重型燃气轮机控制系统的结构研究_夏心磊
第36卷 第4期热力透平Vol 36No 4 2007年12月THE RM ALTU R BINE Dec.2007
重型燃气轮机控制系统的结构研究
夏心磊,谢剑英
(上海交通大学自动化系,上海,200030)
摘 要: 分析介绍了目前应用于电站的重型燃气轮机控制系统的硬件组成,针对西门子燃机控制系统,详细描述了闭环调节回路的各个组成模块以及特点,为燃机控制系统的选择、控制方案的设计提供了技术借鉴。
关键词: 重型燃气轮机;西门子;控制策略;SIM A DY N-D
中图分类号:T K323 文献标识码:A 文章编号:1672-5549(2007)04-0245-06
Research on Stru ctu re of Control S ystem for Heavy-Duty Gas Turbine
X I A X in-lei,X I E J ian-y ing
(Au toma tio n D ep artme nt o f Sh a n gh a i Jia oto n g U nive rsity,Sh a ng h ai200030,Ch in a)
Abstract: T he hardwar e com ponents ar e intr oduced fo r contro l system of heav y-dut y gas tur bine in po wer plants.T he char act eristics of each co nt ro l block for closed-loo p contro l cir cuit ar e giv en in det ail fo r the r efer-ence o f the co nt rol system cho ice of g as tur bine and the design of co ntr ol scheme.
Key words: heav y-duty gas turbine;Siemens;contr ol str ategy;SIM A DY N-D
0 前言
燃气轮机自从1939年成功应用以来,目前以GE、西门子/西屋、三菱和阿尔斯通等主导公司为核心,其他制造公司多数与主导公司结成伙伴关系。燃气轮机的控制系统性能决定着相应的动力装置的变工况性能、经济性和安全性能,正因为控制系统的特殊重要性,各大公司也推出了相应的燃气轮机控制系统,比较著名的硬件有GE公司生产的Speed-tronic TM Mark系列硬件,西门子公司的SIMADYN-D、TELEPERM XP以及SPPA T3000控制系统等等。国内相应的燃气轮机电站也大多直接进口国外的控制系统;但随着国内燃气轮机技术的不断发展,燃气轮机的国产化程度逐步提高,必然对控制系统的可靠性和自动化程度提出更高的要求。本文以西门子燃机为例,对其控制系统进行分析和研究。
1 燃气轮机控制系统的软硬件结构
目前的燃气轮机控制系统普遍采用分布式控制系统,都有界面友好的人机接口,提供监视、调试组态的软件;重要的控制器、网络控制器、网络都采用冗余结构,有些控制系统甚至在I/O级也实现双重冗余。下图为西门子SIM ADYN-D系统在某燃机电站的实际硬件配置图(部分)。
多重网络按照不同的功能划分,Terminal Bus主要用于人机界面、数据的存储、分析;Plant Bus用来实现控制器之间的数据通讯,并提供与Terminal Bus的通讯接口;最底层是I/O级的总线,实时性要求高,负责与执行设备的数据连接。图中的TCS系统负责汽轮机和燃气轮机控制,实际上是整个电站控制系统的一部分。
从燃气轮机控制的软件功能来说,主要是在燃气轮机启动运行过程中实现对燃气轮机的控制与保护,以确保燃气轮机正常工作。
2 西门子燃气轮机控制系统的模块
化设计
由于电力能源目前不能通过一种高效的方式
收稿日期:2007-04-05
作者简介:夏心磊(1975-),男,工程师,大学本科,1997年毕业于江苏理工大学工业电气自动化专业,从事汽轮机控制系统工作,现任上海汽轮机有限公司自动化控制中心调节三组组长,在职就读上海交通大学自动化系工程硕士。
图1 某燃机电站SIM A DYN -D 硬件配置图
储存,所以电站产生的电能必须随时和电网的需求保持一致,这也是燃气轮机控制的基本要求。具体来说,这些功能包括:启/停燃机;电网同期功能;负荷控制;频率控制;甩负荷控制;防止燃机过载;防止压气机过载;对于故障和特殊情况的
保护。
以西门子单轴燃气-蒸汽轮机联合机组为例,燃气轮机控制器采用主从两个控制器,是冗余结构。其控制策略框图见图2、图3,按照不同的功能分别介绍。
图2 控制策略框图
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图3 控制策略框图
2 1 信号测量
2 1 1 实际转速的测量,NT模块
燃机的转速信号是通过分布在燃机转子上的6个探头测量的。转子上均匀分布着一定数量的齿槽,转子转动时,磁阻探头附近的磁场发生变化,从而感应出近似正弦的电压,通过脉冲的频率和每周的齿数,可以计算出转速。
转速信号通过3个通道读入控制器,然后通过优选逻辑筛选出某个通道,作为逻辑中真正使用的实际转速。
2 1 2 实际负荷的测量,PEL模块
电机的有功功率信号通过2个独立的功率变送器测量,每个通道都直接读入控制器,然后采用高选的方式筛选出逻辑中真正使用的负荷值。
2 1
3 燃机排气温度,A TK模块
燃气轮机的进气温度禁止超过限制。但是这些进气温度直接测量比较困难,因为温度太高,直接测量很容易损坏测温元件,因此通常采用相对低的多的排气温度来间接反映上面的参数。排气温度通常使用24个热电偶,均匀排布在燃气轮机的排气口上。每个热电偶都是3个一组装配,其中的2个(共48个)信号用于燃机的开环控制。
24个热电偶中每4个中有一个温度值直接送到控制器,作为当前的动态温度值。一共有6个动态温度,这6个温度的算术平均值,经过压气机的入口温度和燃机转速的校正,作为静态温度值。
ATK模块通过这种方法产生的排气温度,作为排气温度控制模块AT KR以及进口导叶温度控制模块LT R的控制变量。
2 1 4 甩负荷的判断,LAW模块
燃机控制必须能够迅速判断电网上的大波动,以保证机组的稳定运行。控制器通过监视负荷的变化率,判断是否发生了甩负荷,一旦出现这种情况,则会产生一系列逻辑以保护燃机。
2 1 5 停机逻辑,TRIPG模块
所有由燃机保护系统GT SZ产生的停机信号都是通过硬件采集、监视。通过综合各个跳机信号,送到燃机保护系统,最后以硬件的形式实现停机。
2 1 6 燃气轮机的功率计算,PGT模块
在单轴的燃气-蒸汽轮机联合机组中,由于两台气(汽)轮机是通过同一个轴带动发电机的,所以只有一个共用的功率测量装置。
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第4期 热力透平
当蒸汽轮机的3S联轴器没有并到轴上时,蒸汽轮机并不驱动转子发电,所以测量的电量等于燃气轮机的负荷。当蒸汽轮机联轴之后,情况就不同了,测得的电量也能再作为燃气轮机的负荷。
这个模块通过压气机排气压力、压气机进口温度,燃机排气温度等参数,估算燃机的负荷。蒸汽轮机一旦联轴,这个模块就会将燃机负荷无扰地从测量值切换到计算值。计算出的负荷值提供给负荷限制模块PGR。
2 1 7 天然气压力测量,PGAS模块
天然气压力通过2个独立的压力变送器测量,然后在控制器内部进行2选1的优选,作为天然气压力值。
2 1 8 压气机排气压力的测量,PV2模块
压气机排气压力通过2个独立的绝对压力变送器测量,直接由现场读入控制器。按照参数的用途以及安全级别的不同,这两个测量值既进入高选逻辑,又进入2选1逻辑,然后再根据不同的要求,送给其他模块。
2 1 9 超频和欠频保护,UFS模块
燃气轮机可以长期连续在95%~103%的额定转速下运行,允许短期运行在94%~95%或者103%~104%的额定转速下。另外,模块计算值还用来决定最大进口导叶角度。
2 1 10 嗡鸣检测,BRUM模块
嗡鸣幅度通过专门振动检测机柜测量,分2个通道读入控制器,工作站可以监视每个通道。
