003-1燃机结构讲义课件.ppt

1、PG9171E 燃气轮机结构PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机的技术参数压气机的技术参数n型式型式:轴流式轴流式n级数级数:17:17级级n压比压比:12.37:12.37n级间压比：级间压比：1.161.16n空气流量空气流量:1,453:1,453 10 103 3 kg/hkg/hn叶顶最高速度：叶顶最高速度：340 340 m/sm/sPG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机概述概述n轴流式压气机由压气机转子和静子气缸组成轴流式压气机由压气机转子和静子气缸组成,在气缸在气缸上安装上安装1717级静叶、进气导叶级静叶、进气导叶(IGV)IGV)

2、和排气导叶和排气导叶(EGV1/2)EGV1/2)；n压气机内的空气压气机内的空气,由动叶由动叶(转子转子)和静叶和静叶(静子静子)一级一一级一级地压缩级地压缩,叶片高度由高向低逐级递减；叶片高度由高向低逐级递减；n压气机抽气用于透平喷嘴和动叶的冷却、轴瓦的密压气机抽气用于透平喷嘴和动叶的冷却、轴瓦的密封、燃机起动时避免压气机喘动；封、燃机起动时避免压气机喘动；n可调导叶可调导叶(IGV)IGV)限制起机过程中的空气流量，提高联限制起机过程中的空气流量，提高联合循环时部分负荷的效率；合循环时部分负荷的效率；PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机转子压气机转子n前短轴前短

3、轴-安装着压气机第一级动叶安装着压气机第一级动叶,#1轴瓦轴颈；轴瓦轴颈；n15级动叶和轮盘组件级动叶和轮盘组件(包括包括2-16级转子级转子)；n后短轴后短轴-压气机的第压气机的第17级动叶，级动叶，#2轴瓦轴颈；轴瓦轴颈；n压气机每级均是带有叶片的轮盘压气机每级均是带有叶片的轮盘,各级轮盘通过沿圆周各级轮盘通过沿圆周均布的均布的16根拉杆螺栓连接根拉杆螺栓连接,各级轮盘通过位于轮盘中心各级轮盘通过位于轮盘中心附近榫槽直口径向定位且轮缘互不接触附近榫槽直口径向定位且轮缘互不接触.扭距的传递是扭距的传递是通过螺栓连接法兰的表面摩擦力完成的；通过螺栓连接法兰的表面摩擦力完成的；n各级轮盘和前、后

4、短轴轮盘的外圆周各级轮盘和前、后短轴轮盘的外圆周,都具有拉削的榫都具有拉削的榫槽槽,动叶插入这些榫槽内且在榫槽的末端样冲固定；动叶插入这些榫槽内且在榫槽的末端样冲固定；压气机动叶压气机动叶n动叶又称工作叶片，是压缩空气的关键部件。为了达动叶又称工作叶片，是压缩空气的关键部件。为了达到良好的气动性能，避免同一叶片不同半径方向上的到良好的气动性能，避免同一叶片不同半径方向上的冲角有过大的差异，压气机的前几级动叶均采用弯扭冲角有过大的差异，压气机的前几级动叶均采用弯扭叶片的形式，且叶型沿叶高的变化满足强度和振动的叶片的形式，且叶型沿叶高的变化满足强度和振动的要求。要求。n压气机动叶的第压气机动叶的第

5、13级采用级采用GTD-450的材料，第的材料，第48级采用级采用403CB加上加上GECC-1陶瓷涂层，第陶瓷涂层，第917级采级采用用403CB材料。转子叶片是翼面型的，设计成以高叶材料。转子叶片是翼面型的，设计成以高叶顶速度来高效地压缩空气。叶根采用轴向装配燕尾型顶速度来高效地压缩空气。叶根采用轴向装配燕尾型叶根，燕尾型叶根通过精加工保证每一叶片位于轮盘叶根，燕尾型叶根通过精加工保证每一叶片位于轮盘上的正确位置，并使用轮缘冲铆的锁紧结构。上的正确位置，并使用轮缘冲铆的锁紧结构。PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机缸体压气机缸体n压气机进气缸压气机进气缸n压气机前

