9E燃機壓氣機防喘設備及其故障檢修

方國民

（臺州發(fā)電廠， 浙江 臺州 318016）

經(jīng)驗交流

9E燃機壓氣機防喘設備及其故障檢修

方國民

（臺州發(fā)電廠， 浙江 臺州 318016）

在介紹 9E燃氣輪機壓氣機的喘振原理以及防喘措施的基礎上， 結合機組運行實際情況， 對常見的旋轉導葉動作滯緩、防喘放氣閥打開延遲等防喘設備故障原因進行分析，并提出了處理措施。

9E燃氣輪機； 防喘設備； 故障處理

9E 型燃氣輪機（簡稱燃機）由美國 GE 公司制造，為重載、單軸、快裝式機組。軸流式壓氣機從外界吸入空氣并使之增壓，同時，空氣溫度也相應升高，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、高壓的燃氣，通過渦輪機膨脹做功。

確保防喘系統(tǒng)設備的正常運行，是保證燃機正常運行、不發(fā)生喘振的重要前提。溫州燃機發(fā)電廠機組自投運以來出現(xiàn)旋轉導葉（IGV）動作延遲、 IGV 防喘放氣閥打開延遲等故障， 這些故障直接導致機組跳閘，應及時給予處理。

1 壓氣機的喘振

在壓氣機運行過程中，當進入壓氣機的空氣容積流量減少到某一個數(shù)值后，壓氣機就不能穩(wěn)定地工作了。這時壓氣機中的空氣會強烈地脈動，壓比也會隨之上下波動；同時，還伴有低頻、狂風般的怒吼聲，使壓氣機產(chǎn)生比較劇烈的振動，這種現(xiàn)象就是喘振。

分析此時壓氣機的工況會發(fā)現(xiàn)，壓氣機的轉速一定、流量減少時，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，會在葉背引起氣流分離這就是失速現(xiàn)象，如圖1所示。這時氣流轉折角增加，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，嚴重時就會導致喘振的發(fā)生。

2 壓氣機防喘振的措施

2.1 設置 IGV

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

圖1 軸流式壓氣機葉柵中發(fā)生的氣流分離現(xiàn)象

圖2 進口導葉旋轉時工作葉片入口氣流沖角變化情況

在每1個可轉導葉的根部都裝有 1個小齒輪，轉動這些小齒輪就能改變進口導葉的角度，導葉動作由液壓控制油動機來操縱。當燃機的轉速升高到額定轉速的 95%之前， 第 1 級進口可轉導葉的角度 r將始終維持在 34°上， 當機組的轉速升高到額定轉速的 95%時， 可轉導葉的角度 r迅速地開大到 57°。 隨著升速和帶負荷， r保持在57°上， 直到負荷達 33%左右， IGV 才繼續(xù)打開，在負荷 55%左右時 IGV 全部打開至 84°。 采取可轉導葉的措施，不僅可防止壓氣機的第1級進入喘振工況，而且還能使后級的空氣流動狀況得到改善。

2.2 中間放氣

放氣是指從多級軸流式壓氣機通流部分中間的1個或幾個截面引出空氣，排放到大氣中或重新引回壓氣機進口。圖3是中間放氣時壓氣機工作點的變化。當壓氣機的工作點進入不穩(wěn)定邊界時，放氣系統(tǒng)打開，這時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，流動條件也得到改善。放氣時首級的工作點可由喘振區(qū)的A點進入工作穩(wěn)定區(qū)B點，如箭頭M所示，由于工作條件的改善，末級工作點向高壓比方向移動，如箭頭N所示。

圖3 放氣時首末節(jié)工作點變化情況

為了防止機組在啟動過程中進入到喘振工況，9E 型燃機壓氣機除了采用可轉導葉外，還在壓氣機的第 10級后布置有 4個防喘放氣閥。 從機組的啟動開始，一直到機組轉速升高到 95%額定轉速之前，這4個防喘放氣閥將始終開啟，當機組轉速超過額定轉速的 95%后放氣閥自動關閉。當防喘放氣閥打開時，燃機的運行線將遠離壓氣機的喘振邊界線，擴大了機組穩(wěn)定工作范圍。