2 1 11 燃烧室加速度监视,ACC模块
燃烧室加速度也是通过一个专门的振动检测机柜测量的,分2个通道读入控制器。每路信号都可以产生4个报警信号,经过选择逻辑,产生预定的动作保护燃机。
另外,加速度超过第2报警值的时间会被累计,用以定义监视时间间隔。
2 2 设定值的产生
2 2 1 转速设定值,NS模块
在预定义方式下,转速设定值等于预定义的值。如果不在这种方式,操作员站、工程师站或者同期装置都可以改变转速目标植,该模块产生一个按一定速率变化的设定值,此设定值用于转速(负荷)控制器。2 2 2 负荷设定值,PS模块
与转速设定值类似,该设定值在预定义方式下等于预定义的值,也可在工作站改变。负荷设定值在一些特殊情况下可以直接改变到预设值,通常情况下产生的是按一定速率变化的设定值,用于转速(负荷)控制器。
2 2
3 排气温度设定值,T S模块
在基本负荷时,排气温度设定值是一系列固定值,按照一定速率变化的延迟后,送给排气温度控制器。进口导叶控制器直接接受有效值,由于自身有独立的设定值发生器,所以不需要按照速率变化的延迟值。
在联合循环的某些特定方式下,还有外部温度设定值;外部温度设定值按照功能的不同,可能只作用到排气温度控制器,也可能同时送到进口导叶控制器。
2 3 主控逻辑
2 3 1 启动控制,H LG模块
燃气轮机通过静态变频装置升速,直到压气机提供的空气流量和启动控制逻辑提供的燃料流量足够点火。启动控制逻辑就是用来使燃气轮机加速到预定转速,到达此转速燃机才允许点火。根据选择燃料的不同,还有启动方式是普通方式还是黑启动方式的不同,启动曲线的斜率是不同的。该模块的输出还有一个从保护逻辑来的限幅,防止在实际转速下的燃料过量。
在转速控制器开始工作前,通过低选的方式,由该模块控制燃料的分配。
2 3 2 转速/负荷控制,NPR模块
转速/负荷控制器是2个输入变量的控制器,通常是PI控制器。在下列情况下,由该模块控制转速/负荷:
*升速到额定转速
*与电网的同期
*控制负荷
*甩负荷控制
*燃机停机
当燃机未并网时,该控制器仅作为转速控制器。在电气同期并网之后,它切换到负荷控制,该模块的作用是保证发电机的实发功率等于电网功率指令。
并网后,如果电网频率高于标准频率,机组必
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须减负荷,相反则必须加负荷。该模块可以按照预定义的不等率实现一次调频下的增/减负荷。不等率定义了当电网频率偏离标准频率时,燃气轮机需要增/减的负荷量。5%的不等率表示当电网频率变化5%时,燃气轮机的负荷要增/减100%的负荷。
当发生甩负荷或者停机时,该模块会自动产生一系列动作。
通过低选的方式,该模块控制燃料的分配。
2 3 3 排气温度校正控制,A TKR模块
通过改变燃料供应、限制燃机进口温度的方法,该模块可以调整燃机排气温度,使之符合温度基准。
当运行在联合循环运行方式下,该模块可以用来降低燃机排气温度,使之与锅炉匹配,或者在某个负荷区间下与蒸汽轮机匹配。当温度较低,进口导叶仍处于关闭时,该模块可以实现对锅炉的暖炉。
该模块在形式上通常是一个PI控制器。同样通过低选的方式控制燃料的分配。
2 3 4 负荷限制,PGR模块
该模块用来防止燃机实发功率超过最大设计值。
当功率设定值设到很高的数值,为降低出口温度,燃气轮机的流量急剧增加,或者当喷水操作时,可能发生超负荷现象。该模块通过低选的方式控制燃料的分配。
2 3 5 压气机压比限制,VPVR模块
(1)该模块用来防止压气机进入不允许的运行状态。预先在控制器内定义了一条表示安全范围的曲线,压气机压比不允许超越这条曲线;如果超过了,就会采取下面的措施:
(2)如果压比接近的速率比较缓慢,则通过信号加大进口导叶减少压气机压比,然后相应减少燃料流量。
(3)如果压比接近的速率很快,打开进口导叶不足以降低压比到允许值,则减少燃料供应,以降低压气机排气压力。
通过这些措施,在紧急情况发生之前就可以达到限制压比的目的。
排气压力除以进气压力,等于当前的压气机压比。最大允许的压比是个变化的值,这取决于压气机入口温度,实际转速,进口导叶的位置等。
2 3 6 冷却空气限制,KLGR模块
该模块用来防止在不当的操作状况下,冷却空气不足以冷却燃机叶片。这种情况通常发生在压气机进口温度较低或者燃机处在超频运行阶段。为保证在上述情况下有足够的冷却空气流量,该模块通过下列方法实现:
(1)如果进口导叶没有全开,可以适当打开可变导叶,增加空气流量,提高冷却效果。
(2)如果进口导叶已经全开,该模块通过低选减少燃料供应,这将减少叶片的热负荷,从而改善冷却效果。
2 4 选择分配逻辑
2 4 1 低选逻辑,YM IN模块
该模块可以对启动控制以及其它主控制器的输出进行低选,然后作为燃料流量,从而使各个模块的信号平滑切换。
低选产生总燃烧负荷信号,再减去最小天然气流量和有效导气流量,生成可变燃烧率。
2 4 2 天然气分配,ANT G模块
天然气燃料经过分配,分成扩散和预混两个支路。加上一个最小流量值,生成的数值用于各自的燃烧系统。产生的天然气扩散阀流量给定值和预混阀流量给定值被送到下游阀门升程计算。
2 4
3 最小流量控制,M IG模块
该模块生成在当前运行状态下需要的最小天然气流量,供ANT G模块使用。这个最小天然气流量送到天然气扩散阀和天然气混合阀控制模块。
在模块中设有一个单独的逻辑回路,在总的燃烧率下平衡各个最小流量。通过一个惯性环节,模拟燃料进入燃烧系统后的延迟,这个经过延迟的流量信号,送到YM IN模块。
2 5 计算/校正逻辑
1 1先导阀流量设定,M SPG模块(见图3)
该模块根据运行工况和周围环境,优化先导阀的流量。重要的输入包括:
优选校正后的燃机排气温度;
进口导叶的位置;
压气机进口温度。
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第4期 热力透平
在一些特殊的情况下,模块会从变化的设定值切换到一个常数值。改变是按照指定的速率变化的。
先导阀流量设定送到下游用以计算调节阀的升程指令,先导阀燃烧率送YMIN模块。
2 5 1 先导阀升程计算,PGH B模块
考虑到天然气压力、天然气温度、压气机出口温度的影响,引导阀流量设定要乘以一个矫正因子。然后通过阀门流量特性曲线,得到大致的阀门行程指令。
2 5 2 天然气扩散/预混阀的升程计算,GDH B/ GVH B模块
同上,流量设定也都要考虑天然气压力、天然气温度、压气机出口温度的影响,乘以一个矫正因子然后通过阀门流量特性曲线,得到大致的阀门行程指令。
2 6 压气机进口导叶控制及其他特殊控制
2 6 1 进口导叶温度控制,LT R模块
该模块通过改变进口导叶的角度位置,改变进入燃烧室的空气流量,从而控制燃气轮机的排气温度。可变进口导叶(简称为IGV S),可以改变空气流量,在IGVS全关大约是70%流量,在IGVS全开大约是100%流量。该模块下游还有一个位置控制子模块,用以开关IGVS。打开IGVS可以提高空气流量,在不变的燃烧率下,降低出口温度。该模块就是要在燃气轮机带较高负荷时,保持排气温度在理想值。为保证排气温度基本不变,空气流量和燃料要近似保持正比。
重要的输入有基本负荷温度设定,校正后的排气温度,分别作为控制的给定和反馈。如果需要,温度设定也可以降低,这可能是由冷却空气限制模块或者压比限制模块的作用引起的。
为避免在负荷变动时温度控制偏差太大,模块还加入了总燃烧率的前馈。
2 6 2 进口导叶的位置控制,LSRS模块
该模块控制可变进口导叶,从属于进口导叶温度控制模块。当进口导叶温度控制模块处于ON状态时,位置控制的指令由它提供,否则就是手动方式,由操作员输入指令。
IGVS的位置反馈是旋转角度。在某些特定的情况下,为保证机组安全,IGV S会自动定位在某个定值或者全开。
模块的输出指令,通过外部供电回路,驱动IGV的位置伺服电机
2 7 阀门升程指令
2 7 1 先导阀升程控制,RSP模块
该模块按照设定指令对引导阀进行定位。控制器是一个比例调节器。阀门的行程直接读入控制器。电液伺服阀有两组线圈,接受控制指令。如果控制指令为正,阀门就开,增加天然气流量,反之则关。电液伺服阀的数学模型是一个积分环节,也就是说,电液伺服阀只有当控制指令等于0时,阀门才会稳定静止下来。
