(中国飞机强度研究所质量安全管理部西安710065)
摘要:提出一种基于HAZOP法的风险分析及防范方案，将其应用于航空发动机叶片风险分析及防范的理论分析中，通过对工艺流程进行特征偏差分析，进而分析偏差产生的原因、可能引发的后果，最后对其进行风险分析，并针对性提出防范措施。结果表明，此方法可对叶片故障的预防起到一定理论指导，同时可对工程实践中机组的运行维护提供建议。
关键词:航空发动机；风险分析；防范措施；HAZOP
0引言
航空发动机是一种故障率高的旋转动力机械，在其诸多故障模式中，叶片断裂所占的比重呈逐年增高趋势。尤其在耐高温材料技术未出现有效突破的情况下，叶片断裂问题显得更加突出，造成严重生产事故及重大经济损失[1-2]。目前对航空发动机的维修保障几乎都是采用在运行限定时间后对其解体检修，并更换叶片等关键部件方式。然而由于运行环境原因常发生叶片的碰摩、腐蚀裂纹等故障，很多机组在未达到预定寿命时就发生了断裂，或者在稳态运行过程中出现叶尖间隙过大，从而导致低效运行，所以对运行叶片进行风险分析及防范可有提高机组的安全性及效率[3-5]。本文通过对航发转子叶片运行状态故障特征及失效机理进行分析研究，提出一种基于HAZOP法的风险分析及防范方案，为解决相关问题提供理论指导和参考。
1HAZOP分析
危险与可操作性分析研究(HAZOP)方法是一种使用简单却高度专业化、系统化，能够覆盖过程工业安全评价各个环节的危险辨识与评估方法。HAZOP分析的目的是对工艺过程进行全面系统的审查，通过这种审查找出系统本身或系统操作方面存在的安全隐患，提出针对性的改进建议，以消除隐患，提高系统的安全可靠性[6]。
叶片作为航空发动机中压气机和透平机的关键部件，叶片断裂故障频繁发生且后果严重，可能造成不可修复的毁灭性事故。通过案例探究叶片断裂根本原因，多数由诸多因素联合作用所引起，例如叶片上的沉积物质含有钠和钾的氯化物，这些物质遇到水后形成一种活跃的酸，使叶片发生点蚀，由于空气进入导叶时的加速作用，水蒸气会发生冷凝，使得盐颗粒溶解；叶片上的沉积物还可能造成空气动力学性能的损失，导致过热并诱发裂纹。美国环球安联研究统计资料显示叶片故障所占总体故障的概率接近一半。对于叶片故障的诊断仍处于经验模式，并未得到足够高度的重视，维护手段通常采取控制性能参数以及定期检查更换的方式，事故发生后，由于缺乏系统性的故障原因分析，故障诊断结论具有局限性，并不能为事故预防提供全面的建设性意见。所以对燃气轮机叶片故障研究设计一种系统性的诊断方案，具有十分积极的意义。
首先进行节点划分，将航空发动机组按照工艺流程划分为12个节点，依次为进气系统、压气机、燃烧室、燃料系统、透平机、齿轮箱、电机、控制系统、点火系统、冷却系统、雾化系统及滑油系统。按照工艺过程及安全仪表，共分析偏差183个，其中选取可能引起叶片故障的44个偏差作为风险识别对象，如表1所示。选取透平机前端轴承处转子运行工作时振动过大作为偏差分析对象，进行偏差产生后果及原因分析，如表2所示，共分析出如叶片裂纹萌生等偏差后果9项，外物损伤等偏差原因52项。选取压气机发生喘振及透平叶片发生断裂两种频发故障进行风险评价，如表5所示，共分析出故障所引起的重要偏差22项，引起偏差的原因25项。
2风险分析与防范
选用中石油安全部门制定的5X5风险矩阵，通过最低合理可行性标准标定出了可接受的风险区域，通过对工业燃气轮机的故障危害程度及国内企业承受事故的能力进行分析，对风险矩阵进行修改，使其适用于航空发动机故障的风险评估。按照经过优化的风险矩阵进行风险等级判别，其中压气机喘振的风险等级为6，而叶片断裂故障的风险等级为6，共提出防范措施及建议16项。以此对工程维护提供正确导向作用，将风险降低至广泛可接受风险的范围内。
3结论
针对分析结果随机不确定性、分析过程复杂模糊性、风险的评估局限性等。将该技术可应用于某型航空发动机故障诊断实例，可对叶片断裂等故障诊断问题提供预防依据。以叶片故障模式机理研究为基础，利用HAZOP分析法及风险评价方法定量计算的优势及失效分析法对故障失效模式的推理优势，解决定性分析的随机不确定性，增强上述分析法工程应用的实时性、针对性及准确性。最后将完成对故障的风险评估，提高维护方案的可靠性。
参考文献：
[1]刘晓波,孙康.转子叶片断裂故障特征提取研究[J].江西理工大学学报,2006,27(1):1-3
[2]KamChana,DaveCardwell,LaurenGray,BenHall.DiskCrackDetectionandPrognosisUsingNonContactTimeofArrivalSensors[C].ProceedingsofASMETurboExpo2011,Vancouver,Canada
[3]AllanJVolponi.GasTuebineEngineHealthManagementPast,PresentandFutureTrends[C].ProceedingsofASMETurboExpo2013:TurbineTechnicalConferenceandExposition,June3-7,2013,SanAntonio,Texas,USA
[4]周会芳.燃气轮机运行中的性能监测[J].燃气轮机技术,2004,17(1):61-65
[5]CyrusB.Meher-Homji,TerrylMathews,AntonioPelagotti,HansP.Weyermann.GasTurbinesandTurbocompressorsForLNGServcice[C].ProceedingofTurbomachinerySymposium,Houston,2007
[6]陈全,张丽婷.HAZOP-FTA综合分析方法在煤化工装置中的应用[J].中国安全生产科学技术,2013,9(7):134-138