SolarTaurus70燃汽轮机蜗壳裂纹故障分析及处理

SolarTaurus70燃汽轮机蜗壳裂纹故障分析及处理

权育龙

（中国石油天然气股份有限公司玉门油田分公司水电厂甘肃酒泉735200）

摘要：文章阐明了乍得Ronier油田电站SolarTAURUS70燃气轮机蜗壳发生裂纹的原因，并对原因进行试验性分析，找出了产生裂纹的主要原因，对蜗壳裂纹故障进行处理，杜绝了裂纹的再次发生，为今后类似故障提供了经验和借鉴。

关键词：燃气轮机；蜗壳裂纹；故障

【Abstract】：ThispaperexpoundsthecausesofthecracksintheairinletductofSolarTaurus70gasturbineinronieroilfield，andtheexperimentalanalysisofthecauses，findsthemaincausesofthecracks，andeliminatestherecurrenceofcracks，providingexperienceandreferenceforsimilarfaultsinthefuture.

【Keywords】：gasturbineairinletductcrackfault

0引言

乍得采油厂电站属于孤岛电站，拥有4台SolarTaurus70燃气轮机发电机组，单台额定功率5500kW，总装机容量22000kW。电站自2010年10月投运以来，#2发电机进气蜗壳分别在2012年8月和2013年3月出现不同程度的裂纹，针对此问题进行了实验性分析和测量，找出了主要原因，最终彻底解决了燃气轮机蜗壳裂纹的故障。

1概述

SolarTaurus70燃气涡轮发电机组（图1）由一个轴向流动的燃气发动机、一个发电机和齿轮传动装置，这些部件被安装在一个钢制基础框架上，焊接连接的钢梁和十字部件构成了刚性基础，机组主要部件在刚性基础上呈一字排列，齿轮箱与发动机压气机（空气进口）用花键、螺栓连接。发电机组附件包括启动、燃料、电控、润滑油系统和压缩空气控制空气系统。

空气经由入口被抽吸进入压缩机并被压缩。在燃烧室加入的燃料与压缩空气混合并被点燃。燃烧后，高温燃气膨胀，通过涡轮发动机喷嘴驱动涡轮发动机旋转。之后，空气和燃气通过排气系统排入大气。发动机主要部件包括：进气口（进气蜗壳）、压缩机、压缩机扩散管、环形燃烧室、涡轮透平机、尾气扩散管、尾气聚拢装置。

1.进气蜗壳；

2.燃烧室组件；

3.发动机排气扩散和波纹管组件；

4.发动机组件；

5.发动机压气机组件；

6.减速装置组件；

7.启动器驱动圈；

8.输出驱动轴；

9.润滑油泵驱动圈；

2故障现象及处理经过

2.1首次蜗壳裂纹

进气蜗壳位于发电机组进气涡轮增压器入口，通过发电机组中心轴固定，上部通过软连接与发电机组箱体链接，进气锅壳没有直接与基础连接。进气蜗壳由2mm钢板焊接而成，上面固定有进气压气机水洗管线，水洗管线通过连接与固定在底座的管线连接。

2012年8月12日，操作人员在例行检查时发现#2机组进气蜗壳出现了一条裂纹，裂纹长约178mm，宽约2mm，由于是首次出现该故障，并未引起我们的高度注意，只是采取了对该蜗壳裂纹进行了简单的焊接修补（图2）和对基础底座的二次灌浆，防止地基沉降导致蜗壳倾斜而产生裂纹。

