三菱燃气轮机培训手册

【】三菱燃气轮机《技术人员培训资料〉June,20051目录

1.概述2.燃气轮机的性能3.三菱燃气轮机构造上的特点4.M701F燃气轮机的详细结构5.材料6.透平内叶片的冷却技术7.冷却系统※

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高速冷却21.性能表*1GT+1ST60Hz(3600rpm)50Hz(3000rpm)M501FM501GM501HM701FM701G流量

(kg/s)压比透平进口温度

(

C)排气温度.(

C)453161400607567201500596560251500600651171400586737211500587G

T功率

(MW)效率

<%>18537.025438.727039.327038.233439.5C

C功率

(MW)效率

<%>28056.737158.040360.039857.048458.0级数压气机164174154174184燃烧器的数量1616162020*透平3三菱燃汽轮机的高性能化4有效的结构设计

TorquePinsBetweenCompressorDisks

压气机叶轮之间的传扭小圆柱

在透平之间的齿状耦合CurvicCouplingBetweenTurbineDisks

切向支撑结构

TangentialStrut

EasyBladeExchange动叶换装容易的叶根结构

BladeRingStructure(DoubleCasing)双层机匣结构

ExternalCoolerforRotorCoolingAir用于冷却轴系的外部冷却系统

ColdEndDrive低温部的轴动力驱动装置5F型燃气轮机6

燃气轮机的性能

第2章

7燃气轮机的原理8燃气轮机的构成简图9燃气轮机循环性能10大气温度对燃机的影响11

三菱燃气轮机构造上的特点

第3章

12燃气轮机的基本结构13经过长验证的可靠性设计特点D型F型G型H型驱动轴低温端双轴承支撑4級透平多支型燃烧器机匣水平分离结构第一级静叶单片组装构造轴系冷却方式(经外部制冷和除尘后再导入)蒸汽冷却D型Ｆ型Ｇ型Ｈ型14“F”型燃气轮机的设计特点(1/3)15TorquePininCompressorDiscTurbineCurvicCoupling①StackedDiscTypeRotorPROVENFEATURESDiscContact

SurfaceTorquePinSpindleBolt④ColdEndDrive⑥Tangential

Strut③Air-cooledTurbine②CannularTypeCombustorFuelNozzleCombustorBasketTransitionPieceCurvicCouplingSpindleBoltDisc“F”型燃气轮机的设计特点(2/3)16PROVENFEATURES⑤ROTORCOOLINGExchangedHeatcanbeeffectivelyutilizedfor“FuelHeating”andetc.“F”型燃气轮机的设计特点(3/3)17

三菱燃气轮机的详细结构

第4章

18进气缸部分19进气导叶的机械原理20滑油嘴可调进气导叶（IGV）执行机构环剖面图A-A位置指示器流向导叶旋转方向AA21推力轴承的结构主推力转子旋转方向推力瓦隔离圈喷嘴转子推力盘水平板为了防止组装错误，发电机侧和燃机侧的轴瓦和喷油嘴的尺寸均不同。参见图5止推轴承。

图5止推轴承22支撑轴承的结构23密封

空气密封剖面图C-C剖面图B-B剖面图A-A回油油密封油密封油密封AABBCC密封空气压力测量接头24压气机组件

25压气机气缸#14BleedManifold26压气机气缸压气机气缸是分两半制造的铸钢件，在水平中分面处用螺栓固定。这样组成一个易于拆卸、组装、检查和维护的组件。压气机气缸装有压气机隔板和第6、11和14级压气机抽气口。抽出的空气用于冷却和密封以及用作机组启动和停止时的防喘控制措施

27压气机的隔离环压气机隔板压气机气缸28压气机转子

压气机1—17级压气机主轴14个压气机轮盘压气机转子联轴器轂推力盘进气侧平衡面拉杆螺栓29压气机动叶结构与安装图压气机叶片由不锈钢制成，这为所有的振动模态提供了阻尼。“燕尾”式叶根设计为切向主振型提供了根部阻尼。关于燕尾形的布置，参见图。叶片用键在主轴上固定，使得在不影响其它级的情况下拆卸任一级。转子组件有17列叶片。它们用于压缩进气，以提供所需的气流和压力。压气机叶片定位键燕尾形叶根压气机轮盘

30燃烧器部分(干式低

NOx

型燃烧器)TurbineCasingCompressor&CombustorCasing⑦TransitionPiecePilotNozzle⑧BypassValveMainNozzle⑥BasketAAA-AMainSwirlerMainNozzleBB⑤PilotNozzlePilotNozzle

