9E型燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子檢修方案探討

江　嘯

(惠州深能源豐達(dá)電力有限公司, 廣東惠州 516025)

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9E型燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子檢修方案探討

江嘯

(惠州深能源豐達(dá)電力有限公司, 廣東惠州 516025)

為了保證燃?xì)廨啓C在一個大修運行周期內(nèi)的安全運行，根據(jù)燃?xì)廨啓C的運行工況以及通用電氣公司(OEM)提供的技術(shù)資料，并結(jié)合現(xiàn)場檢修經(jīng)驗，對轉(zhuǎn)子狀態(tài)進(jìn)行全面檢查和分析。結(jié)果表明：通過對燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子的全面檢查、分析和正確的處置措施，可以有效監(jiān)控和改善燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子的運行狀態(tài)，預(yù)防燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子發(fā)生重大事故。

燃?xì)廨啓C； 輪盤腐蝕； 阻氣片； 轉(zhuǎn)子跳動

由于9E型燃?xì)廨啓C本身設(shè)計制造缺陷以及運行工況較惡劣等原因，其轉(zhuǎn)子可能出現(xiàn)壓氣機第17級動葉前竄、輪盤拉桿螺栓防松螺母松動、透平輪盤縱樹形葉根槽腐蝕、阻氣片缺陷、轉(zhuǎn)子彎曲等嚴(yán)重威脅燃?xì)廨啓C安全運行的缺陷。因此，在9E燃?xì)廨啓C進(jìn)行大修時，對以上項目進(jìn)行檢查并采取適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?，對于確保轉(zhuǎn)子長期安全運行具有重要意義。筆者根據(jù)現(xiàn)場檢修經(jīng)驗及相關(guān)規(guī)范，對以上缺陷出現(xiàn)的原因、檢查方式及處理方法進(jìn)行討論。

1　9E型燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子檢修

1.1 壓氣機第17級動葉前竄

機組在運行時，壓氣機動葉的級后壓力高于級前壓力，因此壓氣機動葉片始終受到逆氣流方向的推力。對于第1～16級動葉，動葉在受力前竄時會被前一級轉(zhuǎn)子輪盤頂住，故前竄量很小。但第17級動葉前側(cè)為冷卻空氣抽氣槽，槽寬度為9.14 mm，若在該級動葉安裝時，輪盤上對動葉進(jìn)行軸向定位的樣沖眼未打好，就容易出現(xiàn)17級動葉向16級抽氣槽前竄的現(xiàn)象(見圖1)。

對于9E型燃?xì)廨啓C，一旦發(fā)現(xiàn)壓氣機第17級動葉存在前竄的現(xiàn)象，且偏移量超過0.381 mm[1]，則需要在機組大修時對該缺陷進(jìn)行處理。當(dāng)發(fā)現(xiàn)2片以上(含2片)的動葉片存在該缺陷時，則需要對整圈所有17級動葉片進(jìn)行重新打孔固定。具體處理方法如下：

(1) 打孔固定前，用木質(zhì)壓板將所有出現(xiàn)前竄的動葉頂回原安裝位置，確認(rèn)動葉葉根前端與17級輪盤前端面平齊。

(2) 動葉上固定孔位于葉根平臺前側(cè)，孔徑d=3.2 mm，孔深為5.10～6.40 mm，孔中心距離葉根平臺側(cè)邊距離2.79～2.92 mm(見圖2)。

(3) 輪盤上固定孔的位置位于第17級動葉進(jìn)氣側(cè)，打孔采用3.2 mm、1/8球頭樣沖，孔中心與輪盤前端面的距離最小為15 mm，孔中心與動葉葉根平臺側(cè)邊的距離為1.6 mm。

(4) 在打完定位孔后，需檢查輪盤上固定孔向動葉側(cè)擠入足夠深度，并對所有打孔位置進(jìn)行著色探傷，避免出現(xiàn)由打孔造成輪盤及動葉葉根平臺裂紋的情況。

