M701F型燃氣輪機的大修

白 龍, 孫 強

(東方汽輪機有限公司， 四川德陽 618000)

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運行與改造

M701F型燃氣輪機的大修

白 龍, 孫 強

(東方汽輪機有限公司， 四川德陽 618000)

針對某M701F型燃氣輪機的首次大修進行了工藝分析，介紹了大修的主要流程、施工內容，針對葉頂徑向間隙變大、壓氣機靜葉片破損和排氣擴壓缸裂縫等問題，給出相應處理方案。結果表明：該大修工藝分析正確，處理方案合理，可供類似工程參考借鑒。

燃氣輪機； 壓氣機； 排氣缸； 工藝分析； 大修

M701F型燃氣輪機(簡稱燃機)效率高、功率大，是具有世界先進水平的F級燃機[1]。大修是燃機工作壽命周期內的重大工程，解決機組運行以來暴露的問題及缺陷，發現并處理機組存在的隱患，順利完成大修工程是機組后續安全運行的質量保障。

筆者以某電廠首臺大修的F級機組為例，對燃機的大修進行了詳細的工藝分析。該機組大修之前已進行過燃燒室維修和透平維修，將易損高溫部件及時更換，但壓氣機部位及排氣缸部位從未做過全面維修。此次大修以整個燃機本體為布局，重點講解了壓氣機部位的維修，逐條處理大修過程中遇到的問題，對大修的重點、難點進行了總結和討論。

1 M701F型燃機大修介紹

1.1燃機本體結構

M701F型燃機的壓比為17，透平進氣初溫為1400℃，功率為270MW。燃機本體主要包括進氣部分、壓氣機部分、燃燒室部分、透平部分以及排氣部分(見圖1)。

轉子的兩個支持軸承分別安裝在進氣缸和排氣缸內，這種缸箱一體的結構能有效保證了機組冷熱狀態切換時中心不變。燃機本體的支撐由壓氣機缸下面的剛性支撐和透平缸下面的撓性支撐組成，有效保證了機組整體向排氣端的熱膨脹性能[1]。該結構也有利于維護和大修，即只要下半氣缸殼體與兩支撐保持原位不動，機組中心就不會發生較大偏移，通過微調可修復對輪中心。

1.2燃機本體大修部位

根據F級燃機運行及維修手冊，等效運行時間達到48000h或啟動次數達到1800次，就要對機組進行大修[2]。該機組在進行大修之前已經歷過3次燃燒室維修和2次透平維修，此次大修對機組本體所有零部件進行了開缸檢查與修復，除下半氣缸殼體與兩個支撐保持原位不動外，包括轉子在內的其余零部件均被吊至檢修平臺進行相應檢修。具體檢修部位及檢修要求見表1。

表1 M701F型燃機大修關鍵部位及無損檢測要求

大修是燃機工作壽命周期內的重大工程，檢修工作量大且檢修零部件繁多，每一項檢修工作都會對機組以后的正常可靠運行產生重要影響。所以在檢修施工開始前，應詳細列出需要檢修的部位以及每項零部件的檢修標準及規范，對照機組剖面圖，將每個部位的檢修內容和檢查要求詳細地列在表1中。另外還要制作專業記錄卡，記錄每項工作的完工情況，以防檢修項目遺漏。

2 本體大修施工流程及施工計劃

電網宏觀調控對機組停機檢修時間有嚴格規定，所以保證檢修工期顯得尤為重要；另外大修工程的工作量巨大，為保證檢修順利進行，必須編制完整的檢修流程卡及檢修計劃時間表。借鑒此前燃燒室維修和透平維修的經驗，確定各部套檢修所需具體時間以及拆裝順序，編制了檢修流程卡(見圖2)和檢修計劃時間表，并配合檢修操作指導書，對檢修步驟以及每一步驟的注意事項、操作規范都進行了詳細說明。

檢修計劃的實施是對檢修工藝的一次實踐檢驗，如果本體檢修工藝中存在不完善的地方，極有可能使得檢修計劃不能正常進行。如果檢修期間突發重大問題，必須及時調整檢修計劃，使整個工程宏觀可控。此次檢修計劃共計59天，實際施工58天完成全部檢修內容。實踐證明：該計劃精確合理，能準確體現出檢修的步驟以及每一步驟需要的時間，為以后同一類型的機組大修作業提供了經驗參考。

3 檢修重點以及突發問題的處理

3.1檢修重點

由于該機組在大修之前已經進行過2次透平維修和3次燃燒室維修，這些局部維修均會對燒損的熱部件進行更換，例如燃燒室維修時會將火焰筒、過渡段進行更換，透平維修時會在燃燒室維修的基礎上，進一步更換透平前兩級的動葉、靜葉。但是該機組運行近十年來，壓氣機部分和排氣部分一直未進行過開缸檢查，即使機組運行記錄良好，也不能保證這些部位上的零部件完好無損。所以此次大修在常規透平維修的基礎上，重點進行壓氣機部分的檢修和排氣缸部位檢修，同時兼顧燃燒室和透平的維修。

針對重點檢修部位，制訂了關鍵部位檢修記錄卡，記錄每個零部件的受損情況及回用率，如對17級壓氣機共1346片動葉，全部進行VT+MT檢查，葉身表面彎曲變形大于5mm、葉身MT檢查出裂紋、葉身擠壓凹陷大于0.2mm、葉根端面MT檢查出裂紋、葉片涂層脫落30%等，滿足以上任意一條則不得回用。此次大修對損壞的壓氣機葉片進行更換，對壓氣機持環的磨損部位也進行焊接補肉處理。

