9E燃机压气机防喘设备及其故障分析与处理

陈义兵

（江苏国信淮安燃气发电有限责任公司，江苏淮安223002）

1.引言

对于9E燃气压气机而言，它是我国从美国引进的一种机组设备，这一设备具有重载式、单轴式以及快装式的特点。这一设备运行的主要机理大致如下：首先是由轴流式压气机对外界的空气进行一定程度上的吸收，当吸收到了足够的空气之后，内部的压力就会有所增加。而在这种情况之下，空气的温度也随之发生一定程度上的升高，在这种情况之下，压送到燃烧室的空气与喷嘴中的天然气发生一定程度上的混合并燃烧，这样一来就形成了温度与压力都相对较高的燃气，然后通过涡轮机膨胀做功。当压气机处于运行的状态之下，如果进入到压气机中的空气流量出现一定程度上的减少，且逐渐减少并达到了某一个数值的时候，压气机的稳定性就会遭到破坏。在这种情况之下，压气机中的空气会产生较为强烈的脉动，与此同时压力也会随之产生较大程度上的波动，进而促使压气机产生相对剧烈的振动，我们将这汇总现象称之为压气机的喘振。防喘系统是9E燃机压气机中的重要组成部分，因为它运行的是否正常将会对整个燃气机系统的运行造成较大程度上的影响。就目前状况而言，9E燃机压气机防喘设备在运行的过程之中，较常发生的故障主要表现在两个方面，一方面为旋转导叶动作延迟；另一方面主要表现为防喘导叶的防喘放气阀打开延迟。而这些故障的存在将会直接导致机组的跳闸，需要采取有效措施进行及时解决。

2.压气机的喘振

一般情况下，在压气机运行的过程之中，如果进入压气机的空气容积流量出现一定程度上的减少，且逐渐减少并达到了某一个数值的时候，压气机的稳定性就会遭到破坏。在这种情况之下，压气机中的空气会产生较为强烈的脉动，与此同时压力也会随之产生较大程度上的波动，进而促使压力机产生相对剧烈的振动，我们将这汇总现象称之为压气机的喘振。在压气机发生喘振之时，压气机仍然然保持着一定的转动速度，而当流量发生一定程度的减小时，气流速度就会随之下降，随机就会产生正冲角，但是如果这一冲角较大，就会随之出现二档气流分离状况，这一状态被我们称之为失速现象，具体情况见图1所示。当处于失速现象之下，气流的转折角会出现一定程度上的增加，同时由于扭速与转折角具有正比例关系，因此它也会随着转折角的增加而增加，进而导致叶栅通道中沿气流方向的压力梯度增大。而气流拐弯会产生一定的离心力场，这一离心力场的存在进一步加剧了叶背的气流分离。

在上图中，u主要指的是动叶的速度，w指的是气流相对动叶速度，i为冲角，而c则是气流速度。

3.压气机防喘振措施

3.1 对IGV进行有效设置

通过对压气机中的IGV进行有效的设计，能够在一定程度上促使叶片的角度发生相应的改变。图2显示的主要是口导叶旋转时工作叶片入口气流冲角变化情况：

当其以较低的速度进行转动时，前几级就会出现相对过大的正冲角，而如果对导叶的角度进行一定程度上的减小，就会进一步促使叶栅进口的绝对速度流入角也随之减小，这样一来就可以对偏离设计值的正冲角进行有效的消除，并在此基础之上对压气机低速区的稳定工作范围进行一定程度上的扩大。从实际情况来看，当压气机处于低速运转的状态之下，其前几级是最为容易进入到喘振工况当中的。一般情况下，将第一级进口导叶设计成可以旋转的。

除此之外，对于可转导叶而言，我们在其根部还进行了关于小齿轮的设置，通过转动这些小齿轮就可以拉动导叶角度发生一定程度上的转变，而液压控制油动机操纵能够对导叶动作造成一定程度上的影响。在这种情况之下，如果燃机的转动速度逐渐升高并且升高到一定程度达到了固定值时，就达到了额定转速的95%之前，此时，第1级进口可转导叶的角度将保持一定的一致性，大约为34°左右；而当机组的转速已经达到了额定速度的95%之时，可转导叶的角度就会迅速扩大，达到57°左右。一般情况之下，直到负荷达到了33%左右，IGV才继续打开，在负荷55%左右时IGV全部打开至84°。