6、缸压气机前缸n压气机后缸压气机后缸n压气机排气缸压气机排气缸(包括排气内缸包括排气内缸)PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机进气缸压气机进气缸n位于燃机的前端，将来自进气室的空气均匀导入压气位于燃机的前端，将来自进气室的空气均匀导入压气机；机；n进气缸分别支撑进气缸分别支撑#1推力轴瓦及轴瓦组件；推力轴瓦及轴瓦组件；nIGV（进口可转导叶）位于进气缸的后端（进口可转导叶）位于进气缸的后端；PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机前缸压气机前缸n包含压气机第一级到第四级；包含压气机第一级到第四级；n前挠性支板的一端通过螺栓和定位销与压气机前缸的前挠

7、性支板的一端通过螺栓和定位销与压气机前缸的前垂直法兰连接前垂直法兰连接,支板的另一端通过螺栓和定位销与燃支板的另一端通过螺栓和定位销与燃机基础相连；机基础相连；n压气机前缸装有用于燃机与其基础分离的两个整体大压气机前缸装有用于燃机与其基础分离的两个整体大起重吊耳；起重吊耳；PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机后缸压气机后缸n包含压气机第五级到第十级；包含压气机第五级到第十级；n气缸上配置第五级和第十一级压气机抽气口；气缸上配置第五级和第十一级压气机抽气口；n第五级抽气用于冷却和密封功能，第十一级抽气用于第五级抽气用于冷却和密封功能，第十一级抽气用于起机和停机过程中的防

8、喘起机和停机过程中的防喘；PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机排气缸压气机排气缸n包含压气机第包含压气机第11111717级、级、EGV1EGV1、EGV2EGV2（出口可转导（出口可转导叶）；叶）；n支撑静叶支撑静叶,为扩压器提供内壁和外壁为扩压器提供内壁和外壁,连接压气机和透连接压气机和透平缸体平缸体,此外还为此外还为#2#2轴瓦组件提供了内支撑轴瓦组件提供了内支撑,通过持环通过持环为一级喷嘴提供密封；为一级喷嘴提供密封；n压气机排气缸由两个缸组成压气机排气缸由两个缸组成,外缸是压气机气缸的延续，外缸是压气机气缸的延续，内缸是环绕压气机转子的内缸内缸是环绕压气机转

9、子的内缸,两个缸通过径向支板连两个缸通过径向支板连接；接；n#2#2轴瓦的支撑机构位于压气机排气缸内轴瓦的支撑机构位于压气机排气缸内,扩压器是由压扩压器是由压气机排气缸外缸和内缸之间的圆锥形环形空间组成气机排气缸外缸和内缸之间的圆锥形环形空间组成 ；PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机静叶压气机静叶n压气机静子叶片也是翼型叶片；压气机静子叶片也是翼型叶片；n第一级到第八级叶片通过轴向的燕尾形叶根安装在叶第一级到第八级叶片通过轴向的燕尾形叶根安装在叶片环的扇形块内片环的扇形块内,叶片环的扇形块安装在气缸的圆环叶片环的扇形块安装在气缸的圆环形沟槽内且通过锁销定位；形沟槽内

10、且通过锁销定位；n第九级叶片到排气导向叶片则安装于单独的矩形块内第九级叶片到排气导向叶片则安装于单独的矩形块内,矩形块直接安装在气缸的圆环形沟槽内；矩形块直接安装在气缸的圆环形沟槽内；PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机静叶材料压气机静叶材料n第第1/21/2级级:GTD-450GTD-450n第第3/83/8级级:403:403CB+GECC-1CB+GECC-1陶瓷涂层陶瓷涂层n第第9/179/17级级:403CB 403CBnEGV:403CBEGV:403CBPG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机五级抽气压气机五级抽气功能功能n冷却高温

