燃气轮机涡轮结构描述

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1、燃气轮机涡轮结构描述燃气轮机涡轮结构描述燃气涡轮燃气涡轮是燃气轮机的另一种主要部件，其主要作用是将来自燃烧室的高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功，用以带动压气机、附件和船舶推进装置。涡轮的工作条件十分恶劣，要承受高温、高转速、频繁的热循环、热冲击、不均匀加热、由于转子不平衡和燃气压力脉动造成的不均衡负荷的作用，是燃气轮机中热负荷和动力负荷最大的部件。舰船燃气轮机多采用轴流式涡轮，其主要特点是功率大、转速高、燃气温度高、效率高，能有效满足船舶推进的动力要求。在舰船燃气轮机中，用来带动压气机和附件的涡轮称为燃气发生器涡轮，用来带动减速器、螺旋桨等外负荷，进行功率输出的称为动力涡轮，二者

2、在结构上大同小异，都是由转子跟静子两大部分组成。燃气发生器涡轮与动力涡轮间通常只存在气动上的联系，它们通常由中间扩压器(也称为中间机匣)联通起来。一般而言，动力涡轮的直径比燃气发生器涡轮大得多，所以中间机匣具有一定的扩散锥角，以利于将燃气发生器涡轮出口的燃气以最小的流动损失引入动力涡轮作功。a、 燃气发生器涡轮LM2500 燃气轮机的燃气发生器涡轮是典型的单转子、2 级轴流式涡轮，由涡轮转子、第 1 和第 2 级涡轮导向器以及涡轮中间机匣等组成。涡轮导向器负责将从燃烧室出来的高温、高压燃气以要求的角度和速度直接导向涡轮转子的叶片，装在压气机后机匣里，并由后者支承。燃气发生器涡轮与压气机转子是机

3、械联接的，从燃气中获取能量后，便可以直接驱动压气机旋转。涡轮转子的前支承在压气机转子后轴上，由径向止推球轴承承力，转子的后端由涡轮中间机匣内的径向轴承支承。涡轮中间机匣除了支承燃气发生器涡轮转子之外，也支承动力涡轮转子。中间机匣包括过渡段，燃气流从燃气发生器涡轮经过过渡段进入动力涡轮。燃气发生器涡轮转子由一个锥形前轴、两个带叶片和护圈的涡轮盘、一个圆锥形转子隔板、一个热屏蔽和一个后轴组成，两级涡轮叶片均为长叶柄、内冷却式结构，叶根为枞树形。长叶柄叶片不但为冷却空气提供了通路，而且因为较高的阻尼作用减小了振动，轮盘外缘的温度也降低了。叶片成对地钎焊在一起，材料为 Rene80 钴基合金，表面渗有

4、抗腐蚀、抗氧化的钴铬铝钇保护层。涡轮转子和两级涡轮叶片均由压气机排出的空气进行冷却。气流通过第 1 级导向器支承和涡轮轴前的孔引入。空气首先冷却转子内部和两个盘端，然后经过成对叶榫间的通路进入叶片。第 1 级涡轮转子叶片由内部对流和外部冷却气膜进行冷却，第 2 级叶片只使用对流方式进行冷却，所有冷却空气最后都由叶尖排出。燃气发生器涡轮转子的前轴、隔板、热屏蔽、后轴、轮盘等部件通过短螺栓联接，形成刚性很好的可拆卸转子结构。b、 动力涡轮LM2500 燃气轮机的动力涡轮来自于 TF39 涡轮风扇发动机带动风扇的低压涡轮，在进行舰用化改装时，动力涡轮的进口温度明显下降，是一种典型的低负荷设计，级数达

5、到了 6 级，以获得较高的效率(设计工况效率达 92.5%)和良好的变工况特性。为适应高效率要求，在结构上使用了带冠工作叶片。静子机匣内壁采用了具有蜂窝结构可容损材料制成的衬里，减小了泄漏。因为级数多，采用了两端支承结构，设置了两个专门的承力支承部件前支架和后支架。前支架又称为涡轮中机匣，前安装边与燃气发生器的后安装边联接，后安装边则与动力涡轮的静子机匣相连接。前支架主要由内座圈、外壳体和联接二者的整流支板组成，是一个整体传力元件。涡轮第1 级导向器叶片环固定于其内，内座圈处安装前轴承组合体。后支架又称为涡轮后机匣，前安装边与动力涡轮静子机匣相联接，后安装边与排气涡壳联接。后支架也是整体传力元

6、件，主要由内座圈、外壳体和联接二者的整流支板组成，内座圈处安装后轴承组合件。动力涡轮静子为水平剖分式结构，第 2 到第 6 级导向器叶片环固定在静子机匣的环槽中。在各级静子叶片环之前，机匣的内壁面处以及叶片环内环壁面处，均嵌装蜂窝结构可容损材料制成的密封装置，以减少动力涡轮工作叶片与机匣之间的径向减小，以及减小叶片环内环壁面与转子之间的级间密封间隙，从而提高动力涡轮的效率。动力涡轮转子为短螺栓联接、盘鼓混合式结构。锥形前鼓轴固定在第 3 级轮盘之前，锥形后鼓轴固定在第 6 级轮盘之前，使得转子支点间距大大缩短，结构紧凑，增强了转子的抗弯刚性。这种由短螺栓联接的多级盘鼓式结构的优点是简单、重量轻

7、、联接刚性好，而且布局灵活，拆装、更换损坏的元件也比较方便。动力涡轮的 6 级工作叶片全部为带冠结构，抗振性能好，效率高，用耐腐蚀材料Rene77 合金制造，前 3 级工作叶片表面还涂有防腐蚀涂层。导向器叶片的前 3 级也是用 Rene77 合金制造，后 3 级则改为用 Rene41 合金制造修改燃气发生器涡轮修改二级涡轮的动叶叶型以适应更大的流量，第 1 级动叶和静叶都采用单晶叶片。除第 2 级动叶外，其他叶片都升级为性能更好的的材料。修改了热力密封设计，使用了 CF6-80E 所用类型的密封装置。4) 修改动力涡轮加强动力涡轮机匣，增加输出传动轴的抗扭能力。进入动力涡轮的流通面积加大约 1

8、1%，以适应更大的流量。加强了 6 级动力涡轮，以输出更大的扭矩。修改了第 1 级动叶和静叶的叶型，以适应流量的增大。修改了第 6 级叶片的叶型，以将废气更顺畅的导出。新型 LM2500+燃气轮机的升级策略，是保留并利用 LM2500 的先进设计、结构、高性能的材料和涂层，基于 LM2500 的可靠性和高利用率，尽可能使用现有技术，采用保守、低风险的设计途径来提高功率。事实证明，通用电气公司用最小的代价达成了目标。通用电气公司并没有满足于在 LM2500+上获得的成功，为了最大限度的榨取 LM2500 这个年近 40 的老翁的潜力，在 2005 年开始对新一代的 LM2500+G4 进行了试验，最大功率达到了 47370 马力，效率进一步提高到 39.3%。LM2500+G4 燃气轮机现已正式投放市场，为通用电气公司逐鹿世界燃气轮机市场尽最后一份努力。