2 7 2 天然气扩散/预混阀升程控制,RSGD/ RSGV模块
该模块同样用来对扩散、预混阀的定位。执行机构及其工作原理和上述先导阀是一样的。
3 结束语
本文结合西门子实际使用的硬件系统,对重型燃气轮机的控制结构进行了分析,详细介绍了各个功能模块的特点。2006年5月,上海电气与西门子合作生产的首台F级重型燃气轮机在上海石洞口燃机电厂顺利投入商业运行,其控制硬件采用了西门子SIM ADYN-D系统。随着燃气轮机技术的不断深入,燃气轮机的自动控制技术发展必将引起制造厂家、用户更多的关注。希望通过本文分析介绍,有助于进一步加深对燃机控制系统的了解。
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250重型燃气轮机控制系统的结构研究
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重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术 发表时间：2017-11-01T11:36:42.450Z 来源：《电力设备》2017年第18期作者：王锋 [导读] 摘要：重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。 （中国电建集团核电工程公司调试运营公司山东济南 250102） 摘要：重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。 关键词：重型燃气轮机；发展现状；关键技术；发展趋势 1.前言 燃气轮机广泛应用于发电、机械驱动、船舶动力等领域。作为热功转换的动力装置，具有比功率大、起动及负荷变化快、可燃用多种燃料等优点，是实现能源高效洁净转换的核心装备。 2.我国重型燃气轮机发展现状 我国重型燃气轮机发展的早期(1950～1970s)是以前苏联技术为基础而开展自主研发的阶段。当时自主设计、试验和制造了一系列200～25000kW燃气轮机。这其中包括了200kW车载燃气轮机、1500kW重型燃气轮机和4000HP机车燃气轮机。当时清华大学、哈尔滨汽轮机厂(哈汽)、上海汽轮机厂(上汽)、南京汽轮机厂(南汽)、中国北车集团长春机车厂(长春机车)、青岛汽轮机厂(青汽)、杭州汽轮机厂(杭汽)等单位都投入到了我国燃气轮机早期研制阶段。到了1980s～2000年，我国的燃气轮机产业走上了仿制与合作生产的道路，不再自行研究、设计和试验燃气轮机产品。当时以南汽为主测绘、仿制了GE公司MS5001(23MW)燃气轮机，与GE合作生产了PG6581(6B/36MW)燃气轮机。 自2002年打捆招标以来，我国重型燃气轮机产业进入到新的发展时期，引进了当代先进的F/E级技术，希望以此推动消化吸收、再创新。在2001～2007年的6年间，我国以3次“打捆招标、市场换技术”方式，引进了GE、MHI、Siemens公司的F/E级重型燃气轮机50余套共2000万千瓦，由哈汽－GE、东汽－MHI、上汽－Siemens、南汽－GE等4个联合体实行国产化制造，目前国产化率接近70%。同时，以西气东输和进口液化天然气(LNG)为标志，保证了燃气轮机的燃料供应。 3.重型燃气轮机的关键技术 3.1自适应控制技术 由于实际工作环境和使用寿命的变化，重型燃气轮机的部件不可避免地会出现叶片结垢、间隙增大、侵蚀和腐蚀等问题，这将导致部件较设计点出现性能退化，而控制系统通常都是基于理想的额度工况性能进行设计的。这种不匹配性会随着燃气轮机运行时间的累积而加速燃气轮机寿命的消耗。一种可行而有效的解决办法就是自适应控制技术，即通过在线自适应模型和观测器技术使得燃气轮机在部件出现性能衰竭或低强度的异常时，能够自动调节相应的控制参数，保证控制系统与性能衰减后模型的匹配性，从而消除使用期退化造成的性能差异对燃气轮机运行的消极影响。与航空燃气轮机自适应控制机理相似，自适应控制系统通常会采用燃气轮机中的传感器测量数据，利用观测器技术对不可测的性能退化参数进行实时估计，具体的估计方法可以采用简单的卡尔曼滤波器、未知输入观测器，或者复杂的神经网络、支持向量机等非线性智能技术。 此种控制方案的自适应鲁棒性很大部分取决于装载的在线实时模型，在线实时模型应能够对燃气轮机气路故障、传感器和执行机构故障等进行诊断、隔离和重构，同时具有较强的抗干扰能力。即使是在燃气轮机出现物体打伤等严重损伤的情况下，也能够通过控制策略判定受损燃气轮机的运行状况，并能采用自适应重构控制回路，确保燃气轮机的安全停机等。由于燃气轮机的受损的判断十分复杂，采用专家系统和智能决策技术是一种可行方案。 3.2主动间隙控制技术 主动间隙控制技术是现代燃气轮机技术的代表之一，是一项通过控制透平叶尖间隙的变化来降低燃气轮机燃料消耗率、提高可靠性和延长使用寿命的重要技术措施，同时对减少污染物的排放也有较大的贡献。目前该技术已在航空发动机特别是民用航空发动机上获得了普遍的应用，如著名的CFM56系列发动机就基本采用这种技术。美国NASA的研究结果表明，透平叶尖间隙每减少0．25mm，燃料消耗量可减少0．8%～1%。从重型燃气轮机的运行过程来看，启动过程中，当燃气轮机由静止启动到全速空载状态时，此时由于转速突然上升，轮盘和叶片的离心变形瞬间增大;而透平内缸由于热容的效应而尚未达到最高温度，热变形的响应非常小。这种变形的不一致导致在启动过程中透平叶尖间隙突然变小。而随着燃气轮机进入全速空载状态后，透平内缸逐渐受热膨胀，叶尖间隙逐渐变大。在加/减负荷阶段，间隙略有变化，但由于转速变化不剧烈，叶尖间隙变化较少。 这使得透平叶尖与透平内缸之间的间隙设计非常困难，如果叶尖间隙设计过大，在叶片压力面和吸力面之间存在的压差作用下，燃气会产生泄漏，从而降低燃气轮机的工作效率，增加燃料消耗量。而叶尖间隙过小又会导致叶片和透平内缸之间产生摩擦，降低燃气轮机的工作寿命。为解决这个技术难题，目前比较常用的控制方式是采用主动热控制方法。其工作原理是在燃气轮机工作过程中，利用从压气机中抽取的冷气对透平内缸及透平外环支撑件进行冲击冷却，通过控制冷却空气的流量和温度，改变透平内缸热膨胀量，进而控制其径向位移，使转子叶片与透平内缸之间的间隙达到预期值。 4.对我国发展重型燃气轮机技术发展趋势分析 开展系统的燃气轮机基础研究，发展燃气轮机技术，进行关键技术的验证，建立部件的设计、试验、制造平台，是发展燃气轮机产业的基础。从我国60年发展燃气轮机技术的历程，特别是近十年的发展历程来看，为了推动燃气轮机技术的发展，必须接受经验教训，开展机制体制创新。这十年来，尽管以重型燃气轮机型号为引领，开展了相关的燃气轮机高技术研发;但是这些高新技术的原创性不高、系统性不足，所建立的设计体系不够成熟、完备，没有完全建立起发展关键技术的能力。而且对于引进的技术没有进行充分的技术消化吸收。 另外从行业角度来看，机械航空部门壁垒分明，没有各取所长，充分融会贯通。技术开发过程中企业和高校、研究院所的联合不够紧密，科研与技术研发有一定的脱节。要推动我国燃气轮机技术的全面发展，首先要全面开展燃气轮机各项先进技术的研究，包括:先进的燃气轮机总体设计技术，高性能压气机的设计制造技术，高性能透平设计制造技术，先进的热端部件冷却技术，燃料适应性强、高效、低污
燃气轮机结构-燃烧室
第三章燃气轮机 3.1概述 （1）燃烧室功用及重要性 1.保证燃机在各种工况下，将燃料化学能转换为热能，加 热压气机压缩的空气，用于涡轮膨胀做功。 2.燃烧室是燃机的主要部件之一，燃机的性能、可靠性、寿命 皆与它有密切关系。 （2）燃烧室的工作条件 ①燃烧室在高温、大负荷下工作 ②燃烧室在变工况下工作 ③燃烧室在具有腐蚀性的环境下工作 ④燃烧室内的燃烧过程是一个极其复杂的物理化学过程 ⑤燃烧室中的燃烧在高速气流及贫油混合气情况下进行 （“空气分股”、“减速扩压”、“反向回流”） （3）燃烧室的设计要求 ①不同工况下，燃烧室工作应稳定 ②燃烧要安全 ③燃烧室具有最小的流体阻力 ④燃烧室出口温度场应能满足涡轮的要求 ⑤在任何使用条件下，燃烧室都应该迅速、可靠地启动点火，且联 焰性好 ⑥工作寿命长 ⑦燃烧室的尺寸和质量要小 ⑧排气污染应能满足国家标准要求 ⑨检视、装拆和维修应当方便 3.2三种基本类型燃烧室 的结构概述 （1）分管燃烧室 1.结构特点 管形火焰筒的外围包有一个单独的壳体，构成一个分管，沿燃气轮机周围6-16 个这样的分管，各分管用传焰管连通，以传播火焰和均衡压力。 2.优点： ①装拆、维修、检修方便 ②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际 情况 3.缺点： ①装拆、维修、检修方便 ②因各个分管的工质流量不大，调试容易，实验结果比较接近实际 情况
