燃气轮机发电技术简介.

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1、*-1- 燃气轮机简介 燃气轮机发电技术简介 编写：杨学峰 GE GE 燃气轮机的发展燃气轮机的发展 *-2- GE公司的工业型燃气轮机始于40年代后期，在TG180飞机发动机的基础上发 展起来的。第一台型号称为MS3002、功率为4800马力的工业型燃气轮机于 1954年制成，用作机车的牵引动力，此后，功率增至5000马力，被用于天 然气管线的增压。1955年为了满足市场的需要，设计了新的压气机，发展 了MS5001和MS5002机组，其功率为2万多千瓦。1970年左右，在MS5001机组 的基础上，发展成功率为47260KW、频率60Hz的MS7001A型机组。在该机组 的基础上于1975

2、年发展成功率为85200KW、50Hz的MS9001B型机组，并于 1978年发展了功率为75000KW、60Hz的MS7001E型机组，进而于1979年发展 成功率为31050KW、50Hz的MS6001A型机组；于1980年发展成功率为36730KW 、50Hz的MS6001B型和功率为105600KW、50Hz的MS9001E型机组。1985年则 由MS7001E型机组发展成功率为80080KW、60Hz的MS7001EA型机组，并由 MS7001E演化成为功率达147210KW、60Hz的MS7001F型机组。此后，在该机 组的基础上于1992年发展成功率为211070KW、50Hz的

3、MS9001F型机组和功率 为158090KW、60Hz的MS7001FA型机组。并于1994年派生成功率为222000KW 、50Hz的MS9001FA型机组，于1995年派生出功率为70140KW的MS6001FA型机 组。其发展过程见下图所示。 19411941年年 1900年 20世纪 1947年 1980年 MS6001 GEGE燃机机型发展曲线燃机机型发展曲线 *-4- GEGE燃机机型发展曲线燃机机型发展曲线 *-5- GE6BGE6B燃机介绍燃机介绍 *-6- GEGE燃机燃机B B、E E家族家族 *-7- GEGE燃机燃机F F家族家族 *-8- 9FA9FA燃机立体图燃机

4、立体图 *-9- 6B6B燃机简介燃机简介 *-10- 燃气轮机是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力 机械。包括压气机、加热工质的设备、透平、控制系统和辅助设备等。 燃气轮机区别于汽轮机有三大特征：一是工质，它采用空气而不是水 ，故可不用或少用水；二是多为内燃方式，使他免除庞大的传热与冷 凝设备，因而设备简单，启动和加载时间短，电站金属消耗量、厂房 占地面积与安装周期都成倍的减少，但直接燃用廉价而丰富的煤就变 得困难；三是高温加热高温放热，使它有更大的提高系统效率的能力 ，但也使它在简单循环时热效率较低，且高温部件的制造需更多的镍 、铬、钴等高级合金材料，影响了使用经济性与

5、可靠性。 燃气轮机的简单循环 1）理想情况下燃气轮机的简单循环的四个过程组成： （1）压气机中空气的绝热压缩过程。 （2）燃烧室中的等压燃烧过程。 （3）透平中的绝热膨胀过程。 （4）排气在大气中的等压放热过程。 由此可见，循环是由两个等压过程及两个绝热过程组成 的。 在P-V图上和T-S图(温熵图)上的表示如下。 P2 P1 S1S2 P V T S 14 3 2 s1 s2 1 2 4 3 w1 W1= q1 q2 P1 P2 q1 q2 *-13- 6B6B机组简要说明机组简要说明 *-14- 机组结构简要说明 PG6581B 快装式燃气轮机电站的主体由控制室、 燃气轮机间和负载设 备三

6、大部分组成。 燃气轮机间（以下简称燃机间）装有燃气轮机及其辅机。所有这些设 备均装在一个大型的工字钢焊接底盘上，底盘上装有防风雨、隔音、 隔热罩壳。罩壳上有门、通风窗及可拆除的罩顶,便于设备的检查和维 修。室内设有消防系统。 燃气轮机由 17 级的轴流压气机、3级透平和 10 个分管式燃烧室组成 。 燃机间的前端也称辅机间，其作用是容纳燃气轮机运行所需要的 各种 辅助设备，主要的有润滑油系统 、油箱（辅机间底盘内腔）、冷油器 、起动及盘车系统、辅助齿轮箱、燃料系统、就地仪表盘、液压油系 统等。 控制室为一个装有空调的独立隔间 ，位于辅机间前方并与辅机间成一 直线。控制室内容纳具有控制、指示和保

