某型燃氣輪機燃油管路裂紋故障分析

0 引言

燃氣輪機外部管路作為燃氣輪機重要組成部分，主要用于燃油、滑油和空氣等介質(zhì)輸送，是保證“心臟”正常工作的“血管”。燃機外部管路斷裂、漏油、滲油是燃機使用過程中較為常見的故障，這些故障不僅影響燃機的正常使用，造成經(jīng)濟損失，嚴重的故障還可造成船舶等停運事故，因此對外部管路漏油進行系統(tǒng)性分析是非常必要的。

2、往來賬款核算制度不健全。電力企業(yè)在往來賬款核算方面制定了一系列的管理制度，包括往來賬款的管理辦法、往來客戶的信用管理等，從往來賬款的源頭和具體的內(nèi)容流程管控作出詳細規(guī)定，但所有這些管理辦法中缺乏對每一項業(yè)務往來的具體要求和規(guī)定，流程管控上比較粗線條。同時電力企業(yè)在業(yè)務管理上未能及時更新，不能根據(jù)不同的業(yè)務環(huán)境作出相關制度管控的更改，缺乏靈活性。因此，這種模式下的往來賬款管理中會存在業(yè)務部門單純?yōu)榱诉_到管理制度而完成任務的現(xiàn)象，對公司整體的經(jīng)濟效益有一定弊端。

本文對某型燃機在運行過程中燃油管路出現(xiàn)漏油問題進行調(diào)查分析,確定故障原因,通過故障樹分析等方法對其進行系統(tǒng)性分析,并提出改進措施。

1 問題概述

某型燃機001臺在開車過程中發(fā)現(xiàn)燃油管路(故障件1)出現(xiàn)裂紋,該管路工作總時間502.11h。該型燃機002臺在運行時發(fā)現(xiàn)該燃油管路(故障件2)導管管接頭焊縫漏油,該管路運行時間297.14h。故障件1、2在燃機上的安裝位置如圖1所示。其一端與底座安裝的附件采用管接頭與外套螺母的形式連接，另一端與其他管路連接，且通過螺栓、卡箍將其固定在支架上。該管路導管管徑為Φ6mm，壁厚為1mm，導管材料為不銹鋼1Cr18Ni9Ti，采用數(shù)控彎管成型后熱處理。二者區(qū)別：故障件1采用山形支架，故障件2未采用山形支架。

2 問題定位

故障件1、2結(jié)構如下圖2所示，經(jīng)檢查，故障件1出現(xiàn)裂紋位置為導管與打壓接頭焊接熱影響區(qū)B處，故障件2出現(xiàn)裂紋位置為導管與打壓接頭焊接熱影響區(qū)A與B處。

3.2.1 設計狀態(tài)復查

3 機理分析

故障件裂紋位置均在打壓接頭與導管的焊縫附近，為原發(fā)故障，是該故障的頂事件。針對管路焊縫裂紋問題，從故障件設計、加工、安裝以及使用環(huán)境的全流程，找出所有可能造成故障的項目，形成故障樹。該故障樹共11個底事件，分別為結(jié)構件設計不合理(EVENT1)、管型設計不合理(EVENT2)、焊接結(jié)構設計不合理(EVENT3)、選材不當(EVENT4)、加工工藝不合理(EVENT5)、加工質(zhì)量差(EVENT6)、冶金缺陷(EVENT7)、裝配應力大(EVENT8)、維護過程操作不當(EVENT9)、燃機振動大(EVENT10)、腐蝕(EVENT11)。按故障樹中的底事件進行故障排查，列出故障排查表，如表1所示。

3.1 失效分析

由此可知，該管路與附件連接處以及裂紋B處動應力較大為31.4 MPa、28.8MPa，而裂紋A處及管路另一端動應力為10.4 MPa、6.7MPa。因此故障件1、2的B處動應力較大，而故障件2的A處動應力較小。故障件1、2的B處裂紋不排除管路動應力引起的管路裂紋，即不排除導管的管型設計不合理，而故障件2的A處裂紋可以排除動應力引起的管路裂紋，即導管管型設計合理。

