9E燃机压气机防喘设备及其故障检修措施探析

蔡乐

摘  要：只有全面保证设备性能稳定，才能维护稳定的生产运行，在当前自动化、智能化条件下，设备精密程度越来越复杂，对环境、操作等的要求越来越高。文章主要结合机组运行过程中产生的各类问题，对运行中旋转导叶滞缓、防喘放气阀延迟等防喘设备故障原因做全面分析，由此，进一步提出9E燃气轮机压气机喘振原理和防喘措施，有效保证设备良好运行。

关键词：9E燃气轮机;防喘设备;故障处理

中图分类号：TK477        文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）36-0149-02

Abstract： Only by comprehensively ensuring the stable performance of the equipment， can we maintain a stable production and operation. Under the current conditions of automation and intelligence， the precision of the equipment is becoming more and more complex， and the requirements for the environment and operation are getting higher and higher. Combined with all kinds of problems in the operation of the unit， this paper makes a comprehensive analysis on the causes of the faults of the anti-asthma equipment， such as the stagnation of rotating guide vane and the delay of anti-surge and releasing valve. Furthermore， the surge principle and anti-surge measures of 9E gas turbine compressor are put forward to ensure the good operation of the equipment.

Keywords： 9E gas turbine; anti-surge equipment; fault treatment

随着社会化大生产的加快，对能源需求量不断增長，为了有效解决生产矛盾，则需要稳定的设备性能，有力的保证了生产的连续性。9E型燃气轮机主要是由美国GE公司制造生产的设备，是重载、单轴、快装式的整体机组设备。运行过程中，主要是由轴流压气机自外界吸入空气，使设备不断进行增压，此时空气温度上升，达到运行标准需要时，再压送到燃烧室空气与燃油喷嘴喷入雾化燃油形成混合性的燃烧，这样就会在空间中呈现高温、高压燃气状态，再利用涡轮机进行膨胀做功，全面输出能量。整体机组运行过程中，往往会因为各种原因出现问题，而防喘系统设备则能够有效保证燃机正常运行，避免出现喘振的问题，实现了稳定的能量输出。

1 压气机喘振

1.1 压气机喘振概述

压气机喘振会影响到机组的性能，如果处理不当，则会损坏设备，造成机组停止运行。出现问题主要是压气机运行过程中，进入压气机内部的空气容积流量不足，当到达底线值的时候，压气机就会呈现不能稳定的状态，严重影响到正常的运行，设备就会不工作。此时，压气机空气会强烈脉动，压比电会随之上下波动;低频、狂风吼声，也是压气机剧烈振动的表象，当出现这样的情况时，就表明是喘振问题。

1.2 压气机喘振成因

如果出现压气机喘振的问题，则需要对压气机整体工况进行综合性的分析。当发现压气机转速始终处于标准值，而相对流量呈现下降的情况，就表明气流速度也随之减少，呈现下滑的态势，此时的冲角则不断增加，形成一个正冲角，在速度不变的情况下，正冲角会越来越大，那么，在叶背就会出现气流分离的现象，这种现象理论上称为失速。接下来，就会随着气流转折角增加产生扭速变化，相应的会加快转速，叶栅通道沿气流方向压力梯度也会有所增长，实际操作过程中，气流运行呈现拐点，形成一定的弯度流动，这样产生的离心力会造成叶背气流分离速度更快，越是在失速状态下，喘振越严重。

2 压气机防喘振措施

2.1 设置IGV

压气机IGV在设计过程中，充分考虑到了叶片角度改变的情况，这里需要对IGV角度进行基本的分析，根据速度三角形的改变情况我们看到。如果处于低转速，那么，在最前面的几级就出现了正冲角，导叶角度不断变小的情况下，叶栅进口速度流入角也就会相应的缩小，这个时候，可以有效消除掉偏离设计值产生的正冲角，使压气机低速区能够产生更加稳定的范围值。在运转的时候，转速工况压气机前几级是非常容易喘振的，为了保证稳定运行，把压气机的第1级进口导叶设计成可旋转的形状，保证了工况的稳定可靠。

为了增加设备的稳定性，需要每隔1个可转导叶根部安装1个小齿轮，这样小齿轮不论如何转运，都能够改变进口导叶的切角，而导叶驱动则要由液压控制油动机进行全面的控制。如果运行过程 ，燃机转速不断升高，到达额定转速95%，第1级进口可转导叶角度始终维持34°上，如果机组转速升高到95%时，可转导叶角度就会呈现开大状态到达57°。如果负荷为33%，IGV能继续打开到相关位置，负荷55%的时候，IGV则会全部打开直到84°。通过这种处理方法，能够有效减少喘振工况，确保了后级空气快速流动，实现稳定的运行。

2.2 中间放气

放气也能够有效解决故障问题，通过放气，全面实现流动效应，由多级轴流式压气机中间1个或几个截面把空气排放引流，使空气能够快速向大气排放。如果压气机进入到不稳定边界，那么，就会打开放气系统，前几级容积流量加快流动，增加排放的速率，此时的轴向速度以及流量系数则会缓慢增长，使冲角过大造成的失速或喘振得到妥善解决，提升了设备性能。

