9E型燃机透平轮间温度高故障分析及处理

9E 型燃机透平轮间温度高故障分析及处理

张杨峰

大唐泰州热电有限责任公司 江苏 泰州 225500

【摘要】某电站9E型燃机进行机组建设后，出现涡轮一级后轮胎温度高的常见故障。经初步解析和分析，怀疑是高温天然气泄漏到二级喷嘴处，是由于轴向载流间隙左右方向不均所致。调整各滚动轴承的设计标高，使各轴系的轴向载流间隙对称。带载重启后，轮间高温常见故障消退，确保9E型燃机机组可靠稳定运行。

【关键词】9E型燃机；透平轮间；温度；故障；处理

某 电厂GE公司燃气轮机于2016年投入商业运行 ，至2020年共运行了1万多小时。2018年某月按计划对燃机完成检修后，启动带负荷运行过程中出现燃气轮机透平一级后轮间温度高报警的异常情况。在介绍透平一级后轮间温度的热电偶结构和透平冷却过程的基础上，进行故障分析，并采取相应措施。

1机组冷却方式及温度测点布置

9E燃气轮机部件在整个运行过程中处于长期高温的自然环境中。为了保证设施的安全和使用寿命，对其采取相应的冷却方式是必不可少的。所有涡轮机部件的冷却系统软件可分为动态和静态两种冷却路径。

1.1透平静叶的冷却过程

从离心式压气机进出口通过发动机燃烧室过渡段内腔吸入的大部分气体进入第一级定子（喷嘴），注入第一级内冷通道定子。定子冷却后，气体从定子中排出。气体边缘的小圆孔排入主天然气流。另一部分通过第一级复合回路冷却第二级静叶；注入二级静叶的气体一部分经叶片冷却后从排气侧排入天然气主流，另一部分从内环线前孔排出并冷却。二级离心叶轮的排气侧和二级离心叶轮的进口侧。

1.2透平动叶的冷却过程

一部分从离心压气机高压气密性泄漏的气体冷却了一级涡轮离心叶轮转盘的前侧和一级叶片的后部。另一部分从离心压缩机第16级通过电机转子内部流道抽出的气体，大部分注入第一级转子的内部冷却，然后排入主天然气流从叶片顶部开始，另一部分用于冷却二级转子；另一部分流向二级离心叶轮的排气侧，冷却二级离心叶轮的排气侧和三级离心叶轮的进口侧。

1.3温度测点布置情况

为了更好地保证9E燃气轮机的电机转子不因过热而损坏，部分9E燃气轮机配备了6组12个热电偶来检测每个轮之间的左右温度，实际测量点和热电偶代码如图2所示。

图2热电偶测点及代码

车轮之间的温度由轴对称部分的两个热电偶测量点的平均值得出。每一级轮之间的温度和左右之间的温差都设有上限值。实际标准值见表1。

表1最高透平轮间温度值和温差值（℃）

2温度故障及历史处理情况

2016年，机组建设后发电机组在运行过程中，突然出现汽轮机一级轮胎胎间温度高的常见故障，后续的报警共性故障仍未消除。实际温度数据信息见表2。

表22016年5月19日透平轮间温度值和温差值（℃）

从表中可以看出，第一阶段后上轮之间的温度比报警值510℃高630.6℃，左右点温差104.5℃，比报警值高值83°C。涡轮部件过热。破坏的风险。为处理上述常见故障，保障设施保护及设备的顺利运行，2016年5月至2017年10月期间，基于多项可能导致高温常见故障的因素，采用发电机组调解和维护机会，进行了相关的实验室测试和解决方案。(1)热电偶本身存在常见故障。2016年5月20日，TT-WS1AO-1单支热电偶拆卸更换。(2)热电偶位置错误。2016年5月21日，TT-WS1AO-1、TT-WS1AO-2、TT-WS2FO-1、TT-WS2FO-24热电偶全部拔出30mm。(3)二级喷嘴（静叶片）冷却系统软件中的冷却风量不够。2016年6月29日，TT-WS1AO-1、TT-WS1AO-2、TT-WS2FO-1、TT-WS2FO-2四只热电偶全部校准完毕，第一级复回路17脚由长销更改。成短销将冷却气体提升到辅助喷嘴。(4)改进了二次喷嘴的冷却方式。2017年10月11日，二次喷嘴由工作压力型改为非工作压力型，以获得更快的冷却效果。发电机组的点火温度提高到1124℃。

