PG61111FA型燃气轮发电机组培训教材

1、.PG61111FA型燃气轮发电机组培训教材克拉玛依电厂生产技术部2008年7月前 言这本培训教材是根据克拉玛依电厂#4燃气轮机制造厂通用电气公司的PG6111FA OPERATION AND MAINTENANCE MANUAL的编写的。内容包括PG6111FA燃气轮机的特点、结构、系统和运行操作。因编写者水平所限，时间仓促，错误和缺点在所难免。编写： 陈大兵审核： 王清亮批准： *;目 录第一部分 GE公司燃气轮机介绍. 11.1. GE燃气轮机发展史.11.2. GE公司动力系统燃气轮机产品系列及编号.2第二部分 PG61111FA型燃气轮发电机组特点. 122.1研制、升级演化过程.1

2、22.2进、排气系统.132.3压气机.132.4燃烧室.132.5透平.142.6轴承和气缸支撑.142.7辅助设备.142.8启动.14第三部分 PG61111FA型燃气轮发电机组结构. 153.1.介绍 . . 153.1.1.概述 . 163.1.2.叙述 . 173.2.透平撬和支撑 . 183.2.1.透平撬 . 183.2.2.透平支撑 . 193.3.压气机部分 .193.3.1.概述 . 203.3.2.压气机转子 . 203.3.3.压气静子 . 213.3.3.1. 概述 . 223.3.3.2. 进气缸 . 223.3.3.3. 压气机缸 . 233.3.3.4. 压气

3、机排气缸 . 233.3.3.5. 叶片 . 243.4. 燃烧系统 . 253.4.1.概述 . 253.4.2.燃烧室外壳和导流套 .263.4.3.联焰管 . 263.4.4.燃料火嘴 . 263.4.5.火焰筒 . 263.4.6.火花塞 . 263.4.7.紫外线式火焰检测器 . . 263.5.透平部分. 273.5.1.概述 . 273.5.2.透平转子. 273.5.2.1. 结构 . 273.5.2.2. 轮轴 . 273.5.2.3. 叶轮组件. . 273.5.2.4. 冷却. 283.5.2.5. 一级轮盘 . . 283.5.2.6. 二级轮盘 . . 283.5.2

4、.7. 三级轮盘. . 283.5.2.8. 动叶 . 283.5.3.透平静子 . 313.5.3.1. 结构 . 313.5.3.2. 透平缸 . 313.5.3.3. 喷嘴 . 313.5.3.4. 一级喷嘴 . 313.5.3.5. 二级喷嘴 . 323.5.3.6. 三级喷嘴 . 323.5.3.7. 隔板 . 323.5.3.8. 护环 . 323.5.3.9. 排气蜗壳 . 333.6.轴承 . 343.6.1.概述 . 343.6.2.润滑 . 343.6.2.1. 润滑油密封. . 343.7.舱室 . 353.7.1.概述 . 353.8.联轴器 . 363.8.1. 概述

5、 . . 36第四部分 PG61111FA型燃气轮发电机组辅助设备和系统 . 394.1. 透平控制设备图. 404.1.1 介绍 . 404.1.2 部件功能 . 414.1.3 其他信息 . 414.1.4 附录：透平控制设备图. 424.2. 润滑油系统. 424.2.1 介绍 . 42 4.2.2 部件功能 . 434.2.3 其他介绍 . 434.2.4 附录 润滑油系统图. 434.3. 冷却和密封空气系统. 434.3.1 介绍 . 434.3.2 部件功能 . 444.3.3 其他信息 . 444.3.4 附录 冷却和密封空气系统图. 454.4. 跳闸油系统. 354.4.1

6、 介绍 . 454.4.2 部件功能 . 454.4.3 其他信息 . 454.4.4 附录 跳闸油系统图. 464.5. 冷却水系统. 464.5.1 介绍 . 464.5.2 部件功能 . 464.5.3 其他信息 . 464.5.4 附录 冷却水系统图. 464.6. 天然气系统. 47 4.6.1 介绍 . 474.6.2 部件功能 . 474.6.3 附录 天然气系统图. 474.7. 火灾保护系统. 484.7.1 介绍 . 484.7.2 部件功能. 484.7.3 其他信息. 494.7.4 附录 火灾保护系统图. 494.8. 进气加热系统. 494.8.1 介绍 . 504