在实际操作中，机组启动很容易出现喘振，那么，9E型燃机压气机采用可转导叶进行处理，另外，利用排气系统在压气机10级后布置4个防喘放气阀。当机组启动后，机组转速就会不断提升，到达设计的95%额定转速前，4个防喘放气阀始终处于开启的基本状态，而当转速超过额定95%后，那么，放气阀就会自动关闭，有效扩大机组稳定范围值，全面保证了生产的安全。

3 防喘设备的常见故障分析及处理

3.1 IGV动作延迟

9E燃机MKV控制系统设计，是遵循一定的逻辑关系的。通过设计一个基准开度为57°，保证启动后转速（TNH）≥95%额定转速，那么，当IGV开度低于52°时，就会对燃机产生影响，出现立即跳闸的情况，有效保证了设备的安全，维护性能稳定;如果IGV开度低于基准7.5°，就会出现一定的延时 S IGV产生报警，全面保证了机组安全。如果IGV实际开度大于基准开度差值7.5°，则会延时5s跳闸，同时，发出故障报警信息，利于快速抢修，确保运行安全可靠。

IGV动作延迟时，需要及时对泄放阀、液压油和油压力、液压滤网和开度反馈进行全面的检查，确保各部分运行正常。可以进行手动试验，通过手动操作，启停IGV，进一步查看液压缸内是否存在特别喘流声，而对油动机液压缸进行更换以后，IGV导叶就会稳定运行，造成这种情况的主要原因是液压缸故障。

进行大面积检修时，可以对油缸做一个全面的解体处置，对更换的一部分零件进行仔细的分析，重点看部件问题的部位，如果发现液压缸上下两端积油是黑色的情况，而金属颗粒增多，同时，还要观察活塞表面，是否存在垂直沟痕，如果深度超过了0.2mm，单边受力拉缸，出现这种现象，就表明是活塞的移动偏心问题。如果活塞缸體和活塞杆磨损过于严重，而一些金属颗粒也少量的介入滑动间隙，显现出活塞缸体摩擦力增加，则表明高压液压油泄漏低压增加，直接会造成液压作用力降低。通过手动进行设备的试验，查看IGV导叶是否存在一确定的阻力，一般情况下，液压缸阻力来自于设备间摩擦和重力的结果，无法查看具体的情况，一些故障问题得不到查明。如果发现燃机液压油系统油料由润滑油系统来的，那么，也可能是在实际运行中，液压油滤网连续压差高，此时，就需要查明油质情况，是否存在油质不洁净的问题。为了有效保证油质洁净，可以通过外接滤油系统对油质进行定期滤油，确保润滑油油质为NAS7级以下，保证设备良好运行。液压缸附加负荷也非常重要，只有全面减少这种负荷，才能维护机组安全，日常检测时，一定要对润滑液压缸到可转导叶间各连接杆、齿轮进行检测，对严重磨损的需要及时更换。

3.2 防喘放气阀打开延迟

3.2.1 控制阀故障

要想全面做好控制，则需要对控制防喘放气阀进行了解，解决好开关产生的一些问题，解决的时候，由一定压力气源作为动力源，使空气能够在一定范围内快速的排放，保证快速排气形成空间压力，压力气源是受排气缸底部影响，有时候为了保证清洁，会通过水洗的方式对设备进行清洁，但是水洗又很容易导致水分流进压力气管道，虽然在设计初期，做了一些防护处理，但长期使用后，防护措施就会失去作用，隔离阀泄漏及阀前管路积水是无法排除掉的，当没吹干的水分顺着气源控制电磁阀20CB进入到设备内部，则会对设备运行造成不良影响。而设备的阀芯和阀座套间隙小，如果接触到水分，就会造成阀芯、弹簧锈蚀，整体设备运行的动作就不灵活，严重影响正常工作，时间长了，还会对设备造成损坏。燃机运行线将向压气机喘振边界线靠近，这种不当的操作，非常危险。只有全面解决好控制系统，才能避免出现防喘放气阀打开延迟的问题，全面保证机组能够稳定运行。

为了全面解决好排水问题，需要在20CB电磁阀压力气源进口管底开1个放水口，随时对水洗管内积水排放，确保能够一次性放尽，特别是能够解决好检修期间解体阀门清洗各部件的水分，保证了设备内部的干燥。

3.2.2 阀体安装位置影响

燃机是最主要的设备，更是整体设备中最为重要的机组，只有全面保证机组的稳定，才能实现稳定的生产运行。机组启停是相对频繁的，有时候会1天1次启停，这是机组设备的常态操作。如果阀门短时间内连续出现温度差，就会导致阀门内外温差增加，为了保证设备快速冷却，则需要加快冷却的速度，而阀门间隙小、动作慢，很容易在快速反应中出现阀门卡死的现象，不利于设备的稳定运行。设备在厂区操作，整体工作的环境恶劣，很容易出现放气阀弹簧不灵、气缸活塞锈蚀等现象。搭设放气阀专用保温罩能够有效解决这个问题，这样，气流直吹的情况就会减少，保证了内外的温差。

4 结束语

防喘设备是重要的设备部件，在燃机运行中起到重要的作用，只有全面保持良好的状态，才能有效避免故障发生，更好地维护设备稳定，全面做好防潮，精心做好维护，做到及时更换，才能有效维护好设备，保证良好的工作状态。

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