台风燃气轮机发电机组培训

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1、台风（Typhoon）燃气轮机发电机组 运行维护培训讲座二五年十月中国船舶重工集团公司第七三研究所前 言燃气轮机是一种在二十世纪四十年代后快速发展起来的热力机械，它具有高速旋转的部件（压气机、涡轮）和高温部件（燃烧室），尺寸小、比功大。是一种复杂的、集现代化技术于一体的动力机械，例如普遍采用计算机的调节和控制操作；它又有十多个辅助系统来支持它的工作。因此对它的运行维护提出了较高的要求。本讲座旨在介绍燃气轮机的基本知识和本机组的系统结构，以及运行和维护的必要知识，以便于更好地掌握对机组的运行、维护知识，保证机组能高效、安全、长寿运行。讲座是以阿尔斯通公司（Alstom）的运行人员手册 和维修手册

2、为基本内容。由于涉及设备众多，范围很广 ，有机械、电气、电力输配、石油化工等各方面的设备 ，而本讲座只侧重于燃气轮机机械方面的。对各种具体 设备的维修在手册中对拆卸、检伤、修理、重新安装、 甚至调试都有详尽的说明，涉及这些工作时，运行维护 人员可参照手册中的具体指导方法进行，本次讲座不予 细说。n讲座计划分三个部分：n一、燃气轮机和台风燃气轮机发电机组n二、台风燃机发电机组的运行n三、台风燃机发电机组的维护燃气轮机和燃气轮机发电机组 技术术语和定义 l 燃气轮机一种把热能转化成机械功的机器 ，它包括一个或几个旋转式压气（缩）机、一 个或几个工质加热器、一个或几个涡轮（透平 ）、一套控制系统和基

3、本辅助设备。主工质回 路中的任何热交换器（余热锅炉除外）亦被认 为是燃气轮机的一部分。 l 燃气轮机装置由用燃气空气管道相联的 一台或几台压气机、燃气涡轮和燃烧室组成。 有一套保证装置正常工作的自动控制系统和辅 助设备，产生有用功的一套完整的装置。技术术语和定义 l 压气（缩）机旋转轴的机械功将在其中不 断运动着的气体势能（压力）增加的一个燃气 轮机主要部件。 l 燃气涡轮（透平）高温、高压的燃烧产物 在其中不断地膨胀，将热能转化成旋转轴的机 械功的机械。燃气轮机的另一主要部件。 l 燃烧室将燃料的化学能变成燃烧产物的热 能的燃料燃烧设备。这亦是燃气轮机的一个主 要部件。通常将压气机、涡轮、燃

4、烧室称为燃 气轮机的三大部件。 技术术语和定义 l 燃气发生器（GG）这是燃气轮机中产生 燃气的一个部套，由压气机、燃烧室、燃气涡 轮及自带的自动控制系统和辅助设备组成。这 是燃气轮机的核心部分，它通常有非常高的转 动速度。 l 单轴燃气轮机装置压气机和涡轮转子是机 械固定联结的，直接或通过齿轮箱输出功率的 一种燃气轮机装置。 l 多轴燃气轮机装置具有一根以上的轴，且 其转速为独立的装置，每根轴可以由机械相联 的燃气涡轮和压气机的转子组成。它包括共轴 和分轴的燃气轮机。技术术语和定义 l 自动控制系统供燃气轮机装置自动起动和停 机、自动调节和保护、监测、显示信号（反映运 行状态的参数）和控制的

5、自动化控制系统。 l 燃料调节阀调节进入燃烧室燃料量的自动控 制的阀门。 l 燃烧截止阀（快速关闭阀）在燃气轮机所有 停车状态（正常的或应急的）下，切断向燃烧室 供应燃料的一个设备。 l 燃气涡轮前（进口）温度燃气涡轮第一列导 叶前燃气的质量平均滞止温度（通常用T04表示 ）。技术术语和定义 l 耗热量按包括15显热在内的燃料低热值 计算的燃气轮机单位净功率的热耗量，用每千 瓦功率的千瓦热量（或BTU/马力）来表示。 l 标准参考条件衡量燃气轮机功率、效率、 热耗的基准进气条件，定义为： l 压气机进口法兰处（或喇叭口处）的空气条件 ：总压101.3kpa（1.013巴，760mmHg，1.0

