Problemy eksploatacyjne osiowych sprężarek reakcyjnych stacjonarnych silników turbinowych dużych mocy

W sprężarce turbiny gazowej o mocy 69 MW, pracującej w cyklu kombinowanym wystąpiły uszkodzenia łopatek po czterech latach eksploatacji od ostatniego remontu głównego. Zarejestrowano trzy przypadki uszkodzeń w krótkim odstępie czasu, które spowodowały potrzebę zatrzymania i remontu turbiny. Badania wzrokowe przeprowadzone po każdym stwierdzeniu uszkodzeń, ujawniły pęknięcia w łopatkach niektórych stopni palisad kierowniczych zlokalizowane w piórach łopatek. Pęknięcia zaczynały sie w stopach łopatek spawanych do bandaża zewnętrznego palisad kierowniczych. Znaczna liczba łopatek kierowniczych i wirnikowych miała również uszkodzenia spowodowane przez obce ciała, przytarcia i były pogięte. Przeprowadzono badania i analizę uszkodzeń sprężarki włączając w to badania metalograficzne pękniętych łopatek, analizę parametrów operacyjnych turbiny, analizę historii zarejestrowanych przypadków uszkodzeń i analizę inicjacji i propagacji pęknięć. W niniejszym artykule opisuje sie badania uszkodzeń palisad łopatkowych sprężarki, które doprowadziły do konkluzji końcowej, ze pęknięcia łopatek palisad kierowniczych były rezultatem zmęczenia wysokocyklicznego materiału łopatek, spowodowanego przez oderwania wirow w czasie uruchomienia turbiny, przyspieszone przez korozje wywołaną chłodzeniem mieszankowym. Uszkodzenia ułatwiła znaczna kruchość materiału łopatek sprężarki. Zostały sformułowane zalecenia, aby uniknąć podobnych uszkodzeń łopatek sprężarki w przyszłości.

A compressor blade failure was experienced at the 69 MW gas turbine of a combined cycle (C.C.) unit after four years operation since the last overhaul. Three unit failure events occurred at small periods, which caused forced outage. Visual examination carried out after the failure events indicated that the compressor vanes (diaphragms) had cracks in their airfoils initiating at blade tenons welded to the diaphragm outer shroud at some stages. Also, many stationary vanes and moving blades showed foreign object damage (FOD), rubbing and bending. A compressor failure evaluation was completed including cracked vane metallographic analysis, unit operation parameter analysis, history-of-events analysis, and crack initiation and propagation analysis. This paper provides an overview of the compressor failure investigation, which led to identification of the vane high cycle fatigue (HCF) failure mechanism generated by rotating stall during unit startups, highly accelerated by corrosion generated by the fogging system and influenced by high stationary vane and moving blade brittleness as the primary contribution to the observed failure. They are provided recommendations to avoid similar failure of the compressor blades in the future.