陳義兵

（江蘇國(guó)信淮安燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司，江蘇淮安223002）

1.引言

對(duì)于9E燃?xì)鈮簹鈾C(jī)而言，它是我國(guó)從美國(guó)引進(jìn)的一種機(jī)組設(shè)備，這一設(shè)備具有重載式、單軸式以及快裝式的特點(diǎn)。這一設(shè)備運(yùn)行的主要機(jī)理大致如下：首先是由軸流式壓氣機(jī)對(duì)外界的空氣進(jìn)行一定程度上的吸收，當(dāng)吸收到了足夠的空氣之后，內(nèi)部的壓力就會(huì)有所增加。而在這種情況之下，空氣的溫度也隨之發(fā)生一定程度上的升高，在這種情況之下，壓送到燃燒室的空氣與噴嘴中的天然氣發(fā)生一定程度上的混合并燃燒，這樣一來(lái)就形成了溫度與壓力都相對(duì)較高的燃?xì)?，然后通過(guò)渦輪機(jī)膨脹做功。當(dāng)壓氣機(jī)處于運(yùn)行的狀態(tài)之下，如果進(jìn)入到壓氣機(jī)中的空氣流量出現(xiàn)一定程度上的減少，且逐漸減少并達(dá)到了某一個(gè)數(shù)值的時(shí)候，壓氣機(jī)的穩(wěn)定性就會(huì)遭到破壞。在這種情況之下，壓氣機(jī)中的空氣會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的脈動(dòng)，與此同時(shí)壓力也會(huì)隨之產(chǎn)生較大程度上的波動(dòng)，進(jìn)而促使壓氣機(jī)產(chǎn)生相對(duì)劇烈的振動(dòng)，我們將這匯總現(xiàn)象稱之為壓氣機(jī)的喘振。防喘系統(tǒng)是9E燃機(jī)壓氣機(jī)中的重要組成部分，因?yàn)樗\(yùn)行的是否正常將會(huì)對(duì)整個(gè)燃?xì)鈾C(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行造成較大程度上的影響。就目前狀況而言，9E燃機(jī)壓氣機(jī)防喘設(shè)備在運(yùn)行的過(guò)程之中，較常發(fā)生的故障主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面為旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉動(dòng)作延遲；另一方面主要表現(xiàn)為防喘導(dǎo)葉的防喘放氣閥打開延遲。而這些故障的存在將會(huì)直接導(dǎo)致機(jī)組的跳閘，需要采取有效措施進(jìn)行及時(shí)解決。

2.壓氣機(jī)的喘振

一般情況下，在壓氣機(jī)運(yùn)行的過(guò)程之中，如果進(jìn)入壓氣機(jī)的空氣容積流量出現(xiàn)一定程度上的減少，且逐漸減少并達(dá)到了某一個(gè)數(shù)值的時(shí)候，壓氣機(jī)的穩(wěn)定性就會(huì)遭到破壞。在這種情況之下，壓氣機(jī)中的空氣會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的脈動(dòng)，與此同時(shí)壓力也會(huì)隨之產(chǎn)生較大程度上的波動(dòng)，進(jìn)而促使壓力機(jī)產(chǎn)生相對(duì)劇烈的振動(dòng)，我們將這匯總現(xiàn)象稱之為壓氣機(jī)的喘振。在壓氣機(jī)發(fā)生喘振之時(shí)，壓氣機(jī)仍然然保持著一定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，而當(dāng)流量發(fā)生一定程度的減小時(shí)，氣流速度就會(huì)隨之下降，隨機(jī)就會(huì)產(chǎn)生正沖角，但是如果這一沖角較大，就會(huì)隨之出現(xiàn)二檔氣流分離狀況，這一狀態(tài)被我們稱之為失速現(xiàn)象，具體情況見圖1所示。當(dāng)處于失速現(xiàn)象之下，氣流的轉(zhuǎn)折角會(huì)出現(xiàn)一定程度上的增加，同時(shí)由于扭速與轉(zhuǎn)折角具有正比例關(guān)系，因此它也會(huì)隨著轉(zhuǎn)折角的增加而增加，進(jìn)而導(dǎo)致葉柵通道中沿氣流方向的壓力梯度增大。而氣流拐彎會(huì)產(chǎn)生一定的離心力場(chǎng)，這一離心力場(chǎng)的存在進(jìn)一步加劇了葉背的氣流分離。

