9E型燃气轮机转子检修方案探讨

江　啸

(惠州深能源丰达电力有限公司, 广东惠州 516025)



9E型燃气轮机转子检修方案探讨

江啸

(惠州深能源丰达电力有限公司, 广东惠州 516025)

为了保证燃气轮机在一个大修运行周期内的安全运行，根据燃气轮机的运行工况以及通用电气公司(OEM)提供的技术资料，并结合现场检修经验，对转子状态进行全面检查和分析。结果表明：通过对燃气轮机转子的全面检查、分析和正确的处置措施，可以有效监控和改善燃气轮机转子的运行状态，预防燃气轮机转子发生重大事故。

燃气轮机； 轮盘腐蚀； 阻气片； 转子跳动

由于9E型燃气轮机本身设计制造缺陷以及运行工况较恶劣等原因，其转子可能出现压气机第17级动叶前窜、轮盘拉杆螺栓防松螺母松动、透平轮盘纵树形叶根槽腐蚀、阻气片缺陷、转子弯曲等严重威胁燃气轮机安全运行的缺陷。因此，在9E燃气轮机进行大修时，对以上项目进行检查并采取适当的处理措施，对于确保转子长期安全运行具有重要意义。笔者根据现场检修经验及相关规范，对以上缺陷出现的原因、检查方式及处理方法进行讨论。

1　9E型燃气轮机转子检修

1.1 压气机第17级动叶前窜

机组在运行时，压气机动叶的级后压力高于级前压力，因此压气机动叶片始终受到逆气流方向的推力。对于第1～16级动叶，动叶在受力前窜时会被前一级转子轮盘顶住，故前窜量很小。但第17级动叶前侧为冷却空气抽气槽，槽宽度为9.14 mm，若在该级动叶安装时，轮盘上对动叶进行轴向定位的样冲眼未打好，就容易出现17级动叶向16级抽气槽前窜的现象(见图1)。

对于9E型燃气轮机，一旦发现压气机第17级动叶存在前窜的现象，且偏移量超过0.381 mm[1]，则需要在机组大修时对该缺陷进行处理。当发现2片以上(含2片)的动叶片存在该缺陷时，则需要对整圈所有17级动叶片进行重新打孔固定。具体处理方法如下：

(1) 打孔固定前，用木质压板将所有出现前窜的动叶顶回原安装位置，确认动叶叶根前端与17级轮盘前端面平齐。

(2) 动叶上固定孔位于叶根平台前侧，孔径d=3.2 mm，孔深为5.10～6.40 mm，孔中心距离叶根平台侧边距离2.79～2.92 mm(见图2)。

(3) 轮盘上固定孔的位置位于第17级动叶进气侧，打孔采用3.2 mm、1/8球头样冲，孔中心与轮盘前端面的距离最小为15 mm，孔中心与动叶叶根平台侧边的距离为1.6 mm。

(4) 在打完定位孔后，需检查轮盘上固定孔向动叶侧挤入足够深度，并对所有打孔位置进行着色探伤，避免出现由打孔造成轮盘及动叶叶根平台裂纹的情况。

(5)对于第17级动叶存在叶根垫块的机组，步骤(2)的固定孔应打在垫块上，其打孔方法与不带叶根垫块的相同。

1.2 转子轮盘拉杆螺栓防松螺母转动

9E燃气轮机轮盘拉杆螺栓是通过在其防松螺母榫槽处打样冲来实现防松动的；但若在机组安装时样冲未打好，就可能出现防松螺母松动的情况(见图3)，而防松螺母松动有可能导致转子弯曲。因此，若在大修检查时，发现防松螺母出现轻微转动情况，应首先测量转子的跳动值：若跳动值超出规范，则转子出现了弯曲情况；若跳动值仍在范围内，则应采用重新打固定孔的方式防止防松螺母的松动。具体方法如下：新固定孔位于轮盘上且正对防松螺母榫槽，打固定孔采用3.30 mm球头样冲，固定孔外圆与轮盘挤入处的距离至少为0.76 mm，固定孔外圆与轮盘未挤入处的距离为1.27 mm(参考值)，固定孔打完后轮盘上材质向防松螺母榫槽内挤入至少0.76 mm(见图4)[2]。

