珠江天然气发电有限公司MS9001FA燃气轮机结构分析.docx

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1、珠江天然气发电有限公司MS9001FA燃气轮机结构分析MS9001FA燃气轮机主要性能参数如表7-5所示表7-5MS9001FA燃气轮机主要性能参数燃气轮机参数联合循环参数输出功率255.6MW净输出功率390.8MW热耗率9757kJ/kWh热耗率6350UZkWh压比17.0:1电厂净效率56.7%质量流量641kg/sec转速3000rpm排气温度602oC型号PG9351FA1.1 概述MS-9001FA是一种为简单蒸汽燃气联合循环而设计的单轴燃气轮机，它包括空气进气装置、压气机、燃烧系统、燃气轮机、废气系统、支持系统六大主要部分。当燃气轮机起动时，从环境来的空气被压气机通过空气进口设

2、备收集、过滤并加压。为了起动时的震动保护，压缩机出口阀门开启，可调进气口导向叶片关闭。当趋于高速运转时，出口阀门开始自动运行，进气口导向叶片的电机也开始供电，使导向叶片按燃气轮机正常需求运行。从压缩机出来的压缩空气流进燃烧室周围的环状空间，从这里再流进燃烧室壳体与耐火层之间的通道，最后再由每个耐火层的测量孔进入燃烧区域。从远端来的燃料循序提供给每个燃烧器，燃烧器有主要和次要之分，最后覆盖每个燃烧室。喷嘴引入燃料至每个燃烧室里面的燃烧区域，燃料在此与助燃空气混合，并由一个或者更多的火花塞点燃。燃料一旦在某一燃烧室点燃，立刻通过联焰管传播到其他所有的燃烧室。在点燃的燃烧室中，安装有四个火焰探测器，

3、它们设置在燃烧室缸体的凸缘上。从燃烧室出来的热燃气流进单独的过渡区段，这些区段附在燃烧室衬垫尾部。燃气从这里进入三级涡轮，驱动涡轮旋转，从而带动发电机发电。尾气进入排气扩压器，然后由烟囱排入大气。1.2 基座和支撑1.2.1 涡轮的基座燃气轮机的基座是钢结构，包括焊接的梁和平板。它的首要功能是支撑燃气轮机的重量。起吊轴颈和支撑各设两处于基座的每一边，和底座的两种交叉结构在同一直线上。基座每一边底部的机械垫片有利于固定地基。在底座两边顶上的机械垫片，用来固定涡轮的支撑。1.2.2 涡轮的支撑MS9001FA燃气轮机具有位于压缩机尾端的刚性腿型支撑，和位于涡轮尾端支撑顶部和底部的枢轴。每一支撑点内

4、表面都有一水套，冷却水在里面循环。冷却水起到最小化热量扩散和辅助维持涡轮与负载设备的调准。各支撑点维持燃气轮机轴向和垂直方向的位置，而两个凹型楔片外加涡轮支撑点则维持横向位置。一个凹型楔片位于尾气装置的后半区，另一个位于前燃烧室缸体的后半区。楔片与焊接于燃气轮机基座横梁上的导向块相吻合，它们被螺栓安全地夹持于导向块的适当位置，螺栓是用于承担基座。这种楔块结构，在燃气轮机允许轴向和径向运动的时候，有效地阻止了燃气轮机的横向运动或转动，从而阻止热量扩散。1.3 压气机轴流式压气机包扩转子和缸体。在压气机缸体内部是可调进气口导向叶片、各级转子、静叶片和出口导叶。1.3.1 转子燃气轮机涡轮转子的压气

5、机部分由一群叶轮、一个速度环、若干连接螺栓、压气机转子叶片和一个向前的短轴组成。（见图7-34）图7-34压气机转子每个叶轮的外围都开有槽孔。动叶片和垫圈嵌入这些槽孔中，并通过槽孔尾端的标定线保持其轴向位置。叶轮之间通过有同心控制作用的匹配梯头组装起来，并用连接螺栓连接在一起。叶轮选择性的配置在装配期间被用来减少平衡修正。装配结束后，转子是动态平衡的。前端短轴被制造来提供推力环，该推力环支撑向前和尾端的推力负荷。前端短轴也为一号轴承提供止推轴颈，为一号轴承油封和压气机低压气封提供封接面。第17级叶轮既支撑动叶片，也为高压气封和压气机燃气轮机连接法兰提供封接面。1.3.2 定子压气机的缸体由进口