（2）环管燃烧室 1 .结构特点： 若干个火焰筒均匀排列安装在同一个壳体内，相邻火焰燃烧区 之间用传焰管连通。 2.优点： ①适合与轴流式压气机配合，布局紧凑、尺寸小、刚性小； ②气流转弯小，流体阻力小，热散失亦小； ③调试比较容易，加工制造的工作量比分管小。 3.缺点： ①燃烧室出口温度场沿周向不够均匀； ②燃烧室的流体损失较大； ③耗费的材料、工时较多； ④质量较重。
燃气轮机控制系统概况
燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V 摘要:本文介绍了燃气轮机及其控制系统的发展历程,以及燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V的工作原理及主要功能,并列举了几个燃气轮机控制系统的例子。 关键词:燃气轮机;控制系统 SPEEDTRONIC Mark V Gas Turbine Control System Abstract: This paper introduce the development history of gas turbines and their control system, and the functional principle and main features of gas turbine control systems, accompanied by some exemplifying system. Keywords: Gas Turbine; control system 1.燃气轮机控制系统的发展 燃气轮机开始成为工矿企业和公用事业的原动机组始于40年代后期,其最初被用作管道天然气输送及电网调峰。早期的控制系统采纳了液压机械式气轮机调速器,并辅以气动温控,启机燃料限制稳定及手动程控等功能。其余诸如超速、超温、着火、熄火、无润滑油及振动超标等保护均由独立的装置来实现。 随着控制技术的飞快发展，燃气轮机控制系统出现了以燃料调节器为代表的液压机械操动机构,以及用于启、停机自动控制的继电器自动程序控制。继电器自动程序控制,结合简单的报警监视亦可和SCADA(监控与数据采集)系统接口,用于连续遥控运行。这便是于1966年美国GE公司推出的第一台燃机电子控制系统的雏形。该套系
世界重型燃气轮机产品系列发展史及其启示
世界重型燃气轮机产品系列发展史及其启示 导读 重型燃气轮机是发电设备的高端装备，其技术含量和设计制造难度居所有机械设备之首，是机械制造行业的金字塔顶端，在国民经济和能源电力工业中有重要的战略地位。 1、前言 重型燃气轮机是发电设备的高端装备，其技术含量和设计制造难度居所有机械设备之首，是机械制造行业的金字塔顶端，在国民经济和能源电力工业中有重要的战略地位。目前燃气轮机联合循环发电已经达到全球发电总量的五分之一（欧美国家已超过三分之一），最先进的H/J级燃气轮机单循环和联合循环效率已经达到40%—41%和60%—61%，为所有发电方式之冠。燃用天然气的燃机电站污染排放极低，二氧化碳比排放量是超临界燃煤电站的约一半，大力发展天然气发电是包括我国在内的世界各国保护环境和落实《巴黎协定》减少温室气体排放的主要措施之一。 我国党和政府对发展重型燃气轮机产业高度重视，航空发动机与燃气轮机国家科技重大专项（简称两机专项）从今年开始进入实施阶段，已经列为“十三五”发展计划中我国要实施的100项重点任务之首。 从1939年世界第一台发电用重型燃气轮机诞生以来，经过半个多世纪技术进步和企业重组，GE、西门子和三菱公司各自形成了完整的技术体系和产品系列并垄断了全球市场。重型燃气轮机的研发是一项复杂的系统工程，技术难度很高、研发投资巨大、实施周期很长，一旦决策失误，轻则造成不同程度的经济和市场份额损失，重则有可能使公司陷入危机甚至导致公司破产（被兼并）。这三家公司技术上成功的基本经验和教训是什么？这些经验和教训对我国燃气轮机行业自主创新有什么启示？什么是我国燃气轮机行业自主创新应当遵循的科学合理的技术路线？这是我国燃气轮机全行业共同面临的问题。 2、世界重型燃气轮机发展历程综述 1939年在瑞士BBC公司诞生了世界第一台发电用重型燃气轮机，标志着发电行业由汽轮机进入了燃气轮机时代。七十多年来世界重型燃气轮机的发展大致可分为五个阶段： 诞生阶段（1939—1950年代末期）：重型燃气轮机刚刚诞生，仅BBC公司进行研发，产品功率小（不超过4MW）、燃气温度低（不超过800℃）、热效率低于20%。二战期间发展停滞。 早期阶段（1950年代—1970年代末期）：二战结束后美国GE公司、德国西门子公司先后开始研制重型燃气轮机，走的是原始创新的技术路线。三菱公司从1960年代开始研制重型燃气轮机，走的是引进技术消化吸收再创新的路线。三家公司在1970年代后期都完成了原型燃机（功率25MW以下）的研制，燃气温度达到1000℃，效率约26%。研制原型燃机的主要目的是突破并掌握核心技术、选定燃机主机基本结构特别是转子结构、建立试验设备和培养人才。 全球市场第一阶段（1980年代—1990年代中期）：E 级技术发展和成熟期。1980年代初推出的E级基本型号单机功率为31—105MW（50Hz,下同）、燃气温度
燃气轮机控制系统概况模板
燃气轮机控制系统 概况 燃气轮机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V 摘要:本文介绍了燃气轮机及其控制系统的发展历程,以及燃气轮 机控制系统—SPEEDTRONIC Mark V 的工作原理及主要功能,并列举了几个燃气轮机控制系统的例子。 关键词:燃气轮机;控制系统 SPEEDTRONIC Mark V Gas Turbine Control System Abstract: This paper introduce the development history of gas turbines and their control system, and the functional principle and main features of gas turbine control systems, accompanied by some exemplifying
system. Keywords: Gas Turbine; control system 1. 燃气轮机控制系统的发展燃气轮机开始成为工矿企业和公用事业的原 动机组始于40 年代后期,其最初被用作管道天然气输送及电网调峰。早期的控制系统采纳了液压机械式气轮机调速器,并辅以气动温控,启机燃料限制稳定及手动程控等功能。其余诸如超速、超温、着火、熄火、无润滑油及振动超标等保护均由独立的装置来实现。 随着控制技术的飞快发展, 燃气轮机控制系统出现了以燃料调节器为代表的液压机械操动机构,以及用于启、停机自动控制的继电器自动程序控制。继电器自动程序控制,结合简单的报警监视亦 可和SCADA（监控与数据采集）系统接口,用于连续遥控运行。这便是于1966 年美国GE 公司推出的第一台燃机电子控制系统的雏形。该套系统, 也就是后来被定名为SPEEDTRONIC MARK I 的控制系统,以电子装置取代了早期的燃料调节器。 MARK I 系统采用固态系列元件模拟式控制系统, 大约50 块印刷电路板, 继电器型顺序控制和输出逻辑。 MARK II 在1973 年开始使用。其改进主要是采用了固态逻辑系统, 改进了启动热过渡过程, 对应用的环境温度要求放宽了。 在MARK II 的基础上, 对温度测量系统的补偿、剔除、计算等进行改型, 在70 年代后期生产出MARK II ＋ITS, 即增加了一套集成温度系统。对排气温度的控制能力得以加强, 主要是对损坏的排气热电偶