(5)對于第17級動葉存在葉根墊塊的機組，步驟(2)的固定孔應(yīng)打在墊塊上，其打孔方法與不帶葉根墊塊的相同。

1.2 轉(zhuǎn)子輪盤拉桿螺栓防松螺母轉(zhuǎn)動

9E燃?xì)廨啓C輪盤拉桿螺栓是通過在其防松螺母榫槽處打樣沖來實現(xiàn)防松動的；但若在機組安裝時樣沖未打好，就可能出現(xiàn)防松螺母松動的情況(見圖3)，而防松螺母松動有可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲。因此，若在大修檢查時，發(fā)現(xiàn)防松螺母出現(xiàn)輕微轉(zhuǎn)動情況，應(yīng)首先測量轉(zhuǎn)子的跳動值：若跳動值超出規(guī)范，則轉(zhuǎn)子出現(xiàn)了彎曲情況；若跳動值仍在范圍內(nèi)，則應(yīng)采用重新打固定孔的方式防止防松螺母的松動。具體方法如下：新固定孔位于輪盤上且正對防松螺母榫槽，打固定孔采用3.30 mm球頭樣沖，固定孔外圓與輪盤擠入處的距離至少為0.76 mm，固定孔外圓與輪盤未擠入處的距離為1.27 mm(參考值)，固定孔打完后輪盤上材質(zhì)向防松螺母榫槽內(nèi)擠入至少0.76 mm(見圖4)[2]。

1.3 透平輪盤縱樹形葉根槽腐蝕

由于長期燃用重油、未按照通用電氣公司(OEM)要求選擇水洗劑、水洗后甩干及烘干時間不足、進(jìn)氣過濾器過濾精度不夠等原因，會導(dǎo)致燃?xì)廨啓C透平縱樹形葉根槽嚴(yán)重積垢，進(jìn)而導(dǎo)致輪盤縱樹形葉根槽出現(xiàn)垢下腐蝕的情況。嚴(yán)重的垢下腐蝕會導(dǎo)致葉根槽表面金屬剝落(見圖5)，當(dāng)金屬剝落超出OEM規(guī)范時，可能對機組產(chǎn)生以下危害[3]：

(1) 輪盤縱樹形葉根槽出現(xiàn)大量麻坑，因此動葉葉根與縱樹形葉根槽的接觸面積減小，因而增大了縱樹形葉根槽受壓側(cè)所受的應(yīng)力。長期在較大應(yīng)力的情況下運行，會導(dǎo)致受壓側(cè)金屬強度降低而產(chǎn)生更加嚴(yán)重的金屬剝落現(xiàn)象。

(2) 輪盤縱樹形葉根槽與動葉葉根周向間隙變大，導(dǎo)致動葉在低速時出現(xiàn)擺動情況。動葉擺動會導(dǎo)致二級動葉、三級動葉葉冠碰摩，而葉冠碰摩可能會導(dǎo)致葉冠強度下降，甚至硬質(zhì)合金的脫落，對動葉的安全運行產(chǎn)生影響。

(3) 輪盤縱樹形葉根槽與動葉葉根徑向間隙變大，導(dǎo)致二級動葉、三級動葉的葉冠圍帶出現(xiàn)徑向錯位，甚至葉冠圍帶重疊的情況，對動葉的安全運行產(chǎn)生影響[4]。

(4) 動葉葉根平臺之間及葉柄之間間隙變大，導(dǎo)致葉根平臺及葉柄處的密封銷難以實現(xiàn)密封作用，高溫?zé)煔馔ㄟ^過大的間隙進(jìn)入轉(zhuǎn)子輪盤，引起輪盤溫度高，長期如此運行會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子彎曲變形的嚴(yán)重后果。另外，較大的動葉葉根平臺及葉柄間隙還可能導(dǎo)致密封銷的脫落。

鑒于以上可能出現(xiàn)的危害，在9E燃?xì)廨啓C進(jìn)行大修時，有必要對透平輪盤縱樹形葉根槽進(jìn)行腐蝕情況檢查。對于溫度較低的三級輪盤，其垢下腐蝕的情況往往最為嚴(yán)重，因此需要重點檢查。一旦通過目視檢查發(fā)現(xiàn)縱樹形葉根槽存在較嚴(yán)重的腐蝕情況時，可以通過如下方法對縱樹形葉根槽腐蝕量進(jìn)行測量。

進(jìn)行測量前，首先應(yīng)對縱樹形葉根槽進(jìn)行全面清理，去除積垢；之后，在縱樹形葉根槽的頂部和底部放入4根銷釘(見圖6)，銷釘直徑(6.670.002 5)mm(對應(yīng)9E燃?xì)廨啓C一、二、三級輪盤)，長度不超過槽寬度的1/4，銷釘應(yīng)緊靠槽內(nèi)壁；銷釘放置好后，采用適用于9E型燃?xì)廨啓C的專用縱樹形葉根槽百分表測量a值和b值。a值和b值的標(biāo)準(zhǔn)值及最大腐蝕量見表1。對于縱樹形葉根槽壓力側(cè)腐蝕面積超過15%，且局部點蝕深度大于0.25 mm的輪盤，電廠方應(yīng)及時告知OEM以尋求最佳處理方案。