6、缸体、压气机主缸体、压气机排气缸体三个主要部分组成，它们和涡轮缸体连接在一起，形成燃气轮机主要结构。它们在轴承支撑点支持转子，并组成燃气环面的外墙。所有这些缸体都是水平分离的，以便维修。1）进气缸体如图735所示，进气缸体位于燃气轮机前端末尾。它的最主要的作用是使空气均匀进入压气机。进气缸体也支撑一号轴承组件。一号轴承下半部分支座完全与内部支撑铸在一起。上半部分轴承支座是一个单独的铸件，由法兰和螺钉与下半部分连接。内部支撑通过九个螺旋桨状的径向支柱布置于外部承口。这些支柱浇铸在承口壁上。它们还从临近缸体转移结构负载至连接到本缸体前面的支撑。图7-35压气机进气缸体和一号轴承可调进气口导向叶片安

7、装在进气缸尾部，和一个控制环与小齿轮装配在一起，小齿轮与一个液压驱动器和连接臂装配连接。这些叶片的位置对压气机进口空气流量起调节作用。2）压气机主缸体压气机主缸体前端包含04级压气机定子。压气机下半部装备有两个大型完整的铸造耳轴，这两个铸造耳轴是在燃气轮机与其基座分离时用来提升燃气轮机的。压气机主缸体后部包含512级压气机定子。后部缸体抽气口允许放出第13级压缩空气。这些空气是作冷却用途的，也用在起动和停机时的震动控制。3）压气机排气缸体压气机排出缸体是压气机单元最后一部分。它是最长单缸体，置于正中央，在前端和后端支撑之间，是燃气轮机结构的重点有效部分。压气机排气缸体包含最后一级压气机定子，形

8、成压气机扩散段的内外壁，并和压气机和涡轮缸体连接在一起。排气缸体也支撑燃烧室外缸体和第一级涡轮喷嘴。压气机排气缸体由两个圆筒组成，其中一个是压气机缸体的延续，另一个是围绕压气机转子的内圆筒。这两个圆筒由14根径向支柱定位于同一中心轴上。扩散段由位于排出缸体外部圆筒和内部圆筒之间的锥形环面形成的。扩散段把一部分压气机排气动能转化成排气静压。4）叶片安装压气机转子和静叶片都是螺旋桨形的，能在叶梢高速旋转的情况下有效地压缩空气的。静叶片由整齐有序的楔形梯头嵌于压气机轮缘上。楔形梯头尺寸和布置都是非常精确的，目的是确保每个静叶片都精确安装在轮缘的预期位置上。压气机静叶片都是螺旋桨形的，用相似的楔形梯头

9、装配进前五级环形片中。环形片被插入位于缸体内圆周凹槽里，并用锁键固定位置。剩下各级静叶片都有一个正方形的基座楔形梯头，它们被直接插入缸体内圆周凹槽里，也用锁键固定位置。1.4 D1N-2型燃烧室燃烧室系统是由18个环绕在压气机排气缸体外围的回流式燃烧室组成的，如图7-36所示。由燃气流向来看，燃烧室是从左上方开始逆时针方向编号的。这个系统也包括燃料喷嘴、点火系统、火焰探测器和联焰管。燃烧室中燃料燃烧产生的热气体流经缓冲冷却过渡段进入涡轮。压气机排出的高压空气被导进过渡段周围。一部分空气进入缓冲套筒里面的孔，冷却过渡段，并流入套筒。其余的空气由套筒底部的孔进入套筒与燃烧室耐火层之间环面。如图7-

10、37和图7-38所示。这些空气通过喷口盖组进入燃烧区域使燃料完全燃烧。燃料通过燃烧室上的5个喷嘴进入燃烧室，这些喷嘴具有合理调配燃料空气比例和充分混合的功能。图7-37所示的双燃料D1N-2燃烧系统是一个单级的，双模型燃烧室适用于气体和液体燃料。当燃机处于低负载（V50%负载）时，是扩散燃烧，当燃机处于高负载（50%负载）时，是预混燃烧。当燃烧器超过负载范围处于扩散燃烧时，需要注入二次空气消除NOx的生成。1.4.1 燃烧室外壳和流动套筒燃烧室外壳作为燃烧室的受压壳层。它们同样具有为燃料喷嘴端盖而设置的法兰、联焰管法兰和备选择的火花塞、火焰探测器、错误起动防止装置。流动套筒（如图7-38所示）