11、运行的透平部件冷却高温运行的透平部件n密封透平的轴瓦密封透平的轴瓦n为气动阀提供操作气源为气动阀提供操作气源PG9171EPG9171E燃气轮机压气机燃气轮机压气机压气机排气压气机排气n液体燃料喷嘴的雾化空气液体燃料喷嘴的雾化空气n液体燃料喷嘴的清吹空气液体燃料喷嘴的清吹空气n气体燃料喷嘴的冷却空气气体燃料喷嘴的冷却空气n气体燃料喷嘴的清吹空气气体燃料喷嘴的清吹空气n一级喷嘴叶片和固定环的冷却一级喷嘴叶片和固定环的冷却n二级喷嘴叶片和隔板的冷却二级喷嘴叶片和隔板的冷却n一级动叶前、一级动叶后和二级动叶前转子轮间的冷一级动叶前、一级动叶后和二级动叶前转子轮间的冷却却知识要点知识要点n压气机缸体的

12、组成压气机缸体的组成n压气机转子的组成压气机转子的组成n压气机抽气的作用压气机抽气的作用PG9171EPG9171E燃气轮机燃气轮机燃烧系统燃烧系统概述概述n压气机出口的高压空气流入过渡段的周围压气机出口的高压空气流入过渡段的周围,然后进入包然后进入包围围14个火焰筒的环形空间个火焰筒的环形空间,空气通过小孔、火焰筒上的空气通过小孔、火焰筒上的冷却空气槽和其他控制燃烧过程的小孔进入燃烧室冷却空气槽和其他控制燃烧过程的小孔进入燃烧室n供给每个燃烧室的燃料通过燃油喷嘴喷雾供给每个燃烧室的燃料通过燃油喷嘴喷雾,且燃料与燃且燃料与燃烧室内一定量的燃烧空气混合烧室内一定量的燃烧空气混合n在燃烧室燃料燃烧

13、产生的燃气用于驱动透平在燃烧室燃料燃烧产生的燃气用于驱动透平PG9171EPG9171E燃气轮机燃气轮机燃烧系统燃烧系统基本组成基本组成n火焰筒火焰筒n过渡段过渡段n导流衬套导流衬套n联焰管联焰管n燃料喷嘴燃料喷嘴n火花塞火花塞n火焰探测器火焰探测器PG9171EPG9171E燃气轮机燃气轮机燃烧系统燃烧系统结构型式结构型式n分管回流分管回流n1414个火焰筒个火焰筒n4 4个紫外线火焰探测器个紫外线火焰探测器n2 2个可回缩式火花塞个可回缩式火花塞PG9171EPG9171E燃气轮机燃气轮机燃烧系统燃烧系统火焰筒火焰筒n压气机排气在导流衬套导流下压气机排气在导流衬套导流下,沿火焰筒外部从前端

14、流沿火焰筒外部从前端流入入,部分空气通过火焰筒罩壳孔和旋流板从前部流入且部分空气通过火焰筒罩壳孔和旋流板从前部流入且进入火焰筒的反应区进入火焰筒的反应区n反应区的高温燃气通过热掺混区反应区的高温燃气通过热掺混区,然后进入掺混区与其然后进入掺混区与其他的空气混合他的空气混合.掺混区的计量孔允许适量空气进入掺混区的计量孔允许适量空气进入,将将燃气冷却到所希望的温度燃气冷却到所希望的温度.沿火焰筒长度方向分布的环沿火焰筒长度方向分布的环形槽形槽,其作用是为冷却火焰筒壁提供空气膜其作用是为冷却火焰筒壁提供空气膜,而火焰筒的而火焰筒的罩壳是由其上的鱼鳞片冷却的罩壳是由其上的鱼鳞片冷却的.PG9171EP

