燃机整体结构和总体布局

第5章燃机整体结构和联合循环机组总体布局1一、燃气轮机的整体结构燃气轮机的整体布置转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架燃气轮机的轴承和轴承座2现代电站燃气轮机通常采用组装式快装机组的方式，压气机、备成套安装在一个公共底盘上，形成箱装式发电机组轻、小、简便的优点。1燃气轮机的整体布置3吊装中的燃气轮机9FA燃气轮机压气机进气缸压气机缸压气机排气缸透平缸透平排气缸燃气轮机的整体布置转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架燃气轮机的轴承和轴承座一、燃气轮机的整体结构72转子的支承和轴向推力转子的支承方式对于电站单轴燃气轮机来说，转子的支承通常采用双支点或三支点的方式。外伸支承8悬臂支承:主要用于小功率燃气轮机转子的支承方式9

与双支点外伸支承的转子相比较，三支点支承转子的刚性好，有利于压气机后几级采用较小的径向间隙，但多了一个轴承使结构复杂了不少，且三个轴承同心度的偏差对转子临界转速也有影响，因此对同心度的要求高，这给机组安装、调整及检修带来极大不便，也影响运行的稳定性，这是一种过渡性的设计。10轴向推力从压气机和透平原理可知，气流对动叶的作用力可分为圆周向及轴向两个分力，圆周方向的力使转子与气流之间进行能量转换，推动转子旋转。而轴向力则是力图使转子作轴向运动，这是我们所不希望的，必须设法抵消之。1112M701F联合循环机组轴系13一、燃气轮机的整体结构燃气轮机的整体布置转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架燃气轮机的轴承和轴承座141、燃气轮机支架的基本要求支架将整台燃机支托在燃机底盘上。燃气轮机支架的结构和布置一般均应满足下列几点基本要求：（1）支架固定应牢固、稳定、振动小，能承受各种可能力的作用，即机组的重量、旋转倾覆力、轴向力、振动力等；（2）机组前后两端的支架应靠近轴承座，支架之间的轴向距离应近些，使气缸保持良好的刚性；（3）支架处机组的热膨胀不受阻碍，机组在工作时能保持中心不变；（4）机组转子在输出端即负荷联轴器处的轴向热膨胀位移量应小。152、绝对死点在考虑机组的排列方式和安装结构时，在满足气缸刚性的前提下，气缸的支承点的数目应尽量减少，还应确保机组在各种工况下的热膨胀自由和热态对中，即机组中心线的位置保持不变。16同时中心线上还应有一个点的轴向位置相对于地面保持不变。显然，该轴向位置保持不变的点是一“死点”。由于它是相对于地面而言，故称“绝对死点”，以区别于转子与静子之间的“相对死点”。对于单轴机组，其绝对死点常设在温度较低的功率输出端，以减少减速齿轮或输出端联轴器的热胀补偿。分轴机组的绝对死点则常设在低压动力透平端。17绝对死点的选取必须与转子的相对死点统一考虑，应注意各种工况下动静部分的胀差，以保证机组能高效、安全地运行。绝对死点的支架形式和结构，应结合气缸的滑销系统一并考虑，确保气缸的中心线在任何工况下都与机组中心线保持不变。绝对死点处的气缸支架的支承面高度应力求接近机组中心线，以便确保气缸支承面与机组中心之间的距离在热态时变化不大。18冷端输出：

当发电机由温度变化较小的压气机端驱动

例如：SiemensKWU、SiemensWH、Alstom的重型燃气轮机，GE公司近年推出的F、FA、H系列燃气轮机也采用这种方式。热端输出：采用透平排气端连接发电机的方式通常叫做，例如：GE公司的MS6001B、MS9001E系列燃气轮机采用。

