燃气轮机涡轮出口温度受感部故障分析与改进设计

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1、第37卷第5期航空发动机V01．37No．52011年10月Aeroengine0ct．2011燃气轮机涡轮出口温度受感部故障分析与改进设计闫久坤(中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳110015)摘要：详细介绍了某型燃气轮机低压涡轮出口温度受感部设计、技术改进和随机验证等情况。通过对受感部的内部结构、故障、使用环境等进行分析，给出了影响受感部寿命的重要因素，并提出燃气轮机长寿命受感部的改进设计方法。结果表明：改进设计的低压涡轮出口受感部的使用寿命由原几十小时延长至上万小时。关键词：燃气轮机；涡轮出口温度；测试；受感部设计；故障分析；使用寿命Fa

2、ilureAnalysisandImprovedDesignofTurbineOutletTemperatureProbeforGasTurbineYANjiu——kun闫久坤(1957)，女，自然科学研究员，从事航空发动机气动参数测试工作。(AVICShenyangAeroengineResearchInstitute，Shenyang110015，China)收稿日期：2011—03—04Abstract：Thedesign．technologyimprovementandrandomvalidationoftheLPrroutlettem

3、peratureprobeforagasturbinewereintroducedindetail．Thekeyfactorthataffecttheprobelifewasobtainedbyanalyzingtheinternalstructure，failureandambient，eta1．Theimproveddesignmethodoflonglifeprobeforgasturbinewasproposed．TheresultsshowthatthelifeofLPToutletprobecanbeimprovedfromdoze

4、nsofhourstoabouttenthousandhours．Keywords：gasturbine；turbineoutlettemperature；test；probedesign；failureanalysis；life取得良好效果，在探针防腐、防爆、防溅射、耐高温以及0弓l言响应等方面的性能和可靠性显著提高。使用寿命延长监视涡轮出口温度受感部的寿命和测试数据的可至上万小时，实现了长寿命乃受感部的设计目标。靠度是燃气轮机正常运行的技术保证。某型燃气轮机1原设计方案和故障现象低压涡轮出口安装了8支受感部(以下称受感部)，用于监测该截面总

5、温，间接反映主机涡轮前温度。乃根据测温范围和测试精度等要求，选定感温元件受感部一旦出现异常，燃气轮机轻则遭受临时报警为镍铬一镍硅K型热电偶。受感部由感温元件、外部停车和机械损伤，严重时将造成电网壅塞，并引发事壳体、安装座、尾部引出线构成，头部采用带罩开式结故。因此，研制可适应于长期监测要求的长寿命构，如图1所示。受感部是某型燃气轮机的主要设计目标之一，其技术难点在于达到受感部的热电特性、机械特性等的长期稳定性指标。首批装机的受感部在使用中先后出现偶丝断开等故障，其寿命仅为几十小时。经模拟试验和资料分析查明，发生该故障的主要原因是镍铬一镍硅受感部

6、存在“硫蚀”问题。采用铠装、变径、受感部自成体系、冷端远置等技术措施后，全新结构的受感部装机应用图1受感部原设计方案结构航空发动机第37卷按原方案设计加工的巧受感部，大部分在使用试样；在断点处取样。一段时间后出现示值大幅跳动，使用中故障频发；经(3)分析结果：在断点处、完好测量端、断开测量停车重新起动后可能恢复正常，但使用不久仍会出现端取样的分析结果分别见表13。同样问题，直至最终失效。对热电偶进行外观检查，发表1偶丝断点附近表面成分％现其导通电阻不一致，有的导通电阻正常，有的为开路；此外没发现任何异常。2故障分析与模拟试验研究2．1初步故障分

7、析和分解检查元素0SiMoSCrFeMnC0Ni根据故障现象，初步分析热电偶故障主要是质量分数25．740．820．450．125．711．25O．541．1064．36因其回路中存在断点而引起的。一般断点出现在温度较高的测量端；然而，热电偶失效时，其外观状态正常，测量端完好，并未发现断开或损坏痕迹。在对6支出现故障的热电偶进行检查时，其中的5支测量端连接牢固，仅有1支在测量端处损坏。对此，初步判断热电偶故障并非温度过高所致。根据上述结果，作出以下推断：为查明内部故障点，对5支失效的热电偶进行了(1)测量端断开与氧化有关。从分析结果看，无论分解

8、剖析。结果表明，不论是否有导通电阻，热电偶均测量端是否烧断，偶丝表面附着物中硫的质量分数分在安装座附近断开(图1中的A处)，且均在热电偶别为O．12和