15、G9171E燃气轮机燃气轮机燃烧系统燃烧系统过渡段过渡段n过渡段将火焰筒的高温燃气直接导入透平喷嘴过渡段将火焰筒的高温燃气直接导入透平喷嘴PG9171EPG9171E燃气轮机燃气轮机燃烧系统燃烧系统燃料喷嘴燃料喷嘴n每一火焰筒内都配置有燃油喷嘴每一火焰筒内都配置有燃油喷嘴,燃油喷嘴将等量的燃燃油喷嘴将等量的燃料喷入火焰筒料喷入火焰筒n液体燃料通过高压空气雾化后进入燃烧区液体燃料通过高压空气雾化后进入燃烧区n气体燃料通过位于旋流器内边的计量孔直接进入每一气体燃料通过位于旋流器内边的计量孔直接进入每一火焰筒火焰筒n天然气和液体燃料在双燃料设计的燃机中可以同时燃天然气和液体燃料在双燃料设计的燃机中可

16、以同时燃烧烧,每种燃料的百分比由运行人员和控制系统决定每种燃料的百分比由运行人员和控制系统决定 PG9171EPG9171E燃气轮机燃气轮机燃烧系统燃烧系统火花塞火花塞n工作原理工作原理 燃机点火是通过两个燃机点火是通过两个15000V可伸缩电极的火花塞放可伸缩电极的火花塞放电来实现的电来实现的 点火时点火时,一个或两个火花塞的火花使燃烧室点燃一个或两个火花塞的火花使燃烧室点燃,余下的余下的火焰筒通过联焰管点燃火焰筒通过联焰管点燃 随着燃机转子转速和空气流量增加随着燃机转子转速和空气流量增加,火焰筒内的压力也火焰筒内的压力也随之提高随之提高,导致火花塞回缩离开反应区导致火花塞回缩离开反应区PG

17、9171EPG9171E燃气轮机燃气轮机燃烧系统燃烧系统火焰探测器火焰探测器n4 4个火焰探测器安装在个火焰探测器安装在4 4个不同的火焰筒内个不同的火焰筒内n火焰探测器由一小充气管组成火焰探测器由一小充气管组成,充气管内有两个相离很充气管内有两个相离很近的电极近的电极.内置电源的电气模块为两电极提供高压直流内置电源的电气模块为两电极提供高压直流电源电源n当紫外线存在时当紫外线存在时,将引起充气管放电将引起充气管放电,这样就会产生一这样就会产生一个脉冲电流和引起电源的放电个脉冲电流和引起电源的放电n紫外线存在时紫外线存在时,电源就会连续不断地重复充电和放电过电源就会连续不断地重复充电和放电过程

18、程,且将火焰的状态转换到燃机控制系统且将火焰的状态转换到燃机控制系统n 点火失败点火失败(Failure to fire)Failure to fire)或或 火焰丢失火焰丢失(Loss of Loss of flame)flame)是由信号装置显示的是由信号装置显示的PG9171EPG9171E燃气轮机燃气轮机燃烧系统燃烧系统火焰探测器（续）火焰探测器（续）n数量：数量：4 4个个n分布：分布：#4#4、#5#5、#10#10和和#11#11n型式：紫外线火焰探测器型式：紫外线火焰探测器PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平概述概述n三级透平将压气机和燃烧系统产生的高温高压燃气

19、的三级透平将压气机和燃烧系统产生的高温高压燃气的热能转换成机械能热能转换成机械能nPG9171EPG9171E燃机透平部分的主要部件包括燃机透平部分的主要部件包括:透平转子、透透平转子、透平缸、排气框架、排气涡壳、动叶、喷嘴及隔板和复平缸、排气框架、排气涡壳、动叶、喷嘴及隔板和复环环PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平概述概述n型式：重型型式：重型n级数：三级级数：三级n运行转速：运行转速：3000 3000 rpmrpmn跳闸转速：跳闸转速：3300 3300 rpmrpmn透平前温：透平前温：1124 1124。C Cn一阶临界转速一阶临界转速:1292:1292 rpm(