表1　輪盤腐蝕量標(biāo)準(zhǔn)　mm

在檢查中若是發(fā)現(xiàn)透平輪盤縱樹形葉根槽存在腐蝕情況，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場腐蝕情況制定相應(yīng)的處理方案，采取措施減緩或消除輪盤縱樹形葉根槽進(jìn)一步的腐蝕及其由腐蝕產(chǎn)生的機組隱患，可采用以下措施：

(1) 為避免腐蝕造成葉根平臺間隙過大造成漏煙氣，甚至動葉密封銷脫落，應(yīng)及時更換較大尺寸的密封銷。對于9E型燃?xì)廨啓C，一級動葉密封銷為5.64 mm；二級動葉橫向密封銷為4.62 mm，徑向密封銷為5.13 mm；三級動葉橫向密封銷為4.62 mm，徑向密封銷為5.13 mm。

(2) 對腐蝕的縱樹形葉根槽可采用噴涂涂層的方法。對縱樹形葉根槽噴涂一層METCO硬質(zhì)合金，之后對硬質(zhì)合金進(jìn)行拋光直至輪盤縱樹形葉根槽與動葉葉根配合間隙符合要求；同時為避免繼續(xù)腐蝕，在葉根槽表面還需噴涂一層GECC-1防腐涂層。

(3) 對動葉縱樹形葉根噴涂涂層是一種等效于輪盤縱樹形葉根槽噴涂的處理方法，此種方法雖然同樣能減小輪盤與動葉的配合間隙，但不能阻止輪盤縱樹形葉根槽的進(jìn)一步腐蝕，因此僅在由于時間限制不允許進(jìn)行輪盤噴涂固定時推薦采用此工藝。

(4) 通過激光再制造技術(shù)修復(fù)輪盤縱樹形葉根槽。該技術(shù)選用耐磨性能優(yōu)于輪盤基材且低于動葉材料硬度的熔覆材料，對待修復(fù)面進(jìn)行3層激光熔覆，在2次激光熔覆后對熔覆層進(jìn)行機械磨光，在完成3次激光熔覆對熔覆層進(jìn)行修磨以達(dá)到表面平整度要求。經(jīng)過該技術(shù)修復(fù)的輪盤縱樹形葉根槽具備間隙控制精確、熔覆層基材與輪盤基材相近且致密、非熔覆層無損傷、投入運行后縱樹形葉根槽磨損量小等特點，且修復(fù)費用相對較低。

(5) 減少外部引起輪盤縱樹形葉根槽腐蝕的因素對于確保輪盤的壽命至關(guān)重要，包括燃用天然氣等清潔燃料，按OEM規(guī)范選用進(jìn)氣過濾器和水洗劑，水洗后按規(guī)范充分進(jìn)行甩干和烘干操作等。對于長期停運的機組，可以封堵燃?xì)廨啓C進(jìn)、排氣口，避免空氣進(jìn)入機組造成腐蝕。

(6) 對于輪盤縱樹形葉根槽腐蝕程度超出OEM規(guī)范的9E型燃?xì)廨啓C，最終的解決方案是更換輪盤。

1.4 轉(zhuǎn)子阻氣片檢查

9E燃?xì)廨啓C透平二級動葉是靠由轉(zhuǎn)子輪盤中心過來的冷卻空氣進(jìn)行冷卻的。為確保足量冷卻空氣進(jìn)入到動葉內(nèi)而不是泄漏到二級輪盤前側(cè)空間，透平二級噴嘴隔板后側(cè)設(shè)計有阻氣片(見圖7)，該阻氣片與二級動葉進(jìn)氣側(cè)下天使翼配合形成密封空間，防止冷卻空氣泄漏(見圖8)。因此，在二級動葉拆除后，應(yīng)對阻氣片進(jìn)行全面檢查，以判斷阻氣片是否存在變形、裂紋、缺失等缺陷。若存在以上所述缺陷，冷卻空氣將泄漏入二級輪盤前側(cè)空間，而進(jìn)入二級動葉葉根冷卻孔的空氣量減少，進(jìn)而造成二級動葉因超溫引起熱應(yīng)力過大，嚴(yán)重影響二級動葉的運行壽命。

