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贾利民 呼奂
(沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司 辽宁沈阳 110043)
摘 要：该文通过对某型燃气发生器高压压气机叶片断裂故障及改进机型进行的对比分析认为：燃气发生器主支承及辅助支撑位置设计不合理会导致振值超标,是某型燃气发生器产生高压压气机叶片断裂故障的主要原因（设计要求：高压压气机叶片振值波峰值为20mm/s,而故障机实际振值波峰值≥40mm/s）.通过对故障机的分解、检查和故障分析,制定了有效的质量改进措施.并通过故障机与改进机试验参数、结构的统计分析、对比和验证,某型燃气轮机高压压气机叶片断裂故障得到了根本的解决.
关键词：压气机叶片 断裂故障 振值超标 质量改进
中图分类号：TK473 文献标识码：A 文章编号：1674-098x(2013)04(c)-0078-01
某台某型燃气发生器高压压气机转子n2转速达到81％、排气温度为630℃时,燃气发生器动力涡轮部分发出异响,机组控制人员紧急停车并检查发动机通道,发现高压压气机转子叶片严重打伤、部分叶片已经断裂,进气道过渡段与前机匣结合面的螺栓因受振动影响,有一多半的固紧螺栓已脱落.经查看了试车数据记录,各项运行参数与此前燃气发生器运行状态和记录数据未发现异常波动.
1.故障现象
某型燃汽轮机在起动过程中,发现燃气发生器的排气涡壳悬臂段摆动幅度较大,振动值明显大于台架试车时的状态；当n2转速在6000～8400rpm范围内时出现振动故障,振值最高达到230mm/s（设计要求振值为：20～40mm/s）,持续运行25s左右,燃气发生器转速不能继续提升；燃气发生器上部减速器与*机匣连接处发生碰磨后出现火星飞溅现象.停车后检查燃气发生器发现,进气道过渡段上的清洗环与进气道连接的6根Ф8不锈钢管齐根断裂,同时进气道过渡段与燃气发生器前机匣连接的螺栓（由锁片锁紧）全部松动脱落；拆下上部减速器进行分解后,发现上部减速器与*机匣连接处衬套因磨擦而出现沟槽.为此,对上部减速器与*机匣连接处衬套进行了现场修理并重新安装；上部减速器与*机匣连接处冒白烟而紧急停车.振动值在n2等于6000～7638rpm依然很大,最大值达到180mm/s；燃气发生器经简单排故后第2次启动,当n2等于6000～7929rpm时,振动值依然很大,最大值仍可达到180mm/s.因上部减速器与*机匣连接处再次冒出白烟,动力涡轮部分发出异响而再次紧急停车.停车后检查燃气发生器,发现进气道过渡段与前机匣结合面的螺栓一多半已脱落.
2.故障判断
根据外场故障现象,经分析认为:某型燃气发生器排气涡壳为薄壁件,刚性差.在机组起动过程中,因悬臂段摆动幅度比较大,从而引起整机振动较大；由于外电厂机组台架燃气发生器前支承的安装位置不适宜及支承结构不合理,造成燃气发生器振值严重超标；当燃气发生器主轴高速旋转时,由于发动机内部固定螺栓等零件脱落进入高压压气机通道内,造成高压压气机转子叶片叶尖被打伤,造成燃烧室空气流量锐减,导致燃气发生器产生爆燃,并出现喘振而发出异常声音；由于高压压气机转子的前轴承机匣螺栓松动及大部分脱落,使高速旋转的高压压气机二级转子叶片与高压压气机机匣内壁发生麽擦而断裂.断裂后的高压压气机转子叶片受高速旋转离心力作用,穿破内涵机匣,并将外涵机匣壁面造成10mm深度的凹陷.高压压气机机匣内残碎叶片及叶片粉末进入燃烧室并吹向涡轮叶片及通道腔内.将高压压气机后面7级的叶片全部打坏,最终导致某台某型燃气发生器整机报废.
燃气蒸汽发生器:燃气蒸汽锅炉，蒸汽锅炉，燃气蒸汽发生器，卧式蒸汽锅炉
3.原因分析
某型燃气发生器经回厂分解、检查分析后作出如下原因分析：（1）因支撑燃气发生器质量的辅助支承位置不在主机的质量中心处附近,而是在低压压气机的前部一级机匣安装边的下部,从而造成主机运行时产生强烈振动；（2）因振动强度大,频率高,使主机各处的螺栓,凡是采用锁片锁紧方式的螺栓,均不同程度的出现锁片松动,大部分螺栓均已脱落.从而造成轴承机匣脱离定位位置,使高压压气机叶片发生径向窜动,触碰到机匣外壁（高压压气机匣被叶片击穿）,导致高压压气机二级叶片断裂故障；（3）原斯贝燃料控制单元不能满足某型燃气发生器的使用要求,导致燃料控制系统与燃气发生器不匹配；（4）某型燃气发生器外场调试状态与厂内调试状态有一定的差异,导致低压转子转速降低.进而影响了燃气发生器进口空气流量,导致燃气发生器转速不能得到有效提升；（5）某型燃气发生器出厂前在公司进行台架试车,燃气发生器与台架的支撑位置在燃气发生器*机匣的安装结处,振动指标合格.试车合格后,该某型燃气发生器运往现场带动动力涡轮进行发电运行,根据现场安装的具体情况,其支撑方式发生了较大的变化.故主支撑与动力涡轮相连,辅助弹性支撑安装在燃气发生器的前压气机的第一机匣安装边下方,从而造成该燃气发生器外场运行时振动值严重超标.
4.改进措施
（1）燃气发生器起动过程中振动值较大,采用减少起动时间,尽快通过谐振区的方法,振动值较大故障即可得到排除；
（2）上部减速器与*机匣连接处衬套因碰磨产生火花,分解检查发现因磨擦而出现沟槽.通过设计改进,安装了上部减速器辅助固定支架,经验证,增加支架后故障排除；
（3）原斯贝燃料控制单元不能满足某型燃气发生器的使用要求,因此决定在我公司开发研制的燃机通用控制系统中增加燃料控制单元对燃气发生器进行控制,替换原斯贝燃料控制单元.经验证,更换燃料控制单元后,燃料控制与燃气发生器不匹配故障排除；
（4）用在燃气发生器排气蜗壳两壁之间增加定距套的方法,达到增加排气涡壳刚性的目的.同时,对燃气发生器的支撑方式进行改进,某型燃气发生器的因振动值超标所引起的高压压气机叶片的断裂、结构件松动、脱落的质量隐患彻底排除.
5.结语
航改燃机,在不改变主机支撑机匣刚度状态下,主机的主支撑位置必须选择在燃气发生器的质量中心位置附近,这样可以使振动值降为最低,能保证发动机可靠的运行工作.
某型燃气发生器改进机主支撑位置设定在*机匣安装节处,距离主机质量中心附近,成为刚性的主支撑.主机的辅助支撑设定在主机的外涵后机匣安装边下方.改进机燃气发生器与动力涡轮的连接通道采用金属波纹管软连接设计,可以缓解主机冷、热膨胀量的变形伸缩而引起的变形和振动.
改进后,改进机经台架试车振动值实测仅为6mm/s,瞬间振动值为11mm/s,运行平稳.对燃气发生器的支撑方式进行改进,起到明显的减振效果,经振动参数的统计和试验考核,某型燃气发生器的振动值符合设计要求,达到优等上限的水准.
总结：本文是一篇关于发生器燃气论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。
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