M701F型燃气轮机的大修

白 龙, 孙 强

(东方汽轮机有限公司， 四川德阳 618000)



运行与改造

M701F型燃气轮机的大修

白 龙, 孙 强

(东方汽轮机有限公司， 四川德阳 618000)

针对某M701F型燃气轮机的首次大修进行了工艺分析，介绍了大修的主要流程、施工内容，针对叶顶径向间隙变大、压气机静叶片破损和排气扩压缸裂缝等问题，给出相应处理方案。结果表明：该大修工艺分析正确，处理方案合理，可供类似工程参考借鉴。

燃气轮机； 压气机； 排气缸； 工艺分析； 大修

M701F型燃气轮机(简称燃机)效率高、功率大，是具有世界先进水平的F级燃机[1]。大修是燃机工作寿命周期内的重大工程，解决机组运行以来暴露的问题及缺陷，发现并处理机组存在的隐患，顺利完成大修工程是机组后续安全运行的质量保障。

笔者以某电厂首台大修的F级机组为例，对燃机的大修进行了详细的工艺分析。该机组大修之前已进行过燃烧室维修和透平维修，将易损高温部件及时更换，但压气机部位及排气缸部位从未做过全面维修。此次大修以整个燃机本体为布局，重点讲解了压气机部位的维修，逐条处理大修过程中遇到的问题，对大修的重点、难点进行了总结和讨论。

1 M701F型燃机大修介绍

1.1燃机本体结构

M701F型燃机的压比为17，透平进气初温为1400℃，功率为270MW。燃机本体主要包括进气部分、压气机部分、燃烧室部分、透平部分以及排气部分(见图1)。

转子的两个支持轴承分别安装在进气缸和排气缸内，这种缸箱一体的结构能有效保证了机组冷热状态切换时中心不变。燃机本体的支撑由压气机缸下面的刚性支撑和透平缸下面的挠性支撑组成，有效保证了机组整体向排气端的热膨胀性能[1]。该结构也有利于维护和大修，即只要下半气缸壳体与两支撑保持原位不动，机组中心就不会发生较大偏移，通过微调可修复对轮中心。

1.2燃机本体大修部位

根据F级燃机运行及维修手册，等效运行时间达到48000h或启动次数达到1800次，就要对机组进行大修[2]。该机组在进行大修之前已经历过3次燃烧室维修和2次透平维修，此次大修对机组本体所有零部件进行了开缸检查与修复，除下半气缸壳体与两个支撑保持原位不动外，包括转子在内的其余零部件均被吊至检修平台进行相应检修。具体检修部位及检修要求见表1。

表1 M701F型燃机大修关键部位及无损检测要求

大修是燃机工作寿命周期内的重大工程，检修工作量大且检修零部件繁多，每一项检修工作都会对机组以后的正常可靠运行产生重要影响。所以在检修施工开始前，应详细列出需要检修的部位以及每项零部件的检修标准及规范，对照机组剖面图，将每个部位的检修内容和检查要求详细地列在表1中。另外还要制作专业记录卡，记录每项工作的完工情况，以防检修项目遗漏。

2 本体大修施工流程及施工计划

电网宏观调控对机组停机检修时间有严格规定，所以保证检修工期显得尤为重要；另外大修工程的工作量巨大，为保证检修顺利进行，必须编制完整的检修流程卡及检修计划时间表。借鉴此前燃烧室维修和透平维修的经验，确定各部套检修所需具体时间以及拆装顺序，编制了检修流程卡(见图2)和检修计划时间表，并配合检修操作指导书，对检修步骤以及每一步骤的注意事项、操作规范都进行了详细说明。

检修计划的实施是对检修工艺的一次实践检验，如果本体检修工艺中存在不完善的地方，极有可能使得检修计划不能正常进行。如果检修期间突发重大问题，必须及时调整检修计划，使整个工程宏观可控。此次检修计划共计59天，实际施工58天完成全部检修内容。实践证明：该计划精确合理，能准确体现出检修的步骤以及每一步骤需要的时间，为以后同一类型的机组大修作业提供了经验参考。

3 检修重点以及突发问题的处理

3.1检修重点

由于该机组在大修之前已经进行过2次透平维修和3次燃烧室维修，这些局部维修均会对烧损的热部件进行更换，例如燃烧室维修时会将火焰筒、过渡段进行更换，透平维修时会在燃烧室维修的基础上，进一步更换透平前两级的动叶、静叶。但是该机组运行近十年来，压气机部分和排气部分一直未进行过开缸检查，即使机组运行记录良好，也不能保证这些部位上的零部件完好无损。所以此次大修在常规透平维修的基础上，重点进行压气机部分的检修和排气缸部位检修，同时兼顾燃烧室和透平的维修。

针对重点检修部位，制订了关键部位检修记录卡，记录每个零部件的受损情况及回用率，如对17级压气机共1346片动叶，全部进行VT+MT检查，叶身表面弯曲变形大于5mm、叶身MT检查出裂纹、叶身挤压凹陷大于0.2mm、叶根端面MT检查出裂纹、叶片涂层脱落30%等，满足以上任意一条则不得回用。此次大修对损坏的压气机叶片进行更换，对压气机持环的磨损部位也进行焊接补肉处理。