1.5 轉(zhuǎn)子跳動檢查

9E燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子在運行時由于受到熱應(yīng)力、轉(zhuǎn)子不平衡量、動靜碰摩等因素的影響，到進(jìn)行大修時，轉(zhuǎn)子的彎曲度與機組安裝時的原始值會發(fā)生變化。雖然在大修現(xiàn)場并沒有很好的方法對轉(zhuǎn)子彎曲作出處理，但利用大修機會檢查轉(zhuǎn)子跳動，可以作為評估轉(zhuǎn)子狀態(tài)的一個重要手段。對轉(zhuǎn)子跳動的檢查可分為兩個方面：檢查轉(zhuǎn)子的彎曲度，找出最大彎曲點；檢查壓氣機轉(zhuǎn)子與透平轉(zhuǎn)子的不對中度。

通過手動盤車測量轉(zhuǎn)子跳動的檢查可在燃?xì)廨啓C所有缸體上半缸都已起吊之后、軸瓦拆除之前進(jìn)行。在壓氣機前短軸(K)、壓氣機后短軸(P1)、透平前短軸(P2)以及透平后短軸(B)4個位置安放千分表，裝表前應(yīng)對測量位置進(jìn)行清理(見圖9)。在手動盤車前，應(yīng)將4塊千分表均調(diào)零，并以當(dāng)前位置為零點。之后開始手動盤車，每隔45°記錄一個跳動值，每個測點記錄8個數(shù)據(jù)，當(dāng)手動盤車至零點位置時，所有千分表讀數(shù)應(yīng)歸零。若千分表在零點位置未歸零，則該組數(shù)據(jù)無效，應(yīng)調(diào)整后重新測量。

各測點的最大跳動值應(yīng)符合以下標(biāo)準(zhǔn)：壓氣機前短軸K點的跳動值≤0.038 mm，壓氣機后短軸P1點的跳動值≤0.010 mm，透平前短軸P2點的跳動值≤0.010 mm，透平后短軸B點的跳動值≤0.010 mm。壓氣機轉(zhuǎn)子與透平轉(zhuǎn)子的不對中度通過壓氣機后短軸跳動值與透平前短軸跳動值的差值得到，即|xP1-xP2|≤0.038 mm。

2　結(jié)語

由于每臺9E型燃?xì)廨啓C機組特性、運行方式、外部工況等存在差異，因此各電廠在進(jìn)行轉(zhuǎn)子大修檢查時，應(yīng)在OEM的檢查規(guī)范基礎(chǔ)上，結(jié)合其電廠的運行狀態(tài)以及其他同類機組的檢修經(jīng)驗，制定出合理的燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)子檢查方案，才能確保燃?xì)廨啓C的長期安全運行。

[1] GE Energy. TIL1090-2R1, 17th stage compressor rotor

blade and spacer movement[M]. Connecticut,USA:General Electric Company, 1995.

[2] GE Energy. GE DWG NO 314A5198A Staking Instructions[M]. Connecticut,USA:General Electric Company, 1995.

[3] GE Energy. GE TIL1049-3R1, MS6001, MS7001 and MS9001 gas turbine wheel dovetail material loss[M]. Connecticut,USA:General Electric Company, 1993.

[4] GE Energy. GE TIL1067-R2 E-class stage 2 bucket tip shroud disengagement[M]. Connecticut,USA:General Electric Company, 2008.

Discussion on Overhaul of 9E Gas Turbine Rotors

Jiang Xiao

(Huizhou SEC Fengda Electric Power Co., Ltd., Huizhou 516025, Guangdong Province, China)

To guarantee the safety operation of gas turbine in an overhaul life, a comprehensive inspection and analysis were implemented on the rotor status according to gas turbine working conditions and technical data provided by GE (OEM) in combination with onsite overhaul experiences. Results show that it is possible to effectively monitor and improve the operation conditions of gas turbine rotors and prevent them from serious accidents through implementing comprehensive inspection and analysis on gas turbine rotors as well as by taking proper treatment measures.

gas turbine; disc corrosion; gas barrier sheet; rotor jump

2015-12-30

江嘯(1984—)，男，工程師，主要從事燃?xì)廨啓C技術(shù)管理工作。

E-mail: jiangxiao@sec.com.cn

TK478

A

1671-086X(2016)05-0353-04