20、43%SPD)rpm(43%SPD)n二阶临界转速二阶临界转速:2492:2492 rpm(83%SPD)rpm(83%SPD)PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平透平缸体透平缸体n透平缸体控制复环和喷嘴的轴向和径向位置透平缸体控制复环和喷嘴的轴向和径向位置,也就控制了透平间隙和喷嘴相对于透平动叶的也就控制了透平间隙和喷嘴相对于透平动叶的位置位置n提供动叶和喷嘴检查探孔提供动叶和喷嘴检查探孔n透平缸体由两个外置抽风机冷却透平缸体由两个外置抽风机冷却,抽风机的冷抽风机的冷却空气同时引入到排气框架却空气同时引入到排气框架PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平透平排气框

21、架透平排气框架n排气框架与透平缸后法兰由螺栓连接排气框架与透平缸后法兰由螺栓连接n排气框架由外缸和内缸组成排气框架由外缸和内缸组成,#3轴瓦由排气框架内缸轴瓦由排气框架内缸支撑支撑n排气框架由箱体外的风机提供冷却的一部分空气冷却排气框架由箱体外的风机提供冷却的一部分空气冷却 PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平动叶动叶n透平动叶从第一级到第三级的长度依次增加透平动叶从第一级到第三级的长度依次增加n第一、二级动叶叶身由转子内部的空气流冷却第一、二级动叶叶身由转子内部的空气流冷却n第三级动叶无空气冷却第三级动叶无空气冷却,第二级和第三级动叶具有叶顶第二级和第三级动叶具有叶顶围带围带

22、,动叶之间的围带相互连锁有利于振动衰减动叶之间的围带相互连锁有利于振动衰减,密封齿密封齿相互咬合减少叶顶流量损失相互咬合减少叶顶流量损失 PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平一级动叶一级动叶n冷却空气孔数量：冷却空气孔数量：1111个个n叶片数量：叶片数量：9292片片n轴向固定方式：锁销轴向固定方式：锁销PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平二级动叶二级动叶n冷却空气孔数量：冷却空气孔数量：4 4个个(6(6个）个）n叶片数量：叶片数量：9292片片n叶冠：切割齿叶冠：切割齿n轴向固定方式：半圆锁销轴向固定方式：半圆锁销n蠕变检查蠕变检查PG9171EPG917

23、1E燃气轮机透平燃气轮机透平三级动叶三级动叶n冷却空气孔数量：无冷却空气孔数量：无n叶片数量：叶片数量：9292片片n叶冠：切割齿叶冠：切割齿n轴向固定方式：半圆锁销轴向固定方式：半圆锁销n蠕变检查蠕变检查PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平动叶材料动叶材料n一级动叶一级动叶:GTD-111+GE专利涂层专利涂层n二级动叶二级动叶:GTD-111+GE专利涂层专利涂层n三级动叶三级动叶:INCONEL 738+GE专利涂层专利涂层PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平喷嘴喷嘴n透平部分有三级静态喷嘴透平部分有三级静态喷嘴n 一级喷嘴由一级喷嘴由18个扇形块组成个扇

24、形块组成,每组包含两个叶片每组包含两个叶片,由固由固定环和持环固定定环和持环固定n二级喷嘴由二级喷嘴由16个扇形块组成个扇形块组成,每组包含三个叶片每组包含三个叶片,扇形扇形块通过喷嘴处外缸的径向孔插入径向定位销定位块通过喷嘴处外缸的径向孔插入径向定位销定位n三级喷嘴由三级喷嘴由16个扇形块组成个扇形块组成,每组包含四个叶片每组包含四个叶片n二级喷嘴和三级喷嘴以相同方式固定在透平缸体上二级喷嘴和三级喷嘴以相同方式固定在透平缸体上 PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平一级喷嘴一级喷嘴n结构结构:上、下半环上、下半环,共共1818个扇形块个扇形块n内环由持环固定内环由持环固定;外环

