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2020年2月4日星期二 1 燃气轮机简介 燃气轮机发电技术简介编写 杨学峰 GE燃气轮机的发展 2020年2月4日星期二 2 GE公司的工业型燃气轮机始于40年代后期 在TG180飞机发动机的基础上发展起来的 第一台型号称为MS3002 功率为4800马力的工业型燃气轮机于1954年制成 用作机车的牵引动力 此后 功率增至5000马力 被用于天然气管线的增压 1955年为了满足市场的需要 设计了新的压气机 发展了MS5001和MS5002机组 其功率为2万多千瓦 1970年左右 在MS5001机组的基础上 发展成功率为47260KW 频率60Hz的MS7001A型机组 在该机组的基础上于1975年发展成功率为85200KW 50Hz的MS9001B型机组 并于1978年发展了功率为75000KW 60Hz的MS7001E型机组 进而于1979年发展成功率为31050KW 50Hz的MS6001A型机组 于1980年发展成功率为36730KW 50Hz的MS6001B型和功率为105600KW 50Hz的MS9001E型机组 1985年则由MS7001E型机组发展成功率为80080KW 60Hz的MS7001EA型机组 并由MS7001E演化成为功率达147210KW 60Hz的MS7001F型机组 此后 在该机组的基础上于1992年发展成功率为211070KW 50Hz的MS9001F型机组和功率为158090KW 60Hz的MS7001FA型机组 并于1994年派生成功率为222000KW 50Hz的MS9001FA型机组 于1995年派生出功率为70140KW的MS6001FA型机组 其发展过程见下图所示 1941年 1900年 20世纪 1947年 1980年MS6001 GE燃机机型发展曲线 2020年2月4日星期二 4 GE燃机机型发展曲线 2020年2月4日星期二 5 GE6B燃机介绍 2020年2月4日星期二 6 GE燃机B E家族 2020年2月4日星期二 7 GE燃机F家族 2020年2月4日星期二 8 9FA燃机立体图 2020年2月4日星期二 9 6B燃机简介 2020年2月4日星期二 10 燃气轮机是以连续流动的气体为工质 把热能转换为机械功的旋转式动力机械 包括压气机 加热工质的设备 透平 控制系统和辅助设备等 燃气轮机区别于汽轮机有三大特征 一是工质 它采用空气而不是水 故可不用或少用水 二是多为内燃方式 使他免除庞大的传热与冷凝设备 因而设备简单 启动和加载时间短 电站金属消耗量 厂房占地面积与安装周期都成倍的减少 但直接燃用廉价而丰富的煤就变得困难 三是高温加热高温放热 使它有更大的提高系统效率的能力 但也使它在简单循环时热效率较低 且高温部件的制造需更多的镍 铬 钴等高级合金材料 影响了使用经济性与可靠性 燃气轮机的简单循环1 理想情况下燃气轮机的简单循环的四个过程组成 1 压气机中空气的绝热压缩过程 2 燃烧室中的等压燃烧过程 3 透平中的绝热膨胀过程 4 排气在大气中的等压放热过程 由此可见 循环是由两个等压过程及两个绝热过程组成的 在P V图上和T S图 温熵图 上的表示如下 P2 P1 S1 S2 P V T S 1 4 3 2 s1 s2 1 2 4 3 w1 W1 q1 q2 P1 P2 q1 q2 2020年2月4日星期二 13 6B机组简要说明 2020年2月4日星期二 14 机组结构简要说明PG6581B快装式燃气轮机电站的主体由控制室 燃气轮机间和负载设备三大部分组成 燃气轮机间 以下简称燃机间 装有燃气轮机及其辅机 所有这些设备均装在一个大型的工字钢焊接底盘上 底盘上装有防风雨 隔音 隔热罩壳 罩壳上有门 通风窗及可拆除的罩顶 便于设备的检查和维修 室内设有消防系统 燃气轮机由17级的轴流压气机 3级透平和10个分管式燃烧室组成 燃机间的前端也称辅机间 其作用是容纳燃气轮机运行所需要的各种辅助设备 主要的有润滑油系统 油箱 辅机间底盘内腔 冷油器 起动及盘车系统 辅助齿轮箱 燃料系统 就地仪表盘 液压油系统等 控制室为一个装有空调的独立隔间 位于辅机间前方并与辅机间成一直线 控制室内容纳具有控制 指示和保护功能的设备 主要有轮机控制盘 发电机控制盘 发电机保护盘及马达控制中心 2020年2月4日星期二 15 负载设备包括负荷齿轮箱和闭式空气冷却同步发电机及有关设备 为适应户外安装的需要 这些设备加装有防风雨的罩壳 除上述的主体部分外 机组还包括 a 架设于机组上方或侧向的进气装置 主要设备有进气过滤室 进气消音器及进气管道 b 架设于机组顶上或侧向的排气装置 主要设备有排气消音器 排气管道及作热补偿使用的膨胀节 c 设置于机组外侧的自动消防装置 d 设置于机组外侧的压气机抽气处理装置 进气过滤器自清洁吹扫用气 e 设置于进气过滤室下的备用空气压缩机装置 进气过滤器自清洁吹扫用气 f 设置于机组外侧的压气机水洗站 g 设置于机组外侧的两台透平气缸冷却风机 h 设置于机组外侧的润滑油油气分离系统 燃气轮机原理 2020年2月4日星期二 16 基本原理 燃气轮机主要由三大主机组成 压气机 燃烧室 透平 压气机 对进气增压 燃烧室 通过对压气机的压缩空气燃烧加热 增加工质的做功能力 