在上圖中，u主要指的是動(dòng)葉的速度，w指的是氣流相對(duì)動(dòng)葉速度，i為沖角，而c則是氣流速度。

3.壓氣機(jī)防喘振措施

3.1 對(duì)IGV進(jìn)行有效設(shè)置

通過(guò)對(duì)壓氣機(jī)中的IGV進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)，能夠在一定程度上促使葉片的角度發(fā)生相應(yīng)的改變。圖2顯示的主要是口導(dǎo)葉旋轉(zhuǎn)時(shí)工作葉片入口氣流沖角變化情況：

當(dāng)其以較低的速度進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，前幾級(jí)就會(huì)出現(xiàn)相對(duì)過(guò)大的正沖角，而如果對(duì)導(dǎo)葉的角度進(jìn)行一定程度上的減小，就會(huì)進(jìn)一步促使葉柵進(jìn)口的絕對(duì)速度流入角也隨之減小，這樣一來(lái)就可以對(duì)偏離設(shè)計(jì)值的正沖角進(jìn)行有效的消除，并在此基礎(chǔ)之上對(duì)壓氣機(jī)低速區(qū)的穩(wěn)定工作范圍進(jìn)行一定程度上的擴(kuò)大。從實(shí)際情況來(lái)看，當(dāng)壓氣機(jī)處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)之下，其前幾級(jí)是最為容易進(jìn)入到喘振工況當(dāng)中的。一般情況下，將第一級(jí)進(jìn)口導(dǎo)葉設(shè)計(jì)成可以旋轉(zhuǎn)的。

除此之外，對(duì)于可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉而言，我們?cè)谄涓窟€進(jìn)行了關(guān)于小齒輪的設(shè)置，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)這些小齒輪就可以拉動(dòng)導(dǎo)葉角度發(fā)生一定程度上的轉(zhuǎn)變，而液壓控制油動(dòng)機(jī)操縱能夠?qū)?dǎo)葉動(dòng)作造成一定程度上的影響。在這種情況之下，如果燃機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度逐漸升高并且升高到一定程度達(dá)到了固定值時(shí)，就達(dá)到了額定轉(zhuǎn)速的95%之前，此時(shí)，第1級(jí)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的角度將保持一定的一致性，大約為34°左右；而當(dāng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到了額定速度的95%之時(shí)，可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的角度就會(huì)迅速擴(kuò)大，達(dá)到57°左右。一般情況之下，直到負(fù)荷達(dá)到了33%左右，IGV才繼續(xù)打開，在負(fù)荷55%左右時(shí)IGV全部打開至84°。

3.2 中間放氣

對(duì)于放氣而言，它主要指的是從多級(jí)軸流式壓氣機(jī)通流部分中間的1個(gè)或者幾個(gè)截面將空氣引出，并將引出的空氣向大氣中進(jìn)行排出。圖3顯示的主要是中間放氣時(shí)壓氣機(jī)工作點(diǎn)的變化情況：

從上圖中，我們可以了解到如果壓氣機(jī)的工作點(diǎn)進(jìn)入到不穩(wěn)定邊界時(shí)，在這種情況之下放氣系統(tǒng)就會(huì)打開。而在此時(shí)前幾級(jí)的容積流量就會(huì)出現(xiàn)一定程度上的增加，與之相對(duì)應(yīng)的軸向速度以及流量系數(shù)也會(huì)隨之出現(xiàn)一定程度上的增加，這樣一來(lái)，就可以對(duì)因?yàn)闆_角過(guò)大而引起的失速或者發(fā)生喘振的可能性進(jìn)行有效的消除。當(dāng)前幾級(jí)的工作條件得到改善之后，末級(jí)的空氣密度就會(huì)出現(xiàn)一定程度上的增加，這樣末級(jí)的流動(dòng)條件也會(huì)得到一定程度上的改善。

