燃气轮机的结构.

燃气轮机的结构摘要燃气轮机•燃气轮机静子燃气轮机•燃气轮机转子燃气轮机•燃气轮机控制前言师昌绪，新中国成立时美国明令禁止回到“红色中国”的35名中国学者之一。著名金属学及材料科学家，曾任中科院金属研究所所长、中科院技术科学部主任、国家自然科学基金委员会副主任等，现为国家基金委特邀顾问、金属所名誉所长、中国材料研究学会名誉理事长、中国生物材料委员会名誉主席、国家科技图书文献中心理事长、两院资深院士联谊会会长等。1980年当选中科院院士，1994年当选中国工程院院士、副院长，1995年当选第三世界科学院院士、院长。第三、五、六届全国人大代表，九三学社第七届中央委员。荣获2010年度国家最高科学技术奖。前言前言2011年1月14日上午，师昌绪先生获奖时当面向胡主席提出我国燃机产业发展存在的问题。几天后国家成立了由两院院士组成的考察团，分为四个组，考察我国燃机的发展现状，目的是为国家燃气轮机产业化基地选址。2011年4月下旬，其中一个组来到南京，来到我们厂考察燃机的生产状况。2012年3月，又来过一次。据说，这个基地刚开始选择在上海，后来改在常州，现在南京的呼声最高。但是不管选在那里，我们厂肯定要参与，因为我们公司是全国燃气轮机标准化技术委员会的理事长单位，委员会秘书处设在燃气轮机研究所。南汽轮简介南京汽轮电机集团有限责任公司，创建于一九五六年，一九九五年十一月改为国有独资有限责任公司，二OO四年九月改制为宁港合资企业。公司占地42.5万平方米，在岗员工二千一百一十五人，主要生产设备一千六百余台，其中精、大、稀设备一百九十多台，年综合生产能力达一千万千瓦。主产品有重型燃气轮发电机组及燃气/蒸汽联合循环发电设备、热电联供汽轮发电机组和大中型同步、异步交流电动机。燃气轮机的结构•燃机基础•透平支撑•凹型销键和导向块燃机基础及支撑•进气系统•进气滤室进气设备•慨述•压气机转子•压气机静子轴流式压气机燃气轮机的结构•慨述•燃烧室和过渡段•火花塞•联焰管燃烧系统•慨述•透平转子•透平静子透平•慨述•3块轴瓦•润滑•油封轴瓦燃机基础•支撑燃机和进气室的基础为一长约9.15米的钢质框架结构，是由钢柱和钢板制造组成。燃机基础框架由两个纵向宽90厘米法兰式承重梁及三个十字横梁组成，以此作为燃机安装的垂直支撑基础，钢密封平板焊接在框架的底部。•在左侧的纵向承重梁和后端的十字支撑横梁之间，焊接了钢密封平板，为燃机的2＃瓦，3＃瓦和发电机轴瓦提供滑油的供油和回油。•在燃机基础的两侧，安装了起重用的吊耳和支撑及十字横梁。在基础的底部两侧，各有四个机械加工过的平垫，方便了现场基础的安装。在基础框架的上部，也提供了两个用于燃机后支撑安装的机械加工过的平垫。透平支撑•燃机在三个位置通过垂直支撑安装在基础之上，前支撑位于压气机前气缸的下半垂直法兰上；两个后支撑位于透平排气缸的左右两侧。•前支撑是一挠性钢板，通过螺栓和定位销在基础前十字横梁处与燃机基础相连，通过螺栓和定位销与压气机前气缸的前法兰连接，该支撑容许燃机轴向膨胀。•后支撑为刚性的，安装在基础框架左右两侧的机械加工平板上，向上与透平排气框架的左右相连，该腿式支撑容许燃机径向膨胀，但控制了机组的水平中心的轴向和垂直位置,以确保缸体的正确对中，与透平支撑腿配套的扁销使其保持横销位置不变。•在左右支撑腿德内壁和外壁之间是水套，水套内提供循环冷却水减小了该支撑的热膨胀，且有助于保持燃机与发电机之间的对中。进气系统•燃机进气系统是一个接收，过滤和导引大气进入压气机入口的装置。该系统由滤器间，进气消音器，导气弯管和进气道组成。该设备装置在燃机的尾部，且跨越在燃机控制间或辅机间上方。进气系统•进气滤室由滤筒组件和维护通道，人孔门等组成；我厂9E燃机的进气滤为带自脉冲清洗的锥式滤和筒式滤组件（共440组）；该滤芯的自清洗为反向脉冲的压缩空气来实现，由控制系统实现，分自动反吹清洗和手动反吹清洗两种方式。