增加比容 等压 增容 透平 通过膨胀做功 将燃气的热能转变为对燃机大轴转动的机械能 旋转的压气机就象一把风扇 将进气加压并驱动之进入燃烧系统 流体工质在燃烧室中被燃烧 加热 透平则可看成是一个风车 为加热的流体 燃气 驱动旋转来带动压气机 并通过旋转轴将多余的功输出 带动发电机 燃气轮机的主体及其有关的部件 包括轴流式压气机 燃烧室 燃气透平等各部套 从压气机的进口法兰开始至燃气透平排气室的出口法兰为止及一号轴承 二号轴承等 上述部件全部安装于燃机间内公用底盘之上 燃机外形见图 2020年2月4日星期二 17 压气机示意图 2020年2月4日星期二 18 压气机结构介绍 2020年2月4日星期二 19 压气机的定子 压气机转子 2020年2月4日星期二 20 压气机动叶片 压气机动叶片共十七级 空气经过十七级的压缩后流到燃烧室中 每只动叶片都有燕尾形叶根 这些叶片轴向地装入压气机各叶轮榫槽内 然后经冲铆固定在叶轮上 压气机 燃机转子 2020年2月4日星期二 21 压气机组装 2020年2月4日星期二 22 2020年2月4日星期二 23 压气机转子压气机转子是由十七只叶轮组合的盘鼓式结构 十七只叶轮盘通过十六根长螺栓拉杆牢牢地拉紧 而成为一整体 轴上加工出一号轴颈 推力盘 各油封挡台阶 气封挡台阶以及与辅助联轴节相连的法兰 这十七只轮盘的外径处被拉削制成燕尾形叶根槽 压气机的各级动叶片 可分别装入与之对应的各级叶轮中去 透平结构介绍 2020年2月4日星期二 24 相对于压气机来说 透平的一个显著不同是工作气体温度高 因而 透平在结构上还应满足下面一些要求 1 承受高的温度 2 承受热应力和热冲击 3 保持热对中 静子 透平静子由气缸 静叶及支承和传力系统等组成 是透平中静止的部件 透平气缸 透平气缸是燃气轮机中继压气机气缸之后的又一大的铸造缸体 透平气缸肩负着透平通流部分的各动 静零部件支承与对中 确保各零部件的轴向和径向的定位尺寸及各种间隙尺寸 由于高温的燃气要从透平气缸中的通流部分通过 因此 合理地组织好热膨胀是很重要的 这一点不仅影响机组的安全运行 也影响着机组的性能 转子 本机组的转子组件 由压气机转子 透平转子及定距轴组成 各转子由配合止口对中 借螺栓将连接件紧牢 透平定子 2020年2月4日星期二 25 第一级透平喷嘴由透平静叶和喷嘴内外环组成喷嘴扇形块组件 共有18只扇形块 每个扇形块有二只静叶片 第一级透平喷嘴共有36只静叶片 这些喷嘴扇形块加工有双排单侧倒T形钩台 可沿圆周方向装至透平转环钩槽内 转环设有水平中分面 在水平中分面处有支承搭子被压板固定在透平气缸的下半水平中分面凹槽上 喷嘴在高温通流部分中的位置是十分重要的 为此 在喷嘴的上下半各有一个起定位作用的偏心销 用以控制喷嘴的中心位置 在静叶内环与一级喷嘴支承环的外径相连处用垫片和螺栓固紧 以防止压气机的排气进入燃气流通道 为使一级喷嘴在高温燃气流中保有一定的使用寿命 喷嘴静叶片设计为空心的 用压气机排气予以冷却 2020年2月4日星期二 26 透平二级喷嘴及气封 经透平第一级动叶膨胀做功后的燃气流入透平第二级喷嘴槽道内 继续膨胀做功 透平第二级喷嘴由十六只喷嘴扇形块构成 每只扇形块内有三只静叶片 48只静叶片 静叶片与喷嘴扇形块的内外环铸为一个整体 在其外环处 加工有供安装用的止口凸肩 喷嘴扇形块通过该凸肩装在透平的第一级复环和第二级复环的环形槽内 为延长二级喷嘴的使用寿命 喷嘴静叶片设计成空心结构 用压气机抽气予以冷却 为使通流部分的高温燃气能充分在流道内膨胀做功 在透平二级喷嘴内环处 设有气封扇形块 在该气封的内径表面加工出带有尖口的若干个长短气封齿 同转子隔圈外径上的凸凹台阶构成了迷宫式的气封结构 同时 在气封扇形块的两侧面有气封片 与动叶片根部的气封台肩也构成一气封 所有这些 尽量使得燃气不会从静子 喷嘴内环 和转子外径间的间隙中无价值地流过 在喷嘴气封下半的进排气侧 左 右两侧各装二只测量一级叶轮后和二级叶轮前的轮间温度的热电偶元件 2020年2月4日星期二 27 透平三级喷嘴及其气封从透平第二级动叶流出的燃气直接进入第三级喷嘴槽道内膨胀 透平第三级喷嘴由十六只喷嘴扇形块构成 每只扇形块有四只静叶片 64片 由静叶片和内外环铸成一体 构成喷嘴静叶环组件 在每一块喷嘴扇形块的外环上 都加工有两道带有钩槽的凸肩 用以装在透平第二级复环的排气侧和第三级复环的进气侧的环形槽内 安装或拆卸时 只要将喷嘴扇形块从水平中分面处滑出即可 这种结构保证喷嘴与缸体有着良好的对中 既保证机组可靠运行 又使机组在所要求的通流间隙内工作 从而保证了机组的热力性能可以达到 透平第三级喷嘴组件的静叶片为实心结构 在与静叶片精铸为一体的内环上加工有两道环槽 用以安装透平第三级喷嘴气封扇形块 为减少由于各喷嘴扇形块之间的间隙而产生的漏气 在各喷嘴扇形块的相邻接合面上安装有气封片 既保证有一定的间隙 又可减少漏气 为减少静子喷嘴与转子外径间的漏气 在第三级喷嘴的内环上安装了气封扇形块 与二级喷嘴气封一样 在气封扇形块的外径内侧加工有钩槽 以便将气封扇形块安装在喷嘴内环上 并用气封固定销定位 在气封扇形块的内径 加工出长短不等的气封齿 这些齿与转子隔圈外径上的凸凹不平的台阶 形成一迷宫式气封 同时 在气封扇形块的进 排气两侧 各装有一轴向气封片 与迷宫式气封一道 