3.2 中间放气

对于放气而言，它主要指的是从多级轴流式压气机通流部分中间的1个或者几个截面将空气引出，并将引出的空气向大气中进行排出。图3显示的主要是中间放气时压气机工作点的变化情况：

从上图中，我们可以了解到如果压气机的工作点进入到不稳定边界时，在这种情况之下放气系统就会打开。而在此时前几级的容积流量就会出现一定程度上的增加，与之相对应的轴向速度以及流量系数也会随之出现一定程度上的增加，这样一来，就可以对因为冲角过大而引起的失速或者发生喘振的可能性进行有效的消除。当前几级的工作条件得到改善之后，末级的空气密度就会出现一定程度上的增加，这样末级的流动条件也会得到一定程度上的改善。

在实际情况中，当机组在启动时也有可能进入到喘振工况当中去，为了对其进行有效的避免，我们还在压气机的第10级后布置了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，始终保证这四个防喘放气阀处于开启状态，而当其处于开启状态之下，燃机的运行线将会远离压气机的喘振边界线，这样一来，机组的稳定工作状态就会得到一定程度上的扩大。当机组转速超过额定转速的95%之后，防喘放气阀就会自动关闭。

4.防喘设备的常见故障及其处理措施分析

一般情况之下，在9E燃气机的控制系统之中，如果基准开度达到了57°时，且此时如果实际的转动速度也不低于额定转速的98%，那么在这种情况之下IGV开度小于52°时的燃机跳闸。而如果IGV实际开度小于基准开度7.5°，延时5SIGV故障报警。IGV实际开度大于基准开度差值7.5°，延时5s跳闸，并发IGV故障报警。

4.1 IGV动作延迟故障

某燃机发电厂的燃机在进行启动的过程之中因为存在着IGV故障，跳闸次数达到4次，具体的故障主要表现如下：当燃气机启动并处于升速的过程当中，IGV的开启十分缓慢，其难以进行连贯的动作，最后会完全停止，停止的区间大致在40°～50°的范围之内。因此燃气机内有达到52°以上，当达到100%额定转速之后，机组发生了跳闸现象。

针对这一故障，我们首先对其进行了一定程度上的检查，检查的对象主要是液压油油压、液压油滤网和伺服系统及其导叶执行机构，在对这几个方面检查之后，发现这几个装置均正常。然后我们又进行了手动试验，试验结果为启停IGV工作也正常，但是在液压缸之内，存在着较为特殊的喘流声。基于这一状况，我们对液压缸进行了更换，并进行了试验。在更换之后，IGV导叶开始恢复正常工作，由此我们可以知道，液压缸是导致IGV导叶难以及时开启并达到57°的主要原因。

然后我们将更换下来的油缸进行一定程度上的解体，然后对其外观进行了观察，发现在油缸内部的上下两端存在着一定量的黑色机油，并在其中还寻在着一定的金属颗粒。同时，活塞表面和缸体内壁拉缸较为严重，在其表面存在着很多垂直方向的沟痕，有些较为严重沟痕的深度达到了0.2mm，并且单边受力拉缸，由此我们可以看出在活塞上下移动的过程之中存在着一定程度上的偏心现象。当活塞缸体与活塞杆的磨损出现进一步的加剧之后，金属颗粒会进入到滑动间隙之中，活塞缸体摩擦力就出出现一定程度上的增加。在这种情况之下，原本存在于高压侧的液压会继续向低压侧进行一定程度上的泄漏，此时液压作用力就会出现一定程度上的降低。如果此时启动机组，并在运行的过程之中转动速度逐渐增加并达到了85%的额定速度，在压气机之中已经存在了较大的进气量，在此时进口导叶存在了较大的风阻力，再加之设备与设备之间的相互摩擦，这些因素综合起来导致了IGV的开启动作十分缓慢，严重时甚至出现了停止不动的状况。而在进行手动试验的过程之中，IGV导叶并不存在着相应的阻力，液压缸面临的主要问题主要是对设备与设备之间的摩擦力进行有效克服，因此表现为动作正常。

