9E燃机压气机防喘设备及其故障检修

方国民

（台州发电厂， 浙江 台州 318016）

经验交流

9E燃机压气机防喘设备及其故障检修

方国民

（台州发电厂， 浙江 台州 318016）

在介绍 9E燃气轮机压气机的喘振原理以及防喘措施的基础上， 结合机组运行实际情况， 对常见的旋转导叶动作滞缓、防喘放气阀打开延迟等防喘设备故障原因进行分析，并提出了处理措施。

9E燃气轮机； 防喘设备； 故障处理

9E 型燃气轮机（简称燃机）由美国 GE 公司制造，为重载、单轴、快装式机组。轴流式压气机从外界吸入空气并使之增压，同时，空气温度也相应升高，压送到燃烧室的空气与燃油喷嘴喷入的雾化燃油混合燃烧，形成高温、高压的燃气，通过涡轮机膨胀做功。

确保防喘系统设备的正常运行，是保证燃机正常运行、不发生喘振的重要前提。温州燃机发电厂机组自投运以来出现旋转导叶（IGV）动作延迟、 IGV 防喘放气阀打开延迟等故障， 这些故障直接导致机组跳闸，应及时给予处理。

1 压气机的喘振

在压气机运行过程中，当进入压气机的空气容积流量减少到某一个数值后，压气机就不能稳定地工作了。这时压气机中的空气会强烈地脉动，压比也会随之上下波动；同时，还伴有低频、狂风般的怒吼声，使压气机产生比较剧烈的振动，这种现象就是喘振。

分析此时压气机的工况会发现，压气机的转速一定、流量减少时，气流速度 C1a下降，使冲角i增大，产生正冲角，到正冲角过大时，会在叶背引起气流分离这就是失速现象，如图1所示。这时气流转折角增加，扭速也增加，从而使叶栅通道中沿气流方向的压力梯度增大，气流拐弯产生的离心力场加剧了叶背的气流分离。失速使效率明显下降，严重时就会导致喘振的发生。

2 压气机防喘振的措施

2.1 设置 IGV

压气机 IGV 的设计可使叶片的角度发生改变， 如图2 所示分析 IGV 角度改变前后的速度三角形。在低转速时，前几级出现过大的正冲角，如果减小导叶的角度，使动叶栅进口的绝对速度流入角得以减小，就可以消除偏离设计值的正冲角，从而扩大了压气机在低速区的稳定工作范围。由于在低转速工况下，压气机的前几级最容易进入喘振工况，通常把压气机的第1级进口导叶设计成可旋转的。

图1 轴流式压气机叶栅中发生的气流分离现象

图2 进口导叶旋转时工作叶片入口气流冲角变化情况

在每1个可转导叶的根部都装有 1个小齿轮，转动这些小齿轮就能改变进口导叶的角度，导叶动作由液压控制油动机来操纵。当燃机的转速升高到额定转速的 95%之前， 第 1 级进口可转导叶的角度 r将始终维持在 34°上， 当机组的转速升高到额定转速的 95%时， 可转导叶的角度 r迅速地开大到 57°。 随着升速和带负荷， r保持在57°上， 直到负荷达 33%左右， IGV 才继续打开，在负荷 55%左右时 IGV 全部打开至 84°。 采取可转导叶的措施，不仅可防止压气机的第1级进入喘振工况，而且还能使后级的空气流动状况得到改善。

2.2 中间放气

放气是指从多级轴流式压气机通流部分中间的1个或几个截面引出空气，排放到大气中或重新引回压气机进口。图3是中间放气时压气机工作点的变化。当压气机的工作点进入不稳定边界时，放气系统打开，这时放气口截面前后的空气流量是不等的，前几级的容积流量增加，相应的轴向速度和流量系数增加，从而消除了冲角过大引起失速甚至发生喘振的可能性。由于前几级工作条件的改善以及压比和效率的提高，末级的空气密度增加，流动条件也得到改善。放气时首级的工作点可由喘振区的A点进入工作稳定区B点，如箭头M所示，由于工作条件的改善，末级工作点向高压比方向移动，如箭头N所示。

图3 放气时首末节工作点变化情况

为了防止机组在启动过程中进入到喘振工况，9E 型燃机压气机除了采用可转导叶外，还在压气机的第 10级后布置有 4个防喘放气阀。 从机组的启动开始，一直到机组转速升高到 95%额定转速之前，这4个防喘放气阀将始终开启，当机组转速超过额定转速的 95%后放气阀自动关闭。当防喘放气阀打开时，燃机的运行线将远离压气机的喘振边界线，扩大了机组稳定工作范围。

3 防喘设备的常见故障分析及其处理

3.1 IGV 动作延迟

在 9E 燃机 MkⅤ控制系统中， 有如下逻辑：基准开度为 57°， 启动中实际转速（TNH）≥95%额定转速， IGV 开度小于52°时燃机跳闸； 运行中，IGV 实际 开度小 于 基 准开度 7.5°， 延时 5 s IGV故障报警。 IGV 实际开度大于基准开度差值7.5°， 延时 5 s 跳闸， 并发 IGV 故障报警。

