M701F3燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)間隔板磨損分析與處理

王新年

(中海福建燃?xì)獍l(fā)電有限公司，福建 莆田 351100)

自2003年國(guó)家第一輪打捆招標(biāo)以來(lái)，國(guó)內(nèi)大量F級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠投用，運(yùn)行機(jī)群及型號(hào)不斷增多，在實(shí)際運(yùn)行中暴露出各種各樣的設(shè)備異常，如9FA、SGT5-4000F、M701F3等多種型號(hào)均出現(xiàn)了壓氣機(jī)異常事件，給電廠安全運(yùn)行和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了重大影響[1-4]。M701F3燃?xì)廨啓C(jī)是東汽引進(jìn)三菱重工技術(shù)生產(chǎn)的一款燃?xì)廨啓C(jī)，功率270 MW，簡(jiǎn)單循環(huán)效率38.2%。在某電廠2號(hào)機(jī)組第3次C檢過(guò)程中，檢查發(fā)現(xiàn)壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)左側(cè)間隔板間隙最大到3.77 mm，嚴(yán)重超標(biāo)，存在脫落導(dǎo)致壓氣機(jī)重大損傷風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)與廠家共同分析、協(xié)商，增加了壓氣機(jī)揭缸檢修，對(duì)壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)間隔板采取了針對(duì)性的焊接、銷子加大等防脫落改進(jìn)措施，消除了設(shè)備重大隱患，并對(duì)其它三臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了內(nèi)窺鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)類似異常。

1 M701F3燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)及2級(jí)靜葉環(huán)結(jié)構(gòu)

M701F3燃?xì)廨啓C(jī)1/4剖面圖如圖1所示,主要由壓氣機(jī)、燃燒室、透平及附屬部分組成。其中外缸體主要是進(jìn)氣缸、壓氣機(jī)缸、燃兼壓缸、透平缸、排氣缸等組成，水平中分結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子為雙支撐盤式圓周拉桿結(jié)構(gòu)，是同期主流F級(jí)系列中經(jīng)濟(jì)性、可靠性、可用性較好的一個(gè)機(jī)型。

圖1 M701F3燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)1/4剖面圖

1.1 壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)

壓氣機(jī)是帶有進(jìn)氣可調(diào)導(dǎo)葉IGV的17級(jí)高效軸流式。其中進(jìn)氣可調(diào)導(dǎo)葉IGV位于進(jìn)氣缸后部，壓氣機(jī)靜葉環(huán)位于壓氣機(jī)缸全段、燃兼壓缸前部，17級(jí)動(dòng)葉安裝在壓氣機(jī)軸上，壓比17。

壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子包括動(dòng)葉片、壓氣機(jī)軸。壓氣機(jī)動(dòng)葉片由不銹鋼制成，“燕尾式”葉根，共17級(jí)。壓氣機(jī)軸由主軸和14個(gè)輪盤用12根拉桿螺栓固定形成，前端法蘭動(dòng)力輸出，后端通過(guò)中間軸與透平軸連接。

壓氣機(jī)靜葉環(huán)共17級(jí)，分別裝在壓氣機(jī)缸和1、2、3級(jí)靜葉持環(huán)上，在第3級(jí)靜葉持環(huán)上裝有2級(jí)出口導(dǎo)葉OGV。靜葉片由不銹鋼制成，焊接在內(nèi)外圍帶上，形成靜葉環(huán)。靜葉環(huán)分為上、下兩半，具有良好的防蝕能力、機(jī)械強(qiáng)度和抗振能力。

1.2 壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)結(jié)構(gòu)

壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)分為上、下兩半，水平中分結(jié)構(gòu)，共38枚靜葉焊接，組裝在內(nèi)、外圍帶上，如圖2所示。因靜葉與外圍帶組裝后在水平中分面處有斜向接口，為便于安裝和檢修中調(diào)整靜葉環(huán)中心，將左、右水平中分面的兩塊間隔板都切分為大、小兩塊，形成配合的1組間隔板。1組間隔板的大小兩塊，分別安裝在上、下兩半靜葉環(huán)結(jié)合處，使靜葉環(huán)結(jié)合面與壓氣機(jī)氣缸水平面平行，以利于安裝。如圖2中A特寫所示，大、小間隔板均采用燕尾槽、銷釘1、銷釘2及2枚頂絲螺栓固定在圍帶上。大、小間隔板均是依靠2枚銷釘軸向、周向定位，并被2枚頂絲螺栓固定，與相鄰靜葉間零間隙裝配。

圖2 M701F3燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)結(jié)構(gòu)及水平中分面間隔板安裝圖

2 壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)間隔板間隙檢查情況

在2號(hào)機(jī)組第3次C檢過(guò)程中，作為一個(gè)壓氣機(jī)安全檢查項(xiàng)目，檢查人員從壓氣機(jī)進(jìn)氣室人孔門進(jìn)入到壓氣機(jī)進(jìn)氣可調(diào)導(dǎo)葉IGV前，從進(jìn)氣流道伸入內(nèi)窺鏡，使用內(nèi)窺鏡檢查壓氣機(jī)1級(jí)、2級(jí)靜葉環(huán)間隔板與上、下半相鄰靜葉之間間隙，檢查合格標(biāo)準(zhǔn)<0.5 mm。

檢查壓氣機(jī)1級(jí)靜葉環(huán)中分面4塊間隔板與上、下半相鄰靜葉之間未見(jiàn)明顯間隙，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