1.3 透平轮盘纵树形叶根槽腐蚀

由于长期燃用重油、未按照通用电气公司(OEM)要求选择水洗剂、水洗后甩干及烘干时间不足、进气过滤器过滤精度不够等原因，会导致燃气轮机透平纵树形叶根槽严重积垢，进而导致轮盘纵树形叶根槽出现垢下腐蚀的情况。严重的垢下腐蚀会导致叶根槽表面金属剥落(见图5)，当金属剥落超出OEM规范时，可能对机组产生以下危害[3]：

(1) 轮盘纵树形叶根槽出现大量麻坑，因此动叶叶根与纵树形叶根槽的接触面积减小，因而增大了纵树形叶根槽受压侧所受的应力。长期在较大应力的情况下运行，会导致受压侧金属强度降低而产生更加严重的金属剥落现象。

(2) 轮盘纵树形叶根槽与动叶叶根周向间隙变大，导致动叶在低速时出现摆动情况。动叶摆动会导致二级动叶、三级动叶叶冠碰摩，而叶冠碰摩可能会导致叶冠强度下降，甚至硬质合金的脱落，对动叶的安全运行产生影响。

(3) 轮盘纵树形叶根槽与动叶叶根径向间隙变大，导致二级动叶、三级动叶的叶冠围带出现径向错位，甚至叶冠围带重叠的情况，对动叶的安全运行产生影响[4]。

(4) 动叶叶根平台之间及叶柄之间间隙变大，导致叶根平台及叶柄处的密封销难以实现密封作用，高温烟气通过过大的间隙进入转子轮盘，引起轮盘温度高，长期如此运行会产生转子弯曲变形的严重后果。另外，较大的动叶叶根平台及叶柄间隙还可能导致密封销的脱落。

鉴于以上可能出现的危害，在9E燃气轮机进行大修时，有必要对透平轮盘纵树形叶根槽进行腐蚀情况检查。对于温度较低的三级轮盘，其垢下腐蚀的情况往往最为严重，因此需要重点检查。一旦通过目视检查发现纵树形叶根槽存在较严重的腐蚀情况时，可以通过如下方法对纵树形叶根槽腐蚀量进行测量。

进行测量前，首先应对纵树形叶根槽进行全面清理，去除积垢；之后，在纵树形叶根槽的顶部和底部放入4根销钉(见图6)，销钉直径(6.670.002 5)mm(对应9E燃气轮机一、二、三级轮盘)，长度不超过槽宽度的1/4，销钉应紧靠槽内壁；销钉放置好后，采用适用于9E型燃气轮机的专用纵树形叶根槽百分表测量a值和b值。a值和b值的标准值及最大腐蚀量见表1。对于纵树形叶根槽压力侧腐蚀面积超过15%，且局部点蚀深度大于0.25 mm的轮盘，电厂方应及时告知OEM以寻求最佳处理方案。

表1　轮盘腐蚀量标准　mm

在检查中若是发现透平轮盘纵树形叶根槽存在腐蚀情况，应根据现场腐蚀情况制定相应的处理方案，采取措施减缓或消除轮盘纵树形叶根槽进一步的腐蚀及其由腐蚀产生的机组隐患，可采用以下措施：

(1) 为避免腐蚀造成叶根平台间隙过大造成漏烟气，甚至动叶密封销脱落，应及时更换较大尺寸的密封销。对于9E型燃气轮机，一级动叶密封销为5.64 mm；二级动叶横向密封销为4.62 mm，径向密封销为5.13 mm；三级动叶横向密封销为4.62 mm，径向密封销为5.13 mm。

(2) 对腐蚀的纵树形叶根槽可采用喷涂涂层的方法。对纵树形叶根槽喷涂一层METCO硬质合金，之后对硬质合金进行抛光直至轮盘纵树形叶根槽与动叶叶根配合间隙符合要求；同时为避免继续腐蚀，在叶根槽表面还需喷涂一层GECC-1防腐涂层。

