GE公司9FA燃氣輪機的運行維護分析

劉向東，蘇玉

（1.深圳深南電燃機工程技術有限公司，廣東 深圳 518053；2.北京黎明航發動力科技有限公司，遼寧 沈陽 110041）

GE公司9FA燃氣輪機的運行維護分析

劉向東1，蘇玉2

（1.深圳深南電燃機工程技術有限公司，廣東 深圳 518053；2.北京黎明航發動力科技有限公司，遼寧 沈陽 110041）

美國GE公司的9FA燃氣輪機是當今世界上正式投入商業運行且技術成熟度最高的燃氣輪機機組之一。本文對其維修特點以及燃氣輪機的維修檢查過程進行分析敘述。

燃氣輪機；維修；GE公司

20世紀80年代，位于美國的GE公司開始花費巨資來研制F型燃氣輪機。GE公司在燃氣輪機的動力系統中引進了航空發動機系統的功能，使航空發動機中的性能優越的冷卻技術以及高質量的材料用于所研制的重型燃氣輪機的結構中，這樣改造提升了透平進氣溫度約167℃，使得改造后的燃氣輪機的性能得到了大幅度提高，同時也為F型大型燃氣輪機的研發提供了良好的技術基礎。20世紀90年代初期，GE公司對先期研發的PG9281(F)型燃氣輪機進行了升級改造，制造出了PG9301(F)型燃氣輪機。1年后，GE公司又在PG9301(F)型燃氣輪機的基礎上，于1992年將其升級改造為PG9331(FA)（簡稱9FA）型燃氣輪機。

1 9FA燃氣輪機的維護特點

GE重型燃機被設計成可承受嚴酷的工作狀態并能進行現場維護，只有特定的燃燒部件、熱通道部件及轉子部件需要專門的車間維修。下面是燃機便于現場維打的特點。

（1）所有缸體、殼體沿水平中分線剖分，上半部均可單獨起吊以便于進入內部。進氣缸上半移走后，VIGV可沿徑向拆卸，不移動轉子來檢查或替換，壓氣機上半部分缸體被移走后，所有定子葉片可沿周邊滑出缸體。

（2）透平缸上半起吊后，無需移走轉子，第一級噴嘴裝置可拆卸以便檢查、修理或替換。有些機組，后面級的噴嘴組件可以與透平缸體一起吊卸，從而能進行透平動葉的檢查和域拆卸。

（3）所有輪機動葉片均經過力矩稱量并由電腦按轉子部套編號成組，這樣，不需要拆卸或對轉子重新找平衡就可以替換葉片。

（4）所有軸承座和軸瓦均沿水平中心線剖分，必要時它們可進行檢查并替換。不需要移動轉子，軸瓦的下半部就可以移出。

（5）所有氣封、軸封與主軸承座和缸體結構分開，這樣容易拆卸或替換。

（6）在大多設計中，為了檢查、維護和替換，燃料噴嘴、火焰筒和導流襯套能拆卸而無需起吊任何缸體，包括過濾器、冷卻器的所有主要輔助設備，均是分立組件，便于檢查或維打。必要時可以個別替換。

GE重型燃氣輪機的檢查輔助接口便于進行幾個特殊檢查程序。不需要移動燃機外缸及殼體，這些特殊程序提供目測和一些關鍵的內部氣通道結構的間隙測量。這些程序包括氣流通道孔探儀檢查和輪機噴嘴軸向間隙測量。一臺GE燃機完整的設計包括靜止、旋轉、機械、流體、熱和電的系統。透平的性能和透平內部各部件的性能一樣，都依靠內部部件之間的運行關系。GE的工程程序評估了設計改變和修改的影響。這個設計、評估、測試和認可過程是為了安全可行和經濟運行，能保證合適的平衡和所有部件與系統之間的相互作用。

2 9FA燃氣輪機的維護檢查內容分析

維護檢查類型大致分為停機、在線檢查和解體檢查。停機檢查在機組不運行、非調峰時段進行，包括輔助系統和設備校準的常規維修。在線檢查在機組運行時，通過注意關鍵運行參數實行。解體檢查要求，打開機組來檢查內部零件并且有不同的檢查程度。

2.1 備用停機檢查

停機檢查在所有燃機都進行，但是特別適合用于調峰和間歇性負載工作的燃機，對這類機組啟動安全可靠是首要的。這種檢查包括常規的電池系統維修、更換過濾器、檢查油位和水位、清潔繼電器和校準檢查設備。維修在非調峰時段進行，不干擾透平的可用率。定期的啟動試運行是停機檢查的要點。

運行和維護手冊與服務手冊，包含了必要定期檢查的信息和圖紙。維修手冊中有關停機維護最有用的圖紙是控制系統、管路示意圖和電氣元件圖。這些圖表提供了所有控制元件的校準值、運行極限值、運行特性和操作順序。運行和維護人員應該規范使用這些信息。堅持必要的停機檢查維護，可降低全面的維護費用并保持機組的可靠性。所有檢查應進行很好地記錄，并可確保建立一個良好的維護程序進行維護工作。

