9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片分析

唐洪生

摘要 9E型燃氣輪機壓氣機是目前燃氣機領域比較先進的設備，其在實際應用中給企業帶來了一定效益。然而9E型燃氣輪機壓氣機畢竟是機器，其在運轉過程中總會出現一些問題，特別是燃氣輪機壓氣機葉片的斷裂問題。一旦出現葉片問題就會影響9E型燃氣輪機壓氣機正常運行。為了保證9E型燃氣輪機壓氣機正常運行，就應該對其葉片斷裂原因進行分析。本文主要從9E型燃氣輪機壓氣機故障、9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片進行分析兩方面出發，對9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片進行分析。

關鍵詞 9E型；燃氣輪機壓氣機；斷葉片

中圖分類號TK261 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2012）67-0046-02

葉片作為燃氣輪機壓氣機重要零件，其質量如何直接影響燃氣輪機整體功能發揮和使用安全。畢竟燃氣輪機機片對自身材料特征、形狀特點、尺寸要求長度及流體動力學特性等要求較高。但因葉片是受使用壽命限制的，其在長期運行過程中會有一定破損，甚至產生一些裂紋。即便是美國GE公司的9E型燃氣輪機壓氣機是比較先進的設備，但是其葉片在長期運行過程中也難免受到一些損傷，而使其不能更好的發揮其作用。如何更好的對9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片進行相應分析，已經成為相關部門值得思索的事情。

1 9E型燃氣輪機壓氣機故障

某電廠9E型燃氣輪機壓氣機在實際運行過程中，其軸承監測顯示其速度在增加，經過一段觀察之后，發現增加的幅度與美國GE公司設定的報警值還有一定距離，且機組能持續運行，因此，并未采取相應措施。然而隨著機組持續運行，突然發出報警信息，燃氣機組也因排氣超溫而自動跳閘，發電機短路跳閘、高振動跳閘停機。所有跳閘前后時間與正常停機惰走時間一致的，其惰走之后為正常盤車。為了弄清其原因，工作人員對燃燒室進行了檢驗，然而在啟動燃燒室中的排放管線的時候失敗，卻發現燃燒室內存有一些塊狀金屬物，將火嘴拆開檢查后，發現葉片殘塊。再對其進行目視檢查時，發現壓氣機第1~15級葉片處于完好狀態，但是在對第1~16級頁頂及各級動葉進行檢查的時候，卻發現其內缸中有明顯的擦痕，對第16級葉片檢查時，也出現了不同程度的擦痕。當對缸體內第17級葉片進行檢查的時候，發現其靜葉片受損且情況嚴重，甚至在壓氣機下缸體內發現散落的葉片殘塊。在對其進行進一步檢查的時候，發現一些葉片的斷口已有呈明顯的斷口特征，且通過肉眼就能分辨出疲勞源點、疲勞裂紋擴展和失穩斷裂區，一些斷口因疲勞源相對較多，可以發現疲勞擴展區表面比較粗糙。此外，在未斷裂脫落動葉片中，也可以在其根背部發現裂紋。

2 9E型燃氣輪機壓氣機斷葉片進行分析

2.1 燃氣輪機壓氣機葉片損壞原因

燃氣輪機壓氣機葉片損壞原因很多，其中振動是主要因素。葉片振動損壞一般分為強迫振動損壞和顫動損壞。而不管是強迫振動損壞，還是顫動損壞，其都與振動力、頻率陣型和振幅有關系。對于氣壓機來說，其氣流振動力是有周期性的，但是其只有在激振力頻率和葉片頻率一致情況下，葉片才會產生共振。在級內葉片中，頻率是分散的。當振激發生時，則會產生與同一個級別內一個或者是幾個葉片相一致的頻率，強迫振動損壞的產生就是由于這種激振頻率過大而產生的。通常情況下，在一級葉片中，只有一個或者幾個小的葉片會產生較大 的強迫振動，但是不會出現相同位置和共同振動的情況，因此，一般情況下共振疲勞故障只會在少數的葉片上出現。振幅的能量通常是來自于葉片的激振，而激振的幅度一般是固定的，所以葉片的振幅一般會保持一個固定的數值，不會發生變化，并且形成恒定的振幅。強迫振動所產生的疲勞特征則主要是由于高度的疲勞而造成葉片受損，以葉片端口的疲勞狹窄為主要的表現，在氣流振動力的作用下，不需要脈動則能夠形成顫振，也就是說，只有在氣動條件下，才能夠產生顫振并且對葉片造成損壞。顫振是以振形固有頻率基礎上進行振動的，其振動與否與轉速倍頻無太大聯系，只有在60%~80%速倍頻下，才會發生葉片顫振。而顫振的振幅需要在積蓄達到一定程度的情況下，才能夠造成振幅的發散，并且使振幅應力不斷的擴大，造成葉片疲勞受損。在有些特定的情況下，同一級的葉片在收到振型、頻率會同時發生顫振，但是葉片的振幅卻不是完全一致的，因此這種情況下也可能造成葉片的斷裂。

2.2 對9E型燃氣輪機壓氣機故障原因進行分析

從上面敘述中可以看出本次故障源為第17級動葉片，其性質為振動疲勞斷裂。檢查中發現17級動葉片斷裂斷口特征、裂紋源部位相同，且不同葉片疲勞裂紋擴展也相同，其葉片斷裂口一般應力疲勞斷口，這就說明受力狀況基本相同，其斷裂性質也相同。因第17級動葉片中的多數葉片屬于同時疲勞斷裂，其斷口疲勞源點較多，穿晶裂紋、疲勞擴展區相對粗糙，使得斷裂脫落動葉片根部易產生疲勞裂紋。因此，9E型燃氣輪機壓氣機在振動疲勞斷裂和顫振斷裂中，第17級葉片斷裂原因為顫振的可能性較大。

3 結論

壓氣機作為燃氣輪機重要部件之一，其在燃氣輪機運行過程中有重要作用。其效率是可以作為燃氣輪機性能參數的，其安全性能如何也與壓氣機有一定關系。而葉片作為氣壓機重要組成部分，其對燃氣輪機能否正常運行也是有一定關系的。隨著9E型燃氣輪機在企業中的使用，人們開始關注氣壓機使用安全和壽命問題，畢竟燃氣機在長期運行過程中，氣壓機葉片易受損，甚至產生裂紋，進而影響其正常工作。在這種情況下，就應該對影響壓氣機壽命和安全的問題進行分析，以便更好的解決9E型燃氣輪機斷葉片問題。

參考文獻

[1]王旭，潘宏偉，周業忠，劉正發.某燃氣輪機壓氣機葉尖間隙的分析[J].振動工程學報，2004，17(1).

[2]賈娜，李嘉祿.不同溫度下復合材料彎曲性能的研究進展[J].天津工業大學學報，2011(4).

[3]崔雄華，朱寶田，劉樹濤，唐麗英，王彩俠.某燃氣輪機壓氣機Ⅰ級葉片斷裂失效分析[J]，2006，1(3).

[4]劉正宇.淺談GE燃氣輪機壓氣機葉片的腐蝕問題[J].燃氣輪機發電技術，2006，10.

[5]朱寶田，肖俊鋒，祁文玉.某電廠3號燃氣輪機壓氣機葉片故障的原因分析[J].熱力透平，2007，1(3).