陳義兵

（江蘇國信淮安燃氣發(fā)電有限責任公司，江蘇淮安223002）

1.引言

對于9E燃氣壓氣機而言，它是我國從美國引進的一種機組設備，這一設備具有重載式、單軸式以及快裝式的特點。這一設備運行的主要機理大致如下：首先是由軸流式壓氣機對外界的空氣進行一定程度上的吸收，當吸收到了足夠的空氣之后，內部的壓力就會有所增加。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，這樣一來就形成了溫度與壓力都相對較高的燃氣，然后通過渦輪機膨脹做功。當壓氣機處于運行的狀態(tài)之下，如果進入到壓氣機中的空氣流量出現一定程度上的減少，且逐漸減少并達到了某一個數值的時候，壓氣機的穩(wěn)定性就會遭到破壞。在這種情況之下，壓氣機中的空氣會產生較為強烈的脈動，與此同時壓力也會隨之產生較大程度上的波動，進而促使壓氣機產生相對劇烈的振動，我們將這匯總現象稱之為壓氣機的喘振。防喘系統(tǒng)是9E燃機壓氣機中的重要組成部分，因為它運行的是否正常將會對整個燃氣機系統(tǒng)的運行造成較大程度上的影響。就目前狀況而言，9E燃機壓氣機防喘設備在運行的過程之中，較常發(fā)生的故障主要表現在兩個方面，一方面為旋轉導葉動作延遲；另一方面主要表現為防喘導葉的防喘放氣閥打開延遲。而這些故障的存在將會直接導致機組的跳閘，需要采取有效措施進行及時解決。

2.壓氣機的喘振

一般情況下，在壓氣機運行的過程之中，如果進入壓氣機的空氣容積流量出現一定程度上的減少，且逐漸減少并達到了某一個數值的時候，壓氣機的穩(wěn)定性就會遭到破壞。在這種情況之下，壓氣機中的空氣會產生較為強烈的脈動，與此同時壓力也會隨之產生較大程度上的波動，進而促使壓力機產生相對劇烈的振動，我們將這匯總現象稱之為壓氣機的喘振。在壓氣機發(fā)生喘振之時，壓氣機仍然然保持著一定的轉動速度，而當流量發(fā)生一定程度的減小時，氣流速度就會隨之下降，隨機就會產生正沖角，但是如果這一沖角較大，就會隨之出現二檔氣流分離狀況，這一狀態(tài)被我們稱之為失速現象，具體情況見圖1所示。當處于失速現象之下，氣流的轉折角會出現一定程度上的增加，同時由于扭速與轉折角具有正比例關系，因此它也會隨著轉折角的增加而增加，進而導致葉柵通道中沿氣流方向的壓力梯度增大。而氣流拐彎會產生一定的離心力場，這一離心力場的存在進一步加劇了葉背的氣流分離。

在上圖中，u主要指的是動葉的速度，w指的是氣流相對動葉速度，i為沖角，而c則是氣流速度。

3.壓氣機防喘振措施

3.1 對IGV進行有效設置

通過對壓氣機中的IGV進行有效的設計，能夠在一定程度上促使葉片的角度發(fā)生相應的改變。圖2顯示的主要是口導葉旋轉時工作葉片入口氣流沖角變化情況：

當其以較低的速度進行轉動時，前幾級就會出現相對過大的正沖角，而如果對導葉的角度進行一定程度上的減小，就會進一步促使葉柵進口的絕對速度流入角也隨之減小，這樣一來就可以對偏離設計值的正沖角進行有效的消除，并在此基礎之上對壓氣機低速區(qū)的穩(wěn)定工作范圍進行一定程度上的擴大。從實際情況來看，當壓氣機處于低速運轉的狀態(tài)之下，其前幾級是最為容易進入到喘振工況當中的。一般情況下，將第一級進口導葉設計成可以旋轉的。

除此之外，對于可轉導葉而言，我們在其根部還進行了關于小齒輪的設置，通過轉動這些小齒輪就可以拉動導葉角度發(fā)生一定程度上的轉變，而液壓控制油動機操縱能夠對導葉動作造成一定程度上的影響。在這種情況之下，如果燃機的轉動速度逐漸升高并且升高到一定程度達到了固定值時，就達到了額定轉速的95%之前，此時，第1級進口可轉導葉的角度將保持一定的一致性，大約為34°左右；而當機組的轉速已經達到了額定速度的95%之時，可轉導葉的角度就會迅速擴大，達到57°左右。一般情況之下，直到負荷達到了33%左右，IGV才繼續(xù)打開，在負荷55%左右時IGV全部打開至84°。

