Titan 130 燃气发电机组三维模型设计

1、目录0前言11设计的目的和意义22视频预览23燃机的结构分析及模型的建立33.1进气段33.1.1进气段导流蜗壳43.1.2进气段导流体43.2压缩段43.2.1压气机外壳53.2.2压气机叶片及型式53.2.3压气机转子53.2.4压气机可调导叶执行机构63.3混合段73.3.1混合段外壳73.4燃烧段73.4.1燃烧室83.5做功段83.5.1透平叶轮83.6排气段103.6.1排气扩压体103.6.2排气烟囱103.7推力轴承、承载轴承及轴承套113.7.1推力轴承113.7.2承载轴承123.7.3轴承套133.8其他133.8.1启动电机133.8.2齿轮箱143.8.3主润滑油泵1

2、43.8.4机组机座154后记155参考材料16 Titan 130燃气发电机组模型设计5 参考材料0 前言一直以来，对于某一种新事物的了解大多都先经过平面的二维媒质，然后再观看事物去进行更为细致的认识。我在认识和学习Titan 130的过程就反复了许多次这样的过程。于是，在经过一番思索后，我有了一个新奇的想法，如果我能把三维的视觉引入进来，展示给他人，那么这将是一件无比美妙的事情。于是，这便成了我这篇毕业论文的主题构思。Titan 130是美国Solar公司制造的燃气发电机组，它具有性能稳定、运行维护简便、经济性高、工况适应性良好等特点。目前，我公司共计配备Titan 130机组5台，它们在

3、保证塔北电网的平稳运行中做出了突出的贡献。由于Titan 130机组采用了高度模块化和集成化的设计方式，一般运行人员很难能有机会去了解其内部的结构形式和工作原理，即使在机组大修的期间也是要整体拆卸运送到美国才能完成。为了将Titan 130的内部结构及工作原理直观的展现出来，本论题将通过计算机的三维软件平台，逐步建立Titan 130的机械结构模型，最终形成一部直观性强的三维动画短片，并将对机组的结构进行一一解剖，藉以此窥探Titan 130的内部乾坤。关键字：Titan 130 三维模型 结构21 设计的目的和意义燃气发电机组是我单位的大型一类设备之一，它担负着塔北电网电力供应的重要任务，是

4、油气生产平稳可靠的重要保障。与此同时，燃气发电机组还为我单位电力能源自给自足、独立自主提供了坚实的臂膀，其重要性溢于言表。作为运行人员，无论从结构上，还是从工作原理上，都应该对燃机有一个全面深入的了解。从培训的角度来看，传统的书本式配合平面多媒体的培训方式很难直观且全面的让人认识燃机。以至于让知识都埋没在大宗的英文文献中，更不比说可以进行拆解，以窥探其内部结构了。建立一个燃气发电机组的三维模型可以更灵活的开展培训工作，通过实时的动画短片，将燃机的细节一一揭露，庖丁解牛式的零部件拆解分析，无疑可以观者豁然开朗。而针对燃机工况的模拟，更可以让人详实的了解到机组的工作原理。从个人的观点来看，设计的过

5、程同样也是一个不断学习和探索、求证的过程，通过在此过程中得到的一些新的认知往往可以让我纠正以往的一些错误的认识，总有的时候会让人产生恍然大悟的感觉。这无疑使我认识到了，求知的过程是一个需要深入探索的过程，稳定下心神来，才能把一件事情做好。无论如何，对燃气发电机组的结构有充分细腻的认识会让我在今后工作中游刃有余，大受裨益。2 视频预览以下是截取了Titan模型建立完毕后制作的动画短片中的起始部分（退出设计模式可预览）： 3 燃机的结构分析及模型的建立Titan 130燃气发电机组可分为进气段、压缩段、混合段、燃烧段和排气段。其分段结构如下图所示：下图为燃机工作的时候工质在一个工作循环中压力与体积

6、的关系曲线：其中点为进气段的状态点。进气段主要担负将空气过滤后平滑地引入到机组内作为工质的作用；点到点为压缩过程空气的状态变化。压缩段将空气进行压缩，以达到提高空气初参数的目的；混合段负责完成空气与天然气的混合工作，是下一步充分燃烧的前提；燃烧段的过程是从点到点，在燃烧段将空气进行大幅度的加热，大大提高了空气的温度和做功能力，为下一步的做功段做好了充分的准备；从点到点是做功段，空气在做功段经过3级透平涡轮实现压力温度同时降低，并将自身的内能转换为透平转子的动能的过程；最后，由点到点为空气排出后的状态。排气段将已经做功完毕的燃气排入大气，之后排气温度就会慢慢降低逐渐回到大气的状态。排气的参数对经