7、.8.2 部件功能. 504.8.3 附录 进气加热系统图. 504.9. 液压油系统. 514.9.1 介绍 . 51 4.9.2 部件功能. 514.9.3 附录 液压油系统图. 524.10. 加热和通风系统 . 524.10.1 介绍 . . 524.10.2 部件功能. 524.10.3 其他信息. 534.10.4 附录 加热和通风系统图. 534.11. 透平和压气机水洗系统. 544.11.1 介绍 . 544.11.2 部件功能. 544.11.3 其他信息. 554.11.4 附录透平和压气机水洗系统图. 554.12. 进口可转导叶系统. 554.12.1 介绍 . 56

8、4.12.2 部件功能. 564.12. 附录 进口可转导叶系统图. 574.13. 进气过滤系统. 574.13.1 介绍 . 584.13.2 部件功能. 584.13.3附录 进气过滤系统图. 584.14. 可燃气体检测系统. 594.14.1 介绍 . 584.14.2 部件功能 . 584.14.3 附录 可燃气体检测系统图. 604.15. 性能监测系统 . 604.15.1 介绍 . 604.15.2 部件功能. 614.15.3 附录性能监测系统图. 614.16. 负荷齿轮箱系统. 624.16.1介绍 . 624.16.2 部件功能. 634.16.3 附录 负荷齿轮箱系

9、统图. 64第五部分 PG61111FA型燃气轮发电机组运行和操作 . 655.1. 介绍 .65 5.1.1. 前言.665.1.2. 运行程序 . . .665.1.3. 屏幕点击. .675.2. 操作员职责. .675.3. 冷却盘车操作 (冷机控制) .68 5.3.1. 初始状态. .685.3.2. 程序.69 5.3.3. 最终状态. .69 5.4. 正常启动. .705.4.1. 初始状态. .705.4.2. 程序 .71 5.4.3. 最终状态. .715.5. 同期. .72 5.5.1. 初始状态. .72 5.5.2. 程序.725.5.3. 最终状态 .73 5

10、.6. 带负荷 .74 5.6.1. 初始状态 .74 5.6.2. 程序.755.6.3. 最终状态 .75 5.7. 运行/备用电机 .76 5.7.1. 初始状态 .76 5.7.2. 程序 .76 5.7.3. 最终状态 .77 5.8. 正常停机 .77 5.8.1. 初始状态 .775.8.2. 程序 .77 5.8.3. 最终状态 .78 5.9. 紧急停机 .78 5.9.1. 初始状态 .78 5.9.2. 程序. .78 5.9.3. 最终状态 .79 5.10. 压气机在线水洗 .79 5.10.1. 初始状态 .79 5.10.2. 程序 .80 5.10.3. 最终状

11、态 .80 5.11. 压气机离线水洗 . . . .80 5.11.1. 初始状态 .81 5.11.2. 程序 .81 5.11.3. 最终状态 .81第一部分 GE公司燃气轮机介绍1.1.燃气轮机发展史1939年世界上第一台燃气轮机投入使用以来，至今已有65年的历史。在这65年中燃气轮机的发展非常快，其性能、结构不断地提高和完善。燃气轮机的用途已从过去的军事领域扩展到铁路运输、移动电站、海上平台、机械驱动和各种循环方式的大中型电站等。例如：简单循环、回热循环、间冷循环、再热循环、燃气蒸汽联合循环（单压、双压、三压再热）、增压硫化床燃烧联合循环（PFBCCC）、整体式煤气化联合循环（IGC