將故障件1、2的斷口放入掃描電鏡觀察，斷口可觀察到斷裂特征的位置均未見與材質(zhì)有關的缺陷。經(jīng)能譜分析，成分也存在明顯差異，未見與焊接和材質(zhì)有關的缺陷，且斷口的材質(zhì)主要元素基本符合1Cr18Ni9Ti，管材合格。

3.1.2 斷口分析

同時，值得關注的是，聚焦產(chǎn)業(yè)政策，當前化工企業(yè)環(huán)保壓力逐步加大，化工行業(yè)通道縮緊。隨著國家環(huán)保力度的加大，政策文件屢次提到“一律不批”、“一律關?！钡茸謽樱て髽I(yè)搬遷、升級改造、關停已是大勢所趨。鉀鹽企業(yè)應當進一步關注產(chǎn)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟、綠色環(huán)保政策的跟進，做到未雨綢繆。

3.1.3 微觀觀察和能譜分析

采用LabVIEW中的隊列(Queue)技術，將數(shù)據(jù)采集模塊作為一個獨立任務；數(shù)據(jù)處理模塊、存儲和顯示模塊也分別放在各自的任務當中，使它們能夠并行運行。各模塊之間以多任務形式進行連接，實現(xiàn)測試系統(tǒng)實時采集和實時響應用戶操作的功能。

故障件1在打壓接頭一側(cè)存在一處裂紋，命名為B裂紋，見圖3。裂紋位于焊縫根部，沿周向分布，長度超過二分之一圓周，焊縫局部可見打磨痕跡。故障件2在打壓接頭兩側(cè)存在兩處裂紋，分別命名為A裂紋和B裂紋。兩處裂紋均位于打壓接頭兩側(cè)，其中A裂紋開口較大，長度約為五分之一圓周；B裂紋開口較小，長度約為二分之一圓周，見圖3。

通過幾年的治理，項目規(guī)模大，質(zhì)量高。坡改梯工程布局合理，路溝池凼配套齊全，梯坎牢固，梯面平整，土層深厚。經(jīng)果林、水保林適地適樹，工程整地，栽植規(guī)范，成活率高，苗木長勢喜人。先后涌現(xiàn)出開縣津關溪小流域五壩坡改梯、五壩柑橘園、津關沼氣工程，周家溝小流域桑坪坡改梯、毛成油桃園和沿江溪小流域?qū)氊S梨園、寶豐水保林、中山農(nóng)村飲水工程等規(guī)模大、質(zhì)量高的治理工程（治理點）。

3.1.4 失效分析結(jié)論

通過失效分析可知：管路與打壓接頭的焊縫處裂紋性質(zhì)均為疲勞；3處斷口可觀察到斷裂特征的位置均未見與材質(zhì)有關的缺陷；未見明顯的應力腐蝕跡象，可排除腐蝕造成管路裂紋的發(fā)生。

一是培養(yǎng)員工愛崗敬業(yè)精神。工作中要思想統(tǒng)一，為了共同的工作目標能互不拆臺、互相補臺，人人都以工作為重。

3.1.5 小結(jié)

通過失效分析，故障件1、2均可以排除冶金缺陷以及腐蝕。

3.2 設計復查

本文所提出的控制策略控制框圖如圖5所示。由圖5可知,本文通過添加電流控制器和虛擬電阻控制器調(diào)整下垂系數(shù)使線路電阻與虛擬電阻之和動態(tài)均衡,從而實現(xiàn)負載電流的均勻分配。另外,在下垂控制中添加了電壓控制器,可以消除虛擬阻抗控制引起的電壓偏差。

通過對故障件圖紙進行復查可知,設計狀態(tài)無異常。對比故障件1、2的狀態(tài)，故障件1僅B處出現(xiàn)1處裂紋，且運行時間較故障件2運行時間長，由此可知該支架對管路起到一定改善作用。