自动清洗为燃机进气滤压差升至55毫米水柱时进行，低于5毫米水柱时停止；手动方式为根据滤芯运行情况或天气情况，随时可手动进行。•进气消音器用来消除或减弱由压气机运行时传来的高频噪音。进气弯头和过渡进气道是按声学原理连接在一起，以进一步帮助降躁。（9E燃机筒式进气系统不设防护拦网）。压气机转子概述•轴流式压气机部分由压气机转子和封闭的静子气缸组成，在气缸上安装着压气机的17级静叶，一级进气导向叶片（I.G.V)和两级排气导向叶叶片（E.G.V）.•在压气机内的空气，由一系列类似的动叶（转子）和静叶（静子）一级一级地压缩，从压气机抽取的压缩空气用于透平喷嘴（NOZZLE）和动叶（BUCKET）的冷却（AE-16,AE-17）,轴瓦的密封和三级护环的冷却来自（AE-5）,启动和停机时的防喘来自（AE-11),箱体外的马达驱动风机（88TK-1,2）用于透平缸体和排气框架的冷却。•一级可调静叶有助于限制起机过程中的空气流量和减小进气正冲角，防止压气机喘振和提高部分负荷时联合循环总体热效率。压气机转子•压气机转子组件的组成：•（1）前短轴，在其之上安装着压气机的第一级动叶；•（2）15级动叶和轮盘组件（包括2～16级转子）；•（3）后短轴，在其之上安装着压气机的第17级动叶。•压气机的每级均是一个带有叶片的独立轮盘，各级轮盘通过沿圆周均匀分布的16根拉杆螺栓轴向连接在一起，各级轮盘通过位于轮盘中心附近凹凸槽径向定位，但轮缘处互不接触，留有气隙，冷却轮盘；扭距的传递是通过螺栓连接法兰的表面摩擦力完成的。各级轮盘和带短轴的轮盘部分的外圆周，都具有拉削的槽隙，动叶插入这些槽内并在槽的末端通过冲铆使动叶轴向固定。在组装压气机转子时，应精选轮盘的位置以减小转子的不平衡量，组装完成后，进行压气机转子的动平衡。•机械加工过的前短轴，提供了推力瓦的前后推力面，1＃轴瓦的轴颈，1＃轴瓦油封的密封面和压气机进口低压空气的密封。压气机静子概述•压气机静子部分由四个主要组件组成：•（1）进气缸；•（2）压气机前机匣；•（3）压气机后机匣；•（4）压气机排气缸。•这些部分与透平的外壳相连，形成了环型气流通道的外壁，成为燃机的重要结构，为了达到动叶叶尖的最大气动效率，气缸内径保持在最小公差之内。动静间隙配合好。压气机静子进气缸•进气缸位于燃机的前端，其主要功能是将来自进气室的空气均匀导入压气机，同时进气缸还分别支撑1＃轴瓦，推力瓦组件，进口可转导叶位于进气缸的后端。压气机前机匣•压气机前机匣包含压气机的第一级到第四级静叶。前支撑钢板的一端通过螺栓和定位销与压气机前机匣的前端法兰连接，支撑钢板的另一端通过螺栓和定位销与燃机基础相连。燃机前机匣装有用于燃机与基础分离的两个整体大起重吊耳。压气机后机匣•压气机后机匣包括压气机第五级到第十级静叶。气缸上的抽气点容许第五级和第十一级压气机抽气，第五级抽气用于冷却和密封功能，而第十一级抽气则用于起机和停机过程中的压气机的防喘放气.压气机排气缸•压气机排气缸包括压气机第十一级到第十七级静叶，二级排气导向叶片和排气扩压器。压气机的排气缸的功能是支撑静叶，支撑过渡段，为扩压器提供内壁和外壁，连接压气机和透平静子，此外还为2＃轴瓦组件提供了内支撑，通过支撑环为一级喷嘴提供密封。•压气机排气缸由两个缸组成，一个缸（外缸）是压气机机匣的延续，另一缸（内缸）是环绕压气机转子的内缸，两个缸通过径向支板连接。2＃瓦的支撑机构位于压气机排气内缸内，扩压器是由压气机排气缸外缸和内缸之间的圆锥形环形空间组成。压气机叶片•压气机转子叶片是翼面型的，设计成以高叶顶速度来高效地压缩空气。锻造叶片通过轴向地燕尾形叶根安装于叶轮上，燕尾型叶根通过精加工保证每一叶片位于轮盘上的正确位置。•压气机静子叶片也是翼面型的，第一级到第八级叶片通过轴向的燕尾形叶根安装在叶片环的扇形块内，叶片环的扇形块安装在气缸的圆环形沟槽内且通过锁销定位，而第九级叶片到排气导向叶片则安装于单独的矩形块内，矩形块直接安装在气缸的圆形沟槽内,直接由锁销定位。