M701F燃气轮机高速盘车浅析

2021-07-28李响

科技创新导报 2021年7期

李响

摘要：M701F燃气轮机停机后，由SFC带动机组升速至710r/min左右，维持该转速运行，此操作称为高速盘车。本文系统阐述了高速盘车的作用、高速盘车投入有哪些限制条件、机组停机后高速盘车冷却投入的原则以及SPIN与GT SPIN COOLING的区别和联系等，结合笔者工作实际表明，高速盘车是燃气轮机系统重要组成部分，我厂机组长期运行以来很少执行GT SPIN COOLING，而SPIN执行情况较多，多用于离线水洗，或机组启动前试运。

关键词：高速盘车 SPIN GT SPIN COOLING 燃气轮机

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2021）03（a）-0054-03

Analysis of M701F Gas Turbine High Speed Barring

LI Xiang

（Beijing Jingfeng Gas Power Generation Co.， Ltd.， Beijing， 100074 China）

Abstract： After M701F gas turbine is shut down， SFC drives the unit to speed up to about 710r / min to maintain the speed. This operation is called high speed barring. This paper systematically describes the role of high-speed barring， the restrictive conditions of high-speed turning input， the principle of high-speed turning cooling after unit shutdown， the difference and connection between spin and GT spin cooling， etc. combined with the author's work practice， it is shown that high-speed barring is an important part of gas turbine system， and GT spin has rarely been implemented in our plant for a long time However， spin is often used for offline water washing or trial operation before unit start-up.

Key Words： High speed barring; Spin; GT SPIN COOLING; Gas turbine

M701F燃气轮机停机后，由SFC带动机组升速至710r/min左右，维持该转速运行，此操作称为高速盘车[1]（如图1所示）。本文将重点论述以下问题：（1）高速盘车的作用是什么？（2）高速盘车投入有哪些限制条件？（3）机组停机后高速盘车冷却投入原则有哪些？（4）SPIN与GT SPIN COOLING有什么区别和联系？

1 高速盘车的作用

高速盘车（见图1）的作用主要体现在以下4个方面[2]。

（1）高速盘车是能实现快速冷却的目的，具体表现在：

①缩短燃气轮机检修等候时间，燃气轮机停机后，通过高速盘车，可由自然冷却72h缩短到约10h[3]。②高速盘车还可以有效对余热锅炉进行降温，缩短余热锅炉检修的等候时间。③机组停机后，如吹扫空气不能正常投入运行，上下缸温差大，造成缸体变形，动静间隙因此变小，产生猫拱背现象。高速盘车可以是冷却更均匀，保证动静间隙在允许范围内，为再次启动做好准备[4]。

其中，猫拱背是指机组停机后，燃气轮机的热通道仍然保持较高温度，由于自然对流作用，高温空气向上流动，低温空气向下流动，导致燃气轮机上半缸金属温度大于下半缸金属温度，随着时间的推移，上下缸温差增大，燃气轮机形成猫拱背现象[5]（如图2所示）。如果上下缸温差超过一定值将危机机组安全运行。为避免上述现象，软汽轮机设置有空气冷却吹扫机制，每当燃气轮机停运后，需留意冷却吹扫空气投入运行情况。如冷却吹扫空气运行因故无法进行时，可采用高速盘车，降低燃气轮机热通道部件温度，防止“猫拱背”变形过大。

（2）机组启动时，若点火失败，燃气轮机将跳机，这种情况下，机组重新启动前应高速盘车运行一段时间，对燃气轮机进行吹扫，以排净排气管道中可能的残余燃气。

（3）机组检修完毕或长期停机后，在重新启动前需高速盘车运行，以检查启动装置是否工作正常，燃气轮机各部件是否完好。

（4）燃气轮机水洗时采用高速盘车可加强燃气轮机内水流冲击，使水洗达到更好的效果，并且水洗完成后，采用高速盘车将燃气轮机吹干。

2 高速盘车限制条件

高速盘车限制主要是受燃气轮机缸体温度和压气机缸椭圆变形的形象。

（1）燃气轮机熄火后1.5h内，由于压气机缸体的冷却收缩不同发生椭圆形变形，可能发生动静接触，所以禁止高速盘车，因此燃气轮机熄火后1.5h后，方可进行高速盘车。

其中，椭圆形变形是指燃气轮机停机后，由于快速冷却，导致压气机出口静叶环快速冷却收缩，由于出口静叶环在上下缸分界面处较厚，导致整个静叶环收缩不均，發生椭圆形变形（如图3所示）。将导致燃气轮机转子在压气机出口汽缸中分面处间隙缩小，可能发生摩擦。为避免摩擦发生，当快速冷却收缩完成后方允许启机[6]。