11、形成的顶盖和衬垫组之间的环形空间引导助燃空气和冷却空气进入反应区域。为了维持缓冲套筒压差，联焰管、火花塞和火焰探测器的开口处都用滑动垫圈密封。CapAssemMy图7.37典型MS9001FAD1N-2燃烧系统MounongF1an0图7-38流动套筒1.4.2 联焰管所有的燃烧室都用联焰管相互连接。燃烧室外壳和一个外部联焰管相连，而燃烧室耐火层主要区域由内部联焰管相接在一起。1.4.3 燃料喷嘴端盖每个燃烧室都有一组为数5个的燃料喷嘴。图7-39和图7-40所示为D1N-2型燃料喷嘴的剖面图。图示喷嘴为双燃料型的，标出了扩散气体、预混气体、油和水的流径。如图7.39所示，安装端盖的时候，4个

12、燃料喷嘴的扩散通道是从一个共同的主总管加载的，主总管设置在端盖里面。同样4个喷嘴的预混通道是从另一个内在的次总管加载的。余下喷嘴的预混通道是由第三燃料系统供应的；这些喷嘴的预混通道通常由压气机排气冲刷，并没有燃料通过。PremixGasTube1.4.4 图7-39可选择双燃料D1N-2燃料喷嘴1.4.5 顶盖和衬筒图7-41为燃烧室衬筒，开有外部沟槽和常规冷却狭槽作冷却用。衬筒内表面和顶盖都是隔热层，涂上隔热层是为了降低金属温度和热梯度。图742和图7.43所示为顶盖，顶盖具有5个从属于各燃料喷嘴的预混室管路。它由薄膜冷却和缓冲冷却共同作用冷却，其内表面涂有隔热层。（进图742和图743）F

13、1OWRxO图7-41燃烧室衬筒OUgfRadia1qUrwrStopBawdon1CE424FvA图7-42燃烧室顶盖OuterRadia1Basedon:108E4294RevA1.4.6 图7-43燃烧室顶盖（从气流方向看）1.4.7 火化塞燃烧采用火花塞点火。火花塞用螺钉固定在燃烧室外壳的凸缘上，并嵌入临近燃烧室的衬筒和流动圆套筒里。图7-44所示为一组典型的火花塞。这些火花塞由电容器供电。点火的时候,一个或者多个火花塞的火星点燃燃烧室里的燃气;其余燃烧室通过相互连接的联焰管点火。Gasket图7-44火花塞1.4.8 紫外火焰探测器在起动阶段，有必要把火焰燃熄与否的情况传到控制系统。

14、因此，使用了由若干火焰探测器组成的火焰监视系统，具体位置见图736。图7-45和图746为火焰探测器，它具有水冷却套，用来维持允许工作温度。紫外火焰传感器包含一个充满气体的探测器。该探测器里的气体对碳氢化合物化合物产生的紫外线非常敏感。由放大器提供的直流电压加到探测器终端。有火焰的时候，探测器的电离气体允许电流传导，从而诱导电子设备发出有火焰标志。相反，火焰熄灭则发出无火焰标志。图7-45火焰探测器图7-46水冷火焰探测器4个火焰探测器的信号被送到控制系统。控制系统利用一个内在的逻辑系统测定是否存在火焰。1.5 涡轮三级涡轮是将压气机和燃烧室产生的高温高压燃气内能转化成机械能的设备。MS900

15、1FA燃气轮机包括涡轮转子、涡轮缸体、排气装置、排气扩压器、喷嘴和轮盖。1.5.1 涡轮转子1）结构图7-47为涡轮转子，它由前后轮轴、三级涡轮转子，通过定位片和涡轮叶片组装起来。由涡轮轮缘、轮轴和定位片控制同轴性。各轮子通过位于轮轴和定位片上螺栓和法兰连接起来。合理布置各转子是为了使平衡修正最容易。2）轮轴涡轮转子中间轴从第一级透平叶片延伸到压气机转子尾端凸缘。涡轮转子尾轴包括第二个支承轴颈。3）转轮第一、二级轮缘之间和第二、三级轮缘之间的定位片决定了单个轮子的轴向位置。这些定位片支撑密封隔板。前部和后部端面的12号定位片留有供冷却空气通道的径向缝。涡轮叶片用极树形的楔形槽头组装在一起，这些楔形株头刚好适合涡轮轮缘的缺口。所有三级涡轮的叶片都是精密铸造的长柄叶片。长柄叶片有效地防护轮缘和叶根，当产生叶片震动机械阻尼时，免受高温气体破坏。作为震动阻尼的进一步预防，第二和第三级叶片在叶片尾端有联锁护环。这些护环能够减少叶片末端漏气，从而起到提高涡轮效率的作用。叶片护环上的径向齿和定子上的楔形面连接在一起，构成一个迷宫式密封阻止燃气从叶片尾端泄漏。图7-