3.2 中間放氣

對于放氣而言，它主要指的是從多級軸流式壓氣機通流部分中間的1個或者幾個截面將空氣引出，并將引出的空氣向大氣中進行排出。圖3顯示的主要是中間放氣時壓氣機工作點的變化情況：

從上圖中，我們可以了解到如果壓氣機的工作點進入到不穩(wěn)定邊界時，在這種情況之下放氣系統(tǒng)就會打開。而在此時前幾級的容積流量就會出現一定程度上的增加，與之相對應的軸向速度以及流量系數也會隨之出現一定程度上的增加，這樣一來，就可以對因為沖角過大而引起的失速或者發(fā)生喘振的可能性進行有效的消除。當前幾級的工作條件得到改善之后，末級的空氣密度就會出現一定程度上的增加，這樣末級的流動條件也會得到一定程度上的改善。

在實際情況中，當機組在啟動時也有可能進入到喘振工況當中去，為了對其進行有效的避免，我們還在壓氣機的第10級后布置了4個防喘放氣閥。從機組的啟動開始，一直到機組轉速升高到95%額定轉速之前，始終保證這四個防喘放氣閥處于開啟狀態(tài)，而當其處于開啟狀態(tài)之下，燃機的運行線將會遠離壓氣機的喘振邊界線，這樣一來，機組的穩(wěn)定工作狀態(tài)就會得到一定程度上的擴大。當機組轉速超過額定轉速的95%之后，防喘放氣閥就會自動關閉。

4.防喘設備的常見故障及其處理措施分析

一般情況之下，在9E燃氣機的控制系統(tǒng)之中，如果基準開度達到了57°時，且此時如果實際的轉動速度也不低于額定轉速的98%，那么在這種情況之下IGV開度小于52°時的燃機跳閘。而如果IGV實際開度小于基準開度7.5°，延時5SIGV故障報警。IGV實際開度大于基準開度差值7.5°，延時5s跳閘，并發(fā)IGV故障報警。

4.1 IGV動作延遲故障

某燃機發(fā)電廠的燃機在進行啟動的過程之中因為存在著IGV故障，跳閘次數達到4次，具體的故障主要表現如下：當燃氣機啟動并處于升速的過程當中，IGV的開啟十分緩慢，其難以進行連貫的動作，最后會完全停止，停止的區(qū)間大致在40°～50°的范圍之內。因此燃氣機內有達到52°以上，當達到100%額定轉速之后，機組發(fā)生了跳閘現象。

針對這一故障，我們首先對其進行了一定程度上的檢查，檢查的對象主要是液壓油油壓、液壓油濾網和伺服系統(tǒng)及其導葉執(zhí)行機構，在對這幾個方面檢查之后，發(fā)現這幾個裝置均正常。然后我們又進行了手動試驗，試驗結果為啟停IGV工作也正常，但是在液壓缸之內，存在著較為特殊的喘流聲?；谶@一狀況，我們對液壓缸進行了更換，并進行了試驗。在更換之后，IGV導葉開始恢復正常工作，由此我們可以知道，液壓缸是導致IGV導葉難以及時開啟并達到57°的主要原因。

然后我們將更換下來的油缸進行一定程度上的解體，然后對其外觀進行了觀察，發(fā)現在油缸內部的上下兩端存在著一定量的黑色機油，并在其中還尋在著一定的金屬顆粒。同時，活塞表面和缸體內壁拉缸較為嚴重，在其表面存在著很多垂直方向的溝痕，有些較為嚴重溝痕的深度達到了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的過程之中存在著一定程度上的偏心現象。當活塞缸體與活塞桿的磨損出現進一步的加劇之后，金屬顆粒會進入到滑動間隙之中，活塞缸體摩擦力就出出現一定程度上的增加。在這種情況之下，原本存在于高壓側的液壓會繼續(xù)向低壓側進行一定程度上的泄漏，此時液壓作用力就會出現一定程度上的降低。如果此時啟動機組，并在運行的過程之中轉動速度逐漸增加并達到了85%的額定速度，在壓氣機之中已經存在了較大的進氣量，在此時進口導葉存在了較大的風阻力，再加之設備與設備之間的相互摩擦，這些因素綜合起來導致了IGV的開啟動作十分緩慢，嚴重時甚至出現了停止不動的狀況。而在進行手動試驗的過程之中，IGV導葉并不存在著相應的阻力，液壓缸面臨的主要問題主要是對設備與設備之間的摩擦力進行有效克服，因此表現為動作正常。