燃气轮机原理与结构解析
图说燃气涡轮发动机的原理与结构 曹连芃 摘要：文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理；对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍；对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。 关键字：燃气涡轮发动机，燃气轮机，轴流式压气机，燃烧室，轴流式涡轮 1. 燃气涡轮发动机的工作原理 燃气涡轮机发动机（燃气轮机）的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转，见图1。 图1-走马灯与燃气涡轮 燃气轮机属热机，空气是工作介质，空气中的氧气是助燃剂，燃料燃烧使空气膨胀做功，也就是燃料的化学能转变成机械能。图2是一台燃气轮机原理模型剖面，通过它来了解燃气轮机的工作原理。 从外观看燃气轮机模型：整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口（燃气出口）。 燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。
图2-模型燃气轮机结构 在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。 图3-燃气轮机工作过程 在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子，如图4所示。
GE公司9F重型燃气轮机的演化解析
GE公司9F重型燃气轮机的演化 . 简介 作为一家拥有130年能源创新历史，并在160多个国家拥有机组运行经验的公司，在发电设备，能源服务及能源管理系统领域中，GE业已成为世界最大、产品最多样化的供应商之一。事实上, 在今天，GE产品承担着全世界四分之一的发电量。作为世界燃气轮机技术的领跑者，GE推出的F级燃气轮机实现了多项业界第一，其中包括：第一家机组交运过1000台，第一家机组在世界范围内运行服役超过3500万小时，同时也是第一家为整体煤气化联合循环发电(IGCC)设计并制造F级燃气轮机的厂商。 融汇大量成熟产品技术，紧跟全球不断变化的电力生产需求，GE 9F燃气轮机持续革新改进，在保持原有F级机组运行灵活性的同时，不断改善发电出力，效率，排放并拓展其应用领域。如今，F级燃气轮机产品线下的9FA和9FB两款机型，拥有着世界领先的技术及性能。 II. 产品的演化 9F级50Hz重型燃气轮机家族已有超过20年的发展历史，1991年，GE推出简单循环出力达212MW，效率达35.0%的9F型燃气轮机。随后，很快又推出了增加了14.5MW出力和更高效率的9FA燃机(01版)。如图1所示，9FA燃机持续改进，接着推出了9FA燃机(02版)以及现在的03版设计。目前，9FA燃机(03版)做了多种针对客户需求的改进，包括了机组性能的提高，运行灵活性的增强和机组可用率的提升。这些技术中包括了增强型压气机，干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+), 热通道部件冷却技术升级及叶片状态监测等。 图1：9F重型燃气轮机的演化
随着客户需求的不断发展，9F燃机家族推出了更高出力和效率的9FB燃机。作为GE最先进的50Hz空冷燃机，9FB燃机应用了与9FA燃机相同的压气机设计并提高压比，使用了新型的可适应更高燃烧温度的热通道部件。从干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+)，到更高性能的新型部件，再到可减少安装时间的模块化辅助系统，9FB燃气轮机正用不断的技术革新来满足客户日益发展的需求。 2011年，为满足客户一直以来对机组运行灵活性的需求，GE推出了FlexEfficiency* 50联合循环电厂，该电厂以全面革新的9FB燃机为基础，结合压气机和透平升级技术, 继续采用干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+), 单轴配置下额定出力可达510MW，满负荷下效率大于60%。FlexEfficiency* 50联合循环电厂设计和燃机设计平行进行，整体优化，确保了机组高水平的运行灵活性。9FB 燃机(05版)，9FA燃机，9FB燃机(03版)性能对比，请参见表1。 9FA和9FB燃机系列运行效率高且兼顾运行灵活性。在考虑燃料成本时，9FB燃机的高效率缓解了燃料成本高企给电厂带来的压力，而在考虑机组成本时，9FA 燃机为简单循环调峰运行和联合循环电厂提供了经济的解决方案。9FA和9FB燃机的运行灵活性可满足当今电网调峰及平衡可再生能源供电波动的快速响应的需求。拥有灵活起停及更低的部分负荷运行能力的9FA和9FB燃机为电厂操作人员提供了适应电力需求波动的最佳选择。此外，9FA和9FB燃气轮机还可满足部分区域电网对于频率波动和欠频运行的要求(具体的偏频运行水平需要根据具体现场和地方法规要求而定。) 机群数据统计 目前，9F燃机累计装机240台，总计运行超过9百万小时和9万次启动。9F机组于20年前推出，目前已遍布世界各地。除了在像西欧这样的发达国家市场上运行(如英国，意大利，西班牙等)， 9FA和9FB燃机市场亦扩展到了新兴市场，例如东欧(拉脱维亚，立陶宛)，北非(阿尔及利亚，埃及)，中东，南美(智利，阿根廷)和中国。图2，图3是一些机组的现场安装照片。
燃气轮机运行规程
V94.2型燃气轮机运行规程 第一章概述 1 第二章设备规范及性能 2 第一节主机技术规范及特性 2 第二节润滑油系统 3 第三节燃油系统及点火系统 5 第四节防喘放气及水洗系统 8 第五节液压油系统 9 第六节燃油前置系统 10 第七节冷却水系统 12 第八节进气系统 13 第九节启动变频器 13 第三章启动 14 第一节总则 14 第二节启动前的准备工作 14 第三节启动操作 24 第四章运行中的监视与检查 26 第五章正常停机 28 第六章水洗操作 29 第一节压气机离线水洗 29 第二节在线水洗 30 第三节透平水洗 31 第七章事故柴油机 33 第一节概述 33 第二节柴油发电机规范 33 第三节柴油机的启、停操作 34 第三节柴油机的维护 36
第八章空压机 38 第一节概述 38 第二节性能参数 39 第三节空压机的启动和运行 39 第四节空压机的正常维护和保养 41 第五节空压机常见故障及其排除方法 42 第六节空压机屏幕上符号说明 45 第九章事故处理 45 第一节通用准则 45 第二节燃烧和燃油系统失常 46 第三节润滑油系统 50 第四节通流部分损坏和机组振动 51 第五节机组超速和甩负荷 53 第七节电气故障处理 54 第十章设备整定值 57 第一章概述 1、机组概况 V94.2型燃气轮机由原西德电站设备联合制造有限公司（Krartwerke Unit AG-KWU）研究制造。采用单缸单轴、轴向排气的结构，具有设计合理、运行可靠、寿命长、适合多种燃料、检修方便等优点。既适于作为电网的基本负荷机组，也适合于作为调峰机组。转子由端面齿结构传扭，拉杆是空心轴，可调节的进口导叶，低负荷时，提高了机组的经济性。透平有四级，燃烧室为两个侧立的大面积燃烧结构，每个燃烧室装有八个便于拆装的喷嘴，喷嘴为组合式，回流控制。发电机是冷端驱动，有刷励磁方式，可用于变频启动，设有闭式循环水冷却系统。 2、燃机性能数据表：（不考虑燃机喷水） 名称单位 1 2 3 4 5 6 7 燃料 180#重油 180#重油 180#重油 180#重油 LNG LNG LNG 大气压 kpa 1.013 1.013 1.013 1.013 1.013 1.013 1.013
重型燃气轮机发展情况概述