在實(shí)際情況中，當(dāng)機(jī)組在啟動(dòng)時(shí)也有可能進(jìn)入到喘振工況當(dāng)中去，為了對(duì)其進(jìn)行有效的避免，我們還在壓氣機(jī)的第10級(jí)后布置了4個(gè)防喘放氣閥。從機(jī)組的啟動(dòng)開始，一直到機(jī)組轉(zhuǎn)速升高到95%額定轉(zhuǎn)速之前，始終保證這四個(gè)防喘放氣閥處于開啟狀態(tài)，而當(dāng)其處于開啟狀態(tài)之下，燃機(jī)的運(yùn)行線將會(huì)遠(yuǎn)離壓氣機(jī)的喘振邊界線，這樣一來(lái)，機(jī)組的穩(wěn)定工作狀態(tài)就會(huì)得到一定程度上的擴(kuò)大。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)額定轉(zhuǎn)速的95%之后，防喘放氣閥就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

4.防喘設(shè)備的常見故障及其處理措施分析

一般情況之下，在9E燃?xì)鈾C(jī)的控制系統(tǒng)之中，如果基準(zhǔn)開度達(dá)到了57°時(shí)，且此時(shí)如果實(shí)際的轉(zhuǎn)動(dòng)速度也不低于額定轉(zhuǎn)速的98%，那么在這種情況之下IGV開度小于52°時(shí)的燃機(jī)跳閘。而如果IGV實(shí)際開度小于基準(zhǔn)開度7.5°，延時(shí)5SIGV故障報(bào)警。IGV實(shí)際開度大于基準(zhǔn)開度差值7.5°，延時(shí)5s跳閘，并發(fā)IGV故障報(bào)警。

4.1 IGV動(dòng)作延遲故障

某燃機(jī)發(fā)電廠的燃機(jī)在進(jìn)行啟動(dòng)的過(guò)程之中因?yàn)榇嬖谥鳬GV故障，跳閘次數(shù)達(dá)到4次，具體的故障主要表現(xiàn)如下：當(dāng)燃?xì)鈾C(jī)啟動(dòng)并處于升速的過(guò)程當(dāng)中，IGV的開啟十分緩慢，其難以進(jìn)行連貫的動(dòng)作，最后會(huì)完全停止，停止的區(qū)間大致在40°～50°的范圍之內(nèi)。因此燃?xì)鈾C(jī)內(nèi)有達(dá)到52°以上，當(dāng)達(dá)到100%額定轉(zhuǎn)速之后，機(jī)組發(fā)生了跳閘現(xiàn)象。

針對(duì)這一故障，我們首先對(duì)其進(jìn)行了一定程度上的檢查，檢查的對(duì)象主要是液壓油油壓、液壓油濾網(wǎng)和伺服系統(tǒng)及其導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在對(duì)這幾個(gè)方面檢查之后，發(fā)現(xiàn)這幾個(gè)裝置均正常。然后我們又進(jìn)行了手動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為啟停IGV工作也正常，但是在液壓缸之內(nèi)，存在著較為特殊的喘流聲。基于這一狀況，我們對(duì)液壓缸進(jìn)行了更換，并進(jìn)行了試驗(yàn)。在更換之后，IGV導(dǎo)葉開始恢復(fù)正常工作，由此我們可以知道，液壓缸是導(dǎo)致IGV導(dǎo)葉難以及時(shí)開啟并達(dá)到57°的主要原因。