7、护功能的设备，主要有轮机 控制盘、发电机控制盘、发电机保护盘及马达控制中心。 *-15- 负载设备包括负荷齿轮箱和闭式空气冷却同步发电机及有关设备。为适 应户外安装的需要，这些设备加装有防风雨的罩壳。 除上述的主体部分外，机组还包括： a.架设于机组上方或侧向的进气装置，主要设备有进气过滤室 ， 进气消音器及进气管道。 b.架设于机组顶上或侧向的排气装置，主要设备有排气消音器 、 排气管道及作热补偿使用的膨胀节。 c.设置于机组外侧的自动消防装置。 d.设置于机组外侧的压气机抽气处理装置（进气过滤器自清洁吹扫 用气）。 e.设置于进气过滤室下的备用空气压缩机装置（进气过滤器自 清 洁吹扫用气）

8、。 f.设置于机组外侧的压气机水洗站。 g.设置于机组外侧的两台透平气缸冷却风机。 h.设置于机组外侧的润滑油油气分离系统。 燃气轮机原理燃气轮机原理 *-16- 基本原理： 燃气轮机主要由三大主机组成：压气机，燃烧室，透平。 压气机：对进气增压； 燃烧室：通过对压气机的压缩空气燃烧加热，增加工质的做功能力，增 加比容；（等压，增容）； 透平：通过膨胀做功，将燃气的热能转变为对燃机大轴转动的机械能。 旋转的压气机就象一把风扇，将进气加压并驱动之进入燃烧系统。流体 工质在燃烧室中被燃烧，加热。透平则可看成是一个风车，为加热的流 体（燃气）驱动旋转来带动压气机，并通过旋转轴将多余的功输出（带 动发

9、电机）。 燃气轮机的主体及其有关的部件，包括轴流式压气机、 燃烧室、燃气 透平等各部套,从压气机的进口法兰开始至燃气透平排气室的出口法兰 为止及一号轴 承、二号轴承等。上述部件全部安装于燃机间内公用底 盘之上。 燃机外形见图、燃机外形见图、 *-17- 压气机示意图压气机示意图 *-18- 压气机结构介绍压气机结构介绍 *-19- 压气机的定子。 压气机转子压气机转子 *-20- 压 气 机动叶片 ：压气机动叶片共十七级，空气经 过十七级的压缩后流到燃烧室 中。每只动叶片都有 燕尾形叶根，这些叶片轴向地装入压气机各叶轮榫槽 内，然后经冲铆固定在叶轮上。 压气机、燃机转子压气机、燃机转子 *-2

10、1- 压气机组装压气机组装 *-22- *-23- 压气机转子 压气机转子是由十七只叶轮组合的盘鼓式结构。 十七只叶轮盘通过十 六根长螺栓拉杆牢 牢地拉紧，而成为一整体。 轴上加工出一号轴颈、推力盘、各油封挡台阶，气 封挡台阶以及与辅 助联轴节相连的法兰。这 十七只轮盘的外径处被拉削制成燕 尾 形叶 根槽。压气机的各级动叶片，可分别装入与之对应的各级叶轮中去。 透平结构介绍透平结构介绍 *-24- 相对于压气机来说，透平的一个显著不同是工作气体温度高。因而，透 平在结构上还应满足下面一些要求。 （1）承受高的温度。 （2）承受热应力和热冲击。 （3）保持热对中。 静子：透平静子由气缸、静叶及支

11、承和传力系统等组成。是透平中静止 的部件。 透平气缸 ：透平气缸是燃气轮机中继压气机气缸之后的又一大的铸 造缸体 ，透平气缸肩负着透平通流部分的各动、静零部件支承与对 中，确保各零部件的轴向和径向的定位尺寸及各种间隙尺寸。由于 高温的燃气要 从透平气缸中的通流部分通过，因此，合理地组织好 热膨胀是很重要的，这一点不仅影响机组的安全运行， 也影响着机 组的性能。 转子：本机组的转子组件，由压气机转子、透 平转子及定距轴组 成。 各转子由配合止口对中，借螺栓将连接件紧牢。 透平定子透平定子 *-25- 第一级透平喷嘴由透平静叶和喷嘴内外环组成喷嘴扇形块 组件 ，共有 18 只扇形块，每个扇形块有二

12、只静叶片。第 一级透平喷嘴共有36 只静叶片。这些喷嘴扇形块加工有双 排单侧倒 T 形钩台，可沿圆周方向装至透平转环钩槽内。 转环设有水平中分面，在水平中分面处 有支承搭子被压板 固定在透平气缸的下半水平中分面凹槽上。喷嘴在高温通 流部分中的位置是十分重要的。为此，在 喷嘴的上下半各 有一个起定位作用的偏心销，用以控制喷嘴 的中心位置。 在静叶内环与一级喷嘴支承环的外径相连处用垫片和螺 栓 固紧，以防止压气机的排气进入燃气流通道。 为使一级喷嘴在高温燃气流中保有一定的使用寿命，喷 嘴静叶片设计为空心的，用压气机排气予以冷却。 *-26- 透平二级喷嘴及气封 ：经透平第一级动叶膨胀做功后的燃气流