(3) 对动叶纵树形叶根喷涂涂层是一种等效于轮盘纵树形叶根槽喷涂的处理方法，此种方法虽然同样能减小轮盘与动叶的配合间隙，但不能阻止轮盘纵树形叶根槽的进一步腐蚀，因此仅在由于时间限制不允许进行轮盘喷涂固定时推荐采用此工艺。

(4) 通过激光再制造技术修复轮盘纵树形叶根槽。该技术选用耐磨性能优于轮盘基材且低于动叶材料硬度的熔覆材料，对待修复面进行3层激光熔覆，在2次激光熔覆后对熔覆层进行机械磨光，在完成3次激光熔覆对熔覆层进行修磨以达到表面平整度要求。经过该技术修复的轮盘纵树形叶根槽具备间隙控制精确、熔覆层基材与轮盘基材相近且致密、非熔覆层无损伤、投入运行后纵树形叶根槽磨损量小等特点，且修复费用相对较低。

(5) 减少外部引起轮盘纵树形叶根槽腐蚀的因素对于确保轮盘的寿命至关重要，包括燃用天然气等清洁燃料，按OEM规范选用进气过滤器和水洗剂，水洗后按规范充分进行甩干和烘干操作等。对于长期停运的机组，可以封堵燃气轮机进、排气口，避免空气进入机组造成腐蚀。

(6) 对于轮盘纵树形叶根槽腐蚀程度超出OEM规范的9E型燃气轮机，最终的解决方案是更换轮盘。

1.4 转子阻气片检查

9E燃气轮机透平二级动叶是靠由转子轮盘中心过来的冷却空气进行冷却的。为确保足量冷却空气进入到动叶内而不是泄漏到二级轮盘前侧空间，透平二级喷嘴隔板后侧设计有阻气片(见图7)，该阻气片与二级动叶进气侧下天使翼配合形成密封空间，防止冷却空气泄漏(见图8)。因此，在二级动叶拆除后，应对阻气片进行全面检查，以判断阻气片是否存在变形、裂纹、缺失等缺陷。若存在以上所述缺陷，冷却空气将泄漏入二级轮盘前侧空间，而进入二级动叶叶根冷却孔的空气量减少，进而造成二级动叶因超温引起热应力过大，严重影响二级动叶的运行寿命。

1.5 转子跳动检查

9E燃气轮机转子在运行时由于受到热应力、转子不平衡量、动静碰摩等因素的影响，到进行大修时，转子的弯曲度与机组安装时的原始值会发生变化。虽然在大修现场并没有很好的方法对转子弯曲作出处理，但利用大修机会检查转子跳动，可以作为评估转子状态的一个重要手段。对转子跳动的检查可分为两个方面：检查转子的弯曲度，找出最大弯曲点；检查压气机转子与透平转子的不对中度。

通过手动盘车测量转子跳动的检查可在燃气轮机所有缸体上半缸都已起吊之后、轴瓦拆除之前进行。在压气机前短轴(K)、压气机后短轴(P1)、透平前短轴(P2)以及透平后短轴(B)4个位置安放千分表，装表前应对测量位置进行清理(见图9)。在手动盘车前，应将4块千分表均调零，并以当前位置为零点。之后开始手动盘车，每隔45°记录一个跳动值，每个测点记录8个数据，当手动盘车至零点位置时，所有千分表读数应归零。若千分表在零点位置未归零，则该组数据无效，应调整后重新测量。

各测点的最大跳动值应符合以下标准：压气机前短轴K点的跳动值≤0.038 mm，压气机后短轴P1点的跳动值≤0.010 mm，透平前短轴P2点的跳动值≤0.010 mm，透平后短轴B点的跳动值≤0.010 mm。压气机转子与透平转子的不对中度通过压气机后短轴跳动值与透平前短轴跳动值的差值得到，即|xP1-xP2|≤0.038 mm。

2　结语

由于每台9E型燃气轮机机组特性、运行方式、外部工况等存在差异，因此各电厂在进行转子大修检查时，应在OEM的检查规范基础上，结合其电厂的运行状态以及其他同类机组的检修经验，制定出合理的燃气轮机转子检查方案，才能确保燃气轮机的长期安全运行。

[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

江啸(1984—)，男，工程师，主要从事燃气轮机技术管理工作。

E-mail: jiangxiao@sec.com.cn

TK478

A

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