外封嚴圈外表面無裂紋。

（2）在高導未裝配到位后，應完全抬起高導，檢查外封嚴圈裝配情況無問題后重新裝配高導。

（3）在高導裝配結束后，用孔探儀檢查外封嚴圈應裝配到位，無脫出外定位環(huán)情況。

3.2 外廠機組發(fā)生氣動爆破音原因分析

3.2.1 廠內試車情況

燃氣發(fā)生器在廠內共進行三次試車：包括工廠試車（本次工作時間：406min）、檢驗試車和按照工藝卡片“關于燃氣輪機機載燃油泵和燃油調節(jié)系統(tǒng)試車臺試驗的工作指令的相關規(guī)定”進行試車（本次工作時間：536min；總工作時間：942min）。

3.2.2 試車參數(shù)分析對比

復查三臺燃氣發(fā)生器各技術條件下的試車數(shù)據(jù)，并按技術條件分類進行對比，數(shù)據(jù)對比見表1。

對比三臺燃氣發(fā)生器的數(shù)據(jù)，本臺燃氣發(fā)生器在3個技術條件下的轉差均與其他兩臺相近，無異常；在第3個技術條件下的振動值與其他兩臺相近，且低于振動限制值，無異常；本臺燃氣發(fā)生器在3個技術條件下的功率與其它兩臺相近，無異常。

綜上所述，本臺燃氣發(fā)生器在廠內試車過程中，轉差、振動、功率等相關試車參數(shù)均正常。

3.3 發(fā)生氣動爆破音前后時刻相關數(shù)據(jù)對比

（1）異常聲響均發(fā)生在功率為7MW以上狀態(tài)，此時N1、N2換算轉速分別在9380r/min～9460r/min和11560r/min～11600r/min之間，具有重復性且可多次再現(xiàn)，說明在該狀態(tài)發(fā)生異常聲響存在必然性。

（2）伴隨異常聲響存在著負荷突升現(xiàn)象（第三次故障時的數(shù)據(jù)不太明顯，可能與歷史記錄的密度不足有關，估計在兩個7.44之間存在一個明顯的突升），而整個過程中并不存在增加燃料的動作，相反，前兩次發(fā)生異常聲響的過程中，因功率突升控制系統(tǒng)發(fā)出過減少燃料的指令，所以負荷突升只與異常聲響存在必然關系。假定異常聲響是一種爆燃現(xiàn)象，且發(fā)生在動力渦輪前后，很可能導致負荷突升。

（3）異常聲響發(fā)生期間，燃氣發(fā)生器的高低壓轉子轉速、P2壓力均有明顯下降和恢復過程，而根據(jù)渦輪噴氣發(fā)動機壓氣機喘振的理論和經(jīng)驗，一旦渦輪噴氣發(fā)動機發(fā)生喘振則無法退出并恢復至正常運行狀態(tài)，說明異常聲響發(fā)生期間，燃氣發(fā)生器的壓氣機并未發(fā)生喘振甚至失速。由于前兩次發(fā)生異常聲響的過程中，存在減少燃料動作，故難以確定其原因；但第三次發(fā)生異響時的數(shù)據(jù)（無燃料調節(jié)動作）表明轉速、P2壓力的下降與異常聲響存在必然聯(lián)系。

（4）如果假定該異常聲響為流道內發(fā)生爆燃，則發(fā)生在動力渦輪后的可能性較大，進一步分析還需相應理論的支持。

（5）本臺份燃氣發(fā)生器與之前在潞安長期運行過的燃氣發(fā)生器相比，燃料噴嘴頭部的噴射孔徑由ф3.7減小到ф3.5，孔的數(shù)量無變化，是否與這一更改有關，須進一步驗證。

4 結束語

文章對燃氣發(fā)生器發(fā)生的故障通過故障現(xiàn)象，數(shù)據(jù)比較進行了分析，找出了故障原因，并提出后續(xù)改進措施。

本臺燃氣發(fā)生器封嚴條脫落應為裝配完成后未進行詳細檢查導致，后續(xù)裝配過程中落實改進措施，完善工藝文件，增加必要的檢查項目。

本臺燃氣發(fā)生器發(fā)生氣動爆破音，分析應為燃氣發(fā)生器運行過程中排氣煙道內可燃氣體發(fā)生爆燃，為驗證爆燃現(xiàn)象是否與燃料噴嘴頭部的噴射孔徑變化有關，后續(xù)燃氣發(fā)生器運行時更換原來結構的燃料噴嘴頭部。

作者簡介：馬玉龍，男，2011年本科畢業(yè)于大連理工大學，助理工程師，現(xiàn)任沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司燃機分公司總體結構設計員。