某增壓站燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)葉片斷裂故障原因分析

王明泉 歐海(中國(guó)石油西南油氣田公司國(guó)際合作事業(yè)部，四川 成都 610051)

某增壓站燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)葉片斷裂故障原因分析

王明泉 歐海(中國(guó)石油西南油氣田公司國(guó)際合作事業(yè)部，四川 成都 610051)

對(duì)某增壓站1#燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)葉片斷裂的故障進(jìn)行原因分析，調(diào)查了故障發(fā)生的經(jīng)過(guò)、運(yùn)行記錄、控制系統(tǒng)記錄、零部件損壞情況，分析了故障原因，該故障與運(yùn)行和維護(hù)操作無(wú)關(guān)。

增壓站;燃?xì)廨啓C(jī);壓氣機(jī);葉片;故障;原因分析

1 機(jī)組情況

某增壓站使用的燃?xì)廨啓C(jī)為美國(guó)SOLAR公司生產(chǎn)的T130型雙軸燃?xì)廨啓C(jī)，該燃?xì)廨啓C(jī)的額定功率為15MW，額定轉(zhuǎn)速11220轉(zhuǎn)/分，14級(jí)軸流式壓氣機(jī)，2級(jí)燃?xì)鉁u輪，2級(jí)動(dòng)力渦輪。該機(jī)組于2009年12月14日投入運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷6 MW-11 MW，故障發(fā)生時(shí)該機(jī)組的負(fù)荷為10.47 MW。截至故障發(fā)生該機(jī)累計(jì)運(yùn)行22835小時(shí)，累計(jì)啟動(dòng)93次。

2 故障描述

2014年11月25日-29日，該站人員配合SOLAR服務(wù)工程師對(duì)1#機(jī)組順利進(jìn)行了8000小時(shí)保養(yǎng)，隨后于11月30日上午9：17啟機(jī)，11：00加載運(yùn)行，2014年12月5日22:36:27，1#機(jī)組突然停機(jī)。至故障時(shí)單次連續(xù)運(yùn)行時(shí)間為133小時(shí)。相關(guān)的報(bào)警列表如下:

表1 ：報(bào)警信息

經(jīng)查閱燃機(jī)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，故障停機(jī)前后該燃機(jī)1、2、3#軸承的振動(dòng)值如下表所示：

表2 ：故障前后軸承的振動(dòng)數(shù)據(jù)

由上表可知，燃機(jī)1、2、3#軸承突發(fā)振動(dòng)，1#軸承的兩個(gè)振動(dòng)值由原來(lái)的11.938μm、9.144μm突發(fā)增大至177.292μm、193.294μm；2#軸承的兩個(gè)振動(dòng)值由原來(lái)的 18.542μm、14.986μm突發(fā)增大至284.988μm、293.878μm；3#軸承的兩個(gè)振動(dòng)值由原來(lái)的15.240μm、13.976μm突發(fā)增大至197.612μm、 232.410μm。

3 燃?xì)廨啓C(jī)損壞情況

2014年12月6日，該站人員與SOLAR服務(wù)工程師共同對(duì)1#機(jī)組進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)：

3.1 燃機(jī)壓氣機(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)生扭曲變形

經(jīng)外觀檢查，該燃機(jī)的壓氣機(jī)第0級(jí)、第1級(jí)、第2級(jí)、第3級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均有變型。第0級(jí)25個(gè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)全部發(fā)生嚴(yán)重扭曲變型，第1級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉有3個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生扭曲變型，第2級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉有5個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生扭曲變型，第3級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉有3個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)生扭曲變型。

3.2 壓氣機(jī)內(nèi)部葉片發(fā)生斷裂及破損

經(jīng)內(nèi)窺檢查，該燃機(jī)壓氣機(jī)內(nèi)部第1級(jí)動(dòng)葉有一副葉片從根部發(fā)生斷裂掉落，除進(jìn)氣導(dǎo)葉及第0級(jí)動(dòng)葉完好，壓氣機(jī)內(nèi)部其他導(dǎo)葉均發(fā)生不同程度的損壞。

圖1 ：內(nèi)窺檢查壓氣機(jī)內(nèi)部損壞情況

4 脫落葉片斷口特征及分析

為查證壓氣機(jī)葉片斷裂的原因，該機(jī)組運(yùn)回到美國(guó)德克薩斯州的SOLAR迪索托大修工廠進(jìn)行拆解，查找并分析葉片斷裂的原因。在大修工廠見(jiàn)證了1#機(jī)組的拆解過(guò)程，并初步分析了葉片斷裂的原因。

