S109FA机组介绍(半山))

1、STAG 109F单轴联合循环机组概述(半山发电厂会议交流资料)第一节 机组性能STAG 109FA单轴联合循环机组是当前世界上最先进的燃气蒸汽联合循环大型发电机组之一。它由PG9351FA型燃气轮机、D10型三压有再热系统的双缸双流式汽轮机、390H型氢冷发电机和三压有再热但带冷凝器除氧的自然循环余热锅炉组成。除余热锅炉由国内成套外，其余均由美国通用电气公司（简称GE公司）提供。燃气轮机、蒸汽轮机和发电机刚性的串联在一根长轴上，燃气轮机进气端输出功率，轴配置形式为：GTSTGEN。转速3000/min，从发电机方向看轴按逆时针方向转动。燃烧天然气时,PG9351F简单循环运行,国际标准条件(

2、ISO条件)下输出功率为255.6MW,联合循环时,在ISO条件下输出功率为254.1MW, 蒸汽轮机输出功率为141.8MW,则简单循环运行热耗为9250Btu/kWh, 热效率为=37.0%,联合循环运行热耗率为6020Btu/kWh, 热效率为=56.68%。该机组的保证性能（杭州半山发电厂）：1净输出功率*在发电机端功率减去励磁功率 388840kw2燃料燃料类型 Kela 2#天然气燃料规范 GEI 41040G燃烧系统 干式低NOX燃烧室：DLN2.0+低热值 48686.3kJ/kg3热耗（低热值）热耗率： 2437.4*106kJ/h净设备热耗率（低热值） 6268.3kJ/k

3、wh热效率 57.43%4运行条件大气温度 干泡 17.4， 湿泡15.1大气相对湿度 78.89%大气压力 101.10kPa压气机进气温度 干泡17.4压气机进气相对湿度 78.21%蒸汽轮机排汽压力 5.96kPaA图1.1是该机组在上述基本负荷工况下的热平衡图。此图说明了该机组的热力循环系统，以及各热力设备进出口在基本负荷工况下的热力参数，包括压力、温度、流量及焓值。第二节 机组布置联合循环中燃气轮机、蒸汽轮机和发电机的相互布局关系不仅对于联合循环电站的总体布置和厂房结构有关，而且还会影响联合循环装置的运行性能、检修方式和投资费用。单轴配置的联合循环机组，燃气轮机、蒸汽轮机和发电机串联

4、在一起共用一台发电机。只需要一套容量较大的发电机、升压变压器和高电压馈电设备；燃气轮机和蒸汽轮机共用一套润滑油系统，致使外国设备的配件减少；若我们利用电站中有现成的蒸汽源，就可以直接利用蒸汽轮机作为燃气轮机的起动机。据估计设备投资费用可以比多轴布置的节省约5%。同时这种布置方案的结构很紧凑，可以安装在较小的厂房内，进而能进一步节省土建费3图1.1 STAG109FA单轴联合循环热平衡图用。图2.1展示了该机组布置的立体图。通常用于大型单轴联合循环设备，都采用将汽轮机布置在燃气轮机和发电机之间的布置方式。此时，只有在燃气轮机中有一个单独的推力轴承，控制转子的轴向位置，汽轮机无需通过挠性联轴器与发

5、电机连接。为了便于检修时发电机的抽转子方便，发电机布置在一端，余热锅炉布置在轴的另一端，燃气轮机进气室则排列在中部。这样燃气轮机的功率输出必须安排在进气端，即存在冷端输出问题，因此燃气轮机压气机轴承受的扭矩将远大于热端输出的燃气轮机。这是它的缺点。 图2.1 STAG单轴联合循环机组立体图图2.2 示有MS9001FA燃气轮机的纵剖面图。图2.3 示有D10汽轮机的纵剖面图。图2.4 示有390H型氢冷发电机的纵剖面图一燃机： 1性能(ISO条件) 制造商： GE公司 型号： PG9351FA 燃料： 天然气 压气机入口温度： 15 ISO输出功率: 255.6MW 热效率: 36.9% 进气

6、流量: 623.7kg/s压比: 15.4透平进气温度: 1318透平排气温度: 609二蒸汽轮机 汽轮机 制造商： GE公司 型号： D10 型式： 三压，再热，双缸，双分流 高压进汽压力： 9.563MPa 高压进汽流量： 280.9t/h 高压进汽温度： 565.5 中压热进汽压力： 2.146MPa 中压热进汽流量： 309.5t/h 中压热进汽温度： 565.5 低压进汽压力： 0.366MPa 低压进汽流量： 361.0t/h 低压进汽温度： 313.5冷凝器型式： 表面冷凝式 绝对压力： 5.994kPa 循环水量： 21253m/h 冷却水进口水温： 23.7 冷却水出口水温

7、33.0三发电机 型号： 390H 型，氢冷，静态励磁， 三相星形连接 额定视在功率： 468000kVA 额定功率： 397800kW 额定电压： 19kV 额定电流： 14221A 功率因素： 0.85 冷却水 ： 闭式循环，28.6 绝缘等级： F级 励磁电压： 750V 励磁电流： 2360A四.负荷整流转化器 (LCI) 型号： LS2100 静态变频启动装置 最大启动功率： 10375kW 转换器： 三相十二脉冲桥式连接电路的整流器 逆变器； 三相六脉冲桥式连接电路的整流器 冷却剂： 水/ 丙二醇混合剂五.主变规范：三相双线圈绕组无励磁调压油浸式变压器 型号： SFP9-18000