起着良好的密封作用 透平动叶片 2020年2月4日星期二 28 透平动叶片透平动叶片共有三级 每级叶片均有枞树形的叶根 叶片从轴向装入转子叶轮榫槽内 并为锁紧销所锁住而不致轴向移出 第二 三级动叶片的叶顶 被加工出有气封齿的结构 这些气封齿与装在透平缸内的第二 第三级复环内壁的齿 形成一迷宫式气封结构 减少叶顶漏气 三个级的动叶片的安装与拆卸 无需将整个透平转子解体 透平转子分解图 2020年2月4日星期二 29 2020年2月4日星期二 30 透平转子透平转子是由三只叶轮 两只气封隔圈 定距轴及一个端轴 经十二根长拉杆螺栓拉紧而成的一个组件 每级叶轮的轮缘都被拉削成具有枞树形的榫槽 三级动叶片分别轴向装入各个级的叶轮榫槽内 并为锁紧销锁住而不致轴向窜出 各级动叶片的装拆 均无需解体透平转子 在透平转子的二只气封隔圈的外径处均加工凸凹气封台阶 这些台阶分别与透平二级喷嘴 三级喷嘴的气封齿构成迷宫式气封 以减少高温燃气从此处泄漏 在透平转子的半轴上 加工有二号轴颈 同一号轴颈共同担负着支承转子于轴承中的任务 在输出端有法兰及其配合止口 通过该结构与负荷联轴节相连 保持整个负荷端的转子系统有良好的对中性 组装完好的压气机转子和透平通过压气机的第十七级叶轮和定距轴上的凹凸止口予以紧密配合 达到良好的对中 最后用高强度短螺栓将两个转子拉紧 透平转子动叶片共3级 2020年2月4日星期二 31 燃烧室结构介绍 燃烧系统燃气轮机燃烧室是向燃气透平提供高温燃气的部件 来自压气机具有一定压力的空气在燃烧室中与经燃料喷嘴射入的燃料进行掺混形成易燃混合物 通过燃烧将燃料的化学能转变为热能 从而产生了高温燃气 这股高温高压的燃气经过渡段进入透平膨胀做功 PG6581B燃气轮机的燃烧系统主要包括有 燃烧室 过渡段 燃料喷嘴 联焰管 弹簧定位点火器 火焰检测器等 分管式燃烧室结构示意图 分管型燃烧室的简图 2020年2月4日星期二 34 图12 16火花塞的拆除1火花塞组件2垫圈3燃烧室外壳 火花塞 联焰管 火焰检测器燃烧室的火焰是由弹簧定位火花塞点燃空气与燃料混合物以后产生的 两只火花塞分别安装于10 燃烧室和1 燃烧室 在机组起动时 火花塞处于点火工作的位置 当点火成功 机组转速上升 燃烧室内压力升高后 火花塞会在压力作用下退出点火位置 具有火花塞的1 10 燃烧室点燃后 其余无火花塞的燃烧室则借助于联焰管点燃 为使机组安全连续运行 在2 3 7 8 燃烧室各安装一紫外线火焰检测器 在机组起动和运行过程中 随时可以监视燃烧室是否熄火 如果点火失败或熄火 控制系统将使机组停机 2020年2月4日星期二 35 燃烧室由外壳2和火焰筒3等零件组成 由压气机送来的高压空气流进入外壳与火焰筒之间的环腔14时 将分流成为几大部分 其中一部分称为 一次空气 它分别流经旋流器9 端部的配气盖板7 过渡锥顶6上的鱼鳞孔 以及开在火焰筒前段的两排一次射流孔10 进到燃烧区11中去 在那儿 它与由燃料喷嘴8喷射出来的燃料进行混合和燃烧 变成1800 2000 的高温燃气 所谓 一次空气 就是指为了保证燃料完全燃烧所必须供应到燃烧区中去的那部分燃烧用的空气 另一部分空气称为 冷却空气 它是穿过开启在火焰筒壁上的许多排冷却鱼鳞孔4 逐渐进入火焰筒中 并力求沿着火焰筒内壁流动 这股空气能在火焰筒壁面附近形成一个温度较低的空气冷却膜 它具有冷却高温管壁 使其免遭火焰烧坏的作用 此外 还剩余下来的另一部分空气则称为 二次空气 或 混合空气 它是由开在火焰筒后段的混合射流孔12 射到由燃烧区流来的1800 2000 的高温燃气中去的 它对高温燃气掺冷 使其温度比较均匀地降到透平进口的平均温度值 燃烧室结构介绍 2020年2月4日星期二 36 燃烧室布置图1火花塞2火焰探测器安装接头 燃烧室外壳 火焰筒及过渡段PG6581B燃气轮机的燃烧室为分管式 共有十个 呈倾斜状沿圆周方向等分地安装在压气机排气缸的后垂直法兰面上 该燃烧室为逆流式结构 压缩空气从压气机排气缸扩压器逆流地沿火焰筒的外侧和前 后导流衬套的内侧流向燃烧室的火焰筒头部机构和燃烧室火焰筒内 燃烧室结构01 2020年2月4日星期二 37 双燃料喷嘴 2020年2月4日星期二 38 喷嘴拆卸 2020年2月4日星期二 39 拆卸雾化空气锥所用的爪形六角工具 喷嘴通道 2020年2月4日星期二 40 由中间小孔到第三圈小孔 依次为燃油 雾化空气与气体燃料流道 燃烧室部件分解图02 2020年2月4日星期二 41 图12 2燃烧室部件分解图1双燃料喷嘴2垫圈3铰接式盖板4火焰管5垫圈6前导流套7燃烧室外壳8垫圈9后导流套10过渡段 火焰筒 2020年2月4日星期二 42 一级喷嘴 2020年2月4日星期二 43 一级喷嘴冷却气孔 内端冷却空气孔 2020年2月4日星期二 44 二级静叶安装 上半缸静叶的安装 图为部分安装完好后 一级动叶 2020年2月4日星期二 45 一级动叶叶面冷却孔 2020年2月4日星期二 46 一级动叶 新 排气边小孔 排气边出现的小凹槽是为了减小离心力的作用而设置 一级动叶业根冷却孔 2020年2月4日星期二 47 动叶整体图 2020年2月4日星期二 48 IGV 2020年2月4日星期二 49 IGV局部放大图 2020年2月4日星期二 50 IGV角度尺 2020年2月4日星期二 51 典型的缝隙冷却的火焰筒 