下一代先进燃气轮机峰会会刊__2-3

5.Choonsooi Tan, 麻省理工学院在假设性涡轮机冷却密封系统中的通用轮辋腔室密封的流场配置轮辋密封与叶轮空间来源：JetPropulsion，RR13研究课题——叶轮腔室流场——•就轮辋腔室密封而言，限制其密封效果的驱动因素是什么？就辋腔限制其效果动素什•在轮辋腔室内，导致损失生成以及SAS主流干扰的驱动因素？•要确保腔室内吸入的高温气体不会导致运行持久性的降低达到不可接受的程度，确定这一容吸入量的因素是什么？141015.Choonsooi Tan, 麻省理工学院研究课题——零部件的匹配效应——•怎样才能利用零部件之间的匹配来提高燃气涡轮发动机系统的性能？–需要对相邻零部件在相互响应时所产生的性能变化进行识别与量需要对相邻零部件在相响应时所产的性能变化进行识别与量化。•如何才能将流场的非定常性转化成一项优势进行充分利用？15麻省理工学院所发挥的重要作用——应对科技挑战的肥沃土壤•汇聚了一大批才华横溢、年轻热情的学生群体：–因为其没有负担，所以更热衷于解决各种昀棘手的工程设计问题；其没有负担所解决各种昀棘手程–在他们的字典里没有“无法解决”、“不可能”等字眼。•新一代的工程师以及领导人致力于推动发电用固定式燃气轮机的前沿发展。161025.Choonsooi Tan, 麻省理工学院麻省理工学院协作研究计划的主要特点•以解决行业中所遇到的技术问题为需求导向制定其整体的研究目标；•其基础研究要素主要侧重于引发行业关注的各种运行问题的物理事件/过程以及其发生的原因方式部位与时间过程，以及其发生的原因、方式、部位与时间。–确定表象（如运行问题）与刺激因素（即物理原因）之间的关联；–制定适当的指引/工艺，以使相关的运行问题得到解决。•在研究过程能为学生提供揭示新发现以及相关知识的机会。•按照时间计划表的节奏，让行业工程师在大学的环境中参与研究，以达成既定的研究目标。•致力于协同实施研究计划以获得成功。17概念框架一•设计以及实施旨在解答具体研究课题的各项计算和实验；•具有成本效益的计算流体力学（CFD）；•对计算流场进行后处理与验证，以达成以下目的：1.信息的分级：–详细的流动与传热过程（常定性与非常定性）；–对上述过程足迹的统一评估；–对整体系统及其零部件特性的影响：提高效率以及峰值压力的能力；保持高效率的可操作范围；热负载18热负载。2.流动和传热性能的可追溯性以及鉴定——其会影响到运行效率、压力比/压力上升、可操作性与运行持久性等相关技术难点：–熵产生（损失）的轨迹；–热负荷的产生轨迹；–可能导致可操作性与运行持久性限制的条件。1035.Choonsooi Tan, 麻省理工学院概念框架二•企业可在自愿的基础上，运用学术研究机构所获得的基本知识，推动燃气轮机技术的发展，使其性能与运行达到一个新的水平，从而满足法规以及客户的要求。19学科领域的研究需求•气动热物理学——需要降低损失，提高可操作性以及运行持久性；–具有成本效益的非定常三维空气动力学；具有本效非定常维气动力–热传递/热负载。201045.Choonsooi Tan, 麻省理工学院未来的发展趋势•紧凑型设计（功率重量比增高——功率成本比增高）：–更高的涡轮进口温度（TIT）。–新型燃料；–具高负载能力的压缩机与涡轮机。•更高的热效率：–更高的压缩比；–更高的涡轮进口温度（TIT）。•更高的运行效率：–循环方式的变化（例如：联合循环等）；–温度更高的蒸汽循环（高于700°C，而不是600°C）。•更少的污染物排放（新型燃烧技术）：氮氧化物二氧化碳等–氮氧化物、二氧化碳等。•更低的成本：–研发；–制造；–运行。21•环境监管政策/全球变暖：–零碳排放？•适用于可再生能源：–风能；–太阳能；–地热；–其他能源。•核电站：–超临界循环：•涡轮机械中涉及超临界流体的关键零部件。22105!#$%#$&’()*+,-.’/0123456.756-3869/012:;/012=?6.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1066.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1076.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1086.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1096.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1106.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1116.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1126.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1136.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1146.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1156.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1166.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1176.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1186.SelimMokadem&ZhaoZuoZhi,Siemens1197.后藤仁一郎, 日立制作所电力系统公司SMARTAHAT系统通过先进的高湿燃气轮机的智能能源解决方案©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.Hitachi,Ltd.PPE-12-12055月15日，上海高效率带来更多收益为什么选用联合循环?很多业绩超过40年的运行业绩对应大尺寸©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.对应大尺寸适合激增的电力需求11207.