8、0/11 额定容量： 480MVA 额定电压： 242/19Kv 额定电流： 1145/14586四机组临界转速轴一阶临界转速 971 r/m轴二阶临界转速 1026 r/m轴三阶临界转速 1683 r/m图2.2 MS9001FA燃气轮机的纵剖面图。图2.3 D10汽轮机的纵剖面图。图2.4 390H型氢冷发电机第三节 燃气轮机一. 概述GE公司在F级燃气轮机的开发过程中，投入了大量资金进行开发研究。主要是将飞机发动机的先进技术和部件移植到工业和发电用的燃气轮机上，从而使其性能大幅度提高。例如由于应用了飞机发动机的先进冷却技术和材料，使透平的进气温度提高了167，使PG9351FA机组的燃气

9、初温高达1318。该机组是当今世界“F”级先进燃气轮机的主要代表性机组。到2003年4月份，GE公司已经生产了300余台“F”级燃气轮机发电机组，拥有超过470万小时的运行经验。GE公司工业燃气轮机设计的特点是：1) 进化的设计观念。以先进的航空发动机为基础，对压气机、轮机进行模化设计、改型设计，逐步完善。2) 压气机和透平的几何比例设计。在相似准则的基础上进行模化放大，发展系列化产品。例如MS6000B的模化比例为1.0，7EA为1.42，则9E的模化比为1.70。3) 模块化设计和规范化的研制开发。最大限度的采用积木式的模块化设计，在每一新型系列的开发都经过设计分析、高技术加工，严密的试验

10、和来自现场经验的反馈和不断地改进、优化二. 功能说明MS9001FA燃机本体结构仍然由压气机、燃烧室、透平、控制系统和其它基本的辅助设备组成。燃气轮机将气体压缩，加热后在透平中膨胀做功，驱动发电机输出电能，实现热电转换的循环过程。在单轴联合循环中，MS9001FA燃气轮机在压气机端或称“冷端”输出功率。这样的布置可以提供轴向排气，简化余热锅炉的最优化布局。同时又便于发电机的转子抽芯。当透平被变频器和主发电机起动后，或是在有外蒸汽源的前提下，可以直接利用联合循环中的蒸汽轮机作为起动机来起动整台机组时，环境空气被吸进进气室组件，经过滤和消声后，进入轴流式压气机中被压缩。起动时为了防止喘振，第9级和

11、第13级抽气阀打开，可变进口导叶处在关闭位置。当高转速继电器在95%转速动作时，抽气阀自动关闭，可变进口导叶执行机构通电，将进口导叶（IGV）开到正常运行时的位置。来自压气机的压缩空气逆流进入布置在压气机排气缸外围的环状布置的18个干式低污染燃烧室（DLN）。在燃烧室内燃料气经单级预混稀释燃烧产生高温高压的燃气，经过渡段后流入三级透平，发出功率，其中约2/3用于拖动压气机，1/3则作为输出功率，拖动发电机。各个燃烧室之间有联焰管相通，在装配有两个火花塞中的一个或两个燃烧室被点燃的瞬间，由联焰管将火焰传遍各燃烧室。在透平转子接近工作转速后，燃烧室的压力使火花塞回缩，从炽热火焰区撤回它们的电极。有

12、四只火焰监测器分布在四只燃烧室上，当它们监测到火焰后，向控制室发出着火的讯号。图3.4示有MS9001FA机组的纵剖面图。图3.5是该机组外形及转子吊装图。三压气机PG9351FA机组的压气机是一台18级轴流式，压缩比15.4:1，空气质量流量为645kg/s的多级轴流式压气机，头两级为跨音速级，带一级可转导叶。轴流式压气机部分由压气机转子和封闭的气缸组成。装在压气机气缸内的有：进口导叶、十八级转子和静叶、两排出口导叶栅。每相邻的动叶和静叶列组成一级。在每一个级内，动叶片吸收外界作功转换成提供压缩空气所需的力，而静叶片则引导空气从而使它以合适的角度进入下一级。压缩空气从压气机排气缸出来进入燃烧

13、室。从压气机级间抽出的空气用作透平喷嘴、轮间和轴承的冷却和密封空气用，在启动过程中抽气作为喘振控制用。图3.4 MS9001FA机组的纵剖面图1 负载联轴器接出处 2轴向/径向进气机匣 3轴颈轴承 4压气机叶片 5压气机 6压气转子7拉杆结构 8燃料喷嘴 9燃烧室火焰管 10逆流式燃烧室 11燃烧室的过渡段12透平的喷嘴组件13第一级静叶环 14透平动叶片 15排气扩压器 16排气热电偶 17水平中分面 18燃烧室的安装面 19刚性前支撑 20进气口定位（未示出）由于在压气机内保持转子和静子的间隙最小能提供最佳性能，因此零件的制造和装配必须非常精确。图3.6给出轴流式压气机的结构示图。1 压气

14、机转子压气机转子是一个由16个叶轮、2个端轴和叶轮组件、贯穿螺栓和转子动叶组成的组件。前端轴装有零级动叶片，后端轴装有第17级动叶片，16个叶轮各自装有从第1至第16级动叶片。每个叶轮和前、后端轴的叶轮部分都有周向分布的拉槽，转子动叶插进这些槽中，在槽的每个端用斩铆将叶片保持在轴向位置上。为了控制同心度，各叶轮和端轴之间用止口配合，并用贯穿螺栓固定。依靠拉紧螺栓在叶轮端面间形成的摩擦力来传递扭矩。装配后，转子做动平衡，达到很高的动平衡精度。当压气机转子和透平转子装配在一起后，需再次进行动平衡。图3.7示有压气机转子及其动叶片装配图。前端轴被加工成具有2号轴承所要求的正向和反向推力面和轴颈，以及