4.1 拆解外觀檢查

在大修工廠經(jīng)拆解外觀檢查，該燃機(jī)壓氣機(jī)進(jìn)氣可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉（IGV）葉片完好，第0機(jī)動(dòng)葉完好，第0級(jí)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉進(jìn)氣端葉片完好，第一級(jí)動(dòng)葉有一個(gè)葉片從根部斷裂脫落，其他動(dòng)葉和靜葉均有不同程度的損壞，由于IGV和第0級(jí)動(dòng)葉完好，排除了異物從壓氣機(jī)入口進(jìn)入壓氣機(jī)內(nèi)部造成壓氣機(jī)葉片斷裂的問(wèn)題。

4.2 壓氣機(jī)葉片斷口宏觀特征

圖2 ：壓氣機(jī)第一級(jí)動(dòng)葉斷口圖

葉片的斷口顏色呈黑色，葉片的裂紋是從葉片受壓側(cè)與楔形榫頭的接觸面開(kāi)始，位置略低于在葉片后緣附近的過(guò)渡半徑，從殘留的金屬破裂面看上去，葉片的斷裂是一個(gè)延展性破壞，裂紋特征為貝殼狀裂紋。初步分析該壓氣機(jī)第1級(jí)動(dòng)葉葉片斷裂的原因?yàn)椋孩賶簹鈾C(jī)葉片制造存在缺陷；②壓氣機(jī)設(shè)計(jì)存在缺陷。

5 故障原因分析

由于宏觀無(wú)法準(zhǔn)確分析出葉片斷裂的具體原因，SOLAR將整個(gè)壓氣機(jī)的動(dòng)葉和已脫落的葉片送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬和材料晶相分析。經(jīng)SOLAR廠家分析，該燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)第一級(jí)動(dòng)葉斷裂的原因?yàn)椋?/p>

（1）故障起因于燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)第一級(jí)動(dòng)葉葉片。

（2）斷裂葉片的裂紋是從葉片受壓側(cè)與楔形榫頭的接觸面開(kāi)始，位置略低于在葉片后緣附近的過(guò)渡半徑，裂紋從楔形榫頭開(kāi)始沿著半徑方向擴(kuò)展，裂紋擴(kuò)展到與葉片交接部位，運(yùn)行中的葉片承受不了較高的應(yīng)力，迫使裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，最終致使葉片破裂脫落。

（3）已斷裂的壓氣機(jī)葉片由不銹鋼鍛造而成，和楔形榫頭是一個(gè)整體，葉片表面涂有固體潤(rùn)滑劑，在制造工藝和硬度方面沒(méi)有問(wèn)題。

（4）第一級(jí)動(dòng)葉斷裂屬于磨蝕疲勞。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）故障發(fā)生前該機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，且在增壓站操作規(guī)程和SOLAR燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行規(guī)定的范圍內(nèi)運(yùn)行，該故障與運(yùn)行操作無(wú)關(guān)。

（2）故障發(fā)生前SOLAR廠家工程師進(jìn)行過(guò)2次現(xiàn)8000小時(shí)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)服務(wù)，均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；且增壓站日常維護(hù)保養(yǎng)嚴(yán)格按照SOLAR維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程進(jìn)行，該故障與現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)無(wú)關(guān)。

（3）經(jīng)SOLAR廠家分析，該燃機(jī)壓氣機(jī)葉片斷裂的性質(zhì)為磨蝕疲勞。SOLAR已經(jīng)在設(shè)計(jì)和加工制造方面提高了壓氣機(jī)葉片的磨蝕疲勞強(qiáng)度，并且在2013年6月開(kāi)始，對(duì)新生產(chǎn)和大修的T130雙軸燃機(jī)動(dòng)葉均使用了改善后的產(chǎn)品。

（4）由于該故障是SOLAR廠家設(shè)計(jì)缺陷造成，SOLAR公司賠償了本次故障的直接經(jīng)濟(jì)損失，建議盡快啟動(dòng)即將到大修時(shí)間的機(jī)組大修工作，并承諾免費(fèi)更換其它機(jī)組的壓氣機(jī)的葉片。

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

[2]朱寶田，等.某電廠3#燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)葉片故障的原因分析.熱力透平.2007，36（1）：67～70.

[3]增壓站給SOLAR公司的故障報(bào)告。2014年12月.