王新年

(中海福建燃氣發(fā)電有限公司，福建 莆田 351100)

自2003年國家第一輪打捆招標以來，國內(nèi)大量F級燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠投用，運行機群及型號不斷增多，在實際運行中暴露出各種各樣的設備異常，如9FA、SGT5-4000F、M701F3等多種型號均出現(xiàn)了壓氣機異常事件，給電廠安全運行和生產(chǎn)經(jīng)營帶來了重大影響[1-4]。M701F3燃氣輪機是東汽引進三菱重工技術(shù)生產(chǎn)的一款燃氣輪機，功率270 MW，簡單循環(huán)效率38.2%。在某電廠2號機組第3次C檢過程中，檢查發(fā)現(xiàn)壓氣機2級靜葉環(huán)左側(cè)間隔板間隙最大到3.77 mm，嚴重超標，存在脫落導致壓氣機重大損傷風險。經(jīng)與廠家共同分析、協(xié)商，增加了壓氣機揭缸檢修，對壓氣機2級靜葉環(huán)間隔板采取了針對性的焊接、銷子加大等防脫落改進措施，消除了設備重大隱患，并對其它三臺機組進行了內(nèi)窺鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)類似異常。

1 M701F3燃氣輪機壓氣機及2級靜葉環(huán)結(jié)構(gòu)

M701F3燃氣輪機1/4剖面圖如圖1所示,主要由壓氣機、燃燒室、透平及附屬部分組成。其中外缸體主要是進氣缸、壓氣機缸、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級系列中經(jīng)濟性、可靠性、可用性較好的一個機型。

圖1 M701F3燃氣輪機結(jié)構(gòu)1/4剖面圖

1.1 壓氣機結(jié)構(gòu)

壓氣機是帶有進氣可調(diào)導葉IGV的17級高效軸流式。其中進氣可調(diào)導葉IGV位于進氣缸后部，壓氣機靜葉環(huán)位于壓氣機缸全段、燃兼壓缸前部，17級動葉安裝在壓氣機軸上，壓比17。

壓氣機轉(zhuǎn)子包括動葉片、壓氣機軸。壓氣機動葉片由不銹鋼制成，“燕尾式”葉根，共17級。壓氣機軸由主軸和14個輪盤用12根拉桿螺栓固定形成，前端法蘭動力輸出，后端通過中間軸與透平軸連接。

壓氣機靜葉環(huán)共17級，分別裝在壓氣機缸和1、2、3級靜葉持環(huán)上，在第3級靜葉持環(huán)上裝有2級出口導葉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、機械強度和抗振能力。

1.2 壓氣機2級靜葉環(huán)結(jié)構(gòu)

壓氣機2級靜葉環(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燃氣輪機壓氣機2級靜葉環(huán)結(jié)構(gòu)及水平中分面間隔板安裝圖

2 壓氣機2級靜葉環(huán)間隔板間隙檢查情況

在2號機組第3次C檢過程中，作為一個壓氣機安全檢查項目，檢查人員從壓氣機進氣室人孔門進入到壓氣機進氣可調(diào)導葉IGV前，從進氣流道伸入內(nèi)窺鏡，使用內(nèi)窺鏡檢查壓氣機1級、2級靜葉環(huán)間隔板與上、下半相鄰靜葉之間間隙，檢查合格標準<0.5 mm。

檢查壓氣機1級靜葉環(huán)中分面4塊間隔板與上、下半相鄰靜葉之間未見明顯間隙，符合標準要求。

檢查壓氣機2級靜葉環(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測量點間隙為3.77 mm，B測量點間隙為3.66 mm，已大幅超過允許標準，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量圖

3 壓氣機2級靜葉環(huán)間隔板間隙異常原因分析與潛在風險

針對2級靜葉環(huán)水平左側(cè)小間隔板的間隙異常情況，與廠家技術(shù)人員共同進行了原因分析。因壓氣機運行中，空氣高速流動，產(chǎn)生沖擊力和氣流振動，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，磨損導致間隔板與外圍帶之間的壓緊力減弱并產(chǎn)生輕微松動。輕微松動的間隔板在氣流作用下振動加劇，導致銷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、機組運行中壓氣機高速流動的氣流產(chǎn)生的周期性高頻、低頻激振力[5]；二、2級靜葉環(huán)間隔板采用圖2所述的固定方式，存在受激振動，結(jié)合面微振磨損的潛在風險。

圖4 間隔板磨損過程與磨損部位示意圖

潛在風險分析：根據(jù)設計圖紙要求，2級靜葉環(huán)水平中分面間隔板應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，在氣流沖擊和振動影響下，已松動的左側(cè)小間隔板各結(jié)合面磨損將進一步加劇，燕尾槽結(jié)合面、銷釘2等磨損到無法起到固定作用時，間隔板脫落到流道中，將造成壓氣機惡性損傷事故。

4 壓氣機2級靜葉環(huán)間隔板磨損處理方案及實施

為消除2級靜葉環(huán)水平中分面間隔板潛在脫落風險，與廠家技術(shù)人員共同制定了處理方案。由于機組運行中氣體高速流動的固有特性，是客觀存在的，無法改善或消除。針對原因二，改變間隔板的固定方式，包括增加燕尾槽接觸面焊縫，2枚頂絲螺栓點焊和銷1擴孔放大、點焊，如圖5所示。

圖5 間隔防脫落措施示意圖

為實施2級靜葉環(huán)間隔板磨損處理方案，進行了壓氣機揭缸檢修，將2級靜葉環(huán)從壓氣機缸中滑出，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，隨后實施了間隔板各項防脫落措施，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施情況

隨后按照規(guī)定流程要求復裝燃氣輪機壓氣機其它部件，2級靜葉環(huán)水平中分面間隔板磨損問題得到較好解決。

5 總結(jié)

針對M701F3燃氣輪機C級檢修中發(fā)現(xiàn)的壓氣機2級靜葉環(huán)水平中分面間隔板間隙偏大問題，進行了原因分析和潛在風險分析，為防止出現(xiàn)壓氣機惡性損傷事故，制定了壓氣機2級靜葉環(huán)水平中分面間隔板消除受激振動磨損方案，采取增加燕尾槽接觸面焊縫，2枚頂絲螺栓點焊固定和銷1擴孔放大、點焊的固定方式。在壓氣機揭缸檢修過程中，實施了該改進措施，效果較好。對其他三臺機組實施內(nèi)窺鏡檢查，未發(fā)現(xiàn)類似問題。計劃在之后每次檢修中實施內(nèi)窺鏡檢查，并在機組大修中實施改進措施。

通過以上改進措施，可有效避免M701F3燃氣輪機壓氣機2級靜葉環(huán)水平中分面間隔板脫落導致壓氣機惡性損傷事故，可供同類電廠參考。