15、2号轴承油封所需要的密封表面。压气机的08级动叶片和静叶片，以及进口导叶的材料为C450（Custom 450），是一种抗腐蚀的不锈钢，可以不加保护涂层安装在受化学侵蚀的环境中。其它级的叶片应用加铌的AISI 403+cb不锈钢，同样可不加保护涂层。气缸用球墨铸铁铸造，叶轮和转子分别为CrMoV和NiCrMoV钢制造。一 压气机静子气缸由压气机进气缸、压气机气缸和压气机排气缸组成(图3.8)，它们之间依靠垂直中面上的法兰螺栓紧固成一体。进气缸位于燃气轮机的前端，在进气室内，它的主要功能是将空气均匀地引入压气图3.5 MS9001FA机组外形及转子吊装图图3.6 轴流式压气机的结构示图1 进口可

16、转导叶 2叶片（动叶） 3静叶 4气缸 5工作叶轮（转轮） 6主轴机。进气缸支撑2号轴承组件，2号轴承下半部与内喇叭口铸成一体。上半部轴承座是一个独立铸件，用法兰螺栓连接到下半部。内喇叭口由数个翼型径向支柱和多根轴向连杆固定在外喇叭口上。支柱和连杆都铸在喇叭口壁上。进气缸内壁安装有可调进口导叶（IGV）；压气机气缸内壁装有零级至12级静叶片；压气机排气缸内壁装有第13级至第17级静叶和两列出口导向叶片；他们共同组成压气机静子。压气机静叶在气缸上有下列两种固定方式：（a） 直接装配的静叶在气缸上加工有叶根槽，静叶一片一片地装入叶根槽中，叶根槽的形式有多种，见图3.9。在MS9001FA型燃机中，

17、第5级至17级静叶和出口导叶，有一长方形基面的T型叶根，它直接如图3.9那样嵌入机壳的周向环槽内；插口用锁块封口。第一级静叶46片；第一级动叶32片；末级静叶片第17级108片，后两列导图3.7 压气机转子及其动叶片装配图向叶片EGV1=108片，EGV2=108片。第一级动叶片高度为503.56mm末级动叶片高度为147.17mm。排气缸气缸进气缸图3.8 进气缸、气缸和排气缸图3.9 直接装配式静叶环（b） 静叶环在第零级至四级的静叶，采用装配式静叶环，静叶片先装入有类似于燕尾槽的环形块内，这环形块再嵌入压气机前机壳的周向槽道中，封口用锁键固定，见图3.10。为方便装配常把静叶环分为数个扇

18、形段，装配时一段段装入，摩擦阻力大大减少，使静叶环在槽中易被推动。图3.10 装配式静叶环1 静叶 2静叶外环 3气缸静叶环分有内环和无内环两种型式，无内环的静叶也相当于悬臂梁，应注意叶片的刚性。装配式静叶环一般无内环，图3.10所示静叶以轴向燕尾形叶根装在静叶外环上，静叶环再装入气缸中，使静叶被固定。（c） 可调静叶压气机采用可调静叶后可有效地扩大压气机的运行区域，同时还能改善燃气轮机其它的一些性能，因而获得了广泛的应用。显然，可调静叶的结构与上述的必然差别较大，结构要复杂不少。图3.11为可调静叶的结构。为使静叶能旋转，在叶片的两端都加工成轴颈，它们与轴套相配合，该配合应保证静叶能灵活旋转

19、，同时又能防止气体泄漏。轴套需采用自润滑性能良好的材料，例如青铜，以保证较长的工作寿命。静叶的旋转：是靠联动齿轮旋转带动装在静叶上的小齿轮旋转，静叶就随之旋转；可调静叶由于叶片较长，都设置了内环。显然，按图中的结构状况内环不能采用整半环，因这样将无法装入静叶轴颈中，只有把内环分为多个扇形段才可能装入，图中可见由于有内轴套与轴颈相配合，只有做成一片静叶一个扇段才好装入，待内环扇段全部装好后，再装入固定环用螺栓固紧在进气机匣上，同一列静叶的转动角度应一致这是靠联动机构来实现的，对它的要求是既灵活，又无松动的间隙。图3.12的联动齿轮与小齿轮就是联动机构，它在齿轮啮合处应无间隙。图3.11可调静叶1

20、 固定环 2静叶内环 3轴套 4静叶 5进气机匣 6联动齿轮7小齿轮 8外罩 9气缸图3.12是压气机可调进口导叶的外形图齿轮环小齿轮图3.12 压气机可调进口导叶气缸上的抽气孔允许抽出第9级和第13级的空气。这部分空气用于起冷却和密封作用，也用作起动和停机时喘振的控制。压气机排气缸的功能除能容纳压气机的后五级外，构成压气机扩压器的内外壁，同时为第一级喷嘴组件提供支撑；与压气机气缸和透平气缸连接；并支持DLN燃烧室外壳。压气机排气室的抽气为燃料系统提供清吹空气；为进气加热提供气源；也作为压气机防喘振控制。四. 燃烧室从结构上来看，燃烧室通常有单管圆筒型、分管型、环管型和环型之分。GE公司的工业

