三菱M701F4燃?xì)廨啓C(jī)輪盤腔室溫度超溫診斷的研究

宮殿臣 陸亮亮 王建偉

摘要：型號(hào)為M701F4的燃?xì)廨啓C(jī)屬于進(jìn)口的燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備。對(duì)于進(jìn)口設(shè)備的應(yīng)用還存在很多盲點(diǎn)，不僅要求設(shè)備操作人員掌握設(shè)備的常規(guī)應(yīng)用問題，同時(shí)需要對(duì)設(shè)備異常的參數(shù)進(jìn)行診斷和處置。對(duì)于三菱M701F4型號(hào)的燃?xì)廨啓C(jī)來講，其比較典型的故障表現(xiàn)在輪盤結(jié)構(gòu)的超溫現(xiàn)象。本文針對(duì)上述超溫現(xiàn)象進(jìn)行了機(jī)理研究分析，同時(shí)提出相應(yīng)的診斷及處理措施。

Abstract： The M701F4 gas turbine belongs to imported equipment， There are many blind spots in the application of imported equipment， not only requires the equipment operators to master the conventional application problems of the equipment， but also needs to diagnose and deal with the abnormal parameters of the equipment.to M701F4 gas turbine，the typical problem is the overtemperature of the disc structure. In this paper， the mechanism of overtemperature phenomenon is studied and analyzed， and the corresponding diagnosis and treatment measures are put forward.

關(guān)鍵詞：M701F4;燃?xì)廨啓C(jī);輪盤超溫診斷;處理措施

中圖分類號(hào)：TK477? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）24-0127-02

0? 引言

燃?xì)廨啓C(jī)的輪盤結(jié)構(gòu)發(fā)生溫度升高的現(xiàn)象，主要是指由于燃?xì)廨啽P內(nèi)部的運(yùn)行模式發(fā)生了變化，在整個(gè)輪盤運(yùn)行的循環(huán)往復(fù)過程中，部分區(qū)域出現(xiàn)問題造成的。不同的問題在具體的故障表現(xiàn)上也有所不同，需要結(jié)合實(shí)際的故障表現(xiàn)作出科學(xué)的診斷，并且提出相應(yīng)的解決辦法。

1? 輪盤溫度過高機(jī)理分析

空氣通過空氣過濾系統(tǒng)、進(jìn)氣室、IGV等部件進(jìn)入壓氣機(jī)，在壓氣機(jī)內(nèi)，空氣被強(qiáng)有力地壓縮，并通過出口導(dǎo)葉送到燃兼壓缸。壓縮空氣根據(jù)功能主要分成3部分：一部分與天然氣一道進(jìn)入燃燒器并參與燃燒;一部分被抽出，變成透平冷卻空氣（TCA）;一部分分別從6級(jí)、11級(jí)、14級(jí)靜葉環(huán)抽出，通過抽氣管道及其節(jié)流孔板流經(jīng)對(duì)應(yīng)靜葉環(huán)、靜葉及氣封體，作為冷卻空氣來冷卻4級(jí)、3級(jí)、2級(jí)靜葉環(huán)。以壓氣機(jī)14級(jí)靜葉為一個(gè)平面，2級(jí)靜葉冷卻空氣以間隔120°分3根管從中抽出，經(jīng)母管匯合后分上、下2根管進(jìn)入透平2級(jí)靜葉環(huán)，通過靜葉組件專門冷卻孔冷卻靜葉環(huán)、遮熱環(huán)、靜葉、氣封體等零部件。冷卻空氣從氣封體貫穿孔流出后，一部分流向2級(jí)靜葉與1級(jí)動(dòng)葉密封刷處，以隔離熱氣源，另一部分流向氣封體蜂窩氣封，并最終流向2級(jí)靜葉與2級(jí)動(dòng)葉葉根處，以隔離熱氣源。如圖1。

如圖2所示，正常情況下，2級(jí)靜葉內(nèi)冷卻空氣壓力p0>1級(jí)動(dòng)葉根部后腔室壓力p1>2級(jí)靜葉根部后腔室壓力p2，當(dāng)三者之間的平衡被破壞時(shí)，2級(jí)輪盤溫度就會(huì)發(fā)生變化。機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行溫度較低，輪盤不會(huì)出現(xiàn)超溫情況。