2.2 在線檢查

在機組運行時，在線檢查由一般和連續的觀測組成。它是從一臺新機組最初的啟動中和機組重大的拆裝工作后，通過確立原始性能數據開始。原始性能數據可以做為參照來度量以后機組性能變化的程度。

記錄數據可以來確立正常的設備啟動參數和關鍵穩態運行參數。穩態定義為輪間溫度在15min內變化不超過5℉/30℃。必須定期記錄數據，以方便評估透平性能及確定運行期間內的維護需求。包括:負荷與排氣溫度的關系、振動、燃料流量和壓力、軸承金屬溫度、潤滑油壓力、出口煙氣溫度、出口溫度變化幅度和啟動時間等。檢查時，手冊給出最低程度的數據，其它參數必要時也應使用。與正常狀態的偏差幫助查明可能發生的問題、校準值偏移或部件損壞。

2.2.1 負荷和排氣溫度的關系

應該觀察負荷和排氣溫度的關系，并與早先的數據對比。環境溫度和大氣壓力將影響絕對溫度。高的出口溫度可能與內部零件損壞、過多的漏氣或空氣壓縮機結垢相關。做為機械驅動時，它也可能與驅動設備要求增加功率相關。

2.2.2 振動水平

應該觀察并記錄機組的振動信號，運行狀態變化將產生微小的變化，但是，大變化或連續的增加趨勢則顯示有必要應用糾正措施。

2.2.3 燃料流量和壓力

觀察燃料系統一般的燃料流量相對負荷的關系，觀察系統的燃料壓力，燃料壓力的變化可能顯示燃料噴嘴通道阻塞，或燃料流量測量裝置損壞或出現校準值偏移。

2.2.4 排氣溫度及分散度變化

應監視的最重要的控制系統是燃料及排氣溫度伺服系統和備用高溫剮晰系統。運行的常規檢驗和這些功能的校準，將使熱通道部件的磨損最小化。應定期測量和監控透平出口溫度的分散度變化，出口溫度的分散度大變化或連續增加趨勢可能顯示了燃燒系統的損壞或燃料分配的問題。如果這問題不解決，將降低下游熱通道部件的壽命。

2.2.5 啟動時間與惰走時間

啟動時間是很好的參考數據，能與隨后的運行參數進行比較。從啟動信號開始速度、燃料信號、排氣溫度、相對時間的臨界順序等啟動參數的特性曲線上能提供判斷控制系統狀態的信息。與正常狀態的背離能幫助查明可能發生的問題、校準值偏移或部件損壞。

惰走時間可顯示軸承對中和狀態。可比較及評估在正常關機下，切斷燃料直到轉子到盤車裝置速度的時間。密切觀察和監控這些運行參數是制定其后停機期間有效的維護工作計劃和部件維修要求的根據。

2.3 解體檢查

2.3.1 決速冷卻

在檢查之前，強迫冷卻機組加速冷卻過程并縮短損耗時間是必要的。強迫冷卻是在冷拖速度下，連續轉動機組，長期持續的讓環境空氣流過機組，盡管因為正常停機冷機過程時間較長，盤車裝置或棘齒盤動的自然冷卻循環被優先推薦。但快速冷卻是允許的，可是在任何冷卻過程中打開門是禁止的，除非緊急情況要求立即檢查。不能通過開門或拆下隔熱板來加速冷卻時間，因為汽缸不均勻的冷卻，可能引起附加的汽缸變形和葉片摩擦，如果摩擦嚴重可能引起潛在的葉頂損傷。

2.3.2 燃燒系統余熱通道檢查維護

燃燒室檢查是有關燃料噴嘴、火焰筒、過渡段、聯焰管和固定座、火花塞組件、火焰探測器與燃燒室導流襯套的小范圍拆卸停機檢查。其檢查重點是燃燒火焰筒、過渡段、燃料噴嘴和端蓋，這些都是認為是在一個好的維護計劃中首先要求替換或維修的內容。對這些項目的適當檢查、維護和維修，將可能給予下游的部件較長的壽命，例如透平噴嘴和葉片。火焰筒、過渡段和燃料噴嘴，應該被替換成新的或經過維修的來縮短停機時間。然后在機組恢復運行后，將被替換下的火焰筒、過渡段和噴嘴進行清潔和修理，以供下次檢修時使用。

2.3.3 熱通道檢查

熱通道檢查的目的是檢查那些受燃燒過程中燃氣釋放的高溫的部件。熱通道檢查既要包括對燃燒室的檢查，還有對透平噴嘴、定子護環和透平葉片進行詳細檢查。為了實施這些檢查，透平的上缸必須移開，在殼體移開前，使用機械式千斤頂支撐機組中心線適當位置來保證轉子和定子的定位，保持正確的頂部間隙并防止缸體扭曲變形。

3 結語

GE公司9FA燃機是目前市場上最為廣泛使用的燃氣輪機，經過不斷地升級演化，其技術成熟度不斷提高。其維護維修過程，也需要特別注意，其維修過程具有很多復雜性，但燃機在設計當初就設想了現場維修的特殊之處，所以很多設計都為維修提供便捷之處。9FA燃機在維護維修方面分為備用停機檢查、在線檢查及解體檢查，這3種檢查有著不同的檢查內容及使用情況。

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