然后我們將更換下來(lái)的油缸進(jìn)行一定程度上的解體，然后對(duì)其外觀進(jìn)行了觀察，發(fā)現(xiàn)在油缸內(nèi)部的上下兩端存在著一定量的黑色機(jī)油，并在其中還尋在著一定的金屬顆粒。同時(shí)，活塞表面和缸體內(nèi)壁拉缸較為嚴(yán)重，在其表面存在著很多垂直方向的溝痕，有些較為嚴(yán)重溝痕的深度達(dá)到了0.2mm，并且單邊受力拉缸，由此我們可以看出在活塞上下移動(dòng)的過(guò)程之中存在著一定程度上的偏心現(xiàn)象。當(dāng)活塞缸體與活塞桿的磨損出現(xiàn)進(jìn)一步的加劇之后，金屬顆粒會(huì)進(jìn)入到滑動(dòng)間隙之中，活塞缸體摩擦力就出出現(xiàn)一定程度上的增加。在這種情況之下，原本存在于高壓側(cè)的液壓會(huì)繼續(xù)向低壓側(cè)進(jìn)行一定程度上的泄漏，此時(shí)液壓作用力就會(huì)出現(xiàn)一定程度上的降低。如果此時(shí)啟動(dòng)機(jī)組，并在運(yùn)行的過(guò)程之中轉(zhuǎn)動(dòng)速度逐漸增加并達(dá)到了85%的額定速度，在壓氣機(jī)之中已經(jīng)存在了較大的進(jìn)氣量，在此時(shí)進(jìn)口導(dǎo)葉存在了較大的風(fēng)阻力，再加之設(shè)備與設(shè)備之間的相互摩擦，這些因素綜合起來(lái)導(dǎo)致了IGV的開啟動(dòng)作十分緩慢，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)了停止不動(dòng)的狀況。而在進(jìn)行手動(dòng)試驗(yàn)的過(guò)程之中，IGV導(dǎo)葉并不存在著相應(yīng)的阻力，液壓缸面臨的主要問題主要是對(duì)設(shè)備與設(shè)備之間的摩擦力進(jìn)行有效克服，因此表現(xiàn)為動(dòng)作正常。

對(duì)于燃機(jī)液壓油系統(tǒng)而言，其內(nèi)部的油主要來(lái)自于潤(rùn)滑油系統(tǒng)，從實(shí)際情況來(lái)看，在運(yùn)行的過(guò)程之中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)液壓油濾網(wǎng)連續(xù)壓差高的狀況，這就說(shuō)明油中仍然存在著一定的雜質(zhì)。目前狀況下，解決這一問題的主要措施是外接濾油系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行定期的濾油，并對(duì)潤(rùn)滑油的油質(zhì)進(jìn)行有效的控制。除此之外，為了避免進(jìn)一步增加液壓缸的負(fù)荷，在平時(shí)進(jìn)行檢修的過(guò)程之中應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)檢查并潤(rùn)滑液缸到可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉間的各個(gè)連接桿、連接齒輪，確保其完好且動(dòng)作可靠。

4.2 防喘放氣閥打開延遲

4.2.1控制閥故障

對(duì)于控制防喘放氣閥開關(guān)而言，其壓力氣源主要來(lái)自于壓氣機(jī)的排氣，其這一壓力氣源主要是由排氣缸的底部向外排出的。如果經(jīng)常對(duì)其進(jìn)行水洗，這樣一來(lái)，一些水分會(huì)進(jìn)入到壓力氣源的管道之中，即使其內(nèi)部設(shè)置了隔離閥，但是此時(shí)無(wú)法完全對(duì)隔離閥中管路的積水進(jìn)行清理干凈，此時(shí)電磁閥仍然會(huì)受到一定程度上的干擾。對(duì)于這一電磁閥而言，其閥芯和閥座套之間的間隙相對(duì)較小，因此在經(jīng)常接觸水分的狀況之下就會(huì)出現(xiàn)閥芯、彈簧銹蝕的狀況，這樣一來(lái)，就有可能對(duì)其正常工作造成一定程度上的影響。在啟動(dòng)的過(guò)程之中，電磁閥關(guān)閉只會(huì)對(duì)壓氣機(jī)的效率造成一定程度的影響，而不會(huì)影響到喘振。但是，如果是在停機(jī)的過(guò)程之中，一旦出現(xiàn)了電磁閥延遲動(dòng)作，就會(huì)對(duì)防喘放氣閥的打開造成較大程度上的影響，這時(shí)燃機(jī)的運(yùn)行線將向壓氣機(jī)的喘振邊界線靠近，這是非常危險(xiǎn)的。在控制系統(tǒng)之中，存在著如下的邏輯：在防喘放氣閥打開反饋信號(hào)延遲11S后機(jī)組跳閘。