3.2通流間隙變化

燃機經過多年運行發電后，缸體已經發生塑性橢圓變形，與設計圖紙尺寸存在明顯偏差，若按照新機安裝要求，靜子部件和轉動部件之間的間隙多數不滿足設計要求，但是機組仍在正常運行，各項運行指標均符合設計標準。雖然間隙變大，但機組并未出現效率降低、壓比減小等不良影響。故結合機組運行特殊性，全新編制了一套大修通流間隙尺寸標準(見表2)，即通流間隙下差基本不變，而一定量地提高通流間隙上差，如此既保證了運行安全性，又改善了氣缸變形對通流間隙的不良影響。

表2 葉頂通流間隙 mm

國外公司對機組大修后葉頂徑向間隙變大問題已有成功檢修經驗，此次M701F機組大修的尺寸與國外機組大修的參考尺寸基本吻合。

3.3壓氣機葉片損壞

大修開缸后發現壓氣機第15級靜葉柵上有一片葉片的邊緣存在開裂缺陷，由于僅有一片且葉片位置不具特殊性，排除材料原因和機組運行原因造成此裂紋。經仔細勘查后發現葉片上附著細如頭發的鐵絲類物體，長度及形狀與葉片裂紋基本吻合，經專家查看后確定為壓氣機氣封齒碰摩后脫落的絲狀氣封齒尖，在壓氣機通道氣流推動下，緊貼在靜葉片上將靜葉片割裂(見圖3)。

燃機具有快速啟停的優點，用于電網調峰十分方便。也正是此特性，使燃機在啟停過程中暖機時間較短，機組內部件溫差較大，氣封齒的齒根和齒尖部位都有明顯的溫度梯度變化，發生輕微動靜碰摩時易使齒尖彎曲，并引起絲狀斷裂脫落。此次大修將損傷的靜葉柵進行了更換，對磨損的氣封齒進行了光滑修整，去除已彎曲齒尖，減小了齒尖脫落的風險；并對機組啟動程序再次進行校正，確保暖機時間充分且運行安全。

3.4排氣擴壓缸裂縫處理

排氣缸VT檢查時發現排氣擴壓缸中分面存在裂紋，有一處已經貫穿中分面螺栓孔。分析認為排氣擴壓缸處溫度較高，達到550℃以上[1]，且缸壁很薄，氣缸受熱膨脹后容易在應力集中處發生擠壓和剪切，使缸壁產生裂紋。中分面螺栓把緊力矩不均勻也會產生應力分布不均勻的結果。

此次大修對以上裂紋進行了補焊消缺處理，并在排氣擴壓缸中分面應力集中的拐角處增加工藝性缺口，消除集中應力，以防再次出現裂紋(見圖4)。對螺栓的把緊力矩也進行了重新確認，要求順著氣流方向依次均勻把緊。

3.5大修與新機安裝存在差別情況

對于大修作業和新機安裝作業有差別的地方，必須在施工時特別注意。例如：在新機安裝過程中壓氣機第3級持環下半為垂直吊至缸內，而在大修中為了保持壓氣機擴壓器的完整性，更新了裝配工藝，改為將壓氣機第3級持環沿缸壁滑至缸內(見圖5)。新版工藝的技術方案更加完善，能更好地保證工程施工周期，但在實際操作中發現第3級持環正下方一處吊耳與氣缸壁干涉，導致持環不能順利地滑入氣缸。

經測量尺寸后發現持環上吊耳毛坯肥大，超過了圖紙設計尺寸，所以才導致與氣缸干涉。此次大修將吊耳毛坯肥大處進行了打磨處理，確認尺寸合格后再進行持環裝配。

4 結語

燃機本體大修于2015年3月12日開始，2015年5月9日完成施工作業，順利啟動且運行平穩。此次工藝方案得到了現場施工的實踐論證，結果表明：大修工藝方案正確，所編制的施工計劃表和檢修工藝能夠滿足現場的施工需求。該方案也可以在同類型機組中推廣，為有關機組的檢修提供作參考。

致謝

本文在撰寫期間，得到廣州JV公司人員的大力支持，特此感謝！

[1] 王強. M701F燃氣輪機的結構特點[J]. 東方電氣評論, 2003, 17(4): 179-186.

[2] 衛志道, 李紅明. 三菱M701F型燃氣輪機的檢修管理介紹[J]. 電力安全技術, 2008, 10(4): 52-53.

Overhaul and Inspection of a M701F Gas Turbine

Bai Long, Sun Qiang

(Dongfang Turbine Co., Ltd., Deyang 618000, Sichuan Province, China)

Process analysis was conducted to the first overhaul of a M701F gas turbine, including the main procedure and construction items. Corresponding countermeasures were proposed for problems found in the overhaul, such as radial clearance out of tolerance, damage of compressor stator blade and cracking of exhaust diffuser, etc. Results show that the overhaul process analysis is reasonable and the treatment measures are effective, which may serve as a reference for overhaul of similar projects.

gas turbine; compressor; exhaust diffuser; process analysis; overhaul

2016-04-08

白 龍(1988—)，男，工程師，從事燃氣輪機及蒸汽輪機制造、安裝工藝工作。

E-mail: bailong@mail.dfstw.com

TK478

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1671-086X(2016)06-0417-04