某型燃气轮机空气截止阀故障分析及处理

贾新旺，蔡其波，王蓬蕙

(中国船舶重工集团公司第703研究所 无锡分部，江苏 无锡　214151)

燃气轮机因其具有功率密度大、质量小、可靠性高等特点[1]，而被广泛应用于发电、舰船、管道增压等领域。获得更高的燃气轮机效率一直是人们努力的方向，但由于燃气轮机效率很大程度上取决于涡轮进口温度，而目前提高涡轮进口温度主要有两个途径：一是不断研制新的耐高温合金材料；二是改进冷却技术，针对涡轮零件温度分布情况，有效的组织冷却系统，以改善零件工作条件。

空气截止阀作为冷却系统的执行机构之一，若其发生故障，将会导致涡轮叶片温度骤升，缩小涡轮叶尖径向运动间隙，严重影响燃气轮机的可靠性、安全性和耗油率等。[2]因而在出现空气截止阀故障时，必须及时有效的排除故障，以保证燃气轮机正常运行。

1　空气截止阀结构

空气截止阀是由壳体、轴、活门及传动组件构成，如图1所示。其工作原理是：用引压管连接高压压气机后机匣与空气截止阀的进口管接头。随空气截止阀进口管接头的压力变化，活塞开始移动，摇臂把活塞的直线运动运行转化为轴的转动，开始打开活门，连通用于冷却涡轮径向间隙的空气管道。当进口管接头的空气压力达到一定大小时，到压力开关的通道开启。随着进口空气压力进一步提高，活门达到最终完全开启位置，压力开关接通。当压力降低时，由于弹簧的弹性，使得活门逐渐关闭。

1-复位弹簧；2-弹簧导向件；3-摇臂；4-去压力开关；5-活塞；6-进口管接头；7-活门；8-轴；9-用于调节高压涡轮径向间隙。图1　空气截止阀结构

2　空气截止阀信号控制

某型燃气轮机在提高功率时，自进口管接头来的压缩空气推动活塞克服弹簧弹性移动，当经过高压压气机后空气压力达到一定大小时，3个压力开关(A01～A03)接通，表明空气截止阀已开启，同时监控装置接通“截止阀开启”信号灯，但若其中任何一个压力开关未接通，则监控装置不会得到“截止阀开启”的信号，控制电路示意图如图2。当高压压气机达到某一转速时，若监控装置仍然没有接收到截止阀开启信号，则会自动引发降工况保护程序，以防止燃气轮机安全性、可靠性及耗油率出现问题。

图2　控制电路示意图

3　故障因素及处理措施

3.1故障因素

根据以上对空气截止阀结构、控制电路的分析，发现引起空气截止阀故障的主要因素有复位弹簧力矩过大、传动组件摩擦力过大、压力开关灵敏度等，这些因素均与空气截止阀的结构、控制电路有关，具体因素,如图3所示。

图3　空气截止阀故障因素

各故障因素引起原因或结果如下。

1)复位弹簧预紧力过大，会导致需要的压缩空气压力增大，延迟压力开关接通时间。

2)传动组件摩擦力过大，导致空气压力小于复位弹簧弹力和摩擦力的合力，截止阀打开速度减慢。

3)传动组件卡涩。导致卡涩的主要因素有导向件、活塞、摇臂等变形，装配偏差或者使用的润滑脂不当。

4)管接头漏气，致使推动活塞移动的压缩空气压力减小。

5)压力开关灵敏度低，导致即使空气压力达到接通值时，压力开关仍然会偶发异常。

6)控制线路问题，线缆出现断裂破损。

7)监控装置故障，监控装置采集或输出信号功能损坏。

3.2常用处理方法

该型空气截止阀出现故障时，常用的处理方法如下。

1)减小传动组件摩擦力或者复位弹簧预紧力。主要方法有调整复位弹簧预紧力；选择更好的润滑脂，减小摩擦力；提高装配质量；更换变形零部件。

2)检查控制线路有无断裂，并外观检查是否有破损情况。

3)短接压力开关插头，判断压力开关有无问题。

4)更换对应该截止阀信号采集或输出的监控装置板卡。

4　故障案例

某型燃气轮机在升工况过程中，由于监控装置未接收到空气截止阀全部打开信号，导致降工况保护。现场技术人员在出现降工况报警的第一时间，及时观察确认3个空气截止阀都是由全部开启状态随降工况过程直至关闭。技术人员外观检查线缆无破损，插头无松动，并确认管接头未漏气后，初步怀疑有两个可能性：①截止阀复位弹簧安装问题，导致截止阀开启后，复位弹簧向初始状态恢复,活塞反向移动，逐步关闭空气截止阀；②压力开关不灵敏,导致监控装置未及时接收到信号。

再次升工况至截止阀打开后，现场技术人员首先用扳手加力，确保截止阀实际位置一直处于打开状态，约5 min后，再次出现降工况报警。因而可以排除空气截止阀本体问题。

为了进一步确定另一种可能性，技术人员短接其中一个开关插头后，提升燃气轮机功率,燃气轮机正常运行了几个小时,说明确为其中一个压力开关故障。但几个小时之后，故障再次出现，技术人员再次短接另一压力开关插头之后，故障未再出现。

由于燃气轮机在全封闭的箱装体中运行时，机匣辐射及法兰处泄漏的热空气会使箱装体内温度急剧升高[3]，因而现场技术人员频繁进入箱装体内，必然会经受恶劣环境影响。因此，提出4个改进措施。

1)提高压力开关可靠性，加大高温耐久性打压试验强度。[4]

2)空气截止阀传动组件涂抹适量的耐高温润滑脂，减小传动组件摩擦力。

3)提高复位弹簧安装质量。

4)更改3个压力开关的连接方式，从而提高故障排除效率。

5　结束语

本文结合故障案例分析了该型燃气轮机空气截止阀故障因素及常用处理措施，详细说明了故障排除过程，并提出部分改进措施，以降低故障发生频率和排除故障的复杂程度，减小高温高噪声环境对技术人员的职业健康影响，具有较强的实践指导意义。