燃气轮机结构课件.ppt

1、燃气轮机的结构一、燃气轮机的分类 燃气轮机组和火电机组相比具有结构简单、重量轻、污染小、效率高及安装建设周期短等特点，近些年大批量的燃机电厂陆续投产发电。1、燃气轮机的分类：工业型和航机改装型 工业型燃气轮机是地面上广泛使用的机组，使用寿命长，可以作为电厂调峰和供热使用。航机改装型燃气轮机广泛用于船舶业航空业，和工业型燃气轮机相比体积较小，重量较轻。此外按燃气轮机的热力特性分为简单循环和联合循环，按燃机转子结构分为单轴和多轴燃气轮机。2、联合循环设备的介绍 联合循环发电设备的配套可采用一台燃气轮机和一台余热锅炉及一台汽轮机“一拖一”单轴的方式，也可以采用二台燃气轮机和二台余热锅炉及一台汽轮机“

2、二拖一”的方式，也可以采用多托一的方式。咱们电厂采用的是一台燃气轮机、一台余热锅炉及一台汽轮机“一拖一”双轴的方式。咱们电厂是常年带工业基本热负荷，同时还作为调峰机组运行。因为需要常年供热，所以总有一台机组在运行，如果一台机组事故停机、检修，另一台机组能够及时的满足供热需求,所以采用一拖一双轴的方式能更好的安全运行。万众吉利热电的燃气轮机 目前，咱们公司燃机机组有意向的是美国GE公司生产的PG9371FB03型和上海电气生产的STG-4000F(4)型燃气轮机。9FB型燃气轮机在结构、体积上和9FA型燃气轮机极为相似，是在9FA型燃气轮机基础上的改进型。所以我就9FA的一些特点和大家一起学习一

3、下。二 燃气轮机型号的命名方式型号：PG9351FA型燃机 PG package Generator箱装式发电设备 9 表示设备系列号，表示9000系列的机组35 表示机组大致的额定出力大小（万马力）即35万马力约255.6MW 1 表示单轴机燃机 FA 表示燃气轮机的型号，即9000系列中FA型。厂家：GE(通用电气)公司额定转速：3000r/min轴承数量：2GE公司燃机的发展9FA燃气轮机9FA9FA9FB9FB压气机动叶级数1818压气机静叶级数1818压比16.518.3额定转速30003000简单循环出力（MW）261297简单循环净效率37.30%38.60%联合循环出力（MW）

4、395455联合循环净效率56.70%59.30%排气流量（Kg/S）657.2Kg/S665.64Kg/S排气温度（）602.2643.4燃烧室数量1818三 性能参数四 9FA燃气轮机的结构 9FA燃机整体尺寸：10.5*5*5（m），重约290吨。本体包括：进气缸、压气机缸、压气机排气缸、透平缸、透平排气缸。轴承及轴承座包括在进气缸和透平排气缸里，共有2个轴承，机组底座通过4个支撑和机组相连。压气机18级，燃气透平3级，转子为分布拉杆式转子，其首级叶顶圆周方向线速度为390m/s，压气机最大叶顶直径为2480mm；压气机动静叶片均为扭叶片，动叶全部为燕尾型叶根；静叶0到4级为燕尾型叶根并

5、带有齿环，5到16级为T形叶根，压气机出口有2级整流导叶。9FA燃气轮机压气机进气缸压气机缸压气机排气缸透平缸透平排气缸1 压气机 压气机是燃气轮机的主要部件之一，负责从进气系统吸入空气，并将空气压缩增压，然后连续不断地向燃烧室提供高压空气。燃气轮机使用的压气机主要有轴流式和离心式两种类型。轴流式压气机的气体在压气机内沿轴向流动，优点是流量大，效率高（目前为80%-92%）；缺点是每级的增压能力低（级压比一般为1.15-1.35）。离心式压气机的气体在压气机内沿叶轮的径向流动，离心式压气机的优点是级的增压能力高（级压比可达4-4.5）；缺点是流量小，效率低（75%-85%）。目前世界上中小功率

6、的燃气轮机主要是采用离心式压气机；而大功率燃气轮机则采用轴流式压气机。9FA采用的是轴流式压气机，相邻的动叶和静叶称为一级压气机，共有18级，末尾有两级导向叶片（EGV1、EGV2）。压气机包括三段缸体，分别是压气机进气缸、压气机缸、压气机排气缸。它的气缸、外壳和框架都有水平中分面。当压气机上半缸吊开时，所有静叶能按圆周方向滑出来，以便进行检查、更换而不需要把转子吊出来。可变进口导叶也可以在压气机进气缸上半吊起后按径向滑出。从2010年开始，GE的9FA燃气轮机使用的是增强型的压气机，国内现有的31台9FA燃机都已经升级改造完成，改造后压气机对转子0级动叶、0-5级静叶、14-16级静叶、IG