21、燃气轮机均采用分管型结构。按照其控制NOx的生成程度又可分为标准型和干式低NOx燃烧室（DLN燃烧室）两种不同的组织燃烧方式。为了解决燃烧过程中NOx排放量超过环保要求的问题，通常可采用三种措施，即在高负荷条件下，向扩散燃烧的燃烧室中喷射一定数量的水和水蒸汽，借以降低燃烧火焰的温度；在余热锅炉中安装所谓的选择性催化还原反应装置（SCR ），布置催化床并注入氨气，使燃烧产物中的氮氧化物反应生成氮气和水。采用预混燃烧室。GE公司19901991年研究成功DLN-1型两级串联式的预混稀释态的DLN燃烧室，应用于6B，7E，9E系列燃气轮机。19931994年成功发展了DLN-2.0型双级预混燃烧室，

22、应用于早期的FA级燃气轮机。1996年更新为DLN-2.6和DLN-2.0+单级预混燃烧室。PG9351FA燃气轮机机组则配备DLN-2.0+型燃烧室。通常对于GE公司生产的燃气轮机机组，对于燃气初温为1204的9E机组，采用标准型燃烧室，燃料为液体燃料时，其NOx排放值420ppm（V/V），若加上向燃烧室内的喷水，可以达到240ppm（V/V）。若采用低NOx排放燃烧技术，则可以达到<25 ppm（V/V）的NOx排放水准，已符合美国清洁空气法规所规定的NOx或CO排放标准42 ppm（V/V）9 ppm（V/V）。1.燃烧室的低NOx排放燃烧技术天然气或液体燃料，含尘量极低，因而燃

23、气轮机排气中烟尘含量极少。燃气轮机的排气污染主要有未燃烧的碳氢化合物（UHC）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）和硫氧化物（SOx）。天然气中的硫含量极微，不存在SOx污染。又由于目前燃烧技术已很成熟，燃气轮机燃烧室的燃烧效率几乎近100%，因此排气中的UHC和CO也是极其微小，可以满足环保要求。但由于燃烧室中的火焰温度比较高，要高于空气中的N2和O2起化学反应生成NOx的起始温度1650。因此燃气轮机排气中NOx含量成为主要的污染物。在燃烧过程中若能使燃烧火焰面上的反应温度始终低于生成NOx的起始温度1650，那么，燃烧产物中NOx的含量必然会很低。扩散燃烧方式的火焰面温度总是与f=1相

24、当的理论燃烧温度一致，它不会因燃料与空气的总掺混比的浓或稀而异，因而NOx的排放总是很高的。为此需要探索在燃烧过程中能够控制火焰面温度，从而抑制NOx生成的新途径。这就是摒弃常规燃烧室中的扩散燃烧方式，而改用均相预混方式的湍流火焰传播燃烧方法。把天然气与空气预先混合成为均相的，稀释的可燃混合物，然后使之以湍流火焰传播方式通过火焰面进行燃烧，这时，火焰面的燃烧温度不再只是f=1，的理论燃烧温度了，它将和实时掺混比的数值相对应。通过对燃料与空气实时掺混比的数值的控制，使火焰面的温度永远低于1650，这样就能控制“热NOx”的生成。图3.13示有燃烧火焰温度对NOx和CO排放量的影响关系曲线。随着燃

25、烧火焰温度下降，NOx排放量下降，但CO排放量增加，因而必需合理地选择均相预混可燃混合物的实时掺混比和火焰温度。对天然气来说，实验表明，按火焰温度为14301530这个标准来选择燃料，空气的混合比是比较合适的。这样才有可能使燃烧室的NOx和CO的排放量都比较低。 图3.13 燃烧火焰温度对NOx和CO排放量的影响关系曲线。但是，均相预混可燃混合物的可燃性极限范围比较狭窄，而且在低温下的火焰传播速度比较低，CO排放量又会增大。因而为防止熄火，并使适应燃气轮机负荷变化范围很广的特点，设计干式低污染燃烧室，除了合理地选择均相预混可燃混合物的实时掺混比和火焰温度外，通常还采用分级燃烧的方式以扩大负荷的

26、变化范围。2、PG9351FA燃气轮机使用的DLN- 2.0+燃烧室DLN -2.0+燃烧室源自DLN -2.0燃烧室。DLN 2.0+保留了DLN -2.0的基本结构，其循环过程增加了大约10%的空气和天然气流量去燃烧系统，适用于9FA+e的燃机，具体讲适用于PG9351FA、PG7251FB和PG9371FB几种机型。另外，该型号是特意用来燃烧热值范围大约为天然气70%100%的气体燃料的。为达到此目的，和DLN- 2.0燃烧室相比，所作的改动主要的变动集中在燃料喷嘴和燃烧盖组件上（图3.14中的件1），它扩大了燃料喷嘴，以增加燃料的体积流量，另外，该燃料喷嘴，为进一步防止火焰回流，减少了