13、入透 平第二级喷嘴槽道内，继续膨胀做功。透平第二 级喷嘴由十六只喷 嘴扇形块构成。每只扇形块内有三只静叶片，48只静叶片。静叶片 与喷嘴扇形块的内外环铸为一个整 体，在其外环处，加工有供安装 用的止口凸肩。喷嘴扇形块通过该凸肩装在透平的第一级复环和第 二级复环的环形槽内。 为延长二级喷嘴的使用寿命，喷嘴静叶片设 计成空心结构，用压气机抽气予以冷却。 为使通流部分的高温燃气能充分在流道内膨胀做功，在透平二 级喷嘴内环处，设有气封扇形块，在 该气封的内径表面加工出带有 尖口 的若干个长短气封齿，同转子隔圈外径上的凸凹台阶构成了迷 宫式 的 气封结构。同时，在气封扇形块的两侧面有气封片，与动 叶片根

14、部 的 气封台肩也构成一气封。所有这些，尽量使得燃气不 会从静子（喷嘴 内环）和转子外径间的间隙中无价值地流过。 在喷嘴气封下半的进排气侧，左、右两侧各装二只测量一级叶轮 后和二级叶轮前的轮间温度的热电偶元件。 *-27- 透 平三级喷嘴及其气封 从透平第二级动叶流出的燃气直接进入第三级喷嘴槽道内膨胀 。 透 平第三级喷嘴由十六只喷嘴扇形块构成，每只扇形块有四只静叶片，64片 。由静叶片和内外环铸成一体，构成喷嘴静叶环组件。在每一块喷嘴扇形 块的外环上，都加工有两道带有 钩槽的凸肩，用以装在透平第二级复环的 排气侧和第三级复环的进气侧的环形槽内。安装或拆卸时，只要将喷嘴扇 形块从水平中分面处滑

15、出即可。这 种结构保证喷嘴与缸体有着良好的对中 ，既保证机组可 靠运行，又使机组在所要求的通流间隙内工作，从而保证 了机组的热力性能可以达到。 透平第三级喷嘴组件的静叶片为实心结构，在与静叶片精铸为一体的内 环上加工有两道环槽，用以安装透平第三级喷嘴气封扇形块。 为减少由于各 喷嘴扇形块之间的间隙而产生的漏气，在各喷嘴扇形块的相邻接合面上安装 有气封片，既保证有一定的间隙，又可减少漏气。 为减少静子喷嘴与转子外 径间的漏气，在第三级喷嘴的内环上安装了气封扇形块。与二级喷嘴气封一 样 ，在气封扇形块的外径内侧加工有钩槽，以便将气封扇形块安装在喷嘴内 环上。并用气封固定销定位。在气封扇形块的内径，

16、加工出长短不等的气封 齿，这些齿与转子隔圈外径上的凸凹不平的台阶，形成一迷宫式气封。同时 ，在气封扇形块的进、排气两侧，各装有一轴向气封片，与迷宫式气封一道 ，起着良好的密封作用。 透透 平平 动叶片动叶片 *-28- 透平动叶片 透平动叶片共有三级。每级叶片均有枞树形的叶根，叶片从轴 向装入转子叶轮榫槽内，并为锁紧销所锁住而不致轴向移出。 第 二、三 级动叶片的叶顶，被加工出有气封齿的结构。这些气封齿 与装在透平缸内的第二、第 三级复环内壁的齿，形成一迷宫式气 封 结构，减少叶顶漏气。 三个级的动叶片的安装与拆卸，无需将整个透平转子解体。 透平转子分解图透平转子分解图 *-29- *-30- 透 平 转 子 透平转子是由三只叶轮，两只气封隔圈 ，定距轴及一个端轴，经 十二根长拉杆螺栓拉紧而成的一个组件。 每级叶轮的轮缘都被拉削成 具有枞树形的榫槽。三级动叶片分别轴向装入各个级的叶轮榫槽内，并 为锁紧销锁住而不致轴向窜出。各级动叶片的装拆，均无需解体透平转 子。 在透平转子的二只气封隔圈的外径处均 加工凸凹气封台阶，这些 台阶分别与透平二级喷嘴、三 级喷嘴的气封齿构成迷宫式