25、由固定环固定外环由固定环固定n圆周方向由上、下偏心销固定圆周方向由上、下偏心销固定n弦式密封弦式密封 在内壁后端面的直线密封在内壁后端面的直线密封,该密封紧靠在一级喷嘴持环该密封紧靠在一级喷嘴持环内内,允许喷嘴轻微晃动而又保持固定的密封面允许喷嘴轻微晃动而又保持固定的密封面,减少了减少了扇形块与持环间的空气泄露扇形块与持环间的空气泄露n梳齿型密封梳齿型密封 扇形块内外环间的密封扇形块内外环间的密封PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平二级喷嘴二级喷嘴n1616个扇形块个扇形块n每个扇形块由三组叶片组成每个扇形块由三组叶片组成n隔板内环装配迷宫式密封和刷子气封隔板内环装配迷宫式密封

26、和刷子气封n梳齿型密封梳齿型密封PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平三级喷嘴三级喷嘴n1616个扇形块个扇形块n每个扇形块由四组叶片组成每个扇形块由四组叶片组成n隔板内环装配迷宫式密封隔板内环装配迷宫式密封n梳齿型密封梳齿型密封PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平喷嘴材料喷嘴材料n一级喷嘴一级喷嘴:FSX-414FSX-414n二级喷嘴二级喷嘴:GTD-222GTD-222n三级喷嘴三级喷嘴:GTD-222GTD-222PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平复环复环n透平动叶叶尖在复环内环上旋转透平动叶叶尖在复环内环上旋转n复环的作用是降低动叶叶尖

27、泄露复环的作用是降低动叶叶尖泄露,在高温燃气和温度比在高温燃气和温度比较低的缸体之间提供高温隔热较低的缸体之间提供高温隔热n复环扇形块通过透平缸体的径向定位销定位复环扇形块通过透平缸体的径向定位销定位,扇形块之扇形块之间通过相互连接的滑键和凹槽密封间通过相互连接的滑键和凹槽密封 PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平一级复环一级复环n共共48个扇形块个扇形块nW(或或E)型密封型密封n梳齿型密封梳齿型密封PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平二级复环二级复环n共共48个扇形块个扇形块n扇形块母线密封扇形块母线密封n内壁蜂窝密封内壁蜂窝密封PG9171EPG9171E

28、燃气轮机透平燃气轮机透平三级复环三级复环n共共3232个扇形块个扇形块n扇形块母线密封扇形块母线密封n内壁蜂窝密封内壁蜂窝密封PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平复环与动叶复环与动叶 n动叶和复环的最小间隙是在起动、停机和负荷波动等动叶和复环的最小间隙是在起动、停机和负荷波动等动态过程中发生动态过程中发生n蜂窝密封动态过程允许接触而稳态过程动叶叶顶保持蜂窝密封动态过程允许接触而稳态过程动叶叶顶保持相对小的间隙相对小的间隙n蜂窝密封由耐高温的防氧化合金制造蜂窝密封由耐高温的防氧化合金制造PG9171EPG9171E燃气轮机透平燃气轮机透平透平的冷却透平的冷却n压气机压气机17级前的抽气通过转子中心孔级前的抽气通过转子中心孔,用于第一级和第用于第一级和第二级动叶二级动叶、第二级后和第三级前的转子轮间的冷却第二级后和第三级前的转子轮间的冷却n第一级前轮间通过流过压气机转子后端的高压密封空第一级前轮间通过流过压气机转子后端的高压密封空气冷却气冷却n第一级后端轮间和第二级前端轮间由流过一级复环的第一级后端轮间和第二级前端轮间由流过一级复环的压气机排气冷却压气机排气冷却,然后径向流入第二级喷嘴然后径向流入第二级喷嘴n第三级后端轮间由流入排气框架回路的冷却空气冷却第三级后端轮间由流入排气框架回路的冷却空气冷却