6、33kgf/cm2）；总温15（288K）；相对湿度60%。技术术语和定义 l 压气机喘振在压气机或联接管道中，工质 流动以低频脉动为表征的不稳定流动状态。这 是一种危险波型，所以对所有预期的工况（特 别是起动阶段）必须避免出现喘振现象。 l 燃气轮机装置功率有效功率，对于发电用 燃气轮机装置取为发电机输出端（接线柱）处 的功率，对于机械驱动用的燃气轮机装置取为 被驱动机组（设备）联轴器处的功率。 l 额定功率在标准参考条件下，于设计工况 时，燃气轮机装置发出的最大持续功率。 技术术语和定义 l 尖峰功率在标准参考条件下，在有限时间 内，由燃气轮机的用途所规定的、强度条件允 许的极限功率。 l

7、 最大功率在低的大气温度条件下，燃气轮 机装置发出的，强度条件允许的极限功率。 l 起动可靠性系数起动成功次数和企图起次 之比。 l 利用率机组总的有限工作时间和工作时间 及因故被迫停歇时间之和的比。技术术语和定义 l 连续工作时间（一次起动的工作时间）燃 气轮机的工作时间和总的起动次数之比（小时/ 起动次数）。 l 起动时间自动化控制系统中，从发出起动 信号时刻起到发电用燃气轮机装置并网同步的 时刻的时间，以分为单位。 l 燃气轮机装置的比重在由压气机进口法兰 和燃气涡轮出口法兰所限定的范围内，由燃气 涡轮、压气机、燃烧室、自动控制系统、燃料 系统、润滑系统和辅助设备总重量（无液体） 与额定

8、功率的表值，以公斤/千瓦为单位。它反 映的是装置的经济性的指标之一。热机和燃气轮机特 性热机种类蒸汽轮机内燃机燃气轮机工作原理用燃料燃烧获 得的蒸汽膨 胀作功在活塞运动中燃料燃烧膨 胀作功用燃料燃烧获 得高温燃气 膨胀作功单机功率从1000千瓦到60万千瓦， 甚至更大从十多千瓦到数千千瓦从几千瓦到20多万千瓦结构组成锅炉、蒸汽轮机,水循环 设备气缸、活塞、曲轴联 杆一 体化结构压气机、燃烧室涡轮比功（单位功率及重量）小中大热效率中等 （平均为29%）较高 30-42%已接近内燃机起动特性慢中快应用燃料可用廉价劣质燃料燃料较优 （柴油为主）可用多种燃料维修难易复杂简易较复杂投资安装投资大、安装周

9、期长投资小、安装快投资大、安装快占地面积大中小 使用年限长短中等 机动性差好好环保影响锅炉烟灰污染厉害，煤渣 大量占用土地燃烧排气污染厉害可降低到合理水平燃气轮机也有吸气、压缩、燃烧和膨胀四个过程组成，但这些过程是分别在进气道、压气机、燃烧室、燃气涡轮和排气道中进行的。燃气轮机=风扇（压气机）+炉子（燃烧室）+风车（燃气涡轮）燃气轮机的发展与应用n世界上，第一台发电用燃气轮机于1939年秋在瑞士诞生，功率为4000KW；n从50年代到70年代，航空燃气轮机经过30年的研究发展，将燃气温度从820提高到1320，总压比从4增加到30。改进燃气轮机循环方式，采用双涵道（风扇发动机）降低油耗，增加推

10、力；发展耐高温的材料和冷却技术，提高燃气涡轮进口温度；改进叶片型线和调整控制，减小级数、提高级压比，增加总压比；研制矩环型燃烧室，采用复合式喷油嘴，降低NOX排放量；采用复合材料，应用新的加工工艺，发展轻型结构，提高部件寿命等使燃气轮机有了长足的发展。 燃气轮机的发展与应用n早期简单循环的燃气轮机热效率只有17%左右，目前已提高到接近38%使用寿命也显著增长。复杂循环装置的热效率可以达到44%，设计寿命达到100，000小时，按一年运行8000小时计算，可运行十二年多。n工业用燃气轮机（包括船用和车用）体积小、重量轻、起动快，可以燃用多种类型的燃料的特性，因而其使用范围越来越大。n工业用燃气轮

11、机普遍采用的是航机改装的道路，兼而发展独立的工业用型的燃气轮机。前者如普遍知道的LM系列燃气轮机，后者如MS系列、V系列的燃气轮机。燃气轮机的发展与应用燃气轮机由压气机、燃烧室、燃气涡轮三大主要部件组成n压气机是用来压缩气体，提高气体压力的设备。燃气轮机的工作原理图1 压气机的形式(a)活塞式压缩机 (b)转子式压缩机 (c)离心式压缩机 (d)轴流式压缩机燃气轮机的工作原理图2 离心式压气机和轴流式的涡轮喷气和涡轮螺桨发动机燃气轮机的工作原理图3 一个双转子的压气机原理模型燃气轮机的工作原理图4 在轴流压气机中气流的压力和速度的变化 燃气轮机的工作原理图5火焰筒中稳定的火焰和气流流动图形 燃