重型燃气轮机发展情况概述 燃气轮机热效率高、污染低、可靠性和维护性好、可用多种燃料、不用或少用冷却水等优点,是多学科和多工程领域综合发展的高科技产品。自20世纪40年代问世以来，燃气轮机技术及产业发展迅速，目前已开始应用蒸汽冷却技术，透平温度达到1400℃，功率和效率更高，H级燃气蒸汽联合循环发电机组，单机联合循环功率已接近50万千瓦，效率已达55%～58%。然而燃气轮机制造涉及多学科一系列高技术的组合，一些发达国家对其部件出口和技术交流均有限制，虽然通过多年努力我们在燃气轮机技术上已取得了显著成效，但是仍需进一步攻克核心技术，取得燃气轮机关键技术、设备自主设计和制造能力。 一、大力发展燃气轮机的必要性和可行性 1. 燃气轮机是调整能源结构和推动工业发展的广泛需求 2010年，我国一次能源产量达到28.5亿吨标准煤，居世界第一，消费总量达到32.5亿吨标准煤。电力装机翻倍增长，总装机规模达到9.65亿千瓦，居世界第二；自2005年起，我国装机每年跨越一亿千瓦的平台，陆续实现了历史性跨越，迈上了一个又一个新台阶。五年新增发电装机规模，相当于建国至2002年50多年的总和，也相当于英国、法国、意大利三个发达国家电力装机的总和，创造了世界电力发展史上的奇迹。但以煤为主的能源结构造成大气严重污染，世界银行估计空气污染每年给中国造成的直接损失占国内生产总值的8%～12%。因此，发展清洁能源势在必行。世界新增的发
电容量中有35%左右是由燃气轮机联合循环机组提供的。多数专家估计，在未来20年，亚洲将越来越依靠天然气发电，到2020年天然气发电的比例将占15％，发展燃气轮机技术对于提高天然气等清洁燃料的应用比例、优化能源结构具有重要作用。 燃气轮机的用途广泛，在电力领域和其他工业领域都有重要应用。除用于基本负荷发电外，燃气轮机启停方便、功率较大，还可用于备用电站、热电联产、尖峰负荷发电等，是电网调峰、提供清洁可靠、高质量发电及热电联供的最佳方式。 燃气轮机除可利用天然气、液化石油气等高热值燃料外，还可以利用高炉煤气、整体煤气化联合循环（IGCC）合成气、焦炉煤气等中低热值燃料，对调节能源结构起到促进作用。如20世纪90年代后，美国、西欧就相继建成了数座20～30万千瓦的大型IGCC示范电站，并投入商业化运行，许多国家都加快了IGCC等洁净煤发电技术的发展步伐。 除发电外，燃气轮机还广泛用于驱动压缩机和泵等机械的动力源。目前，天然气长输管线压缩机和大型输油管线增压泵的驱动只能采用燃气轮机或 电动机，如我国“西气东输”工程加气站用的燃气轮机基本由英国“罗罗”公司和GE公司中标，其产品价格昂贵且不转让技术；化工工业以及舰船、机车驱动等也都广泛用到燃气轮机。 此外，分布式发电系统采用的微型燃气轮机是一类新型发动机，近年来，随着全球范围内的能源与动力需求结构以及环境保护等要求的变化，微型燃
重型燃气轮机发展现状及发展研究
重型燃气轮机发展现状及发展研究 摘要：文章对重型燃气轮机的发展背景以及国内外重型燃气轮机的发展现状进行分析，展望未来重型燃气轮机的发展趋势，并对未来我国重型燃气轮机行业的发展提出了几点建议，以供参考。 关键词：重型燃气轮机；发展现状；发展趋势 1引言 近年来随着我国经济的快速发展以及工业化进程的不断加快，我国的燃气轮机在工业领域中的应用数量在不断增大，而且在发电领域中由于具有较高的效率、较小的污染以及较短的建设周期和较快的收效而被广泛应用。尤其是在进入上世纪80年代以来，随着全球冶金以及3D打印等先进技术的发展和进步，燃气轮机的单机容量和参数也在不断增大，成为现有热功转换发电系统中效率最高的大规模商业发电方式。为此，文章就针对目前国内外中性燃气轮机的发展现状进行介绍，并对未来重型燃气轮机的发展趋势进行展望，为我国重型燃气轮机的发展提出建设性的建议。 2国内外重型燃气轮机发展现状 2.1国外重型燃气轮机的发展现状 国外的重型燃气轮机发展主要经历了三个阶段，在上世纪90年代之前所出现的重型燃气轮机属于常规级的燃气轮机，也就是B、D级别，其单机功率、效率以及联合循环效率都比较低。随着进入本世纪以来各项技术发展，重型燃气轮机也进入了当代级别，也就是E、F级别，后来在2010年以后重型燃气轮机又进入了先进级别，也就是G、H级别，无论是初温，还是单机功率、效率以及联合循环效率都有了较大的进步和发展。未来重型燃气轮机的单机效率有望突破45%并持续增加，而且联合循环效率也会达到65%。目前国际上重型燃气轮机市场的垄断现象比较严重，主要的燃气轮机公司有GE、西门子以及三菱日立等公司，这几家公司的产品也代表着本行业中的最高水平。目前各个公司的主要代表机型就是H级以及J级重型燃气轮机，就是在原有的技术基础上对其主要的压气机、燃烧时以及透平等进行了发展和创新。 2.2国内重型燃气轮机的发展现状 我国对重型燃气轮机的研究开始于上世纪50年代，然后进行自主研发和设计生产大概在上世纪的60到70年代，而且在上世纪的80年代，我国的部分企业开始与国外上述比较大型的企业建立合作关系，并引入了国外的先进技术，尤其是以我国的哈尔滨电气、东方电气以及上海电气集团为主。经过多年的技术引进以及联合开发，我国的重型燃气轮机的科研和生产能力有了飞速的发展和进步。而且在引进目前国外比较先进的E级以及F级燃气轮机的基础上，以上述几家大型公司为核心，也开始形成了相应的燃气轮机制造产业群。在各个行业中已经进行了上述两个级别的重型燃气轮机以及配套的燃气-蒸汽联合循环全套发电设备的较高设计与生产能力。但是在目前已经实现了国产化的装配和制造的同时，还需要加大对核心技术的深入研究，争取实现核心技术的自主研发，以及相关热端部件的制造，还有维修技术以及控制技术的自主研发。 3重型燃气轮机发展趋势 在目前我国不断进行能源结构调整以及对各个行业提出较高的环保要求的同时，中心燃气轮机的发展更是需要向以下几个方面进行发展：首先就是要对燃气轮机的参数进行进一步提高，主要目的就是实现循环热效率的提高。其次是提
燃气轮机结构-涡轮
第四章涡轮 涡轮概述 一:涡轮功用 把来自燃烧室的高温、高压燃气中的部分热能和压力能转换成机械功，用以带动压气机、附件和外负荷。 二：按燃气流动方向分类 轴流式径流式（离心式、向心式） 三：涡轮工作条件 高温、高转速、频繁剧烈热冲击、不均匀加热及由于转子不平衡和燃气压力、流量脉动造成的不平衡负荷的作用。 四：船舶燃气轮机涡轮 船舶燃气轮机多应用轴流式涡轮。其特点是功率大、燃气温度高、转速高、效率高。 燃气发生器涡轮（增压涡轮）：用来带动压气机和附件； 动力涡轮：用来带动减速器-螺旋桨或其他负荷，输出功率 五：涡轮通流形式 平的 扩张型：等中径通流等内径通流等外径通流
涡轮转子 一：涡轮转子组成 涡轮盘、涡轮轴、工作叶片、连接零件 二：盘与轴的连接 1.不可拆卸式结构：销钉连接整体结构或焊接 2.可拆卸式结构：螺钉连接短螺栓连接
三：盘与盘的连接 盘与盘地连接也分为不可拆卸和可拆卸两种结构，如下为典型连接： 不可拆卸式的径向销钉连接用长螺栓连接的可拆卸结构用短螺栓连接的可拆卸结构四：工作叶片及其与轮盘的连接 1：工作叶片工作环境： 离心力、气动力、振动负荷、受到燃气腐蚀、冷热疲劳 第一级工作叶片工作条件最恶劣，决定燃气初温选择，直接影响燃气轮机性能和可靠性 2：工作叶片组成 叶身、中间叶根、榫头（有些叶尖带有叶冠） 3：中间叶根作用 可以减少向轮盘传热，改善榫头应力分布不均匀；可以通冷却空气，降温，减少热应力，减轻轮盘质量。 4：榫头 叶片用枞树形榫头连接，承受负荷、离心力大、高温下工作。 故需满足：a.允许榫头受热后自由膨胀 b.传热性能好，叶片热量容易带走5：工作叶片的固定： 涡轮静子 一：涡轮静子组成 涡轮外环、导向器、涡轮支撑、传力系统 二：涡轮机匣 1：结构特点 一般采用整体式，且采用与燃机轴线垂直的分开面，将外环分成几部分 也有用于纵向剖分面的分开式结构的机匣，但多用于多级涡轮的情况 : 2：径向周向定位 通常采用圆柱表面实施，也有用几个不等距的精密配合的销钉作为定位件，再用精配螺栓附加定位
燃气轮机润滑油系统外接净化设备案例分析