12、C）等。燃气轮机具有用途广泛、启动快、运行方式灵活、用水量少、热效率高、建设周期短以及对燃料的适应性非常广（各种气体燃料、液体燃料和煤）等特点近二十年来，燃气轮机在电站中的应用得到了迅猛发展。这是因为燃气轮机启动速度快、运行方式灵活，且能在无电源的情况下启动（黑启动），机动性能好且有极强的调峰能力，可保障电网安全运行。进入八十年代以后，燃气轮机技术得到了迅猛发展，技术性能大幅度提高。到目前为止单机容量已达600MW，简单循环的燃气轮机热效率达40%，已超过大功率、高参数的汽轮机电站的热效率。而燃气蒸汽联合循环电站的热效率更高达60%。先进的燃气轮机已普遍应用模块化结构，使其运输、安装、维修和更

13、换都比较方便，而且广泛应用了孔探仪定期检查、温度控制、振动保护、超温保护、熄火保护、超速保护等措施，使其可靠性和可用率大为提高。此外，由于燃气轮机的燃烧效率很高，未燃烧的碳氢化合物、一氧化碳、二氧化硫等排放物一般都能达到严格的环保要求。注水/蒸汽燃烧室和DLN燃烧室的应用使NOX的排放降至9-25ppm。1.2.GE公司动力系统燃气轮机产品系列及编号GE公司生产的重型燃气轮机由五个系列组成，即MS3002、MS5000、MS6001、MS7001、MS9001（MSMachine Series）个系列中又有若干个型号。例如：MS9001B、MS9001E、MS9001EC、MS9001F、MS

14、9001FA、MS9001FB、MS9001G、MS9001H等。每个型号的燃气轮机又可分为发电和机械驱动两个类型，例如：PG6541B型是用于发电的，M6501B型是用于机械驱动的。1.2.1 GE公司燃气轮机型号中的字母和数字的含义规定如下：1=用途：M机械驱动(Mechanical Drive)；PG箱装式发电设备(Package Generation)；2=系列号，3、5、6、7、93=输出功率，以英制马力为单位的近似值4=轴的数量，单轴或双轴5=型号，B、E、F、G、H等1.2.2 GE公司燃气蒸汽联合循环系列产品中的字母和数字含义规定如下：S109FASS、S109FAMS 、S2

15、09FAMS、S306B等SSTAG表示联合循环，STAG是Steam and Gas的缩写1燃气轮机的台数0没有意义9燃气轮机系列号FA燃气轮机型号SSSingle ShaftMSMulti Shaft1.2.3 用数字和字母命名的设备及元件名称数字命名的名称：12机械超速机构 63压力开关20电磁阀65用于燃料调节的电液伺服阀23加热设备71液位检测26温度开关77转速传感器28火焰检测器86复位或闭锁开关33限位开关88电动机39振动传感器90电液伺服阀43手动开关59火花塞或点火变压器45火灾探测器96压力变送器49过载保护装置1.2.5 第一字母A空气H液压油或加热器C离合器或压气机

16、或CO2 P清吹D柴油机或分配器 S截止或转速或启动F燃料或流量 T遮断或透平G气体W水或暖机一般来说，第一个字母用来表示设备或元件所在地点。1.2.6第二字母A报警或附件或空气或雾化M中等或介质或最小B增压机或放气 N正常C冷却或控制 P压力或泵D分配器或之差Q润滑油E紧急 R松开或比值或棘轮F燃料 S启动G气体T透平或遮断或箱（罐）H加热器或高V阀或叶片L液体或低一般来说，第二字母用来表示设备或元件的功能或使用状况。举例如下：63QA压力开关，用于润滑油系统的压力低报警；63QT压力开关，用于润滑油系统的压力低跳闸；20VG电磁阀，用于气体燃料系统的通风；88QE电动机，润滑油系统中的应急

17、泵；71WL液位检测器，水系统低位检测；第二部分 PG61111FA型燃气轮发电机组特点2.1研制、升级演化过程二十世纪八十年代中期，美国GE公司投入了大量资金开始了F型燃气轮机的研制。GE公司动力系统与航空发动机系统进行合作，将飞机发动机上先进的冷却技术和材料应用到重型燃气轮机上，使得透平进气温度一下提高了160，从而使燃气轮机的性能有了大幅度提高，为F型燃气轮机的研制奠定了基础。2.2进、排气系统燃气轮机的进气系统由进气室、进气弯头、进气消声器和进气过滤器室等组成。进气系统与机组成90°布置，进气过滤器室布置在机组罩壳上方，过滤器滤芯水平安装在过滤器室中。该过滤器为“脉冲自清洁型