后藤仁一郎, 日立制作所电力系统公司成本为什么选择联合循环?灵活性还有©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.还有2什么是AHAT?灵活性任何地域;就地安装全天候快速启动/快速负荷变化全天候;快速启动/快速负荷变化高效率及低成本不需要蒸汽轮机及零补给水的高效率©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.3针对中小型规格刚好适合可再生能源的吸收能量1217.后藤仁一郎, 日立制作所电力系统公司什么是AHAT?④水回收装置燃料高湿空气③再生热交换器：热能回收④水回收装置水燃烧器.压缩机.②增湿塔:输出增大透平©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.4空气①喷水雾化冷却系统:减少空气压缩段动力需求水AHAT的目标6070LHV)Ref: GTW Handbook 2010Triple‐pressure C/C参考GTW手册2010三压C/C405060Thermal Efficiency(%LDouble‐pressure C/CCheng Cycle (steam‐injected gas turbine)Target efficiency for AHAT cycleAeroderivative GTSingle‐pressure C/CAHAT目标效率航改型燃气轮机双压C/C单压C/C注蒸汽燃气轮机发电端效率©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.520301101001000Gross Gross Output(MW)Simple cycle GT单循环燃气轮机发电端输出功率1227.后藤仁一郎, 日立制作所电力系统公司Phase20002005201020152020阶段1证实技术可行性建设3MW-级试验工厂，通过运行证明了其可行性研发（R&D）进程2004-2006阶段2证实重型燃气轮机AHAT的适用性Phase 3技术验证过运行，证明了其可行性运营3MW工厂以评估其性能。建造40MW-级试验工厂2008-2011©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.6技术验证其高可靠性运行40MW-级试验工厂以评估其性能，验证了其高可靠性的科技。3-MW级实验项目水回收系统增湿塔水加热器冷却塔©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.7发电机燃气轮机再生热交换器排水处理系统1237.后藤仁一郎, 日立制作所电力系统公司40-MW级试验设备燃料高湿空气燃烧器.压气机.燃料再生热交换器高湿空气叶片冷却负荷压气机透平©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.8空气补给水增湿器水雾化冷却系统40MW级试验工厂概述增湿器负荷压气机再生热交换器©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.燃气轮机91247.后藤仁一郎, 日立制作所电力系统公司AHAT系统压缩段-大喘振裕度-叶片损失减小-在后端拥有较低的定子叶栅安装角压缩段设计阶段温度.增加(旋翼载荷索引)滴水在后端被脱干进口排出水叶片・・・・・・DRY低高©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.上游下游阶段10滴水水WAC低WAC:水雾化冷却系统压气机的试验结果压气机性能压比的流量特性项目干式吸气喷雾冷却压比喷雾量‐1.7wt%吸气温度变化base‐1.6degC出口温度变化base‐36.7degC压比低高×干式（试验）○湿式（试验）干式（预测）湿式（预测）©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.11吸气流量变化base+1.8%压比变化base+1.1%修正流量大小低WAC所引起的压比和流量增加1257.后藤仁一郎, 日立制作所电力系统公司压气机的试验结果温度的轴向分布蒸发完毕后，干式和WAC的恒定温度区别段温度段温度低高干式(试验)WAC (试验)干式(预测)WAC (预测)・・・・・・液滴吸附在T/C©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.12入口出口轴向位置低液滴吸附在上产生的温度降低高湿分透平:混合冷却高湿分空气混合盖薄膜冷却初级静叶混合盖压气机排气冲击冷却销散热片冷却©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.13压气机排气芯插头高湿分空气销散热片冷却1267.后藤仁一郎, 日立制作所电力系统公司1020 压缩空气冷却区湿分空气冷却区湿分空气冷却区高湿分透平:混合冷却‐30 ‐20 ‐10 0 10 温度变化ΔT (K)‐24 K‐30 K+12 K©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.‐40 ‐1.0‐0.8‐0.6‐0.4‐0.20.00.20.40.60.81.014∆T=Thumid–TdryThumid:湿分运行时的金属表面温度Tdry:干式运行时的金属表面温度前缘后缘后缘静叶表面的位置(-)加压侧吸引侧高湿分燃烧器集束喷嘴燃烧器-避免了高温空气燃烧所导致的倒火和自动点火风险-很多小的同轴喷气飞机都采用了告诉燃料空气混合技术来降低氮氧化物排放量燃料空气Fuel headerFuel nozzleAir hole plateF1©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.15燃料F2F3F41277.后藤仁一郎, 日立制作所电力系统公司40 120Rotatingspeed负载试验结果转速(%), NOx(ppm),负载(MW×4)水量(t/h)20 30 406080100Rotating speedPower outputHumidificationwater flow rate©Hitachi,Ltd.2012.Allrightsreserved.