7、济性有着至关重要的影响。下面将逐一对各段的结构和功能特点展开分析，并逐步建立燃机的三维模型。3.1 进气段进气段主要由进气导流蜗壳及进气导流体组成。进气导流蜗壳将空气引入到一个环形的流场，把垂直向下的气流变成环形流场，进气导流体再负责将改变空气的流动状态以平稳地引导进入到压气机的入口静叶处。值得一提的是，进气导流体还内嵌着推力轴承及承载轴承，该处还是平衡轴向推力及承载的重要支撑点。3.1.1 进气段导流蜗壳设计参考图效果图3.1.2 进气段导流体设计参考图效果图3.2 压缩段压缩段主要是涡轮压气机，它由进口导流静叶栅及14级动叶盘-静叶盘组成，其中前六级静叶可调。气流进入到压气机后，在动叶中得

8、到动叶栅提供的动能提升速度；在静叶中速度降低，压力升高，由此实现逐级增压过程；另外，可调节开度式的静叶可以控制压气机的进气量，是防止压气机喘振的有力保障之一。3.2.1 压气机外壳设计参考图效果图3.2.2 压气机叶片及型式设计参考图效果图3.2.3 压气机转子设计参考图（火星机组）效果图3.2.4 压气机可调导叶执行机构设计参考图效果图3.8 其他143.3 混合段混合段将空气与天然气充分的混合，以达到充分燃烧减少CO产出的目的。同时，混合段还担负着分流空气流量的作用。压气机产生的空气仅有大约四分之一参与燃烧，其余大部分都是为了给燃烧室和透平叶片提供冷却作用。混合段的分流作用为后面燃烧室及透

9、平叶片的冷却提供了可靠的前提。3.3.1 混合段外壳设计参考图效果图3.4 燃烧段燃烧段主要由燃烧室组成。燃烧室采用环形结构，是一个由金属组成的环形空间，空气在环形的空间完成和天然气的化学燃烧反应。环形燃烧室的一侧有一圈供燃料喷嘴喷入燃料的圆孔，环形空间中间空心的部分供轴穿越，圆环的最内侧及最外侧都有一定的空气间隙，在燃烧室上还分布了好多小孔，当空气从燃烧室的最内侧和最外侧流经时会起到冷却燃烧室壁的作用，而一部份空气会通过小孔进入到环形空间则可将火焰控制在一定的范围内，起到防止燃烧室被烧坏的作用。如下图所示：3.4.1 燃烧室设计参考图效果图3.5 做功段做功段由3级静叶栅-动叶栅组构成。为了

10、让叶片更适合流场的分布状况，提高机组的经济性，叶片采用了弯扭叶片的型式。在叶片上还设计了冷却用的气孔，通过这样的设计可以大大改善叶片的受热状况，很大程度地提高了叶片的使用寿命。另外，反动式的设计方法可以让机组表现出更好的做功特性。3.5.1 透平叶轮叶形：弯扭叶片冷却方法：型式：反动式级数：三级 3.6 排气段排气段主要由排气扩压部分及排气烟囱组成。3.6.1 排气扩压体设计参考图效果图3.6.2 排气烟囱设计参考图效果图3.7 推力轴承、承载轴承及轴承套3.7.1 推力轴承轴向推力是一种沿机组轴线的方向的力，它大体上由下列几种力合成：1.在机组的运行过程中，机械内部存在气压差，气压差的部分力

11、作用在转子上；2.在气流沿轴线方向流动过程中，由于气流有一定的质量和流速，会形成一股冲击力作用在转子盘上；3.转子自身的振动也会形成轴向脉动力，从而产生轴向冲击力。为了避免轴向推力形成轴向窜动，造成动静碰摩，危害机组的安全，轴向推力需要由推力轴承完成。设计参考图效果图3.7.2 承载轴承承载轴承主要用于承载转子的质量。Titan 130由3个承载轴承组成，它们分别位于压气机转子前后及透平转子前。设计参考图效果图3.7.3 轴承套轴承套主要负责承载轴承及推力轴承的润滑及气封作用。设计参考图效果图3.8 其他3.8.1 启动电机设计参考图效果图3.8.2 齿轮箱齿轮箱由行星轮系组成的传动机构将发电

12、机转子与发动机转子相连接，将动力由发动机转子减速后传递给发电机转子。齿轮箱具有维护简单，传动效率高等特点。设计参考图效果图3.8.3 主润滑油泵主润滑油泵可在机组正常运行的条件下，由经齿轮箱减速来的轴提供动力。这样可大大降低对外界电源的依赖性。设计参考图效果图3.8.4 机组机座机组机座是整个机组的支撑部分，它起到维持机组水平、稳定的作用。它还提供对机组辅机的支撑及固定作用。此外，它提供相当的独立功能。例如，润滑油箱就被设置在机座之内。设计参考图效果图4 后记这是一件充满了挑战性的工作，它着实丰富了我对燃机的了解，让我感到高兴的是历时将近两个月我总算完成了这项复杂的工程。在这里我要万分感谢那些对我给予无私帮助的师傅们，他们的大量无私的指导和建议让一切都变得顺利成章起来。然而上述中的内容仅仅对Titan 130机组的重要部分的结构及功能做出了总体概述，实际建立好的模型其复杂程度远不止这些，受篇幅所限，其余很大一部分细部零部件结构并没有办法在本文中详加说明。更多的动画内容，请参阅时长八分钟的视频文件：turb