18、” ，脉冲空气反吹下来的灰尘依靠重力排出。整个进气系统的压力损失小。排气系统与GE公司的传统结构相比作了较大改进，将传统的侧排气改成了水平排气。这样既可以直接与余热锅炉进气烟道相连，又能够减少排气压力损失。此外，该机组还设有一套压气机水洗设备，可以离线或在线清洗压气机，以清除压气机动静叶片上的积垢，减少通流部分的堵塞，保持压气机的高效率。2.3压气机压气机为17级轴流式压气机，设有可调进口导叶，用于调节透平排气温度和防止压气机喘振。第9级和第13级开有抽气口，用于冷却以及在燃气轮机启动和停机过程中通过该抽气口排出一部分压缩空气用来防止压气机喘振。压气机第17级轮毂上开有一个径向抽气槽道，将压缩

19、空气引入转子中心孔送往透平段，用来冷却透平第一级和第二级动叶片。其中第一级轮盘与压气机输出轴做成一个整体，作为压气机的前半轴。而最后一级轮盘通过过渡轴与透平叶轮相连。由于该型号机组的输出为“冷端”输出，增加了压气机转子的扭矩。整个压气机气缸分为压气机进气缸、压气机缸和压气机排气缸三部分，压气机进气缸和压气机缸的材料为球墨铸铁，压气机排气缸的材料为CrMoV或NiCrMo。2.4燃烧室整台机组共有6个分管、逆流型燃烧室，每个燃烧室有4个燃料喷嘴，整台机组共有24个燃料喷嘴。燃烧室型号为DLN2.6型。在6个燃烧室中只有顶部2个燃烧室设有高能点火装置，其余燃烧室通过联焰管联焰。该燃烧室可烧天然气、

20、蒸馏油和中热值的气体燃料，还可以注入蒸汽或水来抑制NOx的形成。燃烧室外壳的材料为SA/516-55钢；火焰筒的材料为HS-188（镍基合金钢），内表面加隔热涂层；过渡段的材料为Nimonic263（镍铬钛合金钢）。DLN2.0+燃烧室主要由火焰筒、过渡段、导流衬套、帽罩、喷嘴、端盖、前外壳和后外壳等部件组成。其中，端盖、喷嘴、前外壳和帽罩又形成了一个可以单独拆卸的头部组件。DLN2.0+燃烧室的燃料是分级供应的，设有1个速度比例/截止阀（SRV）和4个控制阀（GCV1、GCV2、GCV3、GCV4），其控制系统比传统的气体燃料控制系统更为复杂。气体燃料的供应分为4条管路。速度比例/截止阀（S

21、RV）用来调节控制阀前的气体燃料压力。2.5透平透平为3级轴流式透平，第1级、第2级动叶采用耐高温保护涂层，内部冷却空气取自压气机排气；第3级动叶采用堆积耐高温保护涂层，不进行冷却；第1级动叶叶冠无围带，第2、3级动叶叶冠采用整体的乙型围带；3级透平动叶的材料均为GTD-111。3级静叶均采用空气内部冷却，第1级、第2级静叶设计成两片叶片为一整体的扇形段结构，并采用等离子耐高温保护涂层；第3级静叶设计成三片叶片为一整体的扇形段结构，并采用堆积耐高温保护涂层；第1级静叶的材料为FSX-414钴基超级合金；第2级、第3级静叶的材料为GTD-222镍基合金。透平缸的材料为CrMo钢、透平排气缸的材料

22、为SA/516-55钢。透平叶轮、轴的材料为Inconel 706合金钢。2.6轴承和气缸支撑两个可倾瓦轴颈轴承位于转子两端，转子的轴向推力由双销轴推力瓦轴承自行平衡。燃气轮机的前支撑位于压气机进气缸两侧，燃气轮机后支撑位于透平排气缸两侧，整台机组共有四点支撑。机组的死点设在“冷端”，允许气缸和转子沿轴向向“热端”膨胀。整台燃气轮机通过四个支撑将其固定在燃气轮机底盘上。2.7辅助设备6FA型燃气轮机的辅助设备安装在两个独立的模块上，它们均有各自的底盘和外壳。辅机模块的底盘上设有润滑油箱润滑油系统设有带切换阀的双联润滑油过滤器、润滑油冷却器、两台交流电动机驱动的100%容量的润滑油泵和交流/直流