压气机抽气•慨述：燃机运行时，从轴流式压气机不同级的抽气用于：•（1）冷却高温运行的透平部件；•（2）密封燃机轴瓦；•（3）为气动阀提供操作气源；•（4）燃料喷嘴的雾化空气。•第五级抽气（AE-5):抽气口位于压气机第4级排气后，第5级前，通过压气机上半缸和下半缸的外部连接管路传输，用于所有转子轴瓦的密封，少量部分用于透平三级护环的冷却。（上半缸两路抽气用于透平三级护环的冷却，下半缸两路抽气用于轴承密封）•第十一级抽气（AE-11):来自抽气口位于压气机第10级排气后，第11级前(4路抽气管），仅用于燃机起机和停机过程中，防止压气机喘振的放气，燃机满速后及带负荷运行时，防喘放气阀关闭，以便有最大的轴输出功率.•第十七级抽气（AE-16）:来自17级的压气机抽气位于压气机第16级后，第17级前。该抽气径向流入第16级和第17级的叶轮间隙（压气机后短轴上带有通流槽的轮盘），然后流入转子的中心孔，此后流入透平，冷却透平的一，二级动叶和转子轮间。•压气机排气：从压气机排气的抽气用作液体燃料喷嘴的雾化空气，一级喷嘴叶片和固定环的冷却，二级喷嘴的冷却.水洗喷口•若压气机进口，喇叭口，进气导叶和前几级叶片的积垢是油性的和水溶性的，压气机应该用洗涤剂清洗油性积垢或用除盐水清洗水溶性积垢.•液体喷入压气机进口，整个压气机进气喇叭口内环上安装有：•（1）在压气机进口的喇叭口前壁上安装有8个插入式的，用于盘车方式清洗（离线）的喷嘴；•（2）16个在线清洗的喷嘴安装于：•—8个在压气机进口前壁上，•—8个在压气机进口后壁上.•水洗液由基础外的水洗撬体提供。燃烧系统慨述•燃烧系统是分管回流式的，组成燃烧系统的分管式火焰筒布置在压气机排气缸的外周围上，火焰筒插入固定在环形燃烧室的围带上的燃烧室缸体内，该系统也包括燃油喷嘴，火花塞点火系统，火焰探测器和联焰管。•来自压气机出口的高压空气（11BARG,360℃）首先包围在过渡段周围，然后进入包围14个火焰筒的环形空间，空气通过小孔，鱼磷孔冷却火焰筒内壁，控制燃烧过程和参冷燃烧后的高温燃气。供给每个燃烧室的燃料是通过燃油喷嘴喷雾，且燃料与燃烧室内一定量的燃烧空气混合后燃烧的。燃烧室和过渡段•轴流式压气机的排气在导流罩的导流下，沿火焰筒的外部从前端流入，部分空气通过火焰筒罩壳孔和漩流板进入火焰筒反应区。•反应区的高温烟气通过热渗透混合区后进入冷掺混区与掺冷空气混合。掺混区的测量孔容许适量的空气进入与燃气混合将燃气冷却到透平叶片材料所能承受的安全温度，沿火焰筒长度方向分布的环形槽，其上的鱼鳞冷却空气孔为冷却火焰筒内壁提供冷却空气气膜；过渡段燃烧是将出口（过渡段进口）圆形排气过渡为燃机透平一级喷嘴入口扇形进气，其进出口截面积一致，过渡圆滑，保证最小的压力损失及过渡段的最小热冲击。火花塞•点火是通过分别安装在13＃，14＃火焰筒内的两个15000V可伸缩式（弹簧伸出，燃气压力压回）火花塞放电来实现的。点火时，一个或两个火花塞的火花使燃烧室点火，其他火焰筒通过布置在火焰筒的反应区域的联焰管点燃，随着转子转速和燃气压力的升高（约60％转速，CPD约1.1BARG),从而导致火花塞回缩，电极离开反应区，保护电极。紫外线火焰探测器•在燃机起机点火后及正常运行时，火焰的存在或消失信号传给控制系统是必要的。4个火焰探测器安装在4个不同的火焰筒内（4＃，5＃，10＃，11＃），探测器由一小充气管组成，充气管内有两个相离很近的电极，将引起气体的电离，这样就会产生一个脉冲电流和引起电源的放电。只要紫外线存在的话，电源就会连续不断地重复充电和放电过程。火焰地存在是由测量脉冲频率的电气模块确定。且将火焰的状态转换到燃机的控制系统。（每秒的脉冲数即频率高于64则认为该火焰筒着火）联焰管和燃油喷嘴•14个火焰筒是通过联焰管相互联接的。这些联焰管能将内置火花塞的点火火焰筒内的火焰传到未点燃的火焰筒中。•每一个火焰筒的端部都配置有燃油喷嘴，燃油喷嘴将等量的燃料喷入火焰筒。•液体燃料是在燃油喷嘴过渡件出口有高压空气雾化，然后进入燃烧区。气体燃料被容