燃气轮机结构

2 1燃气轮机压气机 按照空气流动方向与轴关系划分轴流式与离心式压气机 1 进口收敛器 2 进口导流器 3 工作叶轮 4 扩压时列 5 出口导流器 6 出口扩压器 7 转子 8 气缸 或机匣 9 端轴 轴流式压气机的一个级只有1 15 1 35左右 实现高压比需多级 离心式压气机 1 进口导流器 2 工作叶轮 3 无叶扩压器 4 有叶扩压器 5 排气管 6 连接轴 主要应用在小型 微型燃气轮机 一级离心式压气机就可以达到4 5或更高的压比 在压气机特性线的左侧 有一条喘振边界线 这表明 压气机在一定的转速下运行时 如果空气流量减小到一定程度 运行工况点进入了喘振边界线左侧的区域 那么整台压气机就不能稳定地工作 这时 空气流量会忽大忽小 压力会时高时低 甚至会出现气流向压气机进口方向倒流的现象 同时还会发生巨大声响 机组伴随有强烈振动 这种现象通称为喘振 几何入口角 lj与几何出口角 2j 中弧线在叶型入口边和出口边的切线与前 后额线之间的夹角 冲角i 1j 1 图3 17压气机叶栅中旋转脱离现象的发生 冲角加大 冲角减小 如果某一个叶片上由于正攻角过大而发生了脱流 但相邻叶片还没有发生 则这一叶片处就会发生局部的气流堵塞 迫使来流向两侧偏转 在该叶片前方 相对于叶片运动方向而言 来流攻角会变小而抑制了脱流的趋势 但其后方的来流攻角会进一步加大而很快发生脱流 与此同时 原来发生脱流的叶片却因其后方叶片的脱流而状况改善 并退出脱流 这种情况就像脱流区沿着周向在传递一样 防喘振措施 在设计压气机时留有较大的 喘振裕度 例如可以在设计工况时在前面各级预先取一定的负攻角 这样在低转速变工况时即使攻角增加也不容易达到旋转脱离的程度 2 在选用现成的压气机时 将燃气轮机机组的设计运行点选在离压气机喘振边界较远处 从而留出一定的安全裕量 3 在轴流式压气机的第一级 或者前面若干级中 装设可调旋转导叶 作为防喘措施 对于高压比的压气机有时前面三级都装有可转导叶 4 在压气机通流部分的某一个或若干个截面上 安装防喘放气阀 5 把一台高压比的压气机 分解成为两个压比较低的串联运行的高 低压压气机 并分别用两个转速可以独立变化的透平来驱动 2 2燃气轮机透平 轴流式大型燃气轮机 流量大 径流式 离心式和向心式用于微燃机 小功率燃机 透平叶片的冷却 燃气轮机的发展靠高温材料和冷却技术 两者相辅相成 图1燃气初温逐年提高情况 叶片冷却形式 1 对流冷却冷却空气流经叶片内部流道后 自叶片的 端或出气边排出至主燃气流中 空气靠与叶片内部通道壁面的对流放热来冷却叶片 因而称为对流冷却 图2板料焊接的对流冷却静叶片 图3板料焊接的对流冷却动叶片 图4冷却叶片自叶顶排出的动叶 2冲击冷却在空心的叶片内部加一导管 导管上开有许多小孔 冷却空气先流入导管 再从导管上的小孔流出去冷却叶片 下图为一有冲击冷却的静叶导管上开的一排小孔正对着片进气边内表面 冷却空气自小孔流出直接冲击进气边内表面进行冷却 故称冲击冷却 图5有冲击冷却的静叶 3 气膜冷却冷却空气从空心叶片顺着燃气流动方向流出 在叶片表面形成一层膜 把叶片表面而与燃气隔开而对叶片起到保护作用 同时冷却叶片 为气膜冷却 4发散冷却当空心叶片用多孔的透气材料做成时 叶片内部的冷却空气就象 出汗 那样自叶片表面流出 为发散冷却 图6发散冷却叶片与表面温度 图7多排冲击和气膜冷却的综合冷却静叶 图8采用冷却技术后 典型的静叶出口温度与叶片温度 Xgl 冷却空气系数Xgl GL Ga这里GL为从压气机抽出用于冷却燃气透平叶片空气量Ga为进入燃气轮机压气机的流量 燃气轮机初温越高所需冷却空气流量越大 冷却空气系数越大 图9燃气轮机初温与冷却空气系数的关系 未来冷却技术的发展 1 采用综合冷却手段提高冷却效果 2 提高工作可靠性 3 蒸汽冷却 图10GE H型燃气 蒸汽联合循环系统 燃机透平特性 四个特征参数 折合流量 膨胀比 折合转速 效率 知道其中任意两个可知其它参数 图燃机透平通用特性曲线的表示方法 联合运行工况点确定 压气机与透平转速相同 压比与膨胀比之间存在联系 燃烧室燃烧的稳定性 燃烧效率 火焰筒的有效冷却 燃料喷嘴的合理布置 多种燃料的适应性 燃烧室结构分类 1分管燃烧室 2 环管型燃烧室 3环行燃烧室 4圆筒形燃烧室 低污染燃烧技术1 干式低排放 DLN 或称为 drylowNOx DLN 燃烧室 NOx生成温度1650度干式低污染燃烧的基本措施就是 贫预混 即以适当的过量空气系数将空气与燃料预先混合均匀后再进入燃烧室燃烧 这就从根本上改变了传统的以扩散燃烧为主的概念 预混燃烧的特点是反应区内的燃料浓度和反应温度都是均匀的 也是预先通过燃料和预混空气的配比加以严格控制的 图3 33DLN燃烧室的一个火焰筒示意图 2 催化燃烧 其基本思想是在燃烧室的适当部位引入催化燃烧组件 模块 催化燃烧的特性是具有 化学恒温作用 这种组件实际上是由金属薄片衬底构成的蜂窝结构 衬底上涂敷催化剂 可燃混合物通过时与催化剂有很大的接触面积 催化剂组件由多个截面区域组成 每个区域具有专门的功能 以达到特定的燃烧温度 因此不论可燃混合物浓度如何 即使燃料 空气比很高 在催化剂组件中进行无焰燃烧时也可以控制在较低的反应温度 从而将NOx的产生控制在极低的水平 图3 34催化 Xonon 燃烧室示意图 GE的DLN燃烧室 关于燃烧室初温T3的定义 由于燃气轮机透平叶片需冷却 因而在不同部位注入冷却空气 导致了有不同的温度 1 燃烧室出口温度TA 2 燃气轮机透平第一级喷嘴后的温度TB 3 以进