注：GE热端输出调整为冷端输出时付出了沉重的代价冷端输出与热端输出19机组对外输出端运行时因温度较低，相对位移较小，有利于安全运行。推力轴承的油量大（为支持轴承的2～2.5倍），回油不需要通过高温的外壁引出（热端输出时），处于低温部分，这样无论对轴承座的设计或回油管的布置都比较有利。透平轴向排气可降低排气损失，提高机组效率，降低厂房高度；加强透平排气的对称性，有利于余热锅炉的设计和快速启停机。冷端输出（结合推力轴承和绝对死点）的好处2021223、支架的型式——弹性板支承23前支板是一块挠性板，装在燃气轮机底盘的前横梁上，并通过螺栓和销钉与压气机前缸的垂直法兰下部连接，该支架沿机组轴向可作弹性弯曲变形，即前支架允许机组轴向移动。后部两个支承位于透平排气缸的两侧，是一种脚型支架，都座落在底盘的垫块上；支架上部贴合地安装到透平排气缸水平中分面处的突缘上，能沿机组的横向（左右方向）做弹性弯曲变形。243、支架的型式——支座支承燃气轮机的两端都用支座支承时，支座位于机组两侧，一般有四个支座。支座支承的气缸下半部靠近水平中分面处有专门的支承面，支座就支承在该处。支承面能够滑动，以便气缸能自由热膨胀。故支承面处的固紧螺栓孔要比螺栓直径大，螺栓也不宜固紧，只是设法把螺栓锁住使机组被可靠地定位。对位于机组冷端的支座，当机组死点也在该处时，可把支承面螺栓囤紧。全部采用支座支承的机组，往往需要多种膨胀导键以保证机组热对中，主要用于小型燃气轮机中。25当冷端为机组死点时，不少机组用这种支承，这时一般在冷端用支座支承，热端用弹性板支承。支座和弹性板支承机组在压气机进气端的支座一侧一个。在该处静子底部中央有一搭耳，用一长螺栓与一侧的支座固紧，确保该处机组中心不会左右移动，以形成可靠的机组死点。热端两侧的弹性支板在机组的横向能作弹性变形，允许机组沿轴向及左右两侧自由热膨胀，在弹性摇板处气缸底部有纵向导键，保证机组中心不会左右偏歪。26273、支架的型式——辅助支承29304、底盘电站燃气轮机的支承一般都是固定在底盘上的。这种结构的好处：主要是便利机组的装箱运输及工地安装，其次是可把附属设备安装在底盘上，使机组紧凑和减少安装工作量。通常，往往把润滑油箱做在底盘中，使底盘所占的空间得到较好的利用。因此，底盘在各种燃气轮机中得到了广泛的应用。31由于底盘是支承和固定燃气轮机的，因此它应具有良好的刚性；其次还应重量轻，使燃气轮机的总重量不致因底盘而增加很多。底盘一般用工字钢、槽钢、钢板等拼焊而成，其中工字钢由于刚性好而用得较多。在支承燃气轮机的部位，底盘的刚性应比其余部分强。3233三菱M701F支撑结构3435一、燃气轮机的整体结构燃气轮机的整体布置转子的支承和轴向推力燃气轮机的支架燃气轮机的轴承和轴承座36轴承种类37滚动轴承滑动轴承径向轴承推力轴承燃气轮机的轴承燃气轮机轴承径向轴承:推力轴承:承担转子重量及剩余不平衡重量产生的离心力。确定转子在气缸中的轴向位置并承受转子轴向推力。3839径向轴承圆柱形轴承椭圆形轴承多油楔轴承可倾瓦轴承轴承座轴承座是安装和固定轴承用的，它把轴承所受的转子径向力及轴向力传至机组的静子。因此，轴承座应该有足够的刚度和强度。其次，轴承座应能将润滑油导至轴承中去润滑和冷却轴承，润滑后的润滑油又在轴承座底部汇集起来，回至滑油箱中循环使用。40轴承座的型式（1）直接与气缸等相连接的轴承座

这是指轴承座与气缸等静子铸成一整体，位于压气机进气端的轴承座常用这种型式。（2）放置在气缸等静子的水平法兰上的轴承座41燃气轮机径向轴承和推力轴承的冷却和润滑均来自于燃气轮机的润滑油系统润滑油的循环流动、冷却以及保证油压正常是轴承润滑的重点42轴承的润滑43轴承密封/轴端密封油密封：防止润滑油泄漏气密封：防止润滑油或者高压/高温气体泄漏汽密封：防止蒸汽外漏或外气进入44轴承密封/轴端密封-油气密封三菱701F轴承密封45轴承密封/轴端密封-油气密封三菱701F轴承密封46气封47汽封注：启动或低负荷时

二、联合循环机组总体布置48燃气-蒸汽联合循环结构图49联合循环机组举例S109FA大型燃气-蒸汽联合循环发电机组由PG9351FA型燃气轮机，D10型、三压、再热、双缸双流式汽轮机，390H型氢冷发电机和三压、再热、自然循环余热锅炉组成。燃气轮机、蒸汽轮机和发电机刚性串联在一根长轴上，燃气轮机进气端（冷端）输出功率，轴配置形式为GT-ST-GEN。转速为3000rpm，从发电机方向看按逆时针方向转动。50燃气一蒸汽联合循环中的燃气轮机和汽轮机可以设计成单轴布置或多轴布置。单轴布置即燃气轮机轴系和汽轮机组的轴系串联成一个轴系，共同驱动同一台发电机。多轴布置即燃气轮机和汽轮机各自驱动单独的发电机。51单轴、分轴；“几拖一”52单轴布置单轴布置只有一台发电机及相关的输变电设备，余热锅炉一般不需加装旁通烟囱和挡板，同时使辅助设施（如冷却水系统）可以统一布置，使设备简化，布置紧凑，厂房面积小，土建成本降低，使整个电厂紧凑高效，电站投资降低。西门子公司认为，单轴机组设备造价可比多轴机组低约5％。53单轴联合循环机组轴系54单轴联合循环机组轴系

位于发电机和汽轮机之间的自同步离合器，大大提高了电厂运行灵活性。由于离合器的采用，在启动过程中，燃机可以先按简单循环方式启动和运行，汽轮机处于脱开状态。一旦汽轮机转速升至额定转速，离合器就自动同步燃气轮发电机和汽轮机。由此实现更短的启动和停机时间，更短的维修停运时间和更高的净出力系数。同步离合器使燃气轮机能保持其灵活的运行特性，还可以补偿轴系膨胀。快速变负荷能力增加了电厂效益，尤其是当电网需要调峰和短时稳频运行时，电厂可以快速回应电网需求，为用户带来额外的收益，因为峰电具有更高的电价。55单轴联合循环电厂蒸汽系统56单轴联合循环电厂厂房布置57单轴联合循环电厂效果图58单轴联合循环电厂布置图GUD是德文GasundDampf的缩写，意为“燃气和蒸汽”59单轴布置单轴联合循环机组具有以下优点：①系统简化，设备费用降低；②变工况下效率下降较少；③控制系统简化；④运行维护简化；⑤高的可靠性和利用率。因而，近年来被迅速推广应用，特别是在新一代大功率联合循环中广泛采用单轴机组。60单轴布置单轴布置的不