M701F燃气轮机压气机入口可变导叶机构介绍

1、M701F燃气轮机压气机入口可变导叶机构介绍梁珊珊(东方汽轮机厂产品开发处.I用川徳阳618000)摘要：就压气机转性分析7IGV的功用、原理,介绍TM701F型燃机可变导叶机构结构与控制。关键诃：燃气轮机：压气机：喘掘：IGV中图分类兮：TK474.8文献标识码：B文章编1001-9006(2006)03-0058-04IntroductionofM701FGasTurbineCompressorInletGuideVane仃GV)LIANGShan-shan(DongfangSteamTurbineWorksDeyang618000China)Abstract：Onthebasisofth

2、ecompressorcharacteristicthispaperanalysesthefunctionandtheory*ofIGVaswellasifsstructureandcontrol.Keywords：gasturbine:compressor:surge:IGV第20卷第3期2006年9丿Vol.20No.3Sep.2006#DongfangElectricReview第20卷第3期2006年9丿Vol.20No.3Sep.200659DongfangElectricReview收稿日期:2(X)6-05-17作者简介：梁圳珊(1977-).女，1998年毕业西安交人能动学院热

3、力涡轮系，观任职东方汽轮机厂设il研究所燃机室.引言M701F燃气轮机联合循环单轴组ISO功率为398MW,其压气机由17级组成,轴流式,升压比17。为改善压气机喘振特性和燃气轮机低负荷性能，该机型压气机首级叶片入口特采用可变导叶(IGV)的结构。本文试从压气机喘振发生机理入手，阐述M701F型燃机之可变导叶(IGV)的结构和操纵方式。1 喘振发生机理用气机存在不稳定匸况，喘振是t中比较严重的一种。所谓喘振,就是压气机在一定转速下运行时，如果空气流量减小到一定程度，运行工况点跨越了压气机特性曲线喘振边界线从而进入了不稳定区域,此时空气流量忽大忽小，压力会时高时低,甚至出现气流向压气机进口方向倒

4、流的现象，同时还会发生巨大的声响，机组伴随着强烈振动。压气机为什么会发生喘振呢?它的起因是压气机通流部分中出现“旋转脱离”现象，为空气体积流鼠增大时，气流的轴向速度就要増大，假定转速不变，那么该级叶栅的进口气流角度和a2都要相应增加，如大于叶栅安装角就会产生负冲角，、勺负冲角加大到一定程度时，在叶片的内弧面就会发生气流边界层的局部脱离现象，见图2(a)o但是，这个脱离区不会继续发展，因为当气流沿着叶片内9K侧流动时，在惯性力的作用下，气体的脱离区会朝着叶片的内弧面方向挤拢和靠近。可是，当流经叶栅的空气体积流量减小时，进口气流角度和2都要相应减小，当它们减小到图1M701K燃气轮机纵剖而图/0图

5、2爪气机叶栅气流脱离现象一定程度后(即产生正冲角)，就会在叶片的背弧侧产生气流边界层的脱离现象，见图2(b)，而且在惯性力的作用下，存在着一种使气流离开叶片背狐而分离出去的口然倾向。出这种脱离发展到儿个大的脱离区并随着叶轮以低于转速的旋转速度旋转，就产生了旋转失速。旋转失速分为两类：一类是渐进失速，一类是突变失速，后者比前者更不稳定。但是对于幣台压气机来说，这两种失速是并存的，“I失速严雨的时候，就会出现喘振。从压气机运行来说，有以下儿个原因容易造成喘振的发生：(1)压气机空气流皐小于设计值：(2) 压气机气流轴向速度的增长率小于圆周速度的增长率时：(3) 反之，压气机气流轴向速度的减小率大于

6、圆周速度的减小率时。山此可见，在低转速尤其是燃气轮机启动时，压气机前儿级很容易进入喘振工况。2 可变导叶防止喘振现象的原理可变导叶是将叶片制作成可以按照叶片木身的一条轴线旋转，从而使叶片的安装角得以改变的叶片，习惯称为可变导叶。可变导叶一般安装在圧气机的前儿级，当床气机的空气流彊发生变化时，询儿级出现过大的止冲角。若是一般的叶片，见图3(a),。的角度变大或者变小，分别会在叶片叶腹和叶背产生气流脱离，而其中类叶片就会率先发生气流脱离。再看图3(b)，采用了可变导叶的结构，当压气机空气流量变化或者变匚况条件下压气机轴向速度打圆周速度的第20卷第3期2006年9丿JVol.20No.3Sep.20