燃气轮机发电技术第14卷 第3/4期2012年10月 燃气轮机润滑油系统外接净化设备案例分析 袁柏山 （爱索普流体科技有限公司上海代表处，上海 ２０１２０６） 摘要：美国坦帕电厂７台ＧＥ ７ＦＡ燃机润滑系统于２００５年１２月安装外接净化设备，经过４年多的持续运行，获得了超预期的净化效果。本文通过对运行过程的跟踪和检测数据的分析，重点阐述了净化设备的运行过程和机理，对国内燃机润滑系统的维护和清洁具有非常实用的借鉴价值。关键词：燃气轮机；润滑系统；污染；胶质物；平衡电荷净化 0 前言 坐落于美国佛罗里达州的坦帕电厂有7台GE 7FA 燃气轮机，投入运行4年后发现燃机润滑系统内出现大量的胶质污染物，油质开始变黑，伺服阀等控制部件出现卡涩故障，虽采用了传统的机械过滤但仍无效果。厂方一度考虑换油，后经GE 工程师的推荐，于2005年12月尝试使用油箱旁路在线BCA TM -平衡电荷净化设备，希望以此去除系统内的胶质物、延长润滑油使用寿命。实践证明：此举不但省去了换油的成本，而且由于安装的外接净化设备，燃机润滑系统又持续运行4年至2010年大修时，发现整个润滑系统内部洁净如新，胶质污垢被彻底清除，检测后的油质状况指标多好于新油，仍可继续使用下去。7台机组的油样外观和指标如图1所示，油质各项指标如表1所示。 1 检测数据分析 表1中：1A 、1B 、2D ….分别代表7 台机组。 图１［１］ 取自七台机组油样 表1中：Varnish Potential —表示系统内“胶质物前兆”指标，胶质物的等级是按照目前一致公认的QSA —即超离心和定量分光光度分析法将系统内的胶质物前兆按严重程度划分成1～100个数量等级。指标在２0以下可以认为润滑系统是比较洁净的，20～40表示轻度的胶质物污染，超过40说明胶质物污染比较严重，需要考虑采取措施对系统内的胶质物进行清除。表1中使用了8年的润滑油系统内的潜在胶质物在5～13之间，说明系统内基本上没 有胶质污垢存在了。 表1中的Gravimetric patch —表示“切片重量分析”，其试验方法与ASTM D893类似，和QSA 一样，也是检测系统内胶质物前兆的一种方法，具体试验方法是使油样经过0.4或0.8m 孔径的滤膜，然后 表１［１］ 七台机组油样检测指标
燃气轮机原理(精华版)
QD20燃机轮机机组 第 1章概述 1.1 燃气轮机简介 燃气轮机（Gas Turbine）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（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备等。 走马灯是燃气轮机的雏形我国在11 世纪就有走马灯的记载，它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上升热气推动顶部风车及其转轴上的纸人马一起旋转。15世纪末，意大利人列奥纳多〃达芬奇设计的烟气转动装臵，其原理与走马灯相同。 现代燃气轮机发动机主要由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。图1-2为开式简单循环燃气轮机工作原理图。压气机从外界大气环境吸入空气、并逐级压缩（空气的温度与压力也将逐级升高）；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气；然后再进入透平膨胀做功；最后是工质放热过程，透平排气可直接排到大气、自然放热给外界环境，也可通过各种换热设备放热以回收利用部分余热。在连续重复完成上述的循环过程的同时，发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。 燃气轮机动力装臵是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力（例如：电能、机械能或热能）所必需的基本设备。为了保证整个装臵的正常运行，除了主机三大部件外，还应根据不同情况配臵控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。 燃气轮机区别于活塞式内燃机有两大特征：一是发动机部件运动方式，它为高速旋转、且工质气流朝一个方向流动（不必来回吞吐），使它摆脱了往复式动力机械功率受活塞体积与运动速度限制的制约，在同样大小的机器内每单位时间内通过的工质量要大得多，产生的功率也大得多，且结构简单、运动平稳、润滑油耗少；二是主要部件的功能，其工质经历的各热力过程是在不同的部件中进行的，故可方便地把它们加以不同组合处理，来满足各种用途的要求。 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，可不用或少用水；另是多为内燃方式，使它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地减少；再是高温加热高温放热，使它有更大的提高系统效率的潜力，但也使它在简单循环时热效率较低，且高温部件需更多的镍、铬、钴等高级合金材料，影响了使用经济性与可靠性。 自 20 世纪60 年代首次引进6000kW 燃气轮机发电机组以来，我国已建成不少烧油气的燃气轮机及其联合循环发电机组。但由于我国一次能源以煤为主的消费结构，并受到规定的“发电设备只准烧煤”的前燃料政策的制约，目前我国燃气轮机在现有发电设备装机容量中，占有量很小，只有700 万kW 左右，且绝大部分为进口的。但发展速度很快，正在建设和计划的就超过800 万kW，正在建设的一批大型35 万kW 级燃用天然气的联合循环电站。随 着天然气和液体燃料在一次能源中比例的上升和燃气轮机燃煤的技术成熟之后，燃气轮机在我国发电设备中的比例将会愈来愈大。研究表明，由于燃气轮机在效率，环保和成本方面的优势，我国在电站基本负荷发电、老电站技术更新改造、洁净煤发电技术、石油与天然气的输运和高效利用以及舰船、机车交通动力等领域对燃气轮机都将有较大的需求。许多专家还强调燃气轮机在西部大开发中的重要性，国家构想实施的新世纪四大工程：西气东输，西电东送，青藏铁路，南水北调，前三个都与燃气轮机有关。总之，以燃气轮机为核心的总能系统也将成为我国跨世纪火电动力的主要发展方向，我国将是世界最大的燃气轮机潜在市场。 第2章燃气轮机热力循环 2.1热力循环的概念 热力循环是指热力系统经过一系列状态变化，重新回复到原来状态的全部过程。热力循环分为正向循环及逆向循环。将热能转换为机械功的循环称为正向循
燃气轮机组成
燃气轮机组成 燃气轮机是一种连续回转的内燃、叶轮机械式的新型热机，主要由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成 燃气轮机工作过程 压气机连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；燃气透平所发出的功一部分用于带动压气机工作，剩余的功作为燃气轮机的输出功。 燃气轮机按功率大小分类 微型燃气轮机：民用发电领域（分布式能源系统、废气燃烧发电、小型调峰电站）;军事领域（飞机动力、舰船辅助动力、坦克及军用车辆动力、军营发电设备、武器（导弹）发电设备）。 中小型燃气轮机：船舶燃气轮机、工业驱动燃气轮机、发电用燃气轮机 重型燃气轮机：发电用燃气轮机（蒸燃联合动力） 燃气轮机按应用分类 船舶燃气轮机：是指在参数、材料、结构和运行性能等方面都能满足船舶航行技术要求的燃气轮机。 航空燃气轮机：是指在参数、材料、结构和运行性能等方面都能满足船舶航行技术要求的燃气轮机。 地面燃气轮机：是泛指在地面应用的燃气轮机，如发电用的燃气轮机。 结构紧凑，质 量轻，功率密 度大；体积 小、占地面积 第二章 本章重点： 掌握轴流式压气机转子结构，轴流压气机静子结构，封气装置，进气和防冰装置，减荷装置，轴流压气机的防喘装置 本章难点： 能通过压气机总图分析出压气机结构组成、设计特点。 压气机功用
压气机是燃气轮机三大部件之一，通过消耗机械功率提高流过它的空气的压力供给燃烧室以符合要求的压缩空气。 分类 压气机结构形式和气流特点：轴流式、离心式和组合式压气机。 转子数目：把轴流式压气机分为单转子、双转子和三转子结构的压气机。 进口气流相对速度：压音级、跨音级压气机 轴流式压气机通流形式 等内径、等外径和等平均直径 压气机组成 由进气装置、压气机转子、压气机静子和防喘装置等部分构成，如图 轴流压气机转子(M701，GE9FA) 由工作叶片、轮盘、轴和一些连接件等组成。 转子的功用 把由涡轮传来的机械功通过工作叶片加给空气。
燃气轮机