2.2对基础沉降、底座振动及运行情况进行监测

针对蜗壳裂纹，2012年9月、11月分别对基础沉降、底座振动及运行情况进行了跟踪监测，根据现场检测以及运行监视情况，情况如下：

2.2.12根据测量结果未发现发电机基础存在沉降问题，检测结果见表1、表2、表3、表4。

2.2.2根据发电机底座振动测量结果，发电机本身振动传感器记录发电机振动值在正常范围内，且与#1、#3、#4发电机组相差不大，测量结果见表5、表6。

根据实际测定的振动数据分析，加速度A、速度V、位移数值M均在机组正常运行所要求的范围内，且数值较小，不存在振动异常现象。

2.2.3监控#2发电机组运行情况，发现在输出功率1200KW-1400KW区间时，发电机1#轴承振动最大，为50μm，但未达到报警值。

3蜗壳裂纹再次发生

2013年3月20日，操作人员在例行检查时再次发现2#机组进气蜗壳出现裂纹，裂纹有两处，一处在蜗壳加强筋处，另一处在右下面蜗壳棱角处，压气机水洗管线（与蜗壳相连）断裂，见图3、图4、图5、图6。

4故障原因分析

根据蜗壳裂纹的具体位置和故障现象，产生裂纹可能的原因有两个：振动和应力。

4.1发电机主轴与发电机底座振幅和频率不同，发电机主轴振幅和频率均高于发电机底座。进气蜗壳由于固定在发电机主轴上，进气蜗壳的振幅和频率可以认为与主轴一致。

4.2通过2012年9月和2012年11月的监测结果可以看出，发电机底座振动检测值正常，同样发电机主轴振动正常，且不存在基础沉降问题，说明整个发电机基础不是造成进气蜗壳裂纹的根本原因。

4.3发电机在输出功率1200KW-1400KW区间（油田负荷大部分时间洽好位于1200KW-1400KW区间），发电机1#轴承振动最大（进气涡轮非常靠近1#轴承），在输出功率稍大或稍小时均没有这种情况。根据透平的特性分析，很可能在这个输出功率区间发动机进气涡轮有喘振，不过喘振在可以控制的范围内。

4.5压气机水洗管线接头曾两次损坏，分析原因是这个接头为自由端，振幅大，由于两组水洗管线均硬连接到进气蜗壳，振幅和频率相同。

4.4从图3看，加强筋附近出现了裂纹，应力集中是造成裂纹的一个主要原因。这里应该是强度很高的地方，这里的裂纹很明显地显示出这里是一个应力集中点。

综合以上分析，蜗壳应力集中是裂纹产生的主要原因，发电机蜗壳在输出功率1200KW-1400KW区间的振动是次要原因，也是裂纹产生的诱因。

5故障处理

通过上面的分析，我们得出了蜗壳应力集中才是裂纹产生的根本原因，根据现场条件，对#2发电机组蜗壳裂纹处进行了双面焊接修补，裂纹末端钻小孔，不焊死，在经常出现裂纹的部位附近，钻2-3mm小孔，消除应力集中点，防止应力集中，将两组压气机水洗管线接头通过减震卡子连接，消除自由端振动大。

经过以上的故障处理以后，截止现在，#2发电机组蜗壳再未出现过蜗壳裂纹现象和压气机水管线接头断裂现象。

6建议

6.1建议Solar服务工程师检查压气机性能曲线，如果可能，调整压气机性能曲线，降低发电机1#轴承在输出功率1200KW-1400KW区间的振幅。不过，可能的结果是压气机性能曲线在其它工作条件下有变化。

6.2如果无法调整压气机性能曲线或者担心影响其它工况下性能，建议在使用#2发电机组时尽量避开蜗壳的喘振区（1200KW-1400KW）。

参考文献：

【1】SolarTAURUS70operation&maintenanceInstructionsCaterpillarInc

【2】航空工业部科学技术委员会.应力集中系数手册.北京：高等教育出版社，1990

【3】高庆主编.工程断裂力学.重庆：重庆大学出版社，1986

作者简介：权育龙1980.11.20男汉族籍贯：陕西咸阳人学历：大学本科

研究方向：多年来一直从事燃气轮机的运行，维护定检工作

工作单位：中国石油天然气股份有限公司玉门油田分公司水电厂职称：工程师