7、V叶片进行叶形的重新设计，对压气机通流间隙进行调整，使压气机运行更为安全，压比从最初的15.4提高到现在的16.5。1.1 1#轴承及进气缸压气机进气缸为机组的前端，呈喇叭口状，材料为球墨铸铁。1号轴承座和进气缸铸造在一起，是进气缸的一部分，也是燃机中心的第一个基准点。在线清洗喷嘴和离线清洗喷嘴安装在进气缸前端，进口导叶（IGV）安装在进气缸末端。机组的2个前支撑安装在进气缸下半。因为支撑轴承和前支腿在进气缸上，转子和所有的缸体重量都压在了压气机进气缸和透平排气缸上，为补偿机组水平时的重力作用，进气缸中心低于压气机缸中心0.010英寸。进气缸和压气机缸找中心工具（蝶形规）进气缸、压气机缸找中

8、支撑（支腿）9FA机组与底座之间的支撑有2种形式，机组选用哪种支撑形式和联合循环机组的布置方式有关，单轴联合循环机组燃机和汽轮机采用的是刚性联轴器连接，汽轮机高压缸前机箱，在3号轴承的中心线位置用轴向和横向键锚接到基础板上，并用地脚螺栓压紧，构成本机组热膨胀的绝对死点。这种布置方式的燃机的前支撑可微量移动，并在压气机进气缸下部增加了复支腿类型合导向键。在燃机进气缸和汽轮机的前机箱之间左右装有两根可调整的、自对中的轴向连接杆，将燃机和汽轮机高压汽缸连接成一个整体。连杆位置全机组只有燃机一个推力轴承，布置在燃机进气缸推力轴承座中，推力轴承的推力面构成了该机组整个轴系的“相对死点”。对于“二拖一”或

9、者“一拖一”多轴布置的机组，燃气轮机和蒸汽轮机独立布置，且有独立的确保自由膨胀的滑销系统。燃气轮机和燃机发电机直接相连，燃机机组有自己的死点。因为没有连接杆固定，燃气轮机如果还用单轴机组形式的前支撑，燃机和底座容易形成平行四边形，做相对的前后移动，所以燃机的前支撑有所改变，前支撑是一块和燃机底座连在一起的板，安装在进气缸的下部，且不可移动，它是用螺栓和直销直接固定在压气机进气缸的下部。此位置称为机组的死点。转子相对于静子膨胀的固定点为机组的“相对死点”，也是位于推力轴承的推力面上。对于咱们电厂来说，如果使用9FB燃气轮机，因为是双轴布置，前支撑也将会采用这种形式。1#轴承 1#轴承位于进气缸内

10、，轴承是支撑转子并允许转子高速转动的承力部件，机组运行时，轴承受到转子的径向及轴向作用力，再经过轴承座传至气缸上或者直接传至底盘上。9FA燃气轮机有两只径向轴承用来支撑燃气轮机转子，有两只推力轴承用来保持转子与静子的轴向位置，在单轴联合循环机组中，燃气轮机、蒸汽轮机和发电机共用一个推力轴承。1号径向轴承和推力轴承两侧有挡油环和轴承座组成迷宫式密封，在轴承的两侧也有铝合金材质的油封，它和轴承座的也组成迷宫式密封。1号轴承有润滑油系统供应润滑油进行压力润滑。因为挡油环和转子轴颈之间总的间隙大概在0.015英寸左右，间隙很小，再有机组的润滑油油箱有较高的负压，有较大的抽吸作用，所以只用油封，不再使用

11、气封。1号径向轴承是自整位可倾瓦轴承，有四个可倾瓦块，瓦块表面材料为巴氏合金，在下半的两个瓦块，每个瓦块上都有一个顶轴油孔和一根测瓦块金属温度的热电偶（BT-J1-1A、1B、BT-J1-2A、2B）顶轴油孔热电偶径向轴承和推力轴承都可在不吊出转子的情况下更换。从盘车开始前，润滑油和顶轴油就已经运行，当转子升速到1500转时，顶轴油自动退出。停机时，当转子转速到1500转时，顶轴油自动启动。推力轴承由一个推力盘和轴承的静止部件组成。推力轴承用来承受燃气轮机在转动时形成的推力负荷，把转子轴向位移固定在长度为0.012英寸的范围内。在燃气轮机正常运行过程中，转子的推力负荷是向排气方向的，在启动和停