3 防喘設備的常見故障分析及其處理

3.1 IGV 動作延遲

在 9E 燃機 MkⅤ控制系統(tǒng)中， 有如下邏輯：基準開度為 57°， 啟動中實際轉速（TNH）≥95%額定轉速， IGV 開度小于52°時燃機跳閘； 運行中，IGV 實際 開度小 于 基 準開度 7.5°， 延時 5 s IGV故障報警。 IGV 實際開度大于基準開度差值7.5°， 延時 5 s 跳閘， 并發(fā) IGV 故障報警。

溫州燃機發(fā)電廠 2 號燃機啟動時因 IGV 故障曾多次跳閘，故障現(xiàn)象為：當燃機啟動升速時， IGV 不能連貫的動作且開啟緩慢， 最后停在40°～50°之間， 未及時開到 52°以上， 至 100%額定轉速后機組跳閘。

檢查跳閘油泄放閥、液壓油和跳閘油壓力、液壓油濾網(wǎng)和導葉開度反饋裝置均正常。在手動試驗時， 啟停 IGV 工作也正常。但液壓缸內(nèi)有特別的喘流聲音。 更換油動機液壓缸后， IGV 導葉工作恢復正常，可見造成 IGV 導葉不能及時開啟至 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。活塞表面和缸體內(nèi)壁拉缸比較嚴重，一條條垂直方向的溝痕很多， 有的深度達 0.2mm， 并且單邊受力拉缸，說明活塞上下移動時存在偏心現(xiàn)象。當活塞缸體和活塞桿磨損加劇后，金屬顆粒進入滑動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，液壓作用力降低。當機組啟動后達到85%額定轉速時， 壓氣機已經(jīng)有較大進氣量， 進口導葉有較大的風阻力，加上設備間的摩擦及設備重力， IGV 開啟動作緩慢， 甚至停止不動。 而手動試驗時， 由于 IGV 導葉沒有阻力， 液壓缸僅需克服設備間的摩擦和設備重力，所以動作正常。

燃機液壓油系統(tǒng)的油來自潤滑油系統(tǒng)，實際運行中經(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荷，平時檢修期間應加強檢查并潤滑液壓缸到可轉導葉間的各個連接桿、連接齒輪，大修期間還要對可轉導葉兩端的軸套進行檢查，磨損嚴重時及時更換。

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的壓力氣源來自壓氣機排氣，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，將影響正常動作。 在啟動過程中 20CB 延遲關閉不影響喘振只影響壓氣機效率，但在停機過程中一旦出現(xiàn) 20CB 延遲動作就會影響防喘放氣閥打開，這時燃機的運行線將向壓氣機的喘振邊界線靠近，這是非常危險的。控制系統(tǒng)設計了以下邏輯： 在防喘放氣閥打開反饋信號延遲 11 s后機組跳閘。

目前采取的措施是在 20CB 電磁閥壓力氣源進口管底部開1個放水堵頭，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。考慮到積水的問題沒有得到實質(zhì)性的解決，將壓力氣源從燃機的霧化空氣冷卻器后的管道引出，可解決水分進入 20CB 的問題， 同時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

燃機作為調(diào)峰機組，啟停快速，1天 1次啟停的情況是常態(tài)，閥門在短時間內(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檢修方便改裝到燃機間外后，閥門內(nèi)外溫差大，冷卻速度過快，導致閥門動靜間隙過小，動作緩慢，甚至閥門卡死。再則，廠區(qū)位于化工區(qū)，環(huán)境空氣較差，導致防喘放氣閥彈簧、氣缸活塞、傳動機構銹蝕，影響閥門的正常動作。

針對這個問題，目前采用搭設防喘放氣閥專用的防護保溫罩，避免外界氣流直吹導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試驗，確保閥門開關靈活。

4 結語

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

[1]楊 順 虎.燃 氣-蒸 汽 聯(lián) 合 循 環(huán) 發(fā) 電 設 備 及 運 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，從事燃機發(fā)電廠檢修管理工作。