27、火焰受阻的阻力，减少了压力降，提高扩散火焰的稳定性。图3.14是DLN -2.0+燃烧室的总成图。 图3.14 DLN 2.0+燃烧室总成图1.燃料喷嘴冷却空气 2.燃料喷嘴顶盖 3燃料喷嘴前缸 4顶盖组件 5.后缸 6.过渡段7. 导流衬套 8. 压气机排气缸 9火焰筒图3.15则是DLN 2.0+燃烧室燃料喷嘴顶盖部套外形图。图3.16则是多路燃料喷嘴布置图。图3.17则是DLN 2.0+燃烧室多路燃料喷嘴旋流器剖面图。图3.18是DLN 2.0+燃烧室燃烧系统布置图。图3.19 示有DLN 2.0+燃烧室的燃料喷嘴结构图。由上述视图可见，该燃烧室主要由燃料喷嘴冷却空气管组件,.燃料喷嘴顶

28、盖,前缸,顶盖组件, 后缸, 导流衬套，火焰筒，联焰管组件，过渡段组件组件等构成。各组件均可以单独拆卸。压缩空气由压气机的排气缸流出，首先对过渡段形成冲击冷却，再逆流向前，流过火焰筒与导流衬套之间的环形空间，流向燃烧室头部组件。其中，有少量空气用于冷却火焰筒和罩帽，其余空气经喷嘴上的旋流器进入预混合室，与由燃料喷嘴喷出的燃料气进行预混合。燃料/空气混合物经预混合管流入火焰筒，被位于两个上部燃烧室上的高能点火器点燃，火焰起始于喷嘴出口端与顶盖形成的平面上，并被限制在火焰筒内。燃烧产物经过渡段进入透平第一级喷嘴环。各燃烧室之间用联焰管连接，未安装点图3.15 DLN 2.0+燃烧室燃料喷嘴顶盖部套

29、外形图图3.16 DLN2.0+燃烧室燃料喷嘴佈置图图3.17 DLN2.0+燃烧室燃料喷嘴旋流器剖面图火器的燃烧室靠联焰管联焰而着火。每个燃烧室的端盖上均匀布置有五只预混喷嘴，每只燃料喷嘴有供扩散燃烧和预混气体燃料的两条通道。其中，预混气体燃料经过外围的燃料通道供入，通过布置于旋流器中的燃料喷嘴喷入由旋流器流出的空气流中，进行预混合。每个旋流器叶片由旋流叶片和一个位于其上游的直段叶桨组成，它是中空的，内装有燃料管道，在管道上开有许多燃料喷射孔。参与扩散燃烧的燃料从另一燃料供应母管进入喷嘴的内环通道，由扩散燃烧天然气喷头喷出。 此外，在燃烧器的预混燃料喷管夹下游加了一圈整流片，可以防止回火的火

30、焰附着在预混燃料喷管上。当燃气轮机以轻油作为备用燃料时，在喷嘴的芯管中可以增加油、雾化空气和抑制NOx的喷水管道。图3.18 DLN 2.0+燃烧室燃烧系统布置图图3.19 DLN2.0+燃烧室的燃料喷嘴结构图图3.20 DLN2.0+燃烧室的火焰筒图3.20示有DLN2.0+燃烧室的火焰筒。火焰筒从头部到过渡段进口带有一定锥度，在空气侧利用不连续的肋片（扰流片）来强化冷却，在燃气侧加隔热涂层。火焰筒的后部有一双层的圆柱段，在其周围有多条轴向冷却槽道。冷却空气由导流套流入该槽道，冷却后排入火焰筒下游。该结构能以小的冷却流量获得高冷却效果。燃气轮机的上部有两个燃烧室有高能点火器（图3.21），火

31、花塞可以伸缩。当点火后机组加速时，火花塞被燃烧室中升高的压力压回，以免被烧坏。停机后，火花塞又被弹簧压进燃烧室，以便下一次点火启动。PG9351FA机组，在压气机排气缸的外缘，沿周围布置着18个逆流分管式DLN -2.0+燃烧室，配备有2只高能火花塞点火器，有4个上部燃烧室还装有火焰探测器（图3.22）。每个燃烧室上还装有一个动压力探头，用来监测燃烧的脉动。这些开孔也可以作为孔窥仪的进口。该机组采用有冲击冷却效果的过渡段结构（图3.23）。该过渡段是双壳体型式，内过渡段被一个形状相似的，钻有许多小孔的外套包围着，从压气机出口流来的压缩空气可以通过小孔，形成射流去冲击冷却内过渡段,该多孔外壳是用

32、AISI-304不锈钢制成的，内过渡段用Nimonic 263制作的，尾部壳体用FSX-414铸成，并在其表面喷涂TBC隔热涂层，以尽量降低金属温度和温度梯度。过渡段与透平第一级喷嘴环之间用浮动的金属密封连接。最近，又采用了“金属布密封”，改进了密封功能，减少磨损，提高了可靠性。图3.24示有DLN2.0+燃烧室的导流衬套。图3.21 高能点火器图3.22 火焰探测器过渡段过渡段端视图图3.23 过渡段图3.24 导流衬套3、DLN 2.0+燃烧室的配气方案DLN -2.0+燃烧室属于并联式分级燃烧，燃烧室的燃料是分级供应的，其控制系统比较复杂。如图4.25所示，每只燃烧室有5只燃料喷嘴，每只

33、喷嘴有一只扩散通道，一只预混通道。燃气轮机周向布置有18个燃烧室，每只燃烧室的5个扩散燃烧通道与扩散燃烧支管相连，由DGCV气体控制阀调节燃料气体的流量。每只燃烧室的4只预混通道相互联接，组成PM4支管，由PM4 GCV气体控制阀调节燃料气体流量。每只燃烧室剩余的一只预混通道相互联接组成PM1支管，由PM1 GCV气体控制阀调节燃料气体流量。这样，将所有燃料通道并联地分成三级，分别由三只控制阀控制燃料气体的流量。因此DLN -2.0+燃烧室就有几种基本的配气模式。ASV 辅助截止阀 PM1支管，含有一只燃料喷嘴的预混通道;SRV 速度/比例截止阀 PM4支管，含有四只燃料喷嘴的预混通道；DGC