12、机过程中，推力负荷的方向通常相反。因此为了承受两个方向的力，推力轴承是两个。承受正常运行中推力负荷方向的为主推力轴承，相反方向的为副推力轴承。轴向位移达到0.025英寸机组报警，达到0.030英寸机组跳机。推力轴承包括推力盘、推力瓦、均衡板、座环等。推力盘是和转子轴颈一体的，随转子一起转动。静止部件的推力瓦由均衡板的淬硬钢调整杠杆支撑。瓦块和均衡板装在座环中，整个静止组件支撑在轴承座内，并用销钉固定在轴承座下半，防止其随转子一起转动。推力瓦块是扇段形状，主推和副推各有十三块瓦块。在早期的机组中，主推力瓦块是十二块，副推是十三块。瓦块表面镶有巴氏合金。推力轴承是可倾瓦自卫型的。推力瓦块座环均衡板

13、推力盘推力瓦座环推力轴承有润滑油润滑，推力瓦和推力盘的相对运动形成和保持的润滑油膜将两者分开。这层油膜承受着推力载荷并防止轴承表面金属之间的接触，同时带走因油膜剪切作用而产生的热量。顶轴油、径向轴承和推力轴承的回油汇流到一起从进气缸前出口排出。轴承热电偶顶轴油管出油口进油口 1号轴承座的上半是一个独立的铸件用螺栓和直销固定在轴承座的下半。在1号轴承盖上共有4个探针和一个震动指示器，分别是检测轴振的2个轴振探针（39VS-11、39VS-12），2个轴向位移探针（96VC-11、96VC-12），检测瓦振的震动指示器（39V-1A/1B）。轴向位移轴振探针位置瓦振1.2 压气机缸和压气机排气缸

14、压气机缸是压缩空气的部位，材料为球墨铸铁。压气机排气缸材料为CrMoV或NiCrMo。压气机气缸内壁装有0-12级静叶，压气机排气缸内壁装有13-17级静叶和两级出口导向叶片（EGV1、EGV2），它们共同组成压气机的静子。压气机缸有两级抽气，共8个抽气孔，允许抽出第9级和第13级前的空气。抽出的空气除了用于冷却第二级和第三级透平喷嘴外，还在机组启动和停机时将抽气放掉，防止压气机发生喘振。压气机排气缸除了能容纳压气机静子的后七级外，还构成压气机排气通道的内、外壁，同时为第一级喷嘴组件提供支撑，与透平缸连接，并支撑燃烧室外壳。压气机排气缸内有排气室，从排气室抽出的空气为燃料系统提供吹扫气源，为进

15、气加热系统提供气源，压气机防喘放气阀的控制气源也来自排气室抽气。有一点需要注意，压气机抽气的抽气口并不在压气机排气缸，而是在透平缸。內缸EGV2、EGV1抽气口进气加热抽气口 压气机静叶在气缸上有两种固定方式 第一种是直接装配的静叶，压气机5-16级静叶为单独个体叶片，为长方形基面的T型叶根。气缸上加工有叶根槽，静叶一片一片地装入叶根槽中。第二种是带有静叶持环的静叶，0-4级静叶，17级、EGV1、EGV2一共7级静叶都是装在静叶持环内，封口用锁键固定，通常分为数个扇形段，一个个装入气缸内。抽气位置 压气机转子是分布拉杆式转子，是一个由16个叶轮、2个端轴和叶轮组件、拉杆螺栓及转子动叶组成的组

16、件。前端装有零级动叶片，后端装有第17级动叶片，16个叶轮各自装有第1-16级动叶片。压气机转子和透平转子用螺栓连接。在第16级动叶和第17级动叶之间有间隙，透平转子的内部冷却空气从这里抽取，空气引向压气机转子后联轴器上的15个轴向孔，流到透平前半轴与压气机转子后联轴器相应的15个轴向孔，以从转子内部冷却透平转子的第一级和第二级动叶。压气机转子1.3 燃烧室 燃烧室位于压气机与透平之间，整个部件依托在压气机排气缸上，里侧连着透平一级喷嘴，外部用螺栓固定在压气机排气缸上，部件全部是高温合金材料制造。主要有三项基本功能：（1）使燃气与压气机送来的一部分压缩空气，在其中进行有效的燃烧。（2）使由压气

