近年來我國沿海鉆井平臺使用的不同型號的燃?xì)廨啓C(jī)曾發(fā)生葉片斷裂事故，造成嚴(yán)重?fù)p失。為了更好解決燃?xì)廨啓C(jī)葉片斷裂的分析、預(yù)防與維護(hù)等問題，在應(yīng)用裂紋分析技術(shù)及斷口分析技術(shù)進(jìn)行葉片失效分析的基礎(chǔ)上，建立燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹，運(yùn)用故障樹定性分析原理，對葉片進(jìn)行故障根本原因推理，結(jié)合失效分析與故障原因分析所得的結(jié)論，提出了針對性的預(yù)防維護(hù)建議。將此方案成功應(yīng)用于工程實(shí)踐，對于燃?xì)廨啓C(jī)葉片的安全可靠運(yùn)行提供良好的保障。

1、前言

　　葉片作為燃?xì)廨啓C(jī)的重要部件，在運(yùn)行過程中負(fù)載情況復(fù)雜，具有轉(zhuǎn)速高，溫度高的運(yùn)行特點(diǎn)，工作條件惡劣。長期運(yùn)行的葉片，會出現(xiàn)不同程度的裂紋，最終葉片斷裂會對整個機(jī)組的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的威脅。據(jù)安聯(lián)公司統(tǒng)計，葉片失效事故的發(fā)生率占燃?xì)廨啓C(jī)總事故率的比重高達(dá)42%。所以對于海上平臺燃?xì)廨啓C(jī)葉片健康性研究有著重要的意義。真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.healwit.com.cn/)認(rèn)為迫切需要提出一個能夠分析葉片失效機(jī)理、推理故障原因并制定預(yù)防維護(hù)建議的整體方案，來協(xié)助海上平臺的工程師們解決燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障問題。

　　本文提出一種基于失效分析法與故障樹分析法相結(jié)合的研究方案。對國內(nèi)外燃?xì)廨啓C(jī)葉片失效資料進(jìn)行搜集并總結(jié)歸納特征，研究分析葉片失效的典型案例，應(yīng)用故障樹分析法(FTA)，建立燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹。在應(yīng)用裂紋分析技術(shù)及斷口分析技術(shù)進(jìn)行葉片失效分析的基礎(chǔ)上，充分利用失效分析得出的葉片失效機(jī)理及直接原因，結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹，進(jìn)行故障根本原因推理及分析，最終提出有效預(yù)防及維護(hù)建議。

　　針對海上平臺某型號的燃?xì)廨啓C(jī)多次發(fā)生的葉片斷裂故障，將此方案應(yīng)用于現(xiàn)場葉片失效分析及故障原因分析研究，為燃?xì)廨啓C(jī)的健康性運(yùn)行提供了保障。具有較強(qiáng)的工程實(shí)踐價值。

2、燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹的建立

　　故障樹分析法(FTA)是從分析失效因果關(guān)系中的頂事件開始直至底事件，由結(jié)果到原因、自上而下進(jìn)行。一個故障樹就是一個邏輯圖，該邏輯圖描繪了事件之間發(fā)生的次序。故障樹法是對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析的有效工具，分析的目的在于判明基本故障，以此確定故障的原因。

　　葉片故障的失效模式包括振動、疲勞、異物損傷、腐蝕、侵蝕、硫化、磨損和蠕變等。盡管使用成熟可靠的設(shè)計工具，葉片故障仍然普遍存在于壓氣機(jī)和渦輪機(jī)。通過對燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障失效模式的分析研究，同時結(jié)合燃?xì)廨啓C(jī)中其他相關(guān)組件或系統(tǒng)狀態(tài)與對片狀態(tài)的影響，以美國燃?xì)廨啓C(jī)葉片專家Meher-Homji對于20年內(nèi)重型工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)和航改型燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障的數(shù)據(jù)統(tǒng)計及典型案例為依據(jù)，運(yùn)用故障診斷邏輯性原理建立燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹，如圖1，2所示。

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹1

圖2 燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹2

　　本燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹對葉片疲勞故障、葉片脆變故障、葉片熱氣侵蝕故障、葉片沖蝕/磨損故障、葉片受環(huán)境沖擊故障、葉片的蠕變損壞故障、葉片綜合機(jī)械故障及燃料燃燒系統(tǒng)故障等8種典型故障模式進(jìn)行詳細(xì)研究，分析故障機(jī)理，還原故障形成過程，推斷故障根本原因，共考慮到54個底事件，即引起葉片故障的可能根本原因，如表1所示。

表1 燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹基本事件

4、葉片安全性維護(hù)建議

　　這類燃?xì)廨啓C(jī)一級渦輪葉片的斷裂故障，通過基于失效分析與故障樹分析所得的失效機(jī)理及故障根本原因，可知實(shí)例中的葉片斷裂故障是諸多因素聯(lián)合作用的結(jié)果。基于此結(jié)論對其他運(yùn)行狀態(tài)下的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組提出以下維護(hù)建議:

　　(1)由于葉片在非正常工況條件下工作時易產(chǎn)生疲勞失效，為保證工作環(huán)境的質(zhì)量，首先必須確保工作燃料有可靠的質(zhì)量，既避免燃料中混有腐蝕性雜質(zhì)，并且保證了燃燒溫度控制在正常范圍內(nèi)，不發(fā)生超溫，這就要求對進(jìn)入燃燒系統(tǒng)的燃料進(jìn)行檢測或處理，并通過監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)控工作溫度。其次，減少滿載緊急停車的次數(shù)，從而減小熱端部件的不均勻膨脹。

　　(2)對于葉片由于轉(zhuǎn)子和靜子部件之間或密封處的徑向和軸向磨損造成的葉尖及葉片表面磨損，可以在葉尖定時測量的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)葉尖間隙的主動控制，及時調(diào)整葉尖間隙，使其穩(wěn)定在最佳間隙范圍內(nèi)。

　　(3)對于高溫氧化及硫化作用下引起葉片熱腐蝕，與冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行有著密切的關(guān)系，通過對冷卻通道的定期清潔，避免阻塞，對于散熱孔進(jìn)行定期維護(hù)，避免散熱孔變形及沉積物的阻塞，可防止超高溫環(huán)境的出現(xiàn)。

5、結(jié)語

　　本文在對燃?xì)廨啓C(jī)斷裂葉片進(jìn)行失效分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用故障樹分析法對故障葉片進(jìn)行故障根本原因分析研究，通過計算燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障樹的最小割集，結(jié)合失效分析結(jié)論對實(shí)例中的故障葉片進(jìn)行推理，分析引起葉片斷裂的根本原因，并針對引起故障的根本原因提出相應(yīng)維護(hù)建議，對燃?xì)廨啓C(jī)葉片安全性研究具有積極的作用�；�于失效分析法與故障樹法相結(jié)合的技術(shù)不僅適用于燃?xì)廨啓C(jī)葉片故障的診斷、預(yù)防與維護(hù)，針對燃?xì)廨啓C(jī)常出現(xiàn)的軸承失效、喘振現(xiàn)象、燃燒系統(tǒng)故障、啟動失效、齒輪失效等其他幾種失效形式同樣適用，并且相關(guān)工作正在研究開發(fā)之中。