（2）高速盘车启动缸温差限制：燃气轮机透平上下缸温差<110℃;燃兼缸（燃烧室）上下缸温度<60℃。

（3）高速盘车的最大连续运行时间必须限制在下列规定值值内，防止因为压气机内缸的椭圆变形而产生摩擦;轮间温度最高值≥220℃时，高速盘车最大运行时间为3min;155℃≤轮间温度最高值≤220℃时，高速盘车最大运行时间为5min;轮间温度最高值≤155℃时，高速盘车可连续运行。

另外，如果燃气轮机在运行中跳闸，在没有查出具体原因消除缺陷前，禁止投入高速盘车。

3 停机后高速盘车冷却投入原则

为了满足设备检修要求，如果停机后需要进行高速盘车冷却，除了遵循高速盤车的限制条件外，可参照以下原则执行：

（1）燃气轮机在熄火后1.5h内，不能高速盘车。因为这时压气机已经产生椭圆形变形，动静间隙减小，系统会禁止启动高速盘车防止动静摩擦。

（2）燃气轮机熄火后1.5～6h之间，如果确认缸体金属温差在允许范围内，机组可以投入高速盘车。（透平需要加速冷却，经过断续高盘，轮间温度最高值≤155℃时，可以投入连续高盘，但最大持续时间2.5h或轮间温度最高值≤100℃时为止。）

（3）机组在停机后6～30h之间如果冷却吹扫空气未正常投运，启动启动前要进行高速盘车冷却。因为在这一时间段不投入冷却吹扫空气且不进行高速盘车，透平的上下缸温差将超过标准值。

（4）停机约30h后，即使没有透过高速盘车，燃气轮机仍可再次启动，因为通过自然冷却，上下缸温差已经降低到规定值以内了。

（5）如果燃气轮机运行中跳闸，在没有查出具体原因之前，禁止投入高速盘车并需检查：惰走时间是否超过20min;跳闸前后的轴振动变化趋势，和原来的数据作比较;记录盘车电动机的电流，和历史数据作比较;惰走或盘车时倾听透平内部是否有异响。

4 SPIN与GT SPIN COOLING

GT SPIN COOLING（燃机高速盘车冷却）是SPIN（高速盘车）仅为内容的一部分，可以成为典型的高速盘车冷却。如执行SPIN命令，将人为手动进行每一次高速盘车启停，而执行GT SPIN COOLING命令，系统将按逻辑进行判断，执行多次断续的高速盘车启停动作。执行GT SPIN COOLING命令适用用高速盘车作用1和2两种情况，而执行SPIN命令适用用高速盘车作用3和4的两种情况（第2种情况如果是热工信号问题也使用，我厂曾经发生）。

典型高速盘车冷却步骤：

（1）在燃气轮机熄火1.5h后第一次高速盘车冷却，间隔1h后再执行第二次高速盘车冷却，间隔1h后再执行第三次高速盘车冷却。

（2）第一次和第二次高速盘车的冷却时间为3min和5min，第三次高速盘车冷却时间由缸温决定。

在投入高速盘车冷却运行时检测下列参数：轮盘间隙温度，燃烧器缸体上下缸温差，透平上下缸温差，轴振动，轴承回油温度，润滑油供油温度和压力，启动设备电流和温度。

高速盘车冷却后，符合下列条件，可以检修燃气轮机：

（1）停止盘车，最大轮盘间隙温度<95℃。

（2）检查燃气轮机内部，最大轮盘间隙温度<80℃。

（3）低速盘车时可以打开人孔门进行检查，高速盘车时禁止。

5 结语

高速盘车是燃气轮机系统重要组成部分，我厂机组长期运行以来很少执行GT SPIN COOLING，而SPIN执行情况较多，多用于离线水洗，或机组启动前试运。

参考文献

[1] 王径.高速大扭矩径向啮合齿式盘车装置的设计[J].机电信息，2019（18）：151-152.