【精品】燃气轮机气路故障及其诊断技术研究

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1、燃气轮机气路故障及其诊断技术研究2」发动机性能蜕化在发动机幣个寿命周期内，出现与发动机性能蜕化相关的故障在所难免。发动机件能蜕化址指燃气轮机的性能参数偽离早准值或设计值。发动机的件能哀减可以通过脸视耗汕率(sfc)、EGT和功率输出等性能参数来观测。如图2.1所示,图中横坐标为发动机运行时间,纵坐标是耗油率相对F初始状态的增加址。发动机的性能衰减会导致功率输出或推力的减少以及耗汕率的増加，从而影响到燃气轮机的运营成本和发动机使用寿命。典型的发妙机热力霸环寺伤怖时间图2.1性能蜕化YS•便用时间宙图2」我们可以发现，发动机件能变化可以大致分成两个时间段，短期蜕化和长期蜕化。显然,性能蜕

2、化并非随使用时何线性变化•当发动机刚开始投入使用时，短期蛻化随Z迅速发生。这是山「•发动机的灰转部件和非旋转部件创的辭介所致。曲叶尖间隙磨介建立葫・发动机的性能衰减进入慢性变化期.并随着氏期的使用不断积累-发动机性能可以通过发动机大修得到部分恢复。发动机的辻能蜕化是由于弘种类型的发动机部件故障所致"卞要的发动机部件包括了压气机、燃烧室和涡轮。发动机气路故障就足发动机化其使用寿命内发生在发动机各气路部件卜•的各种故障。发动机的性能蜕化根源可以追踪到部件级故障。以卜「部分将介绍典熨的燃气轮机气路故障类熨及比对总体件能的影响.2.1.1燃气轮机气路故障本小节主要分析各类典型气路故障及其症状

3、。这样有助于我们了解气路故障的发生机制，开发气路故障诊断系统。⑴污垢压气机污垢可以定义为由于空气内的污染物导致压气机翼型和坏形底部表面粘结大量微粒物厲。由丁•燃气涡轮发动机工作时吸入大量连续的空气流，因而污垢是十分常见的气路故障。据分析，超过70%的整体发动机性能衰减都与压气机污垢有关卜化压气机污垢会导致压气机增压比、效率和喘振裕度的减少，还可能进一步诱发叶片表面的腐蚀和侵蚀以及转子不平衡I化这些粘积物不仅导致压气机本身性能的蜕化，而且间接地彩响J'发动机总体性能，比如耗油率、EGT和发动机排放物〔讥典型的压气机污垢会导致大约3%的通流能力和1%的压气机效率的减少〔％文献［5］中，B

4、ouris等人建立了基F能量守恒的粘积物模型，分析了堆积形成机制口通过数虽分析方法•该文献得出结论：翼型前缘有较高的堆积率，紊流的干扰是下游叶片表面堆积物形成的主要原因。同样，涡轮的叶片嘿•熨表血也可能会粘结燃油燃烧余尿，而导致涡轮污垢。但是涡轮污垢不像压气机污垢那么经常岀现压气机洁洗是去处压气机污垢，部分恢复发动机性能的主要方法。燃气轮机的清洗方法包括了浓缩清洗剂、注入诸如谷壳的固体颗粒物和清水清洗。文献［4］中，Mund等人分析了燃气轮机压气机清洗的发展历程并总结在线清洗系统主要设计参数。(2)侵蚀侵蚀是由于坚硕的小固体颗粒撞击在气路部件而致的翼型和封严我面物祛除在许多地区，空气

5、中都存在微小固体颗粒，凶而燃气轮机经常发生侵蚀现侵蚀会增加气路表面粗糙度，增加叶尖间限和破坏了光滑的翼型丽缘°研究表明表血粗糙度过大会严匝影响燃气轮机的性能I叫为了研究叶片侵蚀带来的彩响，文献［7］建立基于压气机性能仿真模型。如图2,2所示，叶片侵蚀会对压气机等爛效率仃极其明显的影响.1佃对增压比的影响相对小一些口在涡轮，侵蚀会增加涡轮增压器通流面积。典型的涡轮侵蚀会导致通流能力提高2%效率降低光滑粗槿尖瞎损oooO绝热效率7.08.09.010.011.0空气流量(k"O图2.2表面粗检度和叶尖侵逆对等癇效率的影咆.二10皿⑶腐蚀腐蚀足一种由于眾蘇在腐蚀环境而导致的故障类型。在燃

6、气涡轮发动机中,山于发动机入口空气含有污染物或燃油中的硫化物引起的化学反应会导致7路祁件的表血材料不断脱落“湿腐蚀的发生是由尸压气机灵型表血q潮湿空气、盐和酸性物质以及空气中口，能含有的电抗性气体等化学反应山。压气机的腐蚀会＜致材料特性的衰减，増加翼型表面的粗糙度，并啟终导致通流能力和等埔效率的降低-热腐蚀是一种严电的燃气涡轮发动机故障•它可以定义为一种由于燃油燃饶后的®化堆积物对翼型涂层的破坏导致的快速性腐蚀国。热腐蚀可以分为两类：髙温热腐蚀和低温热腐蚀。岛温热腐蚀会引起急速的农而材料的脱离。典型的涡轮腐蚀会导致通流能力的增加和等爛效率的减少山。通常在压气机和涡轮采用涂层和选择合适

7、的结构化合金是有效控制腐蚀的方法w(4)叶尖间隙増加压气机和涡轮都会发生叶尖磨损。发动机旋转部件和非转动部件间的间隙一般设计在很小的范围内,以尽屋减少旋转叶片的效率损失。全新的或大修后的发动机会在试车中建立合适的叶尖间隙，该何際任以后的运行中般会垂本保持不变。涡轮叶尖封严睛损通常会在发动机丿川减速过程中发生。叶尖间隙的增加会片致逃逸气流的增多，从而严重影峋发动机部件效率、压气机通流能力和增压比。对压气机叶尖间隙的增加研究发现•叶尖间隙从1%叶片弦长变为3.