17、机送来的另一部分压缩空气与燃烧后形成的燃烧产物均匀地掺混，将其温度降低到燃气透平进口的初温水平，以便送到燃气透平中做功。（3）控制氮氧化合物的生成，使透平的排气符合环保标准的要求。燃烧室通常有单管圆筒形、分管形、环管形和环形。GE公司的重型燃气轮机采用的是分管形结构。在国内的9FA燃气轮机最初采用的DLN2.0+型燃烧室，现在使用的是DLN2.6+型燃烧室，燃烧温度达到1327度。燃烧室的组件主要由燃料喷嘴和燃烧端盖组件、燃料喷嘴外缸、过渡段、导流衬套、火焰筒、联焰管和后缸等组件构成。各组件均可以单独拆卸。过渡段燃烧器联焰管导流衬套 9FA燃气轮机在压气机排气缸的外缘，沿周围布置着18个逆流分

18、管式DLN2.6+燃烧室，每个燃烧室有6个喷嘴。在各个燃烧室之间有联焰管进行连接。在2号和3号燃烧室配有高能火花塞点火器，火花塞可以伸缩，当点火后机组加速时，火花塞被燃烧室中升高的压力压回，以免被烧坏。停机后，火花塞又被弹簧压进燃烧室，以便下一次点火启动。15-18号燃烧室装有4个火焰探测器，紫外线探头被冷却水套冷却，在检测到燃烧室有火焰后，它会发出信号。每个燃烧室上还装有一个脉动压力探头，用来检测燃烧的脉动。脉动压力探头孔也可以作为内窥镜的进口，通过它进入到火焰筒内进行检查。燃烧室的工作过程：压缩空气由压气机排气缸流出，首先对过渡段形成冲击冷却，再逆流向前，流过火焰筒与导流衬套之间的环形空间

19、，流向燃烧室头部组件。其中，有少量空气用于冷却火焰筒和盖帽，其余空气经喷嘴上的旋流器进入预混合室，与由燃料喷嘴喷出的燃料气进行混合。燃料与空气混合物经预混合管流入火焰筒，被位于两只上部燃烧室上的高能点火器点燃，火焰起始于喷嘴出口端面与顶盖形成的平面上，并被限制在火焰筒内，气体燃烧膨胀，冲击透平动叶转动。未安装点火器的燃烧室靠联焰管联焰而着火。2 燃气透平 燃气透平是燃气轮机中一个重要部件。它的作用是把来自燃烧室的、储存在高温高压燃气中的能量转化为机械功，其中一部分用来带动压气机工作压缩空气，多余的部分才作为燃气轮机的有效功输出，带动外界负荷。大概有将近2/3的能量都用来带动压气机做功。9FA燃

20、气轮机的燃气透平是三级轴流式透平。每个透平级由喷嘴和动叶片组成。透平部分包括透平转子、透平气缸、喷嘴、护环、透平排气缸组成。燃气轮机的后支撑在透平排气缸上，为补偿机组水平时的重力作用，透平缸和透平排气缸的中心低于压气机缸和压气机排气缸中心0.010英寸。1 透平气缸 透平气缸为铸造结构，一般用耐热铸钢或球墨铸铁制成，它的前部和压气机排气缸相连，共同为燃烧室系统提供空间，也是主要的受热部位。透平缸和压气机排气缸在这五段缸体中是最为复杂的两段缸体，所以也是国产化最晚的。透平缸内主要包括透平转子、透平喷嘴、护环、持环以及检测透平缸轮间温度的热电偶。透平气缸控制着护环和喷嘴的轴向和径向位置，而燃气轮机

21、第二次水平找中时2号轴承的中心是 喷嘴护环以透平气缸第三级喷嘴的中心为基准的，因此透平气缸的精度控制着整个燃气轮机的间隙。燃气透平有三级喷嘴，他们引导经过膨胀的高速燃气流向透平动叶，使转子转动。由于气流通过喷嘴时产生高压降，因此在喷嘴的内外侧都安装有迷宫式的气封，以防止由泄漏引起的系统能量损失。这些喷嘴工作在热气流中，除了承受燃气压力负荷外，还要承受巨大的热应力。透平第一级喷嘴接触的温度最高且不均匀的燃气，在启动和停机时又是承受热冲击最严重的零部件，经过冷却后还要承受高达900度的高温，所以对它的材料要求很高，寿命在三级喷嘴里也是最短的，目前国内还没能力来制造。第一级喷嘴每两只叶片组成一个喷嘴