温州燃机发电厂 2 号燃机启动时因 IGV 故障曾多次跳闸，故障现象为：当燃机启动升速时， IGV 不能连贯的动作且开启缓慢， 最后停在40°～50°之间， 未及时开到 52°以上， 至 100%额定转速后机组跳闸。

检查跳闸油泄放阀、液压油和跳闸油压力、液压油滤网和导叶开度反馈装置均正常。在手动试验时， 启停 IGV 工作也正常。但液压缸内有特别的喘流声音。 更换油动机液压缸后， IGV 导叶工作恢复正常，可见造成 IGV 导叶不能及时开启至 57°的主要原因是液压缸故障。

将更换下来的油缸解体，发现液压缸内上下两端积油呈黑色，并带有金属颗粒。活塞表面和缸体内壁拉缸比较严重，一条条垂直方向的沟痕很多， 有的深度达 0.2mm， 并且单边受力拉缸，说明活塞上下移动时存在偏心现象。当活塞缸体和活塞杆磨损加剧后，金属颗粒进入滑动间隙与活塞缸体摩擦力变大；也造成高压液压油泄漏到低压侧，液压作用力降低。当机组启动后达到85%额定转速时， 压气机已经有较大进气量， 进口导叶有较大的风阻力，加上设备间的摩擦及设备重力， IGV 开启动作缓慢， 甚至停止不动。 而手动试验时， 由于 IGV 导叶没有阻力， 液压缸仅需克服设备间的摩擦和设备重力，所以动作正常。

燃机液压油系统的油来自润滑油系统，实际运行中经常出现液压油滤网连续压差高的情况，表明油中仍有杂质。目前采取的措施是外接滤油系统定期滤油， 使润滑油油质保持在 NAS7 级以下。为了避免给液压缸带来附加的负荷，平时检修期间应加强检查并润滑液压缸到可转导叶间的各个连接杆、连接齿轮，大修期间还要对可转导叶两端的轴套进行检查，磨损严重时及时更换。

3.2 防喘放气阀打开延迟

3.2.1 控制阀的故障

控制防喘放气阀开关的压力气源来自压气机排气，由于这股压力气源来自排气缸的底部，经常水洗会使一些水分进入压力气源的管道，虽然有隔离阀隔离，但是隔离阀的泄漏以及阀前一段管路的积水都无法清吹干净，使水分进入气源控制电磁阀 20CB。 此阀芯和阀座套的间隙很小， 经常接触水分会出现阀芯、弹簧锈蚀的情况，将影响正常动作。 在启动过程中 20CB 延迟关闭不影响喘振只影响压气机效率，但在停机过程中一旦出现 20CB 延迟动作就会影响防喘放气阀打开，这时燃机的运行线将向压气机的喘振边界线靠近，这是非常危险的。控制系统设计了以下逻辑： 在防喘放气阀打开反馈信号延迟 11 s后机组跳闸。

目前采取的措施是在 20CB 电磁阀压力气源进口管底部开1个放水堵头，每次水洗后将管内的积水放尽，在检修期间解体阀门清洗各部件。考虑到积水的问题没有得到实质性的解决，将压力气源从燃机的雾化空气冷却器后的管道引出，可解决水分进入 20CB 的问题， 同时压力气源的温度也有了很大的降低， 改善了 20CB 和防喘放气阀的工况。

3.2.2 阀体安装位置的影响

燃机作为调峰机组，启停快速，1天 1次启停的情况是常态，阀门在短时间内温度变化频繁而快速。尤其是其中2台防喘放气阀为了维护检修方便改装到燃机间外后，阀门内外温差大，冷却速度过快，导致阀门动静间隙过小，动作缓慢，甚至阀门卡死。再则，厂区位于化工区，环境空气较差，导致防喘放气阀弹簧、气缸活塞、传动机构锈蚀，影响阀门的正常动作。

针对这个问题，目前采用搭设防喘放气阀专用的防护保温罩，避免外界气流直吹导致阀门冷却过快和内外温差过大。另外定期做好阀门的润滑和气动试验，确保阀门开关灵活。

4 结语

防喘设备是燃机重要的辅助设备，其故障可能导致燃机无法启动或设备损坏的事故，尤其是南方沿海地区，空气潮湿，更容易导致设备故障的发生。平时需精心做好设备维护，出现设备故障时要及时检修或更换。

[1]杨 顺 虎.燃 气-蒸 汽 联 合 循 环 发 电 设 备 及 运 行[M].北 京 ：中国电力出版社，2003.

（本文编辑：陆 莹）

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

方国民（1978-）， 男， 浙江嘉善人， 助理工程师，从事燃机发电厂检修管理工作。