9E燃機進口可轉導葉斷裂原因分析與處理

朱國強

（東莞虎門電廠，廣東東莞 523899）

0 引言

某電廠1臺美國通用（GE）公司PG9171E型燃氣輪機，2017年某月，機組在運行中值班人員巡查發現，主液壓油泵有異響，透平間進口導葉部位與缸面有摩擦的聲音，當時燃機預選負荷95MW，進口可轉導葉開度為83°，進氣溫度為30℃。停機后揭缸檢查發現，IGV導葉下半缸的12#葉根部分斷裂，并與缸體有磨擦的痕跡；16#葉片葉冠處脫落（圖1）。

圖1 16#葉片葉冠處脫落

1 進口可轉導葉系統簡介

PG9171E型燃機機組上裝有壓氣機進口可轉導葉，主要作用：①在燃氣輪機啟動、停機過程中或者機組在低周波運行時，起到防止壓氣機發生喘振的作用；②當燃氣輪機用于聯合循環，帶部分負荷時，通過調節可轉導葉的開度，維持較高的透平排氣溫度，以提高聯合循環裝置的總體熱效率。

進口可轉導葉（IGV）工作原理：當控制系統向機組發出IGV動作的指令時，液壓油通過伺服閥90TV、液壓排放閥VH3，定位傳感器96TV-1，96TV-2以及油動機ACV1來操作，使可調的進口導葉動作和定位；IGV工作過程是通過液壓缸的活塞上下運動來操作連接桿，連接桿拉動齒條，帶動銅制的導葉傳動齒輪來進行開啟和關閉IGV導葉，導葉關閉時，液壓缸上端泄油，油缸活塞往上關，關到34°時，活塞停止運動；導葉開啟時，液壓缸上端充油，油缸活塞往下開，開到86°時，活塞停止運動。

2 葉片斷裂原因分析

2.1 腐蝕裂紋斷裂

早期GE公司IGV導葉的材料為美國馬氏體型不銹鋼AISI-403，含鉻（Cr）量 11%～13%，由于 Cr含量不高，因此AISI-403抗電化學腐蝕能力不高；再加上電廠處于南方沿海地方，空氣比較潮濕，且含鹽量高，空氣腐蝕性強；IGV導葉通過的進氣量大，對葉片的作用力較大，葉片容易腐蝕，產生裂紋斷裂。

2.2 疲勞裂紋斷裂

電廠低氮DLN1.0改造后，為了機組安全可靠運行及提高熱效率，進口可轉導葉IGV選擇自動控制；由于熱電聯產，機組晝夜不停機，帶預選負荷100MW左右，再加上電網的調頻作用，導致IGV開合動作頻繁，個別葉片的葉根部位與缸體無間隙摩擦，產生疲勞裂紋斷裂。

2.3 IGV導葉葉根/葉冠間隙卡澀

由于12#，16#葉片處于下半缸的底部，葉根/葉冠的間隙部位容易受空氣中的污染物如灰塵、鹽份等，還有油泥填塞，造成轉動部分卡澀。比如葉根斷裂的12#葉片，由于葉根部分卡澀，再加上彈簧墊片失效，葉根與缸體的間隙為零，在傳動齒條的作用下，葉身與葉根部位的摩擦力呈相反的作用力，致使葉根斷裂；16#葉片葉冠卡澀致使葉冠脫落。

3 故障處理

由于該電廠是熱電聯產機組，發電與供熱任務繁重，機組只能進行IGV故障搶修以更換已斷裂的葉片。由于2片斷裂的葉片都在下半缸，經過對圖紙的理解和對比，決定吊拆進氣道的上半缸，取出下半缸的安裝環，并從水平面開始逐段拆卸IGV葉片，直至拆完安裝環，取出下半缸的全部葉片；更換有磨損的石墨襯套，彈簧墊片，更換2片全新的IGV導葉葉片，然后進行回裝。

IGV導葉葉片回裝步驟：首先復裝IGV導葉安裝環，然后在內外環上裝襯套；把導葉頂到全開位置并定位，一定要定位牢固，否則容易導致導桿松開，造成人員受傷和設備損壞；把葉片裝到內圈上，并用專用工具把葉片全部調到90°位置，再裝上其他附件，如齒輪條、彈簧墊片等；齒輪安裝固定好，在齒輪上打定位銷孔（GE規范要求，定位銷孔只能打2次，2次后必須更換齒輪）；要保證導葉葉片在90°位置上（新葉片手柄打孔位置隨便，用過一次的葉片要確保手柄打孔位置與原先位置錯開90°），然后打入定位銷，檢查測量葉頂、葉根與缸體之間的間隙，并記錄數據，確保間隙在GE公司規定的標準值范圍之內，再恢復其他附件；最后根據導葉的機械角度調整熱工反饋，使機械角度與熱工反饋角度保持一致。

IGV導葉葉片復裝后，現場檢測IGV處于全開位置時葉根與缸體的間隙X1和葉頂與缸體的間隙X2的數據見表1。其中，X1標準值為（0.64～1.09）mm，X2標準值為（0.64～1.24）mm。所有IGV間隙均符合GE公司的標準值。

4 預防措施

（1）定期進行IGV導葉的葉根/葉冠間隙檢查、除塵（使用松動劑清洗）加油潤滑。

（2）定期手動開啟IGV試驗，檢查導葉開啟時有無異響，葉片有無摩擦。

（3）小修中修時對IGV傳動齒條和齒輪進行潤滑檢查，油動機解體檢查。

（4）大修時對IGV葉片進行無損檢查，發現葉片有裂紋及時更換。

（5）定期更換IGV液壓油濾芯。

表1 IGV間隙的測量數據

5 結束語

現由于大多數的電廠都進行熱電聯產，平時停機檢查機組設備的時間較少，開機運行時巡查設備就顯得尤其重要。這次IGV導葉葉片斷裂發現及時，葉片還未脫落形成碎片，否則碎片一旦進入壓氣機、透平氣缸，致使壓氣機葉片、透平動葉造成“剃光頭”的重大事故。平時要加強對IGV導葉系統的維護，一旦有異常情況要及時檢查，避免因小事件釀成大事故，保證機組設備安全可靠運行。