GE公司9FA燃气轮机的运行维护分析

刘向东，苏玉

（1.深圳深南电燃机工程技术有限公司，广东 深圳 518053；2.北京黎明航发动力科技有限公司，辽宁 沈阳 110041）

GE公司9FA燃气轮机的运行维护分析

刘向东1，苏玉2

（1.深圳深南电燃机工程技术有限公司，广东 深圳 518053；2.北京黎明航发动力科技有限公司，辽宁 沈阳 110041）

美国GE公司的9FA燃气轮机是当今世界上正式投入商业运行且技术成熟度最高的燃气轮机机组之一。本文对其维修特点以及燃气轮机的维修检查过程进行分析叙述。

燃气轮机；维修；GE公司

20世纪80年代，位于美国的GE公司开始花费巨资来研制F型燃气轮机。GE公司在燃气轮机的动力系统中引进了航空发动机系统的功能，使航空发动机中的性能优越的冷却技术以及高质量的材料用于所研制的重型燃气轮机的结构中，这样改造提升了透平进气温度约167℃，使得改造后的燃气轮机的性能得到了大幅度提高，同时也为F型大型燃气轮机的研发提供了良好的技术基础。20世纪90年代初期，GE公司对先期研发的PG9281(F)型燃气轮机进行了升级改造，制造出了PG9301(F)型燃气轮机。1年后，GE公司又在PG9301(F)型燃气轮机的基础上，于1992年将其升级改造为PG9331(FA)（简称9FA）型燃气轮机。

1 9FA燃气轮机的维护特点

GE重型燃机被设计成可承受严酷的工作状态并能进行现场维护，只有特定的燃烧部件、热通道部件及转子部件需要专门的车间维修。下面是燃机便于现场维打的特点。

（1）所有缸体、壳体沿水平中分线剖分，上半部均可单独起吊以便于进入内部。进气缸上半移走后，VIGV可沿径向拆卸，不移动转子来检查或替换，压气机上半部分缸体被移走后，所有定子叶片可沿周边滑出缸体。

（2）透平缸上半起吊后，无需移走转子，第一级喷嘴装置可拆卸以便检查、修理或替换。有些机组，后面级的喷嘴组件可以与透平缸体一起吊卸，从而能进行透平动叶的检查和域拆卸。

（3）所有轮机动叶片均经过力矩称量并由电脑按转子部套编号成组，这样，不需要拆卸或对转子重新找平衡就可以替换叶片。

（4）所有轴承座和轴瓦均沿水平中心线剖分，必要时它们可进行检查并替换。不需要移动转子，轴瓦的下半部就可以移出。

（5）所有气封、轴封与主轴承座和缸体结构分开，这样容易拆卸或替换。

（6）在大多设计中，为了检查、维护和替换，燃料喷嘴、火焰筒和导流衬套能拆卸而无需起吊任何缸体，包括过滤器、冷却器的所有主要辅助设备，均是分立组件，便于检查或维打。必要时可以个别替换。

GE重型燃气轮机的检查辅助接口便于进行几个特殊检查程序。不需要移动燃机外缸及壳体，这些特殊程序提供目测和一些关键的内部气通道结构的间隙测量。这些程序包括气流通道孔探仪检查和轮机喷嘴轴向间隙测量。一台GE燃机完整的设计包括静止、旋转、机械、流体、热和电的系统。透平的性能和透平内部各部件的性能一样，都依靠内部部件之间的运行关系。GE的工程程序评估了设计改变和修改的影响。这个设计、评估、测试和认可过程是为了安全可行和经济运行，能保证合适的平衡和所有部件与系统之间的相互作用。

2 9FA燃气轮机的维护检查内容分析

维护检查类型大致分为停机、在线检查和解体检查。停机检查在机组不运行、非调峰时段进行，包括辅助系统和设备校准的常规维修。在线检查在机组运行时，通过注意关键运行参数实行。解体检查要求，打开机组来检查内部零件并且有不同的检查程度。

2.1 备用停机检查

停机检查在所有燃机都进行，但是特别适合用于调峰和间歇性负载工作的燃机，对这类机组启动安全可靠是首要的。这种检查包括常规的电池系统维修、更换过滤器、检查油位和水位、清洁继电器和校准检查设备。维修在非调峰时段进行，不干扰透平的可用率。定期的启动试运行是停机检查的要点。

运行和维护手册与服务手册，包含了必要定期检查的信息和图纸。维修手册中有关停机维护最有用的图纸是控制系统、管路示意图和电气元件图。这些图表提供了所有控制元件的校准值、运行极限值、运行特性和操作顺序。运行和维护人员应该规范使用这些信息。坚持必要的停机检查维护，可降低全面的维护费用并保持机组的可靠性。所有检查应进行很好地记录，并可确保建立一个良好的维护程序进行维护工作。