當(dāng)機(jī)組帶部分負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉（IGV）尚未打開或開度較小，壓氣機(jī)工作壓力低，壓氣機(jī)進(jìn)口空氣及14級(jí)抽氣流量較小，則p0較小，如果此時(shí)相關(guān)部位間隙變化、冷卻空氣泄漏或壓氣機(jī)老化等因素引起壓力平衡被破壞，熱煙氣將進(jìn)入密封腔室，導(dǎo)致2級(jí)輪盤溫度升高;當(dāng)機(jī)組升至較高負(fù)荷時(shí)，IGV開大，壓氣機(jī)工作壓力升高，壓氣機(jī)進(jìn)口空氣及14級(jí)抽氣流量增大，則p0增大，同時(shí)機(jī)組高溫部件熱膨脹增加，動(dòng)、靜部分之間的間隙變小，壓力平衡重新建立，2級(jí)輪盤溫度隨之降低。當(dāng)p0減小或p1、p2增大時(shí)，熱煙氣就會(huì)進(jìn)入密封腔室，2級(jí)輪盤溫度隨之升高。

燃?xì)廨啓C(jī)的輪盤結(jié)構(gòu)發(fā)生溫度過高的現(xiàn)象，主要會(huì)產(chǎn)生以下幾方面的不良影響：第一，會(huì)引起熱通道內(nèi)的零部件由于問題的原因出現(xiàn)損壞，或者由于熱量的消耗作用，使得零部件本身的使用壽命縮短[1]。第二，輪盤的運(yùn)行情況受到不良的影響。這一點(diǎn)主要是指在實(shí)際的輪機(jī)應(yīng)用過程中，出現(xiàn)了長時(shí)間超負(fù)荷的問題，負(fù)荷額度低于250MW以下的情況在出現(xiàn)頻率上又提升，這種情況就會(huì)使得機(jī)組整體的人運(yùn)行狀態(tài)受到阻礙，這也是進(jìn)一步引起機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)成本升高的主要原因。第三，在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中調(diào)峰能力受到的影響，輪盤結(jié)構(gòu)是參與調(diào)峰環(huán)節(jié)的關(guān)鍵步驟，為了取得更好的調(diào)峰效果，需要對(duì)輪盤的溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制。過高的溫度會(huì)引起調(diào)峰操作的障礙，對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)度工作都會(huì)造成相應(yīng)的不利影響。

2? 關(guān)于超溫問題的形成原因

輪盤超溫的問題，作為輪機(jī)運(yùn)行中的一個(gè)典型問題，現(xiàn)象的發(fā)生有多方面不同的引發(fā)原因，其中包括了來自機(jī)械設(shè)備本身的原因，還包括了設(shè)備內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)和條件方面的因素，下文將做具體的分析和研究。

2.1 壓氣機(jī)設(shè)備問題

壓氣機(jī)設(shè)備是輪盤出現(xiàn)超溫現(xiàn)象的一個(gè)典型的可觀設(shè)備因素。在長期的運(yùn)行和應(yīng)用中，壓氣機(jī)設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)設(shè)備本身的老化問題，這一方面會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的運(yùn)行和應(yīng)用受到不利影響，還為設(shè)備的正常運(yùn)行埋下了安全隱患。關(guān)于這種類型的設(shè)備問題和老化現(xiàn)象，比較典型的處理方法有兩種：第一，通過清洗的方式去除設(shè)備上的沉積污垢，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備性能和運(yùn)行狀態(tài)的恢復(fù)。第二，通過設(shè)備區(qū)域性零件的更換延長其應(yīng)用壽命，并且對(duì)輪盤結(jié)構(gòu)本身的運(yùn)行狀態(tài)提供穩(wěn)定性的保障。從產(chǎn)生的不良影響的角度上來說，不同的壓氣機(jī)設(shè)備如果發(fā)生老化現(xiàn)象，其內(nèi)部的壓力比值會(huì)同步下降。同時(shí)，排氣溫度會(huì)有所上高。這種現(xiàn)象會(huì)最終導(dǎo)致輪盤結(jié)構(gòu)內(nèi)的密封腔室出現(xiàn)壓力平衡被破壞的現(xiàn)象。

2.2 透平性老化問題

關(guān)于透平性的老化問題，透平性的老化現(xiàn)象，最為典型的表現(xiàn)就在于會(huì)使得熱通道內(nèi)的一些零部件和葉片出現(xiàn)被損壞的遐想。這種現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步引起相應(yīng)的做功水平下降，引起溫度的升高。