12、气轮机的工作原理图6燃烧室中空气流量的分配燃气轮机的工作原理图7在压气机和涡轮中的气流流动图形燃气轮机的工作原理图8涡轮喷气发动机和活塞式发动机工作循环的对比燃气轮机的工作原理图9闭式燃气轮机循环流程燃气轮机的工作原理燃气轮机装置的使用分类和工况性能按下表来区分： 使用类型使用指标工况工作小时（ 小时/年）起动次数（ 次/年）连续工作时 间（小时/ 次）起动和加载 时间（分）应急型500500600030040台风（Typhoon）燃气轮机n台风燃气轮机是属于小功率的发动机。n台风燃气轮机是由原European（欧罗巴）燃气轮机股份有限公司（EGT）研制的。n首台台风燃气轮机发电机组于1989

13、年应用，功率为3926KW；1992年台风改型机投入应用，功率为4560KW。台风（Typhoon）燃气轮机n跨音速的压气机：跨音速的设计，但更紧凑和低的制造成本。n管状燃烧室：基本是龙卷风（Tornado吐那图）型机的燃烧系统，但为6个火焰筒（龙卷风为8个）。n二级透平：与早先EGT的TB5000（3800KW）的四级透平相比，有较少的运动部件并减小了冷却负荷，高压透平级单轴和双轴是通用的。nMK-2控制器：是由龙卷风系统发展起来的。带有为操作者显示的内部作用的母线图卡的可编程序微处理器控制的。特征：台风（Typhoon）燃气轮机设计/特性参数 ISO标准条件在齿轮箱处的输出（无损失） 41

14、19KW在发电机输出端上的净输出 3923KW净热耗（每千瓦小时） 12.872KJ燃气轮机设计转速 16，570rpm压气机压比 12.8质量流量（每秒） 16.8kg燃气涡轮进口温度 1050排气温度 496发电机机组的热效率 30%设计特性：台风（Typhoon）燃气轮机图10台风单轴的燃气轮机剖面图台风（Typhoon）燃气轮机图11台风燃气轮机的外貌图图12台风燃气轮的转子组装件图燃气轮机要能够稳定地正常工作，需要许多辅助设燃气轮机要能够稳定地正常工作，需要许多辅助设备组成的支持系统，它们包括：润滑油系统、燃料系备组成的支持系统，它们包括：润滑油系统、燃料系统、进气系统、排气系统、测

15、量系统、起动系统、点统、进气系统、排气系统、测量系统、起动系统、点火系统等等。火系统等等。台风燃气轮机装置系统综述n透平机有一个半圆状的空气进口蜗壳，燃烧空气通过它进入有10级 叶片的轴流式压缩机。使燃烧空气在进入燃烧系统前得到压缩。n燃烧系统通过逆流式燃烧室来混合、并将燃料和空气的混合气体燃 烧，从而驱动两级透平；作功后的混合气通过尾喷管排出。n整装成型的压缩机和透平机转子总成由安装于压缩机进口轴承套内 的滑动和止推轴承支撑和定位。n冷端驱动的周转圆齿轮箱将透平机的转速降低到和交流发电机额定 的转速一致。透平机和齿轮箱总成 系统综述n燃烧空气进口蜗壳合成式的空气进口蜗壳固定在进口的轴承套上，为压缩机的进气 提供通畅的通道。蜗壳前的进气通道上还装有一个网格状滤网和一 个挠性连接。此挠性连接被用来吸收由于热膨胀导致的移动量。该 挠性连接的另一端安装在一个方型的通道上，并通过该通道与外部 的燃烧空气进气通道相连。n进口轴承套透平机的进口轴承套安装在齿轮箱和透平机主支撑橇体上，为空 气进口蜗壳和低压的压缩机静子提供支撑。套内的合成式滑动轴承 和止推轴承为透平机转子定位，并提供支撑。透平机和齿轮箱总成 系统综述n压缩机静子总成压缩机静子总成由一个低压外套装和一个安装有压缩机静子叶片 的高压内嵌体组成。压缩机静子的低压外套装从其