34、V 气体控制阀,扩散燃烧通道 扩散支管，含有五只燃料喷嘴的扩散燃烧通道；PM4 GCV 气体控制阀,PM4预混燃烧通道 *清吹空气，来自压气机出口PM1 GCV 气体控制阀,PM1预混燃烧通道图3.25 DLN-2.0+气体燃料系统1)扩散燃烧模式在这种运行模式下，燃料气直接供给每个燃烧室的5只扩散燃烧燃料气喷头。这时PM1和PM4的预混通道将用压气机出口抽气进行空气吹扫。燃气轮机起动时，从点火到至95%转速时，相当于燃烧基准温度（TTRF1）2000（1093）时，或卸载时，从TTRF1为1950（1065），直至熄火时，燃气轮机处于这种运行模式。2) 亚先导预混模式从95%转速到加载至10

35、%基本负荷时，燃料气分别流到DGCV和PM1 GCV和通道。3）先导预混模式在这种运行模式下，燃料气分别流到DGCV，PM1 GCV和PM4 GCV通道，直至预混燃烧模式。燃机加载时，TTRF1从2000（1093）到2270（1243）的区间内，或燃机卸载时，TTRF1从2220（1216）直至熄火，燃气轮机均处于这种运行模式。在此区间内存在如图3.26和图3.27所描述的两个过渡过程。4) 预混燃烧模式在这种运行模式下，燃料气分别流到PM1 GCV和PM4 GCV通道， DGCV关闭，流过PM1 GCV和PM4 GCV通道的流量比为20/80。当加载时，TTRF1高于2270（1243），

36、或卸载时，TTRF1超过2220（1216）时，燃气轮机均处于预混燃烧模式。此时，燃料直接引入PM1 GCV和PM4 GCV支管，此时相应的燃机负载为50%100%基本负荷区间。代号为TTRF1称为燃烧基准温度，它由DLN -2.0+控制软件计算获得。其计算方程是平均燃机排气温度TTXM、压气机排气压力CPD和压气机进口喇叭处温度CTIM的函数。这样计算求得的燃烧基准温度并不是表示实际机组的进气火焰平均温度，而仅仅是燃烧配气模式和燃料分流程序控制的一个基准参考温度。起动时要求仔细地检查燃烧基准温度。燃机的初始加载应该在先导预混基础上完成，图3.26 扩散燃烧模式与先导预混模式的相互过渡 图3.

37、27 先导预混模式与预混模式的相互过渡此时要采样计算得到的燃烧基准温度，并将它与控制规范中列出的数值进行比较，它们的差值允许的误差不大于20。DLN -2.0+燃烧室的排放性能对燃料/空气比值的变化是很敏感的，而燃烧室的配气设计又是按联合循环运行时IGV温度控制投入的状况下的空气流量调节规律来进行的，因此最佳的燃烧室操作应该按照设计时预先确定的燃烧基准温度控制图来运行。这样才能达到最佳的低污染排放。在燃气轮机简单循环运行时，也可以参照联合循环运行，进行IGV温度控制，确保低污染排放。4DLN -2.0+燃烧室的燃料气清吹系统当气体燃料喷嘴通道没有燃料气通过时，为了保证通过燃料喷嘴内仍然有一定的

38、空气流量，要求有清吹系统。当清吹系统有故障时，将会损坏燃烧系统的部件。气体燃料喷嘴的清吹系统仅作如下提示：当燃气轮机在运行时，要向那些不用的燃料支管提供一个正向的清吹。清吹的压力是机械设定的，可用管道或孔板尺寸调节其有效通道面积来设定。通常清吹空气取自压气机排气，其压力值P4要大于燃烧室内的压力PCC，以防止气流的回流。需清吹的支管要安置清吹接口，清吹阀VA1、2、3、4、5和6应在35秒内打开。扩散燃烧时，P4/PCD=0.98，预混燃烧时（PM1和PM4支管），P4/PCD=0.95。五.燃气透平燃气透平是燃气轮机中一个重要部件，它的作用是：把来自燃烧室的，储存在高温高压燃气中的能量转化为

39、机械功，其中一部分（约2/3）用来带动压气机工作，多余的部分则作为燃气轮机的有效功输出，去带动外界的各种负荷。PG9351FA的燃气透平是三级轴流式透平。每个透平级由喷嘴和动叶片组成。透平部分包括：透平转子、透平外壳（气缸）、喷嘴、复环、排气框架和排气扩压器。如图3.28所示。图3.28 燃气透平1.透平喷嘴 2.透平气缸 3.透平转子 4.排气框架 5.排气扩压段 6.复环1. 透平转子如图3.29所示，透平转子采用贯穿螺栓结构，由透平前半轴，一、二、三级叶轮，级间轮盘，透平后半轴及拉杆螺栓组成。透平转子通过压气机第十七级叶轮上的法兰用螺栓与压气机转子刚性连接。通过叶轮轴和级间轮盘上的配合止