22、段，共24组。在持环的导引下，周向的滑入压气机排气缸的末端。第一级喷嘴和燃烧室的过渡段连接，连接处有气封片，防止高温燃气泄漏。第一级喷嘴采用FSX414精铸叶片，并用真空等离子体喷涂保护层。一级喷嘴一级喷嘴 第二级喷嘴设计成两只叶片一组的铸造喷嘴段，周向滑入透平缸，共24组。它是采用GTD241镍基合金精铸，用Pack Process工艺渗入保护层。第三级喷嘴设计成三只叶片一组的铸造喷嘴段，周向滑入透平缸，共20组。它采用GTD241镍基合金钢精铸，应用堆积涂层保护。透平的这三级喷嘴在不吊出转子情况下，都可以检修、更换。透平这三级喷嘴全部采用空气冷却，其冷却结构采用薄膜冷却、冲击冷却和对流冷却

23、的复合冷却方法。其中，第一级喷嘴采用压气机排气直接冷却，第二级喷嘴的冷却空气来自压气机第十三级抽气，第三级喷嘴的冷却空气来自压气机第九级抽气。密封片2 透平排气缸 透平排气缸用冷拉伸螺栓连接到透平缸后侧。结构上，由其间用径向支柱连接的内外圆柱体组成。燃烧后的尾气从从排气框架径向支柱间穿过。2号轴承位于内圆柱体内。为了控制转子相对于静子的中心位置，支柱必须保持在均匀的温度下，因此支柱制成空心的，即在内圆柱体、支柱、排气缸内侧加一层金属包壳，使高温尾气不直接接触内外缸体。这样做是因为整个燃气透平的温度要比压气机 气流穿过位置2号轴承位置透平排气缸温度高，热膨胀量也会比压气机大，导致整个轴系的不对中

24、，引起整个轴系震动。这个包壳为冷却空气提供了一个回路，在燃机罩壳外设置的2台风机（88TK）不断吹入冷却空气，冷却完压气机排气缸，然后大部分空气去冷却透平转子第三级动叶后轮间，最后汇入高温尾气进入排气道。2号轴承位于排气缸内圆柱体内，轴承型号和1号轴承一样，带有4块可倾瓦，下半2块可倾瓦各有顶轴油孔和一根测量金属温度的热电偶（BT-J2-1A、1B，BT-J2-2A、2B）。在轴承外壳45度方向带有2个测量轴振的非接触式探针（39VS-21,39VS-22）。2号轴承座上半有测量轴振的震动指示器。探针位置3 透平转子 透平转子采用贯穿螺栓结构，有透平前半轴，一、二、三级叶轮，级间轮盘，透平及拉

25、杆螺栓组成。透平转子通过叶轮轮轴和级间轮盘上的配合止口控制各部件的同心度，用贯穿拉杆螺栓将它们压合在一起。扭矩靠螺栓压紧的各级轮盘间的摩擦力来克服。透平转子的动叶片尺寸由第一级（叶高386.69mm）到第三级（叶高519.6mm）逐级增高，因为每一级的能量转化使得压力减少，要求环形面积增加以接收燃气的流量，保持各级的容积流量相等。每级透平动叶都是92片。透平转子动叶采用带有枞树形叶根的长柄式动叶片，在叶片平台和叶根之间，通过较长的、断面为工字形的叶柄来连接。第一级和第二级动叶片的叶根底平面上均开设有小孔，可以通入来自转子内部从压气机第17级动叶前来的冷却空气，使叶根和叶身得以冷却，可以使叶根齿

26、和轮缘的温度显著下降。第一级动叶采用定向结晶一次成型，这种结晶方法能承受更高的温度。第一级和第二级动叶片表面均有真空等离子涂层，采用空气冷却结构，冷却通道内表面喷涂一层铝保护层。第三级动叶片为非空气冷却。第一级动叶采用对流冷却、冲击冷却、气膜冷却的方法。为了增强出气边的冷却，在冷却通道内还铸有多排针状的肋 条，以增强冷却效果。第二级主要采用对流冷却。第三级第三级动叶处温度接近于尾气温度，比较低，不采用冷却。第二级和第三级动叶尖部由Z形围带封装，构成叶尖密封的一部分，这些围带在个叶片间联锁以阻尼振动，另外能更好的密封空气，防止能量损失。Z形围带三级动叶片透平转子内部冷却缸体翻转、接进气缸 希望这些资料能对大家有所帮助 谢谢！