對于燃機液壓油系統(tǒng)而言，其內部的油主要來自于潤滑油系統(tǒng)，從實際情況來看，在運行的過程之中經常會出現液壓油濾網連續(xù)壓差高的狀況，這就說明油中仍然存在著一定的雜質。目前狀況下，解決這一問題的主要措施是外接濾油系統(tǒng)對其進行定期的濾油，并對潤滑油的油質進行有效的控制。除此之外，為了避免進一步增加液壓缸的負荷，在平時進行檢修的過程之中應當進一步加強檢查并潤滑液缸到可轉導葉間的各個連接桿、連接齒輪，確保其完好且動作可靠。

4.2 防喘放氣閥打開延遲

4.2.1控制閥故障

對于控制防喘放氣閥開關而言，其壓力氣源主要來自于壓氣機的排氣，其這一壓力氣源主要是由排氣缸的底部向外排出的。如果經常對其進行水洗，這樣一來，一些水分會進入到壓力氣源的管道之中，即使其內部設置了隔離閥，但是此時無法完全對隔離閥中管路的積水進行清理干凈，此時電磁閥仍然會受到一定程度上的干擾。對于這一電磁閥而言，其閥芯和閥座套之間的間隙相對較小，因此在經常接觸水分的狀況之下就會出現閥芯、彈簧銹蝕的狀況，這樣一來，就有可能對其正常工作造成一定程度上的影響。在啟動的過程之中，電磁閥關閉只會對壓氣機的效率造成一定程度的影響，而不會影響到喘振。但是，如果是在停機的過程之中，一旦出現了電磁閥延遲動作，就會對防喘放氣閥的打開造成較大程度上的影響，這時燃機的運行線將向壓氣機的喘振邊界線靠近，這是非常危險的。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延遲11S后機組跳閘。

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

為確保防喘放氣閥的動作可靠，可以對其增加儀用空氣系統(tǒng)，利用儀用空氣在開機前對放喘放氣閥進行有效的機械動作試驗，可增加電磁閥和防喘放氣閥在開機過程中動作的可靠性，減少燃氣輪機的啟停過程的喘振，保證機組安全、經濟運行。

4.2.2閥體安裝位置的影響分析

對于燃機而言，它是一種調峰機組，因此它必須具有啟動停止快速的特點，一般情況之下，一日內對燃機進行啟動停止是十分正常的現象，然而在這種情況之下閥門在一定的時間之內溫度變化十分頻繁，其變化速度相對較快。

通常在初始安裝階段燃機放喘放氣閥是安裝在燃機間內，由于燃機間運行中規(guī)定不允許人員進入，因此，不便于運行操作與檢修維護。而在實際情況中，燃氣電廠為了操作與檢修維護方便將防喘放氣閥改裝到燃機間外面，由于閥門內外溫差大，冷卻速度過快，導致閥門動靜間隙過小，動作緩慢，甚至閥門卡死。除此之外，周圍環(huán)境污染對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、傳動機構等就會出現一定程度上的銹蝕，從而對閥門的正常工作造成較大程度的影響。

針對這一問題，目前狀況下采取的主要解決措施：一是個對防喘放氣閥進行有效的保溫；二是在放喘放氣閥周圍設置操作間；這樣，可以有效避免因為外界的氣流直吹而導致閥門冷卻過快和內溫差過大的問題。

5.結束語

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

[1]趙小寧.9E燃氣輪機的壓氣機控制和保護[J].發(fā)電設備.2011(01)

[2]薛恒.軸流式壓氣機逆流問題的初步探討[J].燃氣輪機技術.1992(03)

[3]鄔揚杰.軸流式壓氣機進口導葉滯后角的計算[J].熱能動力工程.1990(05)

[4]瞿虹劍,徐剛,王鑫.V94.3A型燃氣輪機喘振分析[J].上海電力.2011(03)

[5]G、K、賽羅維,P、開瓦納夫,劉占民.軸流式壓氣機級變幾何葉柵的設計研究[J].熱能動力工程.1988(05)

[6]莊肖曾.軸流式壓氣機喘振機理及其防止措施[J].上海電力.1995(05)

[7]金永民.軸流壓氣機?；O計探討[J].熱能動力工程.1988(06)

[8]王太勝.12SGT－SW64壓縮機組加載困難的解決措施[J].柴油機.1995(05)