3.2.2 結(jié)構設計復查

故障件選用的管接頭、外套螺母、卡箍固定形式以及打壓接頭等在該型燃機及其他型號的燃機上均大批使用，未見異常，故該根管路各結(jié)構件設計合理。對該型燃機管路進行動應力測量，具體應變片位置如圖5所示，動應力測量結(jié)果見表2。

[68] 林民旺、朱立群：《國際規(guī)范的國內(nèi)化：國內(nèi)結(jié)構的影響及傳播機制》，《當代亞太》2011年第1期，第140頁。

3.1.1 宏觀檢查

種植時應與其它玉米隔離或錯期播種，空間隔離距離一般為400米以上；錯期播種，播種期應相差30天以上，避免串粉，影響品質(zhì)和色澤，降低應用價值。

通過復查管路圖紙可知，該管路采用插入式氬弧焊，該焊接方式應用廣泛且成熟，故該焊接方式選取合理。

3.2.3 材料復查

導管材料均為1Cr18Ni9Ti；管路中打壓接頭材料為GH3030，依據(jù)材料手冊，材料具有良好的拉伸性能。因此，該管材可以滿足管路的使用條件。

3.2.4 小結(jié)

通過結(jié)構設計復查可知：故障件1、2的裂紋B處可以排除結(jié)構件設計不合理、焊接結(jié)構設計不合理以及選材不當，不可以排除管型設計不合理。故障件2的裂紋A處可以排除結(jié)構件設計不合理、管型設計不合理、焊接結(jié)構設計不合理以及選材不當。

3.3 加工復查

3.3.1 加工工藝復查

該管路焊接方式為氬弧焊，符合設計圖紙規(guī)定。

由于大部分孕婦未進行血清中弓形蟲檢查、風疹病毒檢查、巨細胞病毒檢查、單純皰疹病毒檢查，因此，不作比較研究。

對故障件X光底片進行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

3.3.3 小結(jié)

通過加工復查，故障件1、2均可以排除加工工藝不合理、加工質(zhì)量差。

咨詢單位與設計單位之間協(xié)作程度高，將是一種價值共創(chuàng)，其過程中并未加重對方的負擔，而雙方的滿意度都會提高。

3.4 裝配復查

3.4.1 出廠裝配復查

3.3.2 加工質(zhì)量復查

對故障件進行管型符合性復查，發(fā)現(xiàn)故障件1管路符合性較好,故障件2管型存在彎曲現(xiàn)象,但出廠時不允許有較大彎曲現(xiàn)象，故不排除彎曲現(xiàn)象是在外場發(fā)生的，因此可以排除裝配不當造成的管路裝配應力大問題。

切取故障件1及故障件2的裂紋位置并打開斷口觀察，斷面均呈灰色，斷口較為平坦，未見明顯的塑性變形。斷口存在多處明顯的由表面起始的放射棱線以及弧線，向厚度方向和兩側(cè)擴展，可見斷口為線源起始的疲勞斷口，見圖4。

3.4.2 安裝維護過程復查

對比管路三維模型與實物以及彎管數(shù)據(jù)等，發(fā)現(xiàn)故障件2的導管與打壓接頭的焊接位置A處管路發(fā)生彎曲。經(jīng)查管路出廠時不存在管路彎曲現(xiàn)象。如果操作人員未按照相關規(guī)定施加反力矩，可能導致管路發(fā)生彎曲變形，導致焊縫附近局部受力異常，從而使焊縫附近外表面萌生裂紋并失效。

故障件1管型未發(fā)生明顯彎曲，且未出現(xiàn)故障件2的A處裂紋，由此可知山形支架對該管路扳擰時起到保護作用。

3.4.3 小結(jié)

