摘要：燃气轮机是天然气和电力行业生产中重要设备，具有结构紧凑、运行安全、热效率高以及污染少等优点。但是其在运行过程中会受外界因素影响，导致设备在运行时出现喘振故障，对设备性能与安全造成影响。
关键词：燃气轮机；放气阀；故障
1 防喘放气阀简介
9F（SGT5-4000F）型燃气轮机由德国西门子公司制造，为重载、单轴、快装式机组，轴流式压气机从外界吸入空气并使之增压，同时空气温度也相应升高，压送到燃烧室的空气与燃料喷嘴喷入的经处理过的天然气混合、燃烧，产生高温高压的气体进入透平做功。压气机在运行过程中，当进入压气机的空气容积流量减少到某一个数值后，压气机就不能稳定工作，这时压气机中的空气会强烈的脉动，压比也会随之上下波动，同时还伴有低频、狂风般的怒吼声，使压气机产生比较剧烈的振动，这种现象就是喘振。为避免喘振现象发生，9F型燃机除了采用可转导叶外，还在压气机第9级、第13级后各布置有2个防喘放气阀，分别从压气机第9级、第13级抽气排入燃气轮机扩压段。这些阀门通过控制逻辑自动打开和关闭。机组启动时，三通电磁阀处于失电状态，防喘阀全开，当机组转速超过额定转速的95%且并网成功后，防喘放气阀立即关闭。当防喘放气阀打开时，燃机的运行线将远离压气机的喘振边界线，扩大了机组的稳定工作范围。
2 9F燃机的喘振分析
对于9F燃机的工作展开状态过程，首先轴流式压气机需要展开对于外界空气的吸收，吸进空气从而增加其内部的压力环境，进一步实现其内部空气温度的提升。在这样的环境之下，压送到燃烧室的空气与喷嘴中的天然气进行混合，并且实现燃烧过程，形成温度与压力均相对较高的燃气，最终通过涡轮机膨胀做功。
在9F燃机的整个工作过程中，天然气和空气的各自比重和混合状况，直接影响到其整体工作的稳定性。而容易发生状况的环节在于进入到压气机中的空气流量是否稳定并且能够实现燃气的稳定和充分的燃烧。如果空气总量有所降低，则当降低到一定水平的时候，必然会造成整个压气机工作的不平衡状态，从而进一步形成压气机内部环境空气的强烈脉动，并且触发空气压力的剧烈变化，导致压气机产生相对剧烈的振动，即形成压气机喘振。
防喘是9F燃机系统的重要任务，直接关系到燃气机运行的稳定特征。从喘振的形成因素看，主要存在两个方面需要引起重视的问题。首先在于旋转导叶自身动作存在延迟，其次则在于防喘导叶的防喘放气阀打开延迟。这两类故障同样都会造成机组跳闸等问题的发生，在实际工作中必须引起重视。在具体的调整过程中，进一步应当切实展开两个方面的调整措施，加强压气机防喘效果。其一在于展开对于IGV的合理设置，即通过对压气机中的IGV进行有效设计，来实现对于叶片角度的影响。通常来说，当叶片以低速转动时，前几级会出现相对过大的正冲角，此时对导叶角度进行调整，就可以促使叶栅进口的绝对速度流入角随之减小，从而实现对于偏离设计值的正冲角的偏大问题进行消除。此外，放气的有效实现，对于9F燃机系统的防喘同样有着积极价值。在9F燃机体系中的放气，指多级轴流式压气机通流部分中间截面将空气实现引出和排出。在压气机从稳定状态进入到不稳定状态的过程中，放气系统即会开启，前几级的容积流量就会出现增加，对应的轴向速度以及流量系数同样会有所增加，这种变化可以对因为冲角过大而引起的失速或者发生喘振状况有所消除。因此放气同样是9F燃机体系环境中防喘工作的重要实践方式之一。
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3 燃气轮机喘振故障原因分析
3.1 机组偏离设计工况
在压气机中出现不稳定的喘振现象，主要是因为在压气机在启动和停止的过程中，气体流量减小到一定程度时，继而发生了气流的脱离现象而引起旋转失速，当气体体积流量持续减少时，旋转失速加剧从而引发了不稳定的喘振现象。