檢查壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)中分面間隔板與上、下半相鄰靜葉之間間隙，順氣流方向看，右側(cè)2塊間隔板與上、下半相鄰靜葉之間間隙符合要求。左側(cè)大間隔板與下半相鄰靜葉之間間隙符合要求。

左側(cè)小間隔板與上半相鄰靜葉之間的間隙，內(nèi)窺鏡檢查與測(cè)量情況如圖3所示。小間隔板與相鄰靜葉之間出現(xiàn)了明顯間隙，A測(cè)量點(diǎn)間隙為3.77 mm，B測(cè)量點(diǎn)間隙為3.66 mm，已大幅超過(guò)允許標(biāo)準(zhǔn)，存在向中分面移位情況。

圖3 左側(cè)小間隔板與相鄰靜葉間隙測(cè)量圖

3 壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)間隔板間隙異常原因分析與潛在風(fēng)險(xiǎn)

針對(duì)2級(jí)靜葉環(huán)水平左側(cè)小間隔板的間隙異常情況，與廠家技術(shù)人員共同進(jìn)行了原因分析。因壓氣機(jī)運(yùn)行中，空氣高速流動(dòng)，產(chǎn)生沖擊力和氣流振動(dòng)，持續(xù)作用在靜葉環(huán)間隔板上，如圖4所示首先是間隔板與頂絲螺栓接觸面受到磨損，磨損導(dǎo)致間隔板與外圍帶之間的壓緊力減弱并產(chǎn)生輕微松動(dòng)。輕微松動(dòng)的間隔板在氣流作用下振動(dòng)加劇，導(dǎo)致銷1磨損，從而使間隔板與相鄰靜葉之間間隙不斷增大，且間隔板各接觸面磨損加劇。

總結(jié)原因如下：一、機(jī)組運(yùn)行中壓氣機(jī)高速流動(dòng)的氣流產(chǎn)生的周期性高頻、低頻激振力[5]；二、2級(jí)靜葉環(huán)間隔板采用圖2所述的固定方式，存在受激振動(dòng)，結(jié)合面微振磨損的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 間隔板磨損過(guò)程與磨損部位示意圖

潛在風(fēng)險(xiǎn)分析：根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，2級(jí)靜葉環(huán)水平中分面間隔板應(yīng)牢固固定在外圍帶上，與相鄰靜葉零間隙裝配，現(xiàn)檢查左側(cè)小間隔板已存在移位情況，證明周向定位銷釘1、頂絲螺栓、燕尾槽結(jié)合面等存在磨損，在氣流沖擊和振動(dòng)影響下，已松動(dòng)的左側(cè)小間隔板各結(jié)合面磨損將進(jìn)一步加劇，燕尾槽結(jié)合面、銷釘2等磨損到無(wú)法起到固定作用時(shí)，間隔板脫落到流道中，將造成壓氣機(jī)惡性損傷事故。

4 壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)間隔板磨損處理方案及實(shí)施

為消除2級(jí)靜葉環(huán)水平中分面間隔板潛在脫落風(fēng)險(xiǎn)，與廠家技術(shù)人員共同制定了處理方案。由于機(jī)組運(yùn)行中氣體高速流動(dòng)的固有特性，是客觀存在的，無(wú)法改善或消除。針對(duì)原因二，改變間隔板的固定方式，包括增加燕尾槽接觸面焊縫，2枚頂絲螺栓點(diǎn)焊和銷1擴(kuò)孔放大、點(diǎn)焊，如圖5所示。

圖5 間隔防脫落措施示意圖

為實(shí)施2級(jí)靜葉環(huán)間隔板磨損處理方案，進(jìn)行了壓氣機(jī)揭缸檢修，將2級(jí)靜葉環(huán)從壓氣機(jī)缸中滑出，拆解間隔板檢查，如圖6所示間隔板與銷釘1、頂絲螺栓接觸位置均有磨損和移位，隨后實(shí)施了間隔板各項(xiàng)防脫落措施，如圖7所示。

圖6 間隔板磨損情況

圖7 間隔板防脫落措施實(shí)施情況

隨后按照規(guī)定流程要求復(fù)裝燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)其它部件，2級(jí)靜葉環(huán)水平中分面間隔板磨損問(wèn)題得到較好解決。

5 總結(jié)

針對(duì)M701F3燃?xì)廨啓C(jī)C級(jí)檢修中發(fā)現(xiàn)的壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)水平中分面間隔板間隙偏大問(wèn)題，進(jìn)行了原因分析和潛在風(fēng)險(xiǎn)分析，為防止出現(xiàn)壓氣機(jī)惡性損傷事故，制定了壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)水平中分面間隔板消除受激振動(dòng)磨損方案，采取增加燕尾槽接觸面焊縫，2枚頂絲螺栓點(diǎn)焊固定和銷1擴(kuò)孔放大、點(diǎn)焊的固定方式。在壓氣機(jī)揭缸檢修過(guò)程中，實(shí)施了該改進(jìn)措施，效果較好。對(duì)其他三臺(tái)機(jī)組實(shí)施內(nèi)窺鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)類似問(wèn)題。計(jì)劃在之后每次檢修中實(shí)施內(nèi)窺鏡檢查，并在機(jī)組大修中實(shí)施改進(jìn)措施。

通過(guò)以上改進(jìn)措施，可有效避免M701F3燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)2級(jí)靜葉環(huán)水平中分面間隔板脫落導(dǎo)致壓氣機(jī)惡性損傷事故，可供同類電廠參考。