对于燃机液压油系统而言，其内部的油主要来自于润滑油系统，从实际情况来看，在运行的过程之中经常会出现液压油滤网连续压差高的状况，这就说明油中仍然存在着一定的杂质。目前状况下，解决这一问题的主要措施是外接滤油系统对其进行定期的滤油，并对润滑油的油质进行有效的控制。除此之外，为了避免进一步增加液压缸的负荷，在平时进行检修的过程之中应当进一步加强检查并润滑液缸到可转导叶间的各个连接杆、连接齿轮，确保其完好且动作可靠。

4.2 防喘放气阀打开延迟

4.2.1控制阀故障

对于控制防喘放气阀开关而言，其压力气源主要来自于压气机的排气，其这一压力气源主要是由排气缸的底部向外排出的。如果经常对其进行水洗，这样一来，一些水分会进入到压力气源的管道之中，即使其内部设置了隔离阀，但是此时无法完全对隔离阀中管路的积水进行清理干净，此时电磁阀仍然会受到一定程度上的干扰。对于这一电磁阀而言，其阀芯和阀座套之间的间隙相对较小，因此在经常接触水分的状况之下就会出现阀芯、弹簧锈蚀的状况，这样一来，就有可能对其正常工作造成一定程度上的影响。在启动的过程之中，电磁阀关闭只会对压气机的效率造成一定程度的影响，而不会影响到喘振。但是，如果是在停机的过程之中，一旦出现了电磁阀延迟动作，就会对防喘放气阀的打开造成较大程度上的影响，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。在控制系统之中，存在着如下的逻辑：在防喘放气阀打开反馈信号延迟11S后机组跳闸。

目前状况下，对于这一问题的解决措施主要如下：在电磁阀压力气源进口管底部开一个放水堵头，在每次对其进行水洗之后，将管内的积水放掉，并在检修使其对阀门进行一定程度上的解体，并将其中的各个部件清洗干净。但是运用这一方法难以对积水问题进行彻底性的解决，针对这一情况，可以将压力气源从燃机的雾化空气冷却器后的管道进行引出，这样一来，就可以对水分进入电磁阀的问题进行有效的解决。在这种情况之下，压力气源温度也会得到一定程度上的减少，进而对电磁阀和防喘放气阀的工况进行合理而有效的改善。

为确保防喘放气阀的动作可靠，可以对其增加仪用空气系统，利用仪用空气在开机前对放喘放气阀进行有效的机械动作试验，可增加电磁阀和防喘放气阀在开机过程中动作的可靠性，减少燃气轮机的启停过程的喘振，保证机组安全、经济运行。

4.2.2阀体安装位置的影响分析

对于燃机而言，它是一种调峰机组，因此它必须具有启动停止快速的特点，一般情况之下，一日内对燃机进行启动停止是十分正常的现象，然而在这种情况之下阀门在一定的时间之内温度变化十分频繁，其变化速度相对较快。

通常在初始安装阶段燃机放喘放气阀是安装在燃机间内，由于燃机间运行中规定不允许人员进入，因此，不便于运行操作与检修维护。而在实际情况中，燃气电厂为了操作与检修维护方便将防喘放气阀改装到燃机间外面，由于阀门内外温差大，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。除此之外，周围环境污染对放喘放气阀的启闭有一定的影响，容易造成防喘放气阀弹簧、气缸活塞、传动机构等就会出现一定程度上的锈蚀，从而对阀门的正常工作造成较大程度的影响。

针对这一问题，目前状况下采取的主要解决措施：一是个对防喘放气阀进行有效的保温；二是在放喘放气阀周围设置操作间；这样，可以有效避免因为外界的气流直吹而导致阀门冷却过快和内温差过大的问题。

5.结束语

本文主要针对9E燃机压气机防喘设备及其故障分析与处理进行研究与分析。首先对压气机的喘振进行了一定程度上的阐述，然后在此基础之上从对IGV进行有效设置以及中间放气两个方面分析了压气机防喘振措施。最后重点阐述了IGV动作延迟故障以及防喘放气阀打开延迟这两种防喘设备的常见故障，并在此基础之上对其处理措施进行了介绍。

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