2020年2月4日星期二 52 带焊接凸台或锁片的火花塞组件 2020年2月4日星期二 53 图12 43带焊接凸台或锁片的火花塞组件图注 火花塞逢隙设定在0 085 0 095in1安装法兰2弹簧3拉紧杆4缸筒5端部延长杆6绝缘套7见放大图8焊接舌片9固定螺母10垫圈11活塞组件12垫圈13火花塞护套14芯组件15火花塞衬垫16锁片17活塞组件18顶 燃机总成图 2020年2月4日星期二 54 燃机流程图 2020年2月4日星期二 55 燃机整体组成说明 2020年2月4日星期二 56 燃气轮机是由紧密联系着的三大部件 压气机 燃烧室 透平所组成的 它们在结构上的紧密联系表现在 布置在统一的整体结构中 即它们的外壳 气缸 机匣 相互连接为一个整体 统一支撑在同一基座上 压气机和透平转子这些运动部件在机械上相互连接 构成统一的转动部件 既实现燃气轮机内部工质的压缩 又完成对外输出机械功的功能 而转子与气缸之间又在机械方面和空气动力方面有紧密的配合作用 由静子 气缸 与转子的配合形成顺畅的工质流动通路 空气自大气吸入 经压气机压缩 在燃烧室中与燃料混合燃烧成为燃气 再通过透平做功后排出 整个过程一气呵成 没有不必要的中间传输和流动转折所造成的额外总压损失 燃机齿轮箱 2020年2月4日星期二 57 燃机齿轮箱 2020年2月4日星期二 58 2020年2月4日星期二 59 辅助齿轮箱为一个多轴的传动机构 一共有五根平行的轴 其中一号轴的一端通过起动离合器与起动设备相连 另一端通过辅助联轴器与压气机联接 其余各轴则由齿轮变速后驱动上述各泵 在一号轴上还设有超速飞锤 作机组的机械超速保护之用 齿轮的润滑由轴承润滑油母管供给 辅助齿轮箱在燃气轮机组的起动设备与压气机之间 起动时 辅助齿轮箱将起动设备及变扭器组件输出的扭矩传递给燃气轮机轴 起动完成以后 又可逆向将燃气轮机轴输出扭矩经过相应的齿轮驱动下列各泵 主润滑油泵主液压泵 6B燃机燃机辅助系统 2020年2月4日星期二 60 1 起动系统和盘车系统2 润滑油系统3 液压油系统4 遮断油 控制油 系统5 燃料系统6 危险气体检测系统7 冷却密封空气系统8 开式循环冷却水系统9 CO2灭火系统10 通风和照明系统11 压气机与透平清洗系统12 压气机抽气处理系统13 油气分离系统 起动系统和盘车系统 2020年2月4日星期二 61 1 棘轮盘车装置 装在变扭器涡轮轴上 用于低速盘车 2 起动系统 液力变扭器起动 起动装置主要作用是 为燃气轮机由零转速过渡到清吹 点火 自持 脱扣状态提供必要的动力 为了获得最佳的动力特性 采用液力变扭器与起动电机匹配 从而把电机的扭矩外特性转换成适应 燃气轮机 起动的最佳输出特性 此外 起动装置还可以 冷拖 机组 对机组进行高速盘车 输入轴与输出轴无机械联接 所以两轴可以有不同转速 当变扭器工作腔充满油时 电动机带动泵轮旋转对油液作功 使油获得速度环量来冲击涡轮 对涡轮作功 再经一对齿传送功率 带动燃气轮机启动 润滑油系统 2020年2月4日星期二 62 润滑系统是任何一台燃气轮机中必备的一个重要的工作系统 它的作用是 在机组的启动 正常运行以及停机过程中 向正在运行中的燃气轮发电机组的各个轴承 传动装置及其附属设备 供应数量充足的 温度和压力合适的干净的润滑油 以确保机组安全可靠地运行 防止发生轴承烧毁 转子轴颈过热弯曲 高速齿轮法兰变形等事故 一部分润滑油流出来后 经过过滤用作液压控制油或成为液压供给系统的工作流体 2020年2月4日星期二 63 2020年2月4日星期二 64 整个润滑油系统的组成1 润滑油箱 润滑油箱安装在机组辅机间的底座下面 其名义容量为6435L 1700GAL 在油箱上还安装有 a 主润滑油泵出口泄压阀VR 1 其整定压力为0 483 0 014MPa b 控制油供油压力的调节阀VPR 1 其整定压力为0 455 0 007MPa c 润滑油母管的油压调节阀VPR 2 其整定压力为0 179 0 007MPa d 主润滑油箱内的两个U型管结构型式的冷油器及其切换阀 e 两个可以更换滤网芯子的润滑油滤及切换阀 f 浸入润滑油箱的润滑油加热器23QT 1 功率 10 2kW 电压 380V 三相 g 两个供遮断控制油用的过滤器及其切换阀 2 一台由附件齿轮箱轴驱动的主润滑油泵 流量为1741L min 压力为0 82MPa 表压 3 一台由交流马达驱动的辅助润滑油泵88QA 流量为1741L min 460GPM 压力为0 45MPa 65PSIG 电机功率30kW 转速3000r min 电压380V 三相 50Hz 4 一台用直流马达驱动的应急润滑油泵88QE 流量为946L min 250GPM 压力为0 206MPa 30PSIG 电机功率7 5kW 转速1500 3000r min 电压110V 或120V 直流 润滑油供油流向 2020年2月4日星期二 65 附件齿轮箱 燃气轮机的推力轴承 燃气轮机的1号轴承 燃气轮机的2号轴承 负荷齿轮箱 发电机轴承 液压油系统 润滑油系统启动 2020年2月4日星期二 66 在主润滑箱中安装有润滑油加热器23QT 1和温度开关26QN 1和26QL 1 当润滑油箱的润滑油温高于10 2 7 时 温度开关26QN 1闭合 机组才能进入允许起动状态 在燃气轮机的启动过程中 