40、口控制各部件的同心度，用贯穿拉杆螺栓将它们压合在一起。后半轴由1号轴承支承。二只级间轮盘为各叶轮提供轴向定位。级间叶轮设置有隔板密封齿，级间叶轮的前端面有用作冷却空气通道的径向缝。动叶片的尺寸由第一级（叶高386.69mm）到第三级（叶高519.6mm）逐级增高，因为每一级的能量转化使得压力减少，要求环形面积增加以接收燃气的流量，保持各级的容积流量相等。图3.29 燃气透平转子图3.30上给出了燃气透平中采用的带有枞树形叶根的长柄式动叶片的示例。长柄式叶片是指在叶片平台和叶根之间，通过较长的，断面为工字型的叶柄来连接的动叶片结构。在枞树形叶根的底平面上均开设有小孔，可以通入冷却空气，使叶根和叶

41、身得以冷却。这图3.30 长柄式动叶片1. 叶柄 2.平台 3.吸力侧 4.压力侧 5.叶身 6.枞树型叶根 7.冷却孔样，减少了叶片对轮盘的传热，在配合以冷却空气后，可以使叶根齿和轮缘的温度显著下降，并且改善叶根齿中第一对齿的承载条件和叶根应力的不均匀程度。PG9351FA燃气轮机的燃气初温已高达1318。为了提高燃气轮机初温，人们从改善高温合金材料的性能和提高叶片冷却效果这两方面入手，取得了显著成绩。该机组燃气透平转子部件的选材如下：转子轴Inconel 706；轮盘 Inconel 706；第一级动叶定向结晶GTD111；第二级动叶 GTD-111，这两级动叶表面均有真空等离子喷涂Co-

42、Cr-Al-Y涂层，采用空气冷却结构，冷却通道内表面再喷涂一层铝保护层；第三级动叶 GTD-111，用Pack Process工艺渗入高铬保护层。图3.31是该机组的第一级动叶结构。图3.32是该机组的第2-3级动叶的结构。图3.33是该机组采用的第1级动叶的冷却结构。它除了有对流冷却外，在头部有冲击冷却，还有多处气膜冷却。为了增强对出气边的冷却，在冷却通道内还铸有多排针状的肋条，以增强冷却效果。该叶片的冷却结构是模拟航空发动机CF-6上的精铸动叶片的冷却结构。图3.34是该机组采用的第一级动叶的冷却通道。图3.31 机组采用的第1动叶的结构图3.32 机组采用的第23动叶的结构图3.35是该

43、机组采用的第二级动叶的冷却结构。第二级动叶片自枞树形叶根底面至叶顶布置有多孔动叶冷却用的纵向空气通道，采用对流冷却。图3.33 MS9001FA机组上采用的第一级动叶的冷却结构图3.34 第一级动叶冷却通道图3.35 第二级动叶的冷却结构图3.38示有透平第一、二、三级动叶的顶部结构。这些叶片尖部由“Z”型围带封装，构成叶尖密封的一部分，这些围带在各叶片间连锁以阻尼振动。第三级动叶无内部空冷。这些叶片尖部，象第二级动叶一样，由“Z”型围带封装，构成叶尖密封的一部分，这些围带在各叶片间连锁以阻尼振动。透平转子的装配工艺设计成，使得在不拆下叶轮、级间轮盘和轴组件的情况下能更换动叶片。为保持合理的运

44、行温度，从而保证透平有效的使用寿命，透平转子必须进行冷却。冷却是由一般强制性的冷空气完成的，它沿径向向外流过叶轮和动叶、静子之间的空间，然后汇入主气流。见图3.39示意图 。图3.38 MS9001FA机组中透平动叶的顶部结构a) 第一级动叶 b)第二级动叶 c)第三级动叶 第一级前轮间由压气机排气冷却。在压气机转子后端，转子和压气机排气缸内筒之间有一个高压气封。来自这个迷宫式气封的一部分漏气供应穿越第一级前轮间的空气流。这股冷却空气流在第一级喷嘴之后排入主气流。第一级后轮间由第二级喷嘴的冷却空气冷却。第二级前轮间由来自第一级后轮间穿越级间密封的漏气冷却，这股空气在第二级动叶的入口返回燃气通道

45、。 第二级后轮间由来自内部抽气系统（更确切地，来自压气机第十六级和第十七级间图3.39 透平转子冷却示意图的抽气）的空气冷却。这股空气通过隔块前端面上的缝进入轮间。来自该轮间的空气在第三级喷嘴入口返回燃气通道。第三级前轮间由来自第二级轮间穿过级间气封的漏气冷却。这股空气在第三级动叶入口返回燃气通道。第三级后轮间由来自外部安装的鼓风机的空气冷却。这股冷却空气由管子接到透平外壳，在那里它流经外壳上的孔进入排气框架，先被用来冷却支柱，然后大部分最终被引入第三级后轮间空腔。2透平静子透平汽缸、排气框架，以及安装在气缸上的透平喷嘴、复环，支承在排气框架上的1号轴承和透平排气扩压段共同组成透平静子。1)

46、透平气缸透平气缸控制复环和喷嘴的轴向和径向位置，因此它控制着透平的间隙和喷嘴与透平动叶的相对位置。而该定位对透平的性能至关重要。气缸壁有径向通孔，从外部鼓风机（88TK）送入冷却空气，这股冷却空气沿轴向流过缸体并从后垂直法兰上的孔流出进入排气框架。然后这股冷却空气用作排气框架导流支柱和透平第三级后轮间的进一步冷却，再汇入主气流。图3.40示有透平气缸组件图，气缸前法兰用螺栓连接到压气机排气缸的后端壁上。缸体后法兰用螺栓与排气框架相连。耳轴铸在缸体外表面两侧，可用来起吊燃机。2).透平喷嘴燃气透平有三级喷嘴，它们引导经过膨胀的高速燃气流向透平动叶，使转子转动。由于通过喷嘴时的高压降，在内外侧都有