2.2 在线检查

在机组运行时，在线检查由一般和连续的观测组成。它是从一台新机组最初的启动中和机组重大的拆装工作后，通过确立原始性能数据开始。原始性能数据可以做为参照来度量以后机组性能变化的程度。

记录数据可以来确立正常的设备启动参数和关键稳态运行参数。稳态定义为轮间温度在15min内变化不超过5℉/30℃。必须定期记录数据，以方便评估透平性能及确定运行期间内的维护需求。包括:负荷与排气温度的关系、振动、燃料流量和压力、轴承金属温度、润滑油压力、出口烟气温度、出口温度变化幅度和启动时间等。检查时，手册给出最低程度的数据，其它参数必要时也应使用。与正常状态的偏差帮助查明可能发生的问题、校准值偏移或部件损坏。

2.2.1 负荷和排气温度的关系

应该观察负荷和排气温度的关系，并与早先的数据对比。环境温度和大气压力将影响绝对温度。高的出口温度可能与内部零件损坏、过多的漏气或空气压缩机结垢相关。做为机械驱动时，它也可能与驱动设备要求增加功率相关。

2.2.2 振动水平

应该观察并记录机组的振动信号，运行状态变化将产生微小的变化，但是，大变化或连续的增加趋势则显示有必要应用纠正措施。

2.2.3 燃料流量和压力

观察燃料系统一般的燃料流量相对负荷的关系，观察系统的燃料压力，燃料压力的变化可能显示燃料喷嘴通道阻塞，或燃料流量测量装置损坏或出现校准值偏移。

2.2.4 排气温度及分散度变化

应监视的最重要的控制系统是燃料及排气温度伺服系统和备用高温剐晰系统。运行的常规检验和这些功能的校准，将使热通道部件的磨损最小化。应定期测量和监控透平出口温度的分散度变化，出口温度的分散度大变化或连续增加趋势可能显示了燃烧系统的损坏或燃料分配的问题。如果这问题不解决，将降低下游热通道部件的寿命。

2.2.5 启动时间与惰走时间

启动时间是很好的参考数据，能与随后的运行参数进行比较。从启动信号开始速度、燃料信号、排气温度、相对时间的临界顺序等启动参数的特性曲线上能提供判断控制系统状态的信息。与正常状态的背离能帮助查明可能发生的问题、校准值偏移或部件损坏。

惰走时间可显示轴承对中和状态。可比较及评估在正常关机下，切断燃料直到转子到盘车装置速度的时间。密切观察和监控这些运行参数是制定其后停机期间有效的维护工作计划和部件维修要求的根据。

2.3 解体检查

2.3.1 决速冷却

在检查之前，强迫冷却机组加速冷却过程并缩短损耗时间是必要的。强迫冷却是在冷拖速度下，连续转动机组，长期持续的让环境空气流过机组，尽管因为正常停机冷机过程时间较长，盘车装置或棘齿盘动的自然冷却循环被优先推荐。但快速冷却是允许的，可是在任何冷却过程中打开门是禁止的，除非紧急情况要求立即检查。不能通过开门或拆下隔热板来加速冷却时间，因为汽缸不均匀的冷却，可能引起附加的汽缸变形和叶片摩擦，如果摩擦严重可能引起潜在的叶顶损伤。

2.3.2 燃烧系统余热通道检查维护

燃烧室检查是有关燃料喷嘴、火焰筒、过渡段、联焰管和固定座、火花塞组件、火焰探测器与燃烧室导流衬套的小范围拆卸停机检查。其检查重点是燃烧火焰筒、过渡段、燃料喷嘴和端盖，这些都是认为是在一个好的维护计划中首先要求替换或维修的内容。对这些项目的适当检查、维护和维修，将可能给予下游的部件较长的寿命，例如透平喷嘴和叶片。火焰筒、过渡段和燃料喷嘴，应该被替换成新的或经过维修的来缩短停机时间。然后在机组恢复运行后，将被替换下的火焰筒、过渡段和喷嘴进行清洁和修理，以供下次检修时使用。

2.3.3 热通道检查

热通道检查的目的是检查那些受燃烧过程中燃气释放的高温的部件。热通道检查既要包括对燃烧室的检查，还有对透平喷嘴、定子护环和透平叶片进行详细检查。为了实施这些检查，透平的上缸必须移开，在壳体移开前，使用机械式千斤顶支撑机组中心线适当位置来保证转子和定子的定位，保持正确的顶部间隙并防止缸体扭曲变形。

3 结语

GE公司9FA燃机是目前市场上最为广泛使用的燃气轮机，经过不断地升级演化，其技术成熟度不断提高。其维护维修过程，也需要特别注意，其维修过程具有很多复杂性，但燃机在设计当初就设想了现场维修的特殊之处，所以很多设计都为维修提供便捷之处。9FA燃机在维护维修方面分为备用停机检查、在线检查及解体检查，这3种检查有着不同的检查内容及使用情况。

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