当有外界交流电源时 润滑油系统的润滑油首先应该由交流马达驱动的辅助润滑泵来供给 只有当机组的转速升高到14HS动作时 这台泵才能停止工作 此时 由机组附件齿轮箱直接驱动的主润滑油泵已经能够建立起足够的油压 自此以后 润滑油系统的润滑油将改由主润滑油泵来供给 在机组的停机过程中 随着主机转速的下降 使润滑油系统的油压降低到0 082MPa 表压 时 交流辅助润滑泵88QA就自行启动 此后 在停机和冷机的整个过程中 这台泵将连续运行 只有当运行人员在控制盘上把主控制开关切换到 停 的位置上去 即给出第二次停机信号后 它才能停止工作 在燃气轮机的启动过程中 假如没有交流电源 润滑油系统的润滑油就改用直流马达驱动的应急润滑油泵来供给 该泵需要一直运行到机组转速增加到额定转速的40 时为止 倘若那时润滑系统的油压还不能达到压力开关63QL的整定值 那么在机组转速达到额定转速的40 后 这台泵将继续运行 在停机过程中 只有当机组转速降低到额定转速的25 左右 润滑油系统的油压已降为0 041MPa 表压 时 应急润滑油泵才会自动投入运行 液压油系统 2020年2月4日星期二 67 液压油系统为燃料系统和进口可转导叶系统的控制执行元件提供所需要的高压油 液压油取自于机组的润滑油系统 液压油系统的主要部件有 一只主液压泵 一只辅助液压泵 两个液压油滤油器及其间的一个切换阀 主液压泵是一只轴向柱塞泵 由附件齿轮箱驱动 辅助液压泵是由单独的电动机带动 完成辅助主液压泵的任务 两只泵的吸油分别来自润滑油母管 而后泵入各自的液压油岐管 当主液压泵的出口供应压力不能满足机组运行要求的时候 辅助液压泵就要投入运行 例如机组在启动时或者轮机在低转速状态的时候 主液压泵不能满足所需的油压 压力开关63HQ 1感受了这种低的油压 便送出信号 去起动辅助液压泵 并且还触发一个信号器 进行低压报警 2020年2月4日星期二 68 两套液压油岐管组合各是单独的组合件 两者的组成和作用完全相同 只不过一套岐管接在主液压泵来油管路 而另一套岐管接在辅助液压泵的来油管路 每套岐管组合都由一个溢流阀 一个排气阀和一个单向阀集合而成 其管路联接均在内部沟通 溢流阀VR22调节辅助液压泵的出口油压 而溢流阀VR21则在主液压泵的压力调节万一出现故障 出口油压超过泵的调整压力时 进行限压 防止压力过高 避免主液压泵的油回路损坏 单向阀在溢流阀之后 当停机时 能保持各自的油路中充满着油 排气阀能将积存在泵的输出管路中的气体排出 从两套液压岐管来的高压油汇集在同一个油管中 经过滤油器FH2 1或者FH2 2将油中的杂质和磨损颗粒滤掉 以防止进入电液饲服阀及其它控制元件 每一个滤油器的滤芯是纸质的 过滤精度为0 5 m 在本系统工作期间 用其中的一个滤油器 通过一个手动切换阀 可使两个滤油器相互切换而不妨碍系统的正常工作 但是在切换之前 必须开启注油阀 对备用的一个滤油器充油 待这个滤油器充满之后 才能进行切换 控制油 遮断油 系统 2020年2月4日星期二 69 控制油系统亦称遮断油系统 它是燃气轮机基本的控制和保护系统 它连接于燃气轮机控制盘和燃气轮机部件之间 用来控制供给和切断机组的燃料 来自机组润滑油系统的遮断油起着遮断的作用 燃机非正常停机和危急停机 同时使液压信号传递给燃料截止阀 实行正常的起动和停机 遮断油自节流孔出来后 分成两路 一路供给到机组超速遮断油门 另一路通过一个单向节流阀后 分别供给到机组燃料系统的气体燃料组合阀 这个截止阀又和电磁阀20FG 1并联 电磁阀的动作控制燃料系统 使机组运行和停机 系统还直接连接到12HA超速遮断报警装置 当危急遮断系统动作使机组停机时 发出报警信号 燃料系统 2020年2月4日星期二 70 燃料系统是用来将一定压力和流量的气体燃料输送到燃气轮机的各个燃烧室中 以满足起动 加速和带负荷需要 气体燃料组合阀是气体燃料系统中最关键的一个部件 组合阀系由两个独立的阀 速比阀和控制阀 组成 气体燃料首先经过速比阀 然后再经过控制阀去燃烧室 速比阀的功能是使燃机转速信号与速比阀后压力成一定的比例关系 即某一转速信号对应有一个速比阀后压力 速比阀后压力由压力传感器测量 作为反馈信号与转速信号对应的压力给定值进行比较 另一小闭环回路是位置控制回路 由位置传感器 LVDT 测量阀的位置 作为位置控制回路中的反馈信号 此反馈信号与主控信号进行比较 其差值经放大后去电液伺服阀 带动油缸活塞 使阀门改变开度 速比阀和控制阀均为单向作用阀 即阀的打开是靠电液伺服阀控制的油缸下部进入液压油推动活塞使阀打开的 而阀的关闭是靠电液伺服阀控制的油缸下部泄油的同时 阀的上部弹簧力下压造成的 速比阀中装有一只截止阀VHS 1 截止阀是由遮断油压控制的 当机组遇到危急情况 遮断油压突然下降 快速泄去油缸下部的油液 速比阀在顶部大弹簧的作用下 立即关闭 切断燃机的气体燃料供应 使机组紧急停机 为减少速比阀开启时提升力 在速比阀的阀碟中装有预启阀 开启速比阀时 先打开预启阀 减少阀进出口压差 然后再开启大阀 控制阀是由一个位置回路控制的 决定阀的行程的主控信号是由轮机控制盘来的燃料基准信号FSR 位置反馈信号与燃料基准信号进行比较 其差值经放大后去电液伺服阀 带动油缸活塞 改变控制阀的开度 直至偏差信号消失为止 由以上介绍可知 通过控制阀的气体燃料流量是由燃机转速和燃料基准信号值所决定的 