燃气轮机 定义： 由压气机、加热工质的设备(如燃烧室)、透平、控制系统和辅助设备组成，将气体压缩、加热后送入透平中膨胀做功，把一部分热能转变为机械能的旋转原动机。 燃气轮机 燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机可以是一个广泛的称呼，基本原理大同小异，一般所指的燃气涡轮发动机，通常是指用于船舶（以军用作战舰艇为主）、车辆（通常是体积庞大可以容纳得下燃气涡轮机的车种，例如坦克、工程车辆等）。与推进用的涡轮发动机不同之处，在于其涡轮机除了要带动传动轴，传动轴再连上车辆的传动系统、船舶的螺旋桨等外，还会另外带动压缩机。至17世纪中叶，透平原理在欧洲得到了较多应用。 编辑本段发展 燃气轮机是一种先进而复杂的成套动力机械装备，是典型的高新技术密集型产品。作为高科技的载体，燃气轮机代表了多理论学科和多工程领域发展的综合水平，是21世纪的先导技术。发展集新技术、新材料、新工艺于一身的燃气轮机产业，是国家高技术水平和科技实力的重要标志之一，具有十分突出的战略地位。 由于多方面的原因，我国燃气轮机同国际先进水平相比仍存在很大差距，尚未形成真正的产业。诸多领域动力落后的状态，已成为制约国民经济发展的“瓶颈”，其技术仅被世界上少数几个发达国家所控制，目前，先进的燃气轮机在西方国家仍然限制对华出口。 《2013-2017年中国燃气轮机行业发展前景与投资预测分析报告》[1]显示，燃气轮机属于重大核心装备，如果长期依赖进口，在关键技术上受制于人，不利于我国燃气轮机动力产业及相关产业的健康、快速发展。从市场容量看，我国新世纪四大工程中“西气东输”、“西电东送”、“南水北调”等三大工程均需要大量30兆瓦级工业型燃气轮机，同时我国舰船制造业的健康快速发展需要大量30兆瓦级舰船燃气轮机，我国已成为世界最大的燃气轮机潜在市场。 面对经济全球化、国际燃气轮机市场激烈竞争和国外高度垄断的新形势，国家对我国民族燃机产业的发展非常重视，国家发改委和科技部已经将我国燃气轮机市场发展的思路和对策纳入“十二五”及长期发展规划中，重型燃气轮机是国家优先发展的10项重大技术装备之一。是国家
重型燃气轮机燃烧系统和控制系统升级改造分析
重型燃气轮机燃烧系统和控制系统升级改造分析 发表时间：2018-12-27T10:25:30.557Z 来源：《电力设备》2018年第23期作者：胡智勇 [导读] 摘要：近年来天然气燃料越发丰富，使得燃烧稳定程度、环保排放等问题得到社会广泛关注。 （珠海深能洪湾电力有限公司） 摘要：近年来天然气燃料越发丰富，使得燃烧稳定程度、环保排放等问题得到社会广泛关注。想要消除风险隐患，满足排放标准以及稳定燃烧，必须及时展开重型燃气轮机燃烧系统、控制系统的升级与改造，从而实现能源电力体系的可持续健康发展等目标。 关键词：重型燃气轮机；燃烧系统；控制系统；燃烧室 因为各种因素的影响下，使得我国燃气轮机核心技术开发等方面有着较大不足，针对技术性人才、核心技术的储备工作更是严重欠缺，无法有效服务于整个行业的进步和创新。针对这种情况，要求我们必须提高投资和扶持力度，促使重型燃气轮机的自主研发工作顺利开展，增强行业竞争能力。同时，相关研发团队也需要实时关注和学习国际范围的科学发展形势，探索科学发展方向，基于基础研究学习的条件上更全面的掌握核心技术，实现前瞻性研究方向。 1.重型燃气轮机的燃烧系统改造实施 1.1DLN 2.6+燃烧室本体硬件 燃烧系统的改造和升级包括全新DLN2.6+全套部件，针对18个燃烧室全部更换，确保燃烧室各部件及时升级。若喷嘴末端的尺寸出现变化，需要增加至18.5英寸且相关部件均应该使用全新产品。过渡段、燃烧筒、联焰管以及燃料喷嘴在结构设计、基材、耐磨处理、涂层等方面展开优化，将燃烧部件检修间隔调整成24000小时，过渡段、燃料喷嘴、燃烧筒以及端盖使用寿命增加为8000小时。概况来讲，硬件升级包括：一是，燃料喷嘴。前端缸体，进一步扩大结构进行增大前端的匹配。PM1（中心喷嘴），相较于DLN2.0而言，PM1的铸造一致，但是扩散燃烧的尖端明显不同。端盖，将环管升级为适合PM3内外管道以及PM1扩散管道。5个外围喷嘴，为满足PM3设计标准，法兰应该包含额外的两个螺栓孔；二是，火焰筒。采取增提高参数进行稳定性的维护；三是，过渡段。包含了内外部密封件，在过渡段的后端套筒增设片装密封，使用更加现代化的密封手段；四是，导流衬套。借助于热传递优化、完善环体设计控制压降；五是，波纹型联焰管。增强系统可靠性的同时降低零件的使用数量，进而缩短安装的时间、减少现场维修费用；六是，后端缸体。设计为锥形，有效匹配增大前端；七是，端盖装配。防漏碟片、后端碟片进行中心喷嘴的匹配调整。 1.2独立燃气模块与内部组件 因为增加管理系统、阀门，使得全新设计相较于现有配置更大，长度更是提高1.5m，合理扩大内部作业有效空间，为后续维护和检修提供便利条件。对比于原配置，为充分提高运行可靠程度，四个控制阀门应用高复原设计，阀门增加行程实现了上游气压的降低。采取P2滑压设计进一步保障运行稳定程度，燃气控制阀尺寸为2个六寸阀、1个四寸阀、1个三寸阀。在模块中及时增加吹扫空气、天然气的管道并且要求吹扫管路的数量增加到3路。 1.3燃气管道系统 正式运行燃气以及燃油时，管路系统为多喷嘴燃烧室带来充足燃料与清吹空气。新型DLN2.6+燃烧系统包含18个燃烧室，燃料管路连接着燃烧室外端盖与控制模块，各燃烧室需要一个独立性控制系统与4级燃料管路，并且各管路配备独立环管与控制阀门。 2.重型燃气轮机的控制系统改造实施 2.1MarkVI升级为MarkVIe 对于硬件设施，保留现有的控制柜条件上增设嵌入式面板，更换全部原控制设备与IO卡件、电源模块。同步更换或移除端子板与模件、电源模块与分配板、控制器、接地铜牌、连接块以及内部电缆，保留现场电缆、接地电缆、机柜外壳以及电源进线等。设定现场全部电缆长度充足，能够直接连接在新端子板，如果长度不足则采取中间端子方式进行连接。控制器中应用全新设计逻辑和算法，主要涉及到新型燃机排气温度控制线、DLN2.6+、OPFLEXREADYSTRATUPNOX等控制软件。此外，人机界面也需要进行升级，更换全部计算机设备（四台操作员站、四台工程师工作站、一台历史站）。安装并使用WIN7系统，选择GE的CIMPLICITY操作软件与TOOLBOXST组态软件。 2.2危险气体保护系统的升级 把燃料模块与透平间现行的催化危险气体传感设备替换为高温适应性强、抽气取样性、自动化修定以及可判定漂移的红外线监测系统，抽气传感器原理是由燃机中通风管道进行样品抽取，至高浓度的燃气泄漏保护系统中展开监测，而仪表气主要用来低压区取样。同时，红外检测机理则是使用烃类物质进行红外能量吸收，对比收回和发出红外能量，从而监测出高浓度的燃气泄漏保护可能程度。各传感器借助于导管或者插入通风管道、进行燃机间取样器的连接。取样器携带高温性过滤器，能够有效抵御细小性颗粒落入取样系统内。其中，高浓度燃气传感器上游由粒子聚合物过滤设备进行气体净化并且把过滤物质沉降下来，传感器下游带有流量开关，保证流量大于等于允许值。升级之后燃料模块探头机组跳闸的保护逻辑应该符合以下任一条件：第一，9B、9A两探头持续6秒探测可燃气体的浓度超出25%；第二，1B、1A两探头持续6秒探测可燃气体超出18%；第三，1B、1A若一个出现故障但另外一个探测值超出18%并且持续6秒；第四，9B、9A若一个出现故障但另外一个探测值超出25%并且持续6秒，上述条件的故障指探头处于流量消失或则校验模式，探测值-6.25%以下。 2.3升级机组性能检测系统 机组性能检测系统（EMPA）主要应用在电厂机组性能监督和控制、工厂运营优化软件包，帮助用户更加快捷的检测各层系统设备性能，由部件级至设备级、最终到达厂级，定量研究各级设备性能是否出现下降状况。机组性能检测系统借助于能量、质量平衡的GC模型计算，验证和修正压力、流量以及温度。同时，性能计算过程中对各设备建立起热力模型，更加准确的测算设备期望值。综合分析模型性能，可以监测出性能变化的诱因是设备性能还是环境因素，为后续设备维护和运行管理、机组运营的经济分析与决策提供参考依据。 结束语 总而言之，本文综合性分析了重型燃气轮机的燃烧系统、控制系统升级改造的实施内容，采取现代化工艺设备与控制算法、系统，促使系统升级和改造之后在运行稳定程度、燃料适应性以及环保排放等方面得到大幅度提升，最终获得更加理想的社会效益和经济效益。