通過裝配復查，故障件1、2的B處可以排除裝配應力大、維護過程操作不當；故障件2的A處裂紋可以排除裝配應力大，不可以排除維護過程操作不當。

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3.5 使用環(huán)境復查

3.5.1 整機振動復查

復查試車過程中燃機整機振動Vc、Vt數(shù)據(jù)，均未超出限制要求。

3.5.2 腐蝕復查

可以這樣說，韋伯充分認識到并肯定了儒教中所具有的理性主義或理性精神。不過我們必須清楚，這只是儒教的一面，韋伯也顯然注意到了儒教的另一面，因為韋伯明確指出，即便儒學再經(jīng)過理性的熏陶和洗禮，即便儒教再有理性的精神傳統(tǒng)，但在儒教中仍存在有巫術的遺痕，也就是有古老信仰的傳統(tǒng)。用張光直的話來說，就是與上古保持著“連續(xù)性”；而用韋伯的話說，就是：“我們必須提醒自己，巫術在正統(tǒng)的儒教里有被認可的地位，并且也自有傳統(tǒng)主義的影響力?！盵注][德]韋伯：《中國的宗教 宗教與世界》，康樂、簡惠美譯，桂林：廣西師范大學出版社，2004年，第283、284頁。

通過失效分析可知，該管路不存在腐蝕現(xiàn)象，故可以排除腐蝕引起的管路裂紋。

3.5.3 小結(jié)

通過使用環(huán)境復查，故障件1、2均可以排除燃機振動大、腐蝕。

3.6 故障排查

通過失效分析、設計、加工工藝、裝配及使用環(huán)境的復查工作，一共11個底事件，其中故障件1排除了10個底事件，不能排除1個底事件為管型設計不合理(EVENT2)；而故障件2可以排除9個底事件，不能排除2個底事件為管型設計不合理(EVENT2)、以及維護過程操作不當(EVENT9)。

3.7 小結(jié)

故障件1通過卡箍與山形支架進行固定，在拆裝打壓接頭時，山形支架可以防止管路發(fā)生扭轉(zhuǎn)，不需要操作人員額外施加反力矩，故A處未發(fā)生裂紋，而B處由于動應力較大，在使用過程中發(fā)生疲勞裂紋導致失效。

由于故障件2未采用山形支架，操作人員在拆裝打壓接頭時，需要在打壓接頭上施加反力矩，當操作人員未施加反力矩時，容易導致A處焊縫附近局部受力異常，在使用過程中，管路打壓接頭焊縫附近外表面萌生裂紋并失效，而B處由于動應力較大，在使用過程中發(fā)生疲勞裂紋導致失效。

4 排故措施及驗證情況

4.1 排故措施

由于故障件1已落實山形支架，故該措施對裂紋A有效。故障件1、2的B處裂紋均為管路動應力大引起的。降低管路動應力一般采取以下措施：增加或調(diào)整卡箍、支架的數(shù)量和位置；改變卡箍襯墊的阻尼系數(shù)；改變導管的形狀；采用補償零件；增加導管的直徑?，F(xiàn)對該燃油管路進行改進設計，具體方案：在原管路基礎上增加支架、卡箍，見圖6。

主要包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病、運動系統(tǒng)疾病、心肺疾病、智力障礙、感知覺障礙及心理健康幾個方面。以往的康復中，人們的注意力集中在運動和中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，而當前老年人除了這兩個方面外，感知覺和心理康復的需求也日益突顯。

4.2 驗證情況

對改進后增加支架及卡箍后的燃油管路進行動應力測量，測量結(jié)果見表3。

根據(jù)測量結(jié)果可知，增加支架卡箍后，動應力明顯降低，故排故措施有效。

5 結(jié)論

針對該燃油管路裂紋故障，列出故障樹，對可能產(chǎn)生裂紋的底事件進行逐項排查和分析，最終確定故障原因。故障件1的故障原因是該燃油管路動應力大引起的疲勞裂紋；故障件2的故障原因為該燃油管路動應力大引起的疲勞裂紋以及拆裝打壓接頭時未施加反力矩，導致焊縫附近局部受力異常，從而萌生裂紋。通過增加卡箍及支架后，管路動應力明顯降低，故排故措施有效。

[1]賈鐸. 金屬軟管在航空發(fā)動機上的應用[J]. 航空發(fā)動機，2015年第一期.

[2] 濮良貴,紀名剛.機械設計[M],北京:高等教育出版社,2001.