压力传感器 96FG 2A 96FG 2B 96FG 2C 位置传感器 96GC 1 2 96SR 1 2 压力开关 63FG 3 电液伺服阀 65GC 90SR 的整定值 危险气体检测系统 2020年2月4日星期二 71 为防止气体燃料小室和轮机间出现过量的气体燃料泄漏 设置了危险气体检测系统 该系统分探头和检测仪两部分 其中探头共六只 安装在轮机间四只 气体燃料小室内二只 检测仪安装在控制室内 当轮机间或气体燃料小室的危险气体的浓度达到设备汇总ML0414部套所规定的设定值时 检测仪的报警继电器触发MK V1控制盘 MK V1发出报警信息 提醒操作人员采取措施 冷却密封空气系统 2020年2月4日星期二 72 1压气机的第五级抽气用于机组的前后支持轴承和推力轴承的密封在机组正常运行时 从压气机第五级抽气槽道中抽出的空气 经管道引至机组的1号轴承和2号轴承的油封处 用以封住滑油而不致外漏 空气可通过排油管道随排油进入油箱 最后可从排气管排入大气 2压气机第十三级抽气用于透平第二级喷嘴的冷却 为了保证透平第二级喷嘴长期稳定地工作 其冷却采用压气机第十三级后的抽气 抽气由四根管子引来 管子上设有节流孔板和截止阀 以调节抽气量和水洗时关断阀门 3压气机排气的冷却作用 从压气机第十六级和第十七级转子叶轮之间流出的空气 从透平转子叶轮的中心孔沿第一级和第二级叶轮的轮面流至叶轮轮缘 空气从第一级和第二级动叶片根部的孔流进叶身的径向孔 然后冷却空气从动叶片叶顶上的孔流出 最后 随通流部分的燃气流入排气室内 这股空气使得透平第一级叶轮的出气侧和第二级叶轮的进气侧面都得到了冷却 一级动叶和二级动叶也获得了冷却 上述这股空气同时继续流向第二级透平叶轮的中心孔 穿过中心孔后沿二级透平叶轮的排气侧面向轮缘流去 冷却了叶轮型面后便从三级喷嘴气封的内圆侧流向第三级透平叶轮的轮缘 最后流入通流部分 与燃气一并流向排气室 压气机第十七级后的排气 穿过压气机的排气气封 从排气缸的内缸与转子定距轴间的空间流至透平第一级叶轮进气侧的型面 进而冷却叶轮轮缘 动叶根部 最后从一级喷嘴气封和一级叶轮间的轴向间隙流至通流部分与高温燃气汇合 压气机的排气通过安装间隙流进透平一级喷嘴叶片的空腔中 从而对喷嘴叶片进行了冷却 在一级喷嘴的内弧及喷嘴外环的内径壁面均有许多小孔 冷却空气从这些小孔排气带走热量 起到很好的冷却作用 透平第一级复环由从复环的前侧面上的小孔引入的压气机排气冷却 冷却后流入通流部分与燃气混合进入下游 4由一对专门设置的冷却风机提供的冷却空气 用以冷却透平气缸和透平排气缸的部件 并可降低机组2号轴承的工作环境温度 二台风机安装在机组的一侧 管路穿过底盘将冷却空气从透平缸锥形壁面上的法兰孔送入透平气缸的环形空腔内 然后通过透平气缸缸体的若干个轴向孔 冷却空气流入透平排气缸的支承筋板夹层中 冷却空气再从这些夹层间隙出来 一路沿透平排气缸的内环壁面流至透平第三级叶轮的排气侧型面上 在冷却了叶轮型面后 冷却空气与燃气汇合 排入排气室 另一路沿排气扩压器内环面与隔热层之间的夹层 经排气扩压器后端上的两根管子穿过机组罩顶排入大气 这路冷却空气保证了二号轴承所处的空间温度不致于太高 从而为其提供了较好的工作环境 冷却水 2020年2月4日星期二 73 当供水系统采用开式循环时 供给机组使用的冷却水应符合美国通用电气公司规范GEK 28170的要求 当供水系统采用闭式循环时 供机组使用的冷却水应符合美国通用电气公司GEI 41004F的要求 CO2灭火系统 2020年2月4日星期二 74 高压二氧化碳灭火装置是PG6581B燃气轮机机组的一个重要保护装置 一旦机仓室内发生火灾 该装置立即释放二氧化碳气体 同时关闭仓室的通风口 在初放系统释放后30s内使仓室内二氧化碳容积浓度达到34 即为灭火浓度 为防止暴露在高温金属中的可燃性物质在火灾扑灭后再次复燃 补放系统可保持灭火浓度的时间不少于40min 灭火方式 自动灭火 应急电动灭火 应急手动灭火 灭火装置包括 灭火装置箱体 二氧化碳贮液瓶及瓶头阀 启动装置 启动管道 集流管 安全泄气阀 液流单向阀 压力开关 灭火剂管道 喷嘴 火灾探测器 报警灭火控制器 声光报警器 手动控制盒等 当火灾探测器探到高达316 的温度时就发出火警信号给报警灭火控制器 灭火装置发出声光报警信号 在延时30s后氮气瓶上闸刀式电磁阀动作刺穿工作膜片释放氮气 氮气通过启动管道先打开初放二氧化碳瓶组 共7瓶 另一个氮气瓶在延时5秒后也以相同方式开启 打开补放二氧化碳瓶组 共14瓶 先释放的二氧化碳还去关闭各仓室的通风挡板 同时压力开关动作 给轮机控制盘送去二氧化碳释放信号 通风和照明系统 2020年2月4日星期二 75 1通风在轮机间罩顶上装有罩壳通风机88BT 1 机组启动点火后 此风机自动投入 将轮机间的热空气抽到罩壳外使轮机间形成负压 这样外界的新鲜空气通过辅机间和轮机间的通风窗进入轮机间 加速轮机间内空气对流 从而降低轮机间正常运行时的空间温度 并使可燃性气体混合物不易形成 气体燃料小室采用强制通风 外部空气由罩壳门的底部百叶窗吸入 然后由顶部抽风机排出小室 这样可尽量降低小室内可燃气体的浓度 对于负荷齿轮箱装有罩壳的机组 齿轮箱罩壳顶部装有1台通风机 将室内的热空气抽出 达到通风散热的目的 2照明辅机间 负荷齿轮箱间及发电机间均装有交流220V及直流120V照明灯 