表3各阶段处理后一级后轮间测点温度值（℃）

从表中可以看出，在几种方案中，将二次喷嘴从工作压力型改为非工作压力型后，左右测点轮间温度下降很多，但温度和左右温差还是解决报警状态。

3进一步分析及处理

通过前几个环节的实验和解决方案，可以发现热电偶本身没有问题。在将一级复合环定位销由长销改为短销的基础上，改变插入二级喷嘴的热电偶浓度，升级为二级。喷嘴的冷却气体等对策没有取得显着的实际效果。但是，将二次喷嘴从工作压力型改为非工作压力型实际效果最为显着，但并不能完全消除问题，基本消除了热电偶本身。以及冷却系统软件损坏的概率。由于冷却控制回路中的冷却和排风量充足且稳定，因此在正常情况下应该能够获得良好的冷却效果。因此，怀疑来自叶片顶部和二级喷嘴密封处的高温气体超过了正常量。泄漏到热电偶测点周边，造成散热不良和过热常见故障，如图3。导致这种现象的情况很可能是涡轮电机左右部分轴向间隙不均匀转子，上端间隙过大，实际密封效果不好。

图3二级喷嘴实物

2017年10月，为避免高温问题，利用发电机组设备大修机会，对发动机缸体进行全面解体，拉不锈钢丝准确测量缸腔，确定发动机缸体和定子是否有较大的轴。该力导致轴向间隙从左到右不均匀。在拉制不锈钢丝的整个过程中精确测量凹陷，由于不锈钢丝具有一定的挠度值，因此拉伸应变的量称为垂直弧度。在精确测量和计算时必须考虑垂直弧度。如图4所示，O点为基本理论下无竖弧时不锈钢丝的中心（即电机转子中心），当竖弧为不锈钢中心时，考虑O'点钢丝，OO'为垂直弧度值；a表示左洼窝值，b表示右洼窝值，c表示下侧洼窝值，上洼窝值d可以通过abc获得。不锈钢丝垂直弧度的计算方法为

（1）

式中：2L为不锈钢丝的跨度，mm；m_p为不锈钢丝企业净重，1.5413g/m；m为悬挂不锈钢丝的质量，2.5kg；x为垂直圆弧测量点与不锈钢丝一端的距离，mm。

图4考虑垂弧后洼窝图

融合各部分的跨度如图5所示，计算可得。#2滚动轴承、2级复合环、3级复合环的垂直弧度分别为0.58mm、0.40mm和0.34mm。

图5轴系跨距

以#1滚动轴承和二次双圈处的洼窝为标准，准确测量各位置的洼窝，并进行垂直圆弧调整，见表4。

表4轴承标高调整前各位置处洼窝数据（mm）

从洼窝数据信息可以看出，上、中、下整体情况较小，这意味着电机转子的中心相对低于发动机缸体的中心，导致顶部出现轴向间隙。涡轮截面和喷嘴的轴向密封。过大，下轴向间隙过小，与预测结论一致。根据洼窝数据信息，#2滚动轴承设计标高增加0.55mm，#3滚动轴承设计标高增加0.80mm，精确测量后调整后的洼窝数据信息如表5所示.

表5轴承标高调整后各位置处洼窝数据（mm）

从表中可以看出，调整后各部位前、后、左、右方向的凹坑数值基本对称。2017年11月20日，发电机组正在重新组装，抢着装车。过载工况下涡轮叶轮之间的温度见表6，温度误差和活塞销的振动和温度见表7。

表62017年11月21日满负荷状态透平轮间温度值和温差值

表72017年11月21日满负荷状态下各轴承轴振及温度数据

4结语

在排除了热电偶自身问题和冷却系统软件问题的健全部分后，根据机械设备的故障，准确测量分析#1～#3滚动轴承和涡轮段复杂环的凹陷，并根据加高#2、#3滚动轴承的设计标高，将电机转子中心调整为与发动机缸体基本在同一条船上，使涡轮轴向间隙的一部分为基本对称，成功解决了一级后轮胎轮间温差、温差超标的常见故障。

参考文献

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