9F(SGT5-4000F)型燃气轮机防喘放气阀故障原因分析及解决对策

9F（SGT5-4000F）型燃气轮机防喘放气阀故障原因分析及解
决对策
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。

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.。