正常运行或维修时交流照明灯工作 直流照明灯备用 当机组用交流电源发生故障时 直流照明灯自动投入 压气机与透平清洗系统 2020年2月4日星期二 76 压气机水清洗系统包括装于压气机进气喇叭口处的7只固定式水洗喷嘴 水洗站及相应的联接管道 本机组采用离线清洗方式 即机组解列后 在冷拖转速下进行水清洗 正确使用本清洗系统能有效地去除压气机透平叶片上的各种水溶性物质以及各种油 烟沉积物 从而恢复压气机的压比和流量 提高机组的出力 清洗喷嘴有手动及固定式两种 前者用来清洗进气室和喇叭口 以免把进气室的积垢带进压气机 由用户根据需要自行配备 冲洗效果可以凭肉眼观察或者测量排出物之导电率 或者对排出物进行光谱分析检查微量金属含量来确定 压气机抽气处理系统 2020年2月4日星期二 77 压气机抽气处理系统是一个带有独立底盘的空气处理站 用于将供进气过滤器反吹系统 即自清洁吹扫系统 作在线吹扫 从燃气轮机压气机抽取压缩气体作为进气过滤器的吹扫主气源 是为了方便地获取经过过滤处理的洁净气体 并可靠地保证吹扫气体的压力 同时提高系统的可靠性 但由于压气机排气为高温 高压气体 故需要降压 降温 使气体的参数满足进气过滤器扫吹控制系统的要求 在降温过程中 气体会产生冷凝现象 有凝结水析出 这是进气过滤元件所不许可的 故需进行干燥除湿处理 为此 空气处理站中采用翅片管 通过与大气的对流换热使气体降温 采用压力调节阀VPR67对压力进行调整 并配有一套双联可自动切换的空气干燥器进行干燥除湿处理 油气分离系统 2020年2月4日星期二 78 该系统主要由油气分离器 油气分离器支架 管路及阀等组成 该系统主要作用是将发电机 负荷齿轮箱及机组滑油箱冒出的含油气体分离 处理后的空气排到大气 油气中分离出的油回到油箱 不锈钢除雾器和气体分配器是采用一种特殊的不锈钢丝网 经精密加工制成 可除去气体中所夹带的雾沫 并将被处理的油气在壳体内进行均匀的分布 以保证油气液的有效分离 粗粒化聚合分离元件 是采用一种高分子材料 经过特殊加工制成 对油气中的油粒具有良好的吸附捕捉聚合分离性能 可捕捉气体中大于2 m的油珠和各种气雾杂质 油气分离器是利用一种特制的离心式风机采用负压引风的方式 亦即将离心风机安装在油气分离器的气体排出管系上 采用负压的方式 将需处理的油箱气体和其它需要处理的油气吸入油气分离器内进行处理分离 孔窥镜检查 2020年2月4日星期二 79 在GE重型燃气轮机的压气机气缸和透平外壳上都设有通孔 以便采用光学孔窥镜对烟气流道作视查 包括压气机轴的中间各级 透平叶栅第一 二和三级 以及透平喷嘴隔板 这些通孔是穿过压气机气缸 透平外壳和内部透平静叶围带的径向对中孔道 并设计成能让光学管道窥镜插入压气机和透平的通流面积 图所示 孔窥镜检查预留孔 2020年2月4日星期二 80 在各级复环处分别加工一些径向孔 安装用来观察探伤 测量间隙等的仪器 这些孔均需与透平气缸同时配钻并安装 窥视孔示意图 2020年2月4日星期二 81 GE燃机检修间隔确定要求 2020年2月4日星期二 82 燃料因素 2020年2月4日星期二 83 燃气轮机烧用的燃料种类 从清洁的天然气到残渣油 它们对于维修的影响示例于图 较重质的碳氢燃料具有维修因素从3至4 一般释放较大数量的辐射热能 其结果使燃烧室硬件的寿命缩短 燃料里还经常含有腐蚀元素 如钠 钾 钒和铅 能导致加速透平叶片和喷嘴的高温腐蚀 轻质油 按规定 一般不含有大量的腐蚀元素 但输送到现场时 可能混入有害的杂质 从图可见 GE公司对轻质油的经验是维修因素可从最低的l 相当于天然气 到较高的3 除非运行经验有其他的建议 否则一般推荐轻质油的维修因素为1 5 液体燃料含有的杂质也能影响燃气轮机的辅机部套的寿命 如燃料泵和流体分配器等 2020年2月4日星期二 84 如图所示 天燃气燃料 凡符合GE规定要求 被看作燃机最佳燃料 并认为没有负影响 然而 如果天然气里有凝结的液体碳氢化合物 并被带进燃气轮机的燃烧系统 那么将造成高温烟气通道部件寿命的减少 如果碳氢化合物被带进非常小的数量那是可以忍受的 一旦出现液体碳氢化合物的薄雾 可以认为有可能已大量混入 在极端情况下 带进的液体碳氢化合物会使高温烟气通道的硬件暴露在极端的超温状态下 并明显地减少高温烟气通道部件的寿命和修理间隔期 用户可控制通过加热天然气使其在气体燃料控制阀前具有至少28 的过热度 2020年2月4日星期二 85 注意 防止透平喷嘴和叶片的高温腐蚀 并采用以下措施 潜在的高维修费和可用率的减少可以缩小或避免 对供气方限定一个正确的燃料规格提供定期的燃料质量取样和分析项目当烧用较重质燃料油时 对燃料处理系统给予正确维护 而当燃料中有危险的杂质时 应立即设法恢复燃料原有的质量或停车处理 杂质除了出现在燃料以外 也可通过吸人的空气进入透平和从为了控制N0 x排放或扩大出力而喷射的蒸汽或水带进来 从蒸发冷却器带进是另外一个污染源 在某些情况下 发现这些污染源所导致的高温烟气通道部件的衰变 和燃料含有的杂质所造成的后果相同 GE制定了相应规格限制燃料 空气和蒸汽 水含有杂质的最大浓度 例如对应于燃料从各种来源的限制是钠与钾之和为1ppm 铅为1ppm 钒为0 5ppm和钙为2ppm 燃料类型对燃机维修周期的影响曲线 2020年2月4日星期二 86 燃烧温度影响 