目前狀況下，對(duì)于這一問題的解決措施主要如下：在電磁閥壓力氣源進(jìn)口管底部開一個(gè)放水堵頭，在每次對(duì)其進(jìn)行水洗之后，將管內(nèi)的積水放掉，并在檢修使其對(duì)閥門進(jìn)行一定程度上的解體，并將其中的各個(gè)部件清洗干凈。但是運(yùn)用這一方法難以對(duì)積水問題進(jìn)行徹底性的解決，針對(duì)這一情況，可以將壓力氣源從燃機(jī)的霧化空氣冷卻器后的管道進(jìn)行引出，這樣一來(lái)，就可以對(duì)水分進(jìn)入電磁閥的問題進(jìn)行有效的解決。在這種情況之下，壓力氣源溫度也會(huì)得到一定程度上的減少，進(jìn)而對(duì)電磁閥和防喘放氣閥的工況進(jìn)行合理而有效的改善。

為確保防喘放氣閥的動(dòng)作可靠，可以對(duì)其增加儀用空氣系統(tǒng)，利用儀用空氣在開機(jī)前對(duì)放喘放氣閥進(jìn)行有效的機(jī)械動(dòng)作試驗(yàn)，可增加電磁閥和防喘放氣閥在開機(jī)過(guò)程中動(dòng)作的可靠性，減少燃?xì)廨啓C(jī)的啟停過(guò)程的喘振，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

4.2.2閥體安裝位置的影響分析

對(duì)于燃機(jī)而言，它是一種調(diào)峰機(jī)組，因此它必須具有啟動(dòng)停止快速的特點(diǎn)，一般情況之下，一日內(nèi)對(duì)燃機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)停止是十分正常的現(xiàn)象，然而在這種情況之下閥門在一定的時(shí)間之內(nèi)溫度變化十分頻繁，其變化速度相對(duì)較快。

通常在初始安裝階段燃機(jī)放喘放氣閥是安裝在燃機(jī)間內(nèi)，由于燃機(jī)間運(yùn)行中規(guī)定不允許人員進(jìn)入，因此，不便于運(yùn)行操作與檢修維護(hù)。而在實(shí)際情況中，燃?xì)怆姀S為了操作與檢修維護(hù)方便將防喘放氣閥改裝到燃機(jī)間外面，由于閥門內(nèi)外溫差大，冷卻速度過(guò)快，導(dǎo)致閥門動(dòng)靜間隙過(guò)小，動(dòng)作緩慢，甚至閥門卡死。除此之外，周圍環(huán)境污染對(duì)放喘放氣閥的啟閉有一定的影響，容易造成防喘放氣閥彈簧、氣缸活塞、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等就會(huì)出現(xiàn)一定程度上的銹蝕，從而對(duì)閥門的正常工作造成較大程度的影響。

針對(duì)這一問題，目前狀況下采取的主要解決措施：一是個(gè)對(duì)防喘放氣閥進(jìn)行有效的保溫；二是在放喘放氣閥周圍設(shè)置操作間；這樣，可以有效避免因?yàn)橥饨绲臍饬髦贝刀鴮?dǎo)致閥門冷卻過(guò)快和內(nèi)溫差過(guò)大的問題。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)9E燃機(jī)壓氣機(jī)防喘設(shè)備及其故障分析與處理進(jìn)行研究與分析。首先對(duì)壓氣機(jī)的喘振進(jìn)行了一定程度上的闡述，然后在此基礎(chǔ)之上從對(duì)IGV進(jìn)行有效設(shè)置以及中間放氣兩個(gè)方面分析了壓氣機(jī)防喘振措施。最后重點(diǎn)闡述了IGV動(dòng)作延遲故障以及防喘放氣閥打開延遲這兩種防喘設(shè)備的常見故障，并在此基礎(chǔ)之上對(duì)其處理措施進(jìn)行了介紹。

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