47、气封以防止由泄露引起的系统能量损失。这些喷嘴在热气流中工作，它们除了燃气压力负荷外，还要承受巨大的热应力。图3.41为透平第一级喷嘴示意图，图3.42为透平第二级喷嘴示意图，图3.43为透平第三级喷嘴示意图。图3.40 透平气缸组件图图3.41 透平第一级喷嘴示意图透平喷嘴工作时，被高温燃气所包围，特别是第一级喷嘴，所接触的是温度最高且不均匀的燃气，在起动和停机时又是承受热冲击最严重的零部件。为此喷嘴要选用能耐高温和耐热冲击的耐热合金，广泛应用钴基铸造合金，精密铸造而成。PG9351FA机组燃气透平第一级喷嘴采用FSX 414精铸叶片，并用真空等离子体喷涂保护层；第二级喷嘴采用GTD222镍基

48、合金精铸，用Pack Process工艺渗入保护层；第三级喷嘴采用GTD222镍基合金精铸，应用堆积涂层保护。 三级喷嘴全部有空气冷却，第一级和第二级设计成二只叶片一组的铸造喷嘴段，周向滑入气缸。其冷却结构采用薄膜冷却（在气道的表面处）、冲击冷却和对流冷却（在叶片和侧壁范围内）的复合冷却，如图3.45所示。第三级喷嘴设计成三只叶片一组的铸造喷嘴段，其冷却通道只有对流冷却。来自压气机出口的冷却空气，经过燃烧室过渡段 图3.42 透平第二级喷嘴示意图周围的空腔引入，流入第一级喷嘴的持环，再流入第一级喷嘴内部的冷却通道，在冷却喷嘴后，从喷嘴叶片的尾缘小孔中排至主燃气流中去。在压气机第13级抽气进入第

49、二级喷嘴持环去冷却第二级喷嘴，压气机第9级抽气进入第三级喷嘴持环去冷却第三级喷嘴。流入第二级喷嘴的空气在冷却叶片后，有一部分从叶片尾缘的小孔中排至主燃气流，另一部分则从喷嘴内环前端的小孔流出，去冷却第一级叶轮的出气侧和第二级叶轮的进气侧。3) 隔板气封连接在第二级和第三级喷嘴段内径处的是喷嘴隔板。这些隔板阻止流过喷嘴内壁和转子的空气泄漏。这些高低，迷宫式密封齿在隔板的内径上加工出来。它们与转子上相图3.43 透平第三级喷嘴示意图图3.44 喷嘴复合冷却的示意图 对的密封面相配合。静子部分（隔板和喷嘴）和转动的转子之间具有最小的径向间隙是保持级间低泄漏的关键，这可使透平有较高的效率。4) 复环与

50、压气机叶片不一样，透平动叶叶尖不是直接相对于一个完整的机加气缸面旋转，而是相对于被称为复环的环形弧段。复环的最主要的功能是为减少叶尖间隙泄漏而提供一个圆柱形面。其次的功能是在热燃气和较冷的气缸之间提供一个高热阻。凭借这个功能的实现，气缸冷却负荷急剧减少，气缸直径得到控制，圆形度得以保持，具有重要意义的透平间隙得到保证。籍来自气缸的径向销，把复环块保持在周向位置上。复环弧段之间的接口以互联榫和槽密封。 图3.45是第一级复环原有结构和更新结构的对比。这种改进型的一级复环在表层材料上选用了一种特殊的铁镍铬合金，即HR-120合金，以取代原先的310SS，改善了复环块表面强度，可耐更高温度，并延长低

51、循环疲劳寿命。 在复环块之间和复环块与第一级喷嘴持环之间的气封作了改进。在复环块之间，以所谓“Q+Cloth键销密封”代替原先呈矩形的嵌入块。以一种耐磨性能较优的L605金属线编织成所谓的“Cloth”，然后再包裹并点焊在X750金属键销密封片上。经此改进后，键销密封的柔韧性较好，可灵活抵消由于受热或气流因素造成复环块之间间隙改变。在复环块与一级喷嘴之间密封的改进则采用所谓的“W密封”，即在复环块迎气流方向的键槽中嵌入一截面呈“W”形的金属薄片，利用其弹性力来抵消一级喷嘴持环和一级复环块之间的间隙改变。图3.45 第一级复环原有结构和更新结构的对比 图3.46是第二级、第三级复环的更新结构。它们采用了蜂窝式密封结构，将动叶叶尖部的燃气泄漏减至最小，提高了机组热效率。图3.46 第二级、第三级复环的更新结构六. 排气框架和扩压器 排气框架籍螺栓连接到透平缸的后法兰上。如图3.47所示。结构上，框架由其间用径向支柱连接的内外圆柱体组成。排气框架径向支柱穿过排气流。为了控制转子相对于静子的中心位置，支柱必须保持在均匀的温度下，因此支柱制成空心的，即支柱外制作一金属包壳，安装在排气框架中使支柱与热燃气隔离。同时这个包壳亦为冷却空气提供了一个回路，来自排气框架冷却风扇的