3.2 防喘放气阀未打开
防止喘振的主要方法为在压气机在启动和停止的过程中，压气机内部空气的空气流量和压力的变化幅度较大，用防喘阀通过对压气机进出口气流量的调节，从而防止喘振的发生。然而在防喘阀失灵、空气流量和压力变化较大，喘振现象也会有发生的可能。现实工作经常性的维护与巡视，可以有效的避免喘振发生。
3.3 气流通道堵塞
由于气流中杂质长期累积导致气流通道内结垢堵塞，从而导致了气体流动阻力增加，引起了体积流量减少，从而容易发生喘振的故障。现实中主要有以下情况会发生堵塞现象，即空气过滤器堵塞，叶片表面产生杂质等。
4 防范措施
（1）对磁性开关本身的预制线、送至控制系统导线的线头做好接线柱，接线柱采用耐高温材质，从而防止接线端子上因螺丝直接压在导线上由于紧力过紧、振动等原因造成导线断裂。对开关本身的预制线、送至控制系统电缆开出来的导线部分套上耐高温套管，避免了因高温导致导线绝缘降低、检修维护拆接线导致导线外皮破损从而致使短路、接地情况的发生。并修改逻辑，把当机组正常运行时，任一个防喘阀位置错误（开、关信号均未置“1”）触发减负荷L70L信号这一条件去除（在机组正常运行时，防喘阀应在关闭位置，关信号置“1”，开信号置“0”，如果开关故障、接线断裂等原因都会使得关信号置“0”，而实际阀门是在关闭位置，使得保护误动作，触发减负荷信号），保留任一防喘阀打开（开信号置“1”，关信号置“0”）触发减负荷L70L信号；（2）利用机组检修、停机消缺机会对防喘阀进行校验，检查电磁阀动作是否灵活，阀门开关时间是否满足要求，有无卡涩漏气现象，检查过滤减压阀、管路接头有无漏气，对接头进行紧固，做好电磁阀的使用周期、更换记录，对使用年限较长、有老化现象的电磁阀进行更换；（3）利用燃机启停频繁、停机时间较多的特点，定期到现场对反馈装置进行检查。打开盖子对固定磁性开关的压板进行检查，对固定螺丝加装弹簧垫圈并紧固，对接线端子上的接线螺丝进行紧固；（4）对于排气扩压间温度高的影响，可以开两台冷却风机来加强冷却。同时可以在反馈装置上加装压缩空气连续吹扫冷却装置。即在杂用气管道上取一路气源，加装阀门、过滤减压阀，敷设气源管路到每一个反馈装置的端盖上，在端盖底部开两个孔，一个用于连接气源管，另一个用于空气的流通和端盖底部冷凝水的排出。根据气源管路的粗细、管道的长度调整好气源压力，使压缩空气对每一个反馈装置进行连续吹扫冷却，从而降低磁性开关的工作温度，延长了开关的使用寿命，确保了机组安全稳定地运行；（5）由于防喘阀工作的空间温度较高，阀门、气缸的机械部分也容易发生故障。在机组检修、停机消缺期间热工维护人员会同机务人员定期对防喘阀进行校验，到现场查看防喘阀的动作情况，一旦发现阀门卡涩、气缸漏气、开关动作迟缓等现象及时进行处理，把事故扼制在萌芽状态。
5 结语
通过以上所采取的防范措施，有效避免了由于各种因素所导致的防喘阀的故障情况，延长了位置反馈装置的使用寿命，确保了防喘阀动作的可靠性和开关位置的准确性，避免了保护误动作，从而保证了机组的安全稳定运行。
参考文献：
[1]朱俊.9FA型燃气轮机燃料管清吹阀故障原因及对策分析[J].无线互联科技，2017.
[2] 张亚飞，张巍.燃气轮机喘振故障诊断方法研究[J].华东电力，2013，02：475-477.
论文作者:刘鑫
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：空气论文; 燃气轮机论文; 机组论文; 气阀论文; 发生论文; 流量论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第1期论文;