2020年2月4日星期二 87 在尖峰负荷下运行 由于较高运行温度要求更频繁的维修和更换高温烟气通道的部套 从叶片部件寿命的观点 每一小时在尖峰负荷下的运行的燃烧温度作用 相当于在基本负荷下运行6小时 这种运行方式的维修因素为6 图12表达了MS600lB MS7001EA MS900lE型机组部件寿命相应受燃烧温度变化的影响 较高的燃烧温度减少高温部件的寿命 而较低燃烧温度增加部件寿命 这样提供了一个条件对尖峰负荷运行的负效应 用部份负荷运行来平衡 然而 必须认清减少负荷不一定意味着永远是减低燃烧温度 在余热应用时 产生蒸汽提高效率 有时通过关闭可变进口导叶减少进口空气流量而使出力先减低 排气温度提高 这时燃烧温度并没有降低 除非负荷降低到额定出力的80 以下 2020年2月4日星期二 88 蒸汽 水喷射对叶片寿命影响 2020年2月4日星期二 89 为了控制排放或增大出力而采用的喷射水 或蒸汽 的方法 即使所用的水符合GE的规格要求 仍能影响部件的寿命和维修间隔期 这是因为加入的水改变了高温烟气的传递特性 一般来说 较高的烟气热传导性会增加传递给叶片和喷嘴的热量 从而导致较高的金属温度和减少部件寿命 部件寿命受影响和透平的控制方法有关系 在多数的基本负荷运行机组的控制系统采用喷水方法时降低燃烧温度 这样在烟气侧增大热传递的效果是相反的 因而对叶片寿命无影响 然而 在某些机组中 其控制系统是设计成在喷水时仍保持恒定的燃烧温度 其目的是增大机组出力 但如前所述 部件寿命降低 采用这种控制方法的机组通常作为尖峰运行 其年运行小时数较低 用户把部件寿命的降低因增大出力而认为是合理 GE公司把这两种运行模式分别称为干控制曲线操作和湿控制曲线操作方法 图15展示湿和干控制曲线和由此两种不同运行模式所造成的不同特性 2020年2月4日星期二 90 蒸汽 水喷射对叶片寿命影响 2020年2月4日星期二 91 另一个与喷射水有关系的因素 是对透平部套增大了空气动力负荷 这是由于喷水而提高循环压力比的结果 这增加的负荷使第2和第3级喷嘴的下游挠曲率也增大 并导致这些部套的修理间隔期缩短 然而 由于引用GTD 222 一种新高蠕变强度合金作为第2 3级喷嘴材料 将缩小或避免这种影响 对于控制喷水运行机组 当第2和第3级喷嘴是GTD 222材料制造时 其维修因素为1 当喷嘴用FSX414制造和喷射5 水时 其维修因素为1 5 对湿控制曲线运行 当喷水为5 时 其维修因素约为2 2020年2月4日星期二 92 2020年2月4日星期二 93 负荷循环周期影响 关于循环方式产生的影响 从满负荷跳闸甩负荷对部件寿命的影响相当于8次正常起 停循环方式 这是因为在叶片和喷嘴产生热应力 较高的应力意味着很少的几次循环就会产生裂纹 图中表示叶片应力范围的不同 即比较按正常起停循环方式和甩负荷的循环方式 与此类似 紧急起动使机组从静态在少于9分钟内升到满负荷 对部件寿命的影响相当于20次正常起动循环方式 对正常起动后快速升负荷方式其维修因素为2 2020年2月4日星期二 94 2020年2月4日星期二 95 启动负荷对燃机维修周期影响曲线 2020年2月4日星期二 96 空气质量对维修的影响 2020年2月4日星期二 97 维修和运行费用也受透平吸入的空气质量的影响 除了空气中杂质对高温烟气通道部套的有害影响外 如尘灰 盐和油等杂质也能对压气机叶片引起磨蚀 腐蚀和结垢 20微米颗粒进入压气机能引起明显叶片磨蚀 超细污垢颗粒进入压气机以及吸人油汽 烟 海盐和工业排气都导致结垢 压气机叶片的腐蚀使叶片表面产生凹痕 它不仅增加表面粗糙度 也成为产生疲劳裂纹的潜在部位 这些表面粗糙度和叶片外形变化会降低空气流量和压气机效率 同样导致燃气轮机的出力和总热效率降低 一般来说 压气机的性能恶化是燃气轮机降低出力和效率的主要原因 由于压气机叶片结垢而引起的可恢复的损失 一般占性能损失的75 至85 压气机的结垢使空气流量减少到5 时 会降低出力达13 和增加热耗达5 5 可通过正确操作和维修步骤来减少这种结垢式的损失 在线压气机清洗系统可用于带负荷运行压气机的清洗 以便在出现明显结垢以前保持压气机的效率 停机清洗系统是用于清洗压气机的严重结垢 其它措施还包括维护进口过滤系统和进口蒸发冷却器 以及周期性检查和修理压气机叶片 空气质量对维修的影响 2020年2月4日星期二 98 还存在一些不可恢复的损失 在压气机 有些典型原因是非沉积性叶片表面粗糙 磨蚀以及叶片顶部擦伤 在透平 潜在的原因有喷嘴喉口面积变化 叶片顶端间隙增大和漏气 即使是一台维护很好的燃气轮机 一定程度的不可恢复性能老化是不可避免 采用定期的监视和记录机组性能参数是一项非常有效手段 益于诊断压气机可能的性能恶化 维修检查 2020年2月4日星期二 99 维修检查的形式一般可分为日常维护 运行和开缸解体检查 日常维护检查包括对各辅助系统的维护和各装置校核 运行检查是在机组运行时对关键运行参数的观察 解体检查是打开气缸检查透平内部的部套 它按各种不同要求来进行 解体检查的步骤从燃烧室检查开始到高温烟气通道检查 然后扩展到大修检查 这些检查的细节分述如下 日常状态检查 2020年2月4日星期二 100 日常状态检查可在所有型号燃气轮机中进行 但一般适合用于尖峰和中间负荷运行的机组 对这些机组来说起动可靠性最为紧要 这种检查的