23、电动机驱动的密封油泵、交流电动机驱动的流量冗余的液压油泵及转子顶起油泵。内部连接组件模块上装有气体燃料系统和清吹系统的气体燃料速比/截止阀、控制阀、分流器和清吹阀。同时还装有液体燃料系统的流量分配器、控制NOx排放的回注水分级隔离阀和连接辅机组件与燃气轮机的所有管道。燃气轮机模块、辅机模块、内部连接组件模块均配有独立的隔声罩壳，组成各自的舱室。每个舱室中都配有照明系统、电源插座、CO2灭火保护系统、通风系统、出入门和根据需要使用的消声设备，各舱室外1米处的噪声不大于85dBA。此外，6FA机组还设有独立的电气设备控制模块，该模块由底盘、隔声罩壳、照明系统、电源插座、空调系统、出入门等组成。控制

24、室内装有三冗余的Mark-燃气轮机控制盘（Speedtronic）、发电机控制盘、发电机保护盘、电动机控制中心、带双充电器的机组蓄电池和励磁系统。所有电气控制设备都是在制造厂内组装的，运抵现场后仅需将控制设备、电气设备的电缆与燃气轮机舱室、辅机舱室、内部连接组件舱室的元件和设备相连即可。2.8PG61111FA型燃气轮发电机组的启动该发电机设有一套低速盘车装置，燃气轮发电机组的启动采用静态变频启动，即启动时将同步发电机作为启动电动机来使用，通过变频器供应启动电力。第三部分 PG61111FA型燃气轮发电机组结构3.燃气轮机3.1.介绍3.1.1.概述重型燃气轮机发电机组是一种驱动发电机的热力发

25、动机。燃气轮机包括一个轴流式压气机，一个多燃烧室的燃烧系统和3级透平。主要的部件如下。（1）17级轴流式压气机：· 可调进口导叶用于机组启停和部分负荷时控制空气流量。防喘放气阀部用于机组启停时的防喘。（2）燃烧系统安装在燃烧室盖子上的燃料火嘴；6个燃烧室、联焰管和过渡段；2个火花塞，1套火焰检测装置。（3）3级透平额定转速下的功能描述：燃气轮机运行时，经过滤的空气被吸入进气蜗壳，进入17级轴流式压气机压缩。压缩后的空气进入围绕6个燃烧室的环形空间，然后进入燃烧室外壳和火焰筒之间的空间，经火焰筒上的空气孔进入火焰筒内部。天然气从燃料火嘴喷入6个燃烧室的火焰筒，与空气混合并燃烧。从燃烧室

26、出来的燃气经过渡段进入透平部分。在每一级喷嘴部分，气体的压力能减少，动能增加，进入透平动叶后气体的部分动能变为有用的机械能做功。经过3级透平，乏气经排气蜗壳进入排气道，最后经烟囱排入大气或进入余热锅炉。燃机启动程序燃气轮机不能自己启动，必须有一种启动装置带动它进入自持转速。启动装置通常是发电机本身，启动时发电机由静态频率逆变器(SFC)控制。启动装置运行时，IGV在最小位置，防喘放气阀在打开位置，机组在启动装置扭矩的作用下到点火转速。燃料喷入燃烧室，2个火花塞点燃相应的燃烧室火焰，火焰经联焰管依次传递到其余燃烧室。火焰探测器检测到火焰并将信号传到控制盘。启动装置继续将燃气轮机加速到自持转速后停