Swirler31燃烧筒的分布

(干式低

NOx

型)32点火装置和火焰探测器的位置点火装置火焰探测器33燃烧器的内筒(干式低

NOx

型)34燃料喷嘴(低

Nox型)35燃烧器的尾筒(干式低

NOx

型)36火炎联接管37旁路阀(1/2)38旁路阀(2/2)39透平缸的组装40透平静叶的组装41透平孔探测仪开孔和热电偶42力矩管的密封43压气机/透平内段的密封结构44弹性支撑45ExhaustCasingExhaustDiffuser排气缸和切向筋的结构Brg.boxBrg.OilSupplyBrg.OilDrainThermocouplesforBladepasstemperaturemeasurement<Viewfromup-stream>46排气总缸结构47燃气轮机的转子48压气机动叶组装49透平转子的组装50第5章材料51燃气轮机中所使用的主要材料52透平动叶材料53透平静叶材料54燃烧器材料55CoNiCrAIY涂层56隔热涂层(TBC)57涂层结构58第6章透平内叶片的冷却技术59M701F型备有冷却机能的动叶与静叶60透平初温的发展61三菱高效率燃气轮机的趋势图62高温透平的技术M701FM701D63耐高温材料的发展趋势图64透平冷却静叶的发展501F/701F501D/701D65透平冷却动叶的发展501F/701F501D/701D66隔热涂层(TBC)67先进的透平冷却技术M701FM701DM701FM701D68冷却型式69薄膜冷却70分流型冷却71冲击冷却72绕流型冷却Turbulator73第一级静叶74第一级动叶ShowerHeadFilmCoolingPinFinCooling75第二级静叶76第二级动叶SlotholeTurbulatorCoolingAir77第三级静叶78第三级动叶79第四级静叶80第四级动叶81第7章冷却系统82冷却气体系统83冷却气体的流向84透平转子内的空气流向TURBINEROTORCOOLINGAIRFLOW85透平内密封空气流向86透平外密封空气流向PREVENTIONOFHOTGASREVERSEFLOW87

1.对动静叶的冷却型式是高效率燃气轮机的主要的技术之一2.更先进的冷却体系是作为提高透平初温的必然条件结论88

※

学员选修高速

冷却89CharacteristicsofbladetipclearanceA. Characteristicsoftipclearanceareestimatedfortheentireoperationalconditionsincludingcoldstartandveryhotstart.B. Reductionofclearanceisobservedatcompressorbladeringrightandleftsidewhiletheenginerestartsunderveryhotconditionduetoovaldeformation(

).C. Reductionofclearanceisobservedatturbinecasingbottomsideduring

re-startingdueto“catback”deformation(

).

:“Catback“deformation

(Turbinesideclearanceiscritical.)

:Ovaldeformation

(Compressorsideclearanceiscritical.)

RotorBladeringRotorCasingBottomsideClearance90OvaldeformationofcompressorbladeringatrearstageCompressor

BladeRingJustaftertheshutdownofGT,therearstagecompressorbladeringisshrunkrapidlyaccompaniedwithovaldeformationduetorapidcooling.Therearstagecompressortipclearanceeachatrightandleftbecomescriticalduetotheovaldeformation.IftheGTisre-startedorspinundersuchacondition,rubbingisanticipated.Therefore,itisstronglyrecommendedtore-startorspintheGTafter1hourwhenrapidshrinkageisrecovered.91“Catback”deformationofthegasturbinecasing“Catback”deformationofthegasturbinecasingiscausedbythecasingmetaltemperaturegradientbetweentopandbottomhalves.Thecasingmetaltemperaturegradientiscausedbynaturalconvection.

Hotairinsidethecasingisconvectedupward.Naturalconvectioninsidethecasingoccursaftershutdownofthegasturbine(GT).AfterawhileiftheGTisrestarted,minimumclearanceoccursatbottomsideduetothedistortion.92CountermeasureInordertoreducethecasingthermaldistortion,itisrecommendedtocarryoutthespincoolingoperationaftergasturbineshutdown.Inordertomonitorthecasingmetaltemperaturedifferenceaftershutdownandtooptimizethespincoolingprocedure,thermocouplesareinstalledoneachtopandbottomcasingsasshownbelow.Casingmetaltemperaturegradientbetweentopandbottomwillbereducedduetospincoolingoperationandcasingdistortionwillbeminimized.Bottomclearancewillberestoredduetoreducedcasingdistortion.ABTopTopBottomBottomABThermocoupleABCombustor&CompressorcasingTurbinecasing93ReliabilityenhancementbyspincoolingMHIestablishedthefollowingguidelineforspincoolingandrecommendtocarryoutthespincoolingoperationaftershutdown.

1) TheGTcannotberestartedorspunwithin1houraftertheshutdownsoastoavoidthecompressorbladetiprubbingduetothecompressorbladeringovaldeformation.(ZoneAinFigure1)2) TheGTcanberestartedduring1~6hoursaftertheshutdownwithoutspincooling,providedthecasingmetaltemperaturedifferenceiswithinthecriteria.(ZoneBinFigure1) Criteriaforturbinecasing:60

C/forcombustorcasing:35

C3)