某增压站燃气轮机压气机叶片断裂故障原因分析

王明泉 欧海(中国石油西南油气田公司国际合作事业部，四川 成都 610051)

某增压站燃气轮机压气机叶片断裂故障原因分析

王明泉 欧海(中国石油西南油气田公司国际合作事业部，四川 成都 610051)

对某增压站1#燃气轮机压气机叶片断裂的故障进行原因分析，调查了故障发生的经过、运行记录、控制系统记录、零部件损坏情况，分析了故障原因，该故障与运行和维护操作无关。

增压站;燃气轮机;压气机;叶片;故障;原因分析

1 机组情况

某增压站使用的燃气轮机为美国SOLAR公司生产的T130型双轴燃气轮机，该燃气轮机的额定功率为15MW，额定转速11220转/分，14级轴流式压气机，2级燃气涡轮，2级动力涡轮。该机组于2009年12月14日投入运行，机组运行负荷6 MW-11 MW，故障发生时该机组的负荷为10.47 MW。截至故障发生该机累计运行22835小时，累计启动93次。

2 故障描述

2014年11月25日-29日，该站人员配合SOLAR服务工程师对1#机组顺利进行了8000小时保养，随后于11月30日上午9：17启机，11：00加载运行，2014年12月5日22:36:27，1#机组突然停机。至故障时单次连续运行时间为133小时。相关的报警列表如下:

表1 ：报警信息

经查阅燃机运行历史数据，故障停机前后该燃机1、2、3#轴承的振动值如下表所示：

表2 ：故障前后轴承的振动数据

由上表可知，燃机1、2、3#轴承突发振动，1#轴承的两个振动值由原来的11.938μm、9.144μm突发增大至177.292μm、193.294μm；2#轴承的两个振动值由原来的 18.542μm、14.986μm突发增大至284.988μm、293.878μm；3#轴承的两个振动值由原来的15.240μm、13.976μm突发增大至197.612μm、 232.410μm。

3 燃气轮机损坏情况

2014年12月6日，该站人员与SOLAR服务工程师共同对1#机组进行检查，发现：

3.1 燃机压气机可转导叶驱动机构发生扭曲变形

经外观检查，该燃机的压气机第0级、第1级、第2级、第3级可转导叶驱动机构均有变型。第0级25个可转导叶执行机构全部发生严重扭曲变型，第1级可转导叶有3个执行机构发生扭曲变型，第2级可转导叶有5个执行机构发生扭曲变型，第3级可转导叶有3个执行机构发生扭曲变型。

3.2 压气机内部叶片发生断裂及破损

经内窥检查，该燃机压气机内部第1级动叶有一副叶片从根部发生断裂掉落，除进气导叶及第0级动叶完好，压气机内部其他导叶均发生不同程度的损坏。

图1 ：内窥检查压气机内部损坏情况

4 脱落叶片断口特征及分析

为查证压气机叶片断裂的原因，该机组运回到美国德克萨斯州的SOLAR迪索托大修工厂进行拆解，查找并分析叶片断裂的原因。在大修工厂见证了1#机组的拆解过程，并初步分析了叶片断裂的原因。

4.1 拆解外观检查

在大修工厂经拆解外观检查，该燃机压气机进气可转导叶（IGV）叶片完好，第0机动叶完好，第0级可转导叶进气端叶片完好，第一级动叶有一个叶片从根部断裂脱落，其他动叶和静叶均有不同程度的损坏，由于IGV和第0级动叶完好，排除了异物从压气机入口进入压气机内部造成压气机叶片断裂的问题。

4.2 压气机叶片断口宏观特征

图2 ：压气机第一级动叶断口图

叶片的断口颜色呈黑色，叶片的裂纹是从叶片受压侧与楔形榫头的接触面开始，位置略低于在叶片后缘附近的过渡半径，从残留的金属破裂面看上去，叶片的断裂是一个延展性破坏，裂纹特征为贝壳状裂纹。初步分析该压气机第1级动叶叶片断裂的原因为：①压气机叶片制造存在缺陷；②压气机设计存在缺陷。

5 故障原因分析

由于宏观无法准确分析出叶片断裂的具体原因，SOLAR将整个压气机的动叶和已脱落的叶片送到实验室进行动态模拟和材料晶相分析。经SOLAR厂家分析，该燃气轮机压气机第一级动叶断裂的原因为：

（1）故障起因于燃气轮机压气机第一级动叶叶片。

（2）断裂叶片的裂纹是从叶片受压侧与楔形榫头的接触面开始，位置略低于在叶片后缘附近的过渡半径，裂纹从楔形榫头开始沿着半径方向扩展，裂纹扩展到与叶片交接部位，运行中的叶片承受不了较高的应力，迫使裂纹进一步扩展，最终致使叶片破裂脱落。

（3）已断裂的压气机叶片由不锈钢锻造而成，和楔形榫头是一个整体，叶片表面涂有固体润滑剂，在制造工艺和硬度方面没有问题。

（4）第一级动叶断裂属于磨蚀疲劳。

6 结语

（1）故障发生前该机组运行平稳，且在增压站操作规程和SOLAR燃气轮机运行规定的范围内运行，该故障与运行操作无关。

（2）故障发生前SOLAR厂家工程师进行过2次现8000小时现场维护服务，均没有发现问题；且增压站日常维护保养严格按照SOLAR维护保养规程进行，该故障与现场维护无关。

（3）经SOLAR厂家分析，该燃机压气机叶片断裂的性质为磨蚀疲劳。SOLAR已经在设计和加工制造方面提高了压气机叶片的磨蚀疲劳强度，并且在2013年6月开始，对新生产和大修的T130双轴燃机动叶均使用了改善后的产品。

（4）由于该故障是SOLAR厂家设计缺陷造成，SOLAR公司赔偿了本次故障的直接经济损失，建议尽快启动即将到大修时间的机组大修工作，并承诺免费更换其它机组的压气机的叶片。

[1]Investigation Report Solar®Titan 130.Charlie Hinkle Fail⁃ure Investigation Engineer.

[2]朱宝田，等.某电厂3#燃气轮机压气机叶片故障的原因分析.热力透平.2007，36（1）：67～70.

[3]增压站给SOLAR公司的故障报告。2014年12月.