27、止运行。燃气轮机继续加速，直到额定转速，IGV开到运行位置，防喘放气阀关闭。在燃气轮机启动过程到全速空载和满负荷，都是由电机驱动的主滑油泵为各轴瓦提供润滑油。冷机程序燃气轮机停机后热通道部件温度很高，燃气轮机转子必须盘车装置的带动下旋转转动（低速或间歇）24小时，使转子均匀冷却。因此，燃气轮机停机后盘车装置应当自动投入。3.2. 透平撬和支撑3.2.1. 透平撬透平撬是钢梁和钢板焊接而成的钢结构。它的主要功能是为燃气轮机提供支撑。在透平撬的两边，各有2个吊耳和支撑， 位置在两个钢结构的结合部位。透平撬两边底部的机械千斤顶，有助于将透平撬装到现场的基础上。透平撬两边顶部的机械千斤顶，用于调整透平

28、的后支腿。3.2.2. 透平支撑MS 6001 FA 燃气轮机的压气机端是刚性支腿，透平端支撑的上部和下部都有转轴。透平支腿确定了透平轴向和铅直方向的位置。2个滑销和透平支腿共同确定了透平横向位置。1个滑销键加工在排气蜗壳下半部分，另外1个滑销键加工在压气机前缸的下半部分。滑销的键和导向块配合，导向块焊接在透平底座的横梁上。两边的导向块上装有螺栓，把键固定在合适的位置。滑销能够防止透平横向或旋转运动，允许热膨胀引起的轴向和径向的位移。为了支撑排气扩散器，也有两个支撑安装在透平底座上。它们安装在顶部和底部的支点上。3.3. 压气机部分3.3.1. 概述 轴流压气机由转子和气缸组成。气缸内装有进口

29、可转导叶、各级静子和转子叶片和出口导向叶片。压气机内，空气被限制在转子和静子组成的气流通道内，最后通过压气机排气缸到燃烧室。压气机抽气是供给透平冷却、防喘等用途。3.3.2. 压气机转子燃机转子的压气机部分是由轮盘、速度环、拉杆螺栓、动叶和前侧短轴组成。每一级轮盘外围都有动叶安装槽，动叶和隔块插入安装槽后在端部轴向固定。轮盘之间有互相配合的榫槽来保证同心度和传递扭矩，所有的轮盘用拉杆螺栓联结。组装后，转子必须做动平衡。前侧短轴上加工有推力盘、#1轴瓦轴径和压气机低压侧气封。第17级叶轮安装17级动叶，同时有高压侧气封密封面和压气机和透平转子之间的连接法兰。3.3.3. 压气机静子3.3.3.1

30、.概述 压气机缸分三部分：1.进气缸、2. 压气机缸、3. 压气机排气缸。压气机缸和透平缸一起，组成了燃机的主要结构。它们通过两个轴瓦支撑转子，构成气流通道的外壁。所有的气缸都是水平中分结构，便于检修。3.3.3.2. 进气缸进气缸在压气机前端。主要作用是把空气平滑均匀的引入压气机，同时支撑#1轴瓦组件。#1轴瓦室下半部分与进气蜗壳的内侧整体铸造在一起。进气蜗壳的内侧和外侧由径向的翼形筋板连接在一起。进口可转导叶安装在进气缸的末端。3.3.3.3. 压气机缸压气机缸分为前缸和后缸。压气机前缸上安装有04级静叶。压气机缸的下半部分有两个整体铸造在上面的吊耳，用来从底座上整体吊其燃机。压气机后缸上

31、安装有512级静叶。压气机后缸末端有13级抽气口，用于冷却和防喘放气。3.3.3.4. 压气机排气缸压气机排气缸是压气机的最后一部分，是最长的一个缸，位于燃机前后支撑的中间位置；事实上，他是燃机结构上的最重要部分。压气机排气缸包含了压气机的最后几级。压气机排气缸也为燃烧室外壳和透平一级喷嘴的内持环提供支撑。压气机排气缸有两个缸体：外缸作为燃烧室外壳的支撑，内缸围绕压气机转子。两个缸体是同心的，通过14个径向的筋板连接在一起。内外缸之间的排气扩散器是一个渐缩的环行，它把从压气机出来的气体动能进一步转换为压力势能。3.3.3.5. 叶片压气机转子和静子叶片都是翼形叶片，为提高压缩空气效率，采用高的叶尖速度。转子叶片