2.3 濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的問題

關(guān)于濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)的堵塞現(xiàn)象。這里所探討的濾網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要是指壓氣機(jī)的進(jìn)氣濾網(wǎng)出現(xiàn)堵塞的問題，這種堵塞會(huì)使得進(jìn)氣環(huán)節(jié)的氣壓損傷值有所提升，從采購內(nèi)容降低壓氣機(jī)的排氣效果，但從這方面原因的整體影響程度上分析，可知這種因素不屬于主觀上影響輪機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行的核心因素。

2.4 閥門泄漏問題

這種問題主要集中在高壓閥門的區(qū)域。泄露后，同樣可能產(chǎn)生輪盤運(yùn)行環(huán)境內(nèi)部的壓力平衡受到破壞，這種情況下輪盤的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)際上是存在異常的，比較典型的表現(xiàn)為溫度的升高。

3? 解決超溫問題的具體措施

在上文的分析中可知各種類型原因引發(fā)的超溫問題，實(shí)際上比較典型的表現(xiàn)集中在整個(gè)輪盤和輪機(jī)機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境內(nèi)部出現(xiàn)壓力平衡的異常問題。因此，在尋求解決方案的過程中，往往重點(diǎn)在于解決壓力平衡方面的問題。而要解決這一問題，最為有效的方法就是實(shí)施擴(kuò)孔操作。

3.1 針對(duì)靜葉冷空氣的節(jié)流孔板進(jìn)行擴(kuò)孔操作

這一擴(kuò)孔操作的目的是為了增大起到冷卻空氣效果的氣體的壓力和流量，使得冷卻空氣本身的體積和容量實(shí)現(xiàn)提升。另外，針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的輪盤溫控線進(jìn)行合理的調(diào)整，降低排煙環(huán)節(jié)的溫度范圍[2]。從而防止燃?xì)廨啓C(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)初溫超溫的現(xiàn)象，同時(shí)在一定程度上可以徹底解決輪盤腔室溫度高問題。

3.2 針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷段進(jìn)行燃燒調(diào)整

這一方面的工作主要的目的在于，提升部分負(fù)荷下的IGV開度，使得已經(jīng)冷卻處理過的空氣在壓力和流量兩項(xiàng)指標(biāo)上得到同步的增高。這個(gè)環(huán)節(jié)中，包含了燃燒調(diào)整的步驟。通過燃燒調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)于輪盤溫度的控制，主要依托燃燒調(diào)整來完成[3]。負(fù)荷及燃機(jī)效率存在一定程度上影響，因此，對(duì)于負(fù)荷的控制和調(diào)整，也是控制和解決超溫問題的一個(gè)途徑。

3.3 影響擴(kuò)孔效果的因素分析

擴(kuò)孔作為解決超溫問題的一個(gè)核心措施，其在實(shí)施的過程中也容易受到多方面因素的影響，必要典型的影響體現(xiàn)在輪盤的降溫操作，會(huì)使得輪盤的負(fù)荷能力有所下降，關(guān)于溫度指標(biāo)，最大的下降幅度可以達(dá)到90℃[4]。另一方面的影響因素主要是指溫控線因素，當(dāng)溫控線下降后，輪機(jī)結(jié)構(gòu)內(nèi)的冷卻空氣量有所上升，這會(huì)使得能夠參與燃燒的空氣量有所減少，為了保證擴(kuò)孔效果，應(yīng)當(dāng)針對(duì)性的伴隨擴(kuò)孔操作進(jìn)行溫控線的調(diào)整。另外，擴(kuò)孔的實(shí)際效果，還會(huì)在一定程度上受到來自于季節(jié)的溫度因素的影響。

4? 結(jié)束語

總的來講，對(duì)于型號(hào)為M701F4的燃?xì)廨啓C(jī)而言，輪盤結(jié)構(gòu)的超溫現(xiàn)象屬于這種進(jìn)口設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的一種常見現(xiàn)象，M701F燃?xì)廨啓C(jī)在設(shè)計(jì)之初未充分考慮機(jī)組頻繁起停進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)峰，加快了燃?xì)廨啓C(jī)老化、性能劣化的速度和幅度，因此隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，機(jī)組性能將進(jìn)一步下降，通過擴(kuò)孔方法有效的控制這種現(xiàn)象的發(fā)生，從而提升燃?xì)廨啓C(jī)輪盤結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效果。

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