3.2通流间隙变化

燃机经过多年运行发电后，缸体已经发生塑性椭圆变形，与设计图纸尺寸存在明显偏差，若按照新机安装要求，静子部件和转动部件之间的间隙多数不满足设计要求，但是机组仍在正常运行，各项运行指标均符合设计标准。虽然间隙变大，但机组并未出现效率降低、压比减小等不良影响。故结合机组运行特殊性，全新编制了一套大修通流间隙尺寸标准(见表2)，即通流间隙下差基本不变，而一定量地提高通流间隙上差，如此既保证了运行安全性，又改善了气缸变形对通流间隙的不良影响。

表2 叶顶通流间隙 mm

国外公司对机组大修后叶顶径向间隙变大问题已有成功检修经验，此次M701F机组大修的尺寸与国外机组大修的参考尺寸基本吻合。

3.3压气机叶片损坏

大修开缸后发现压气机第15级静叶栅上有一片叶片的边缘存在开裂缺陷，由于仅有一片且叶片位置不具特殊性，排除材料原因和机组运行原因造成此裂纹。经仔细勘查后发现叶片上附着细如头发的铁丝类物体，长度及形状与叶片裂纹基本吻合，经专家查看后确定为压气机气封齿碰摩后脱落的丝状气封齿尖，在压气机通道气流推动下，紧贴在静叶片上将静叶片割裂(见图3)。

燃机具有快速启停的优点，用于电网调峰十分方便。也正是此特性，使燃机在启停过程中暖机时间较短，机组内部件温差较大，气封齿的齿根和齿尖部位都有明显的温度梯度变化，发生轻微动静碰摩时易使齿尖弯曲，并引起丝状断裂脱落。此次大修将损伤的静叶栅进行了更换，对磨损的气封齿进行了光滑修整，去除已弯曲齿尖，减小了齿尖脱落的风险；并对机组启动程序再次进行校正，确保暖机时间充分且运行安全。

3.4排气扩压缸裂缝处理

排气缸VT检查时发现排气扩压缸中分面存在裂纹，有一处已经贯穿中分面螺栓孔。分析认为排气扩压缸处温度较高，达到550℃以上[1]，且缸壁很薄，气缸受热膨胀后容易在应力集中处发生挤压和剪切，使缸壁产生裂纹。中分面螺栓把紧力矩不均匀也会产生应力分布不均匀的结果。

此次大修对以上裂纹进行了补焊消缺处理，并在排气扩压缸中分面应力集中的拐角处增加工艺性缺口，消除集中应力，以防再次出现裂纹(见图4)。对螺栓的把紧力矩也进行了重新确认，要求顺着气流方向依次均匀把紧。

3.5大修与新机安装存在差别情况

对于大修作业和新机安装作业有差别的地方，必须在施工时特别注意。例如：在新机安装过程中压气机第3级持环下半为垂直吊至缸内，而在大修中为了保持压气机扩压器的完整性，更新了装配工艺，改为将压气机第3级持环沿缸壁滑至缸内(见图5)。新版工艺的技术方案更加完善，能更好地保证工程施工周期，但在实际操作中发现第3级持环正下方一处吊耳与气缸壁干涉，导致持环不能顺利地滑入气缸。

经测量尺寸后发现持环上吊耳毛坯肥大，超过了图纸设计尺寸，所以才导致与气缸干涉。此次大修将吊耳毛坯肥大处进行了打磨处理，确认尺寸合格后再进行持环装配。

4 结语

燃机本体大修于2015年3月12日开始，2015年5月9日完成施工作业，顺利启动且运行平稳。此次工艺方案得到了现场施工的实践论证，结果表明：大修工艺方案正确，所编制的施工计划表和检修工艺能够满足现场的施工需求。该方案也可以在同类型机组中推广，为有关机组的检修提供作参考。

致谢

本文在撰写期间，得到广州JV公司人员的大力支持，特此感谢！

[1] 王强. M701F燃气轮机的结构特点[J]. 东方电气评论, 2003, 17(4): 179-186.

[2] 卫志道, 李红明. 三菱M701F型燃气轮机的检修管理介绍[J]. 电力安全技术, 2008, 10(4): 52-53.

Overhaul and Inspection of a M701F Gas Turbine

Bai Long, Sun Qiang

(Dongfang Turbine Co., Ltd., Deyang 618000, Sichuan Province, China)

Process analysis was conducted to the first overhaul of a M701F gas turbine, including the main procedure and construction items. Corresponding countermeasures were proposed for problems found in the overhaul, such as radial clearance out of tolerance, damage of compressor stator blade and cracking of exhaust diffuser, etc. Results show that the overhaul process analysis is reasonable and the treatment measures are effective, which may serve as a reference for overhaul of similar projects.

gas turbine; compressor; exhaust diffuser; process analysis; overhaul

2016-04-08

白 龙(1988—)，男，工程师，从事燃气轮机及蒸汽轮机制造、安装工艺工作。

E-mail: bailong@mail.dfstw.com

TK478

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1671-086X(2016)06-0417-04