7、0660DongfangElectricReview图3般导叶打可变导叶气流速度角形变化配合关系不协调时，可以关于或者开大可变导叶的安装角度,使气流绝对速度Ci的方向变化，消除偏离设计值的正负冲角，以保证气流进入动叶的相对速度必的方向恒定不变，就可以达到防喘振的H的。采用可变导叶相对于采用放气防止喘振而言，无放气损失。此外，当叶栅的流入角改变时，导叶后动叶栅的扭速将减小，级的外加功鼠会下降，压气机第一级出口处空气的压力比较低，这样就可以增大其后各级的空气体积流昴，使这些级的气流冲角适、“|减小，特性线上的等速线将移向低压比、小流量处，改善了这些级的稳定工作特性。3 M701F可变导叶结构M70

8、1F可变导叶形状见图4,主要由轴部和叶片组成。轴部较氏，端部加丄有一带斜度的通孔，用弹性销与IGV执行机构联结件相联结，从而使得油动机控制可变导叶的开度变为可能。可变导叶安装在圧气机进气缸，其附带一套执行机构，通过油动机对可变导叶进行控制。如图5所示，可变导叶的轴部套在套筒后穿过压气机进气缸上的孔，伸出孔外的轴端用弹簧销与联结键连接，联结键与可变机构操纵环连接。滚轮支架固定在压气机进气缸上，滚轮固定在滚轮支架上。圆环底部通过个托架与汕动机相连，当给出控制倍号时，汕动机就会牵引操纵环转动，以达到调节可变导叶安装角度的目的。4燃气轮机的IGV控制压气机进口导叶IGV控制是通过IGV叶片转角的变化限

9、制进入压气机的空气流量。控制IGV的目的有以下儿个：(1) 防止喘振。在燃气轮机启动或停机过程中，为避免压气机出现喘振而关于1GV的角度，减少进气流星和改变进气角度，扩大了压气机的稳定工作范围。(2) IGV温控。IGV温控是指通过IGV角度的控制实现对燃气轮机排气温度的控制。在燃气一蒸汽联合循环中，为保证余热锅炉的正常作和最理想的效率，往往要求燃气轮机排气温度处于恒定的比较高的温度值。因此燃气轮机在部分负荷运行时要适肖关小IGV,相应减少空气流量而维持较高的排气温度，兀结果是使联合循环的总效率得到提衙。减少启动时耗功。曲于机组启动时关闭IGV，压气机空气流暈减少，使机组的启动阻力矩变小，减少

10、启动过程中压气机的功耗，有利于减少启动装且的配置功率。在启动功率不变的帖况下，可以缩短启动加速时间。第20卷第3期2006年9丿JVol.20No.3Sep.2006#DongfangElectricReview第20卷第3期2006年9丿JVol.20No.3Sep.200661DongfangElectricReiew第20卷第3期2006年9丿JVol.20No.3Sep.2006#DongfangElectricReiew第20卷第3期2006年9丿JVol.20No.3Sep.2006#DongfangElectricReiew第20卷第3期2006年9丿JVol.20No.3Sep

11、.2006#DongfangElectricReiewI.IGV叶片：2.套筒：3.弹性销：4.联结键：5.操纵环：6.斥气机进气电：7.托架：&油动机图51GV及执行机构安装图第20卷第3期2006年9丿JVol.20No.3Sep.2006#DongfangElectricReiew可见IGV的控制对整台机组的正常启动运行有着很币:要的意义。M701F的可变导叶在机组运行过程中从全关位置(即对应开度最小位置)到全开位置(即对应开度垠大位置)是如何改变角度的呢?可以从启动曲线(图6)看到其变化的儿个过程：图6启动曲线及IGV变化曲线(1) 当机组开始启动升速时，IGV从全关位置开大到一定角度

12、；(2) 当机组点火升速到接近3000r/n)in时,IGV关小到全关位置；(3) 机组达到一定负荷时，1GV开始逐渐开大，向全开位置靠近：(4) 当达到满负荷时，IGV角度变化到全开位置，此后一直为全开位置。以上是启动过程中IGV的角度变化过程，停机时IGV的角度变化相反。总的来说，在燃气轮机空负荷升速和带负荷初期，压气机进气最低于设计值，防止用气机喘振为主要矛盾，IGV的开度很小；而带负荷到一定程度，进气最与设计值接近，IGV町以开启到较大角度以免产生负冲角引起不稳定流动。5结语三菱M701F型燃气轮机采用可变导叶机构,不仅可以防止压气机喘振，改善爪气机低负荷特性，还可控制燃气轮机排气温度，提高联合循环的总效率，而且，启动时关小1GV,可以减少压气机功耗，若启动功率不变，则可减少启动时间。该机型可变导叶机构设计合理，实现较容易，相比其他采用齿轮传递操纵进口导叶转动的结构不需要齿条、齿轮等部件，提高了设备的运行