ge公司燃氣輪機設(shè)計原則

1、0 前 言 G E公司燃氣輪機設(shè) 計原則 C E公司在重型燃氣輪機方面的若干重要的設(shè) 計原則使之處于全球市場的領(lǐng)先地位。這 些設(shè)計原則對現(xiàn)代燃氣輪機技術(shù)的不斷進 步起到了重要作用 并將繼續(xù)指導(dǎo)其技術(shù)的發(fā)爬 本文將回顧 G E公司燃氣輪機本俸 ( 法蘭到法蘭)的某些設(shè)計原則及其發(fā)展 目 標(biāo) 。這些設(shè)計原則的要點是：進化設(shè)計、利用兒何 比例以及投產(chǎn)前的全面完善 。進化設(shè) 汁已獲得 相 當(dāng)?shù)某?功 ，這條原 則將 繼續(xù) 作 為進 一步發(fā)展 的

2、基礎(chǔ) 。進化設(shè) 計 的一 項成 果 就是 軸流 壓 氣 機 系列 ，在保 持其 原 有 的 高 可靠性 和結(jié) 構(gòu) 的前 提 下 ?流量 、壓 比和 效 率 均 已 逐 步 得 到 挺 高 。然 后將 介紹 這些 壓氣 機 的發(fā) 展過 程 。進 化設(shè) 計 的 另一 項 成果 就 是 M S 7 0 0 1 型 燃 氣 輪 機 ，其性能已先后通過從 A到 B 、C 、E 、E A、 F和 F A型的六次改型得到改善。G E公司燃氣輪機

3、產(chǎn)晶系列的第二個相當(dāng)成功的設(shè)計原則是幾何此例法。按 比例設(shè)計的原則就是通過加大或縮小機組的實際規(guī)格、側(cè)時又提高或降低機組的轉(zhuǎn)速，生產(chǎn)出氣動性能 和強度性能相似的壓氣機和透平系列。瘟川 比例設(shè)計法可以在成熟 的壓氣機和透平結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上開 發(fā) 出系列產(chǎn) 品一 f “ 1Ml O 0 2 、M $ 5 0 0 1 、M S 6 0 0 l 和 M S 9 0 0 l 機 型就 是利 用’ 比例 法設(shè) 汁而 成 ，同時又保持。 r與 M 5 3

4、 0 0 2 和 ~ 1 5 7 0 0 1 仉 型午 H 應(yīng) 部什的幾何相似性 。因此，在溫度 、 壓 力 、葉片角度和應(yīng)力等方面均可保持不變。此外，淤如壓 比和系列之 類重要的循環(huán)參數(shù)也可保持 變 。如 比例 系數(shù) 按直徑 比確 定 ，則軸轉(zhuǎn) 速與 此 ： “徑 比成 反 比 。線 性 尺 寸 與 比例 系 數(shù) 成 正 比 ；而空 氣流 量和 出 力與 比例 系 數(shù)的 平 方成 正 比 ；重 量 與 比例 系數(shù) 的 立 方成 正

5、比 ( 見表 I )f [ i是 ，對所有 控 比例設(shè)計 的 壓氣機 和透 l ￡ 來 泓 ，柏塒 于轉(zhuǎn)速 和離 力 的葉 片振動 頻率 卻 處于 同 一 水平 。因此 ，通過 比例 設(shè)計法 可最 大程度 地利 州 已獲得 的經(jīng)驗 。G E公司的三個沒汁原則是仝叫完蕾。這涉及 到設(shè)計分析、優(yōu)質(zhì)制造 、檢驗和現(xiàn)場經(jīng) 驗的反饋。G E公訓(xùn)在開發(fā)和試驗波施方面的不斷投資就是體 現(xiàn)這條原則的實證。表 1比例 系數(shù) 比例系數(shù) 壓 比設(shè)率 轉(zhuǎn)

6、 速 流速 流 量 出 力 重 量 應(yīng) 力 ．頻 率／ R O M葉 頂 速 度 ( ) ．5l10． 2 5O． 2 5O． 1 2 5J2ll0 ． 5·13·維普資訊 http://www.cqvip.com 圖 2M S T O O i F A型簡單循環(huán)燃氣輪機 燃氣輪機的燃燒室在接受來 自壓氣機的高壓空氣的同時 ，還接受來 自燃料供給系統(tǒng)的燃 料，以保持持續(xù)的燃燒，使工作燃氣的溫度升至相當(dāng)高的程度 ；并且在

7、燃燒時能保證所產(chǎn)生的壓降和排放最低。高溫燃氣從燃燒室出來以后，即流向透平第 1 級噴嘴。在透平 中 ，高壓 高溫 工作流 體在從 壓氣 機 的 出口壓力膨脹 到大氣 壓 力 的過 程 中做 功 。 當(dāng)高溫燃氣離開燃燒室時，其溫度大大高于透平第 1 級動靜葉結(jié)構(gòu)材料的熔點。因此 ，對透平 前幾級必須進行充分冷卻 ，以保證應(yīng)有的部件壽命。當(dāng)高溫燃氣膨脹冷卻后 ，其排氣溫度仍 明顯高于通常的環(huán)境溫度。排氣溫度較高，意味著排氣仍有相當(dāng)大的能量

8、，可用于在聯(lián)合循 環(huán)的底部循環(huán)設(shè)備中使水蒸發(fā)和過熱。正是因為這種排氣的能量得以利用 ，才使聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的效率大大高于簡單循環(huán)的效率。2軸流壓 氣機 2 ． 1 氣動 性能 的完 善 G E 公司在壓氣機設(shè)計方面擁有數(shù)十年的經(jīng)驗。最初用于重型燃氣輪機的軸 流壓氣機是在 2 O世紀(jì) 4 O年代 中期利 用開 發(fā) T C I 8 0航 空 發(fā) 動機 的經(jīng) 驗基 礎(chǔ) 上進 行 設(shè) 計 的 。 到 4 O年代 后 期 ，其 原動 機也是 根據(jù) T

9、 G 1 8 O航 空發(fā) 動 機設(shè) 計 而 成 ，計 劃用 于 輸 油／ 輸 氣 管 線 和 工 業(yè) 動 力 。這臺最 早 的 M S 3 0 0 2型原 動 機是 一 臺 5 0 0 0 h p的燃氣 輪機 ，其 壓氣 機 空氣 篩 量 為 3 7 k g ! s( 8 1 ． 5 1 b ／ s ) 。M S 3 0 0 2型機 組原 有的 壓氣機不 要求設(shè) 置放氣 閥、 、進 口可轉(zhuǎn) 導(dǎo) 葉或 可 轉(zhuǎn) 靜 葉 ，來 確保壓氣機在機

10、組升速和不同轉(zhuǎn)速下運行時不發(fā)生喘振。E L P a s o 天然氣公司購買 了 2 8臺這 種型號的燃氣輪機 ，經(jīng)過 3 O 年的運行 ， 其平均累計運行時間已超過 2 0 0 0 0 0 小時。在 1 9 5 5 年開始設(shè)計新型壓氣機，以更好的滿足發(fā)電設(shè)備市場 的需求。此新型壓氣機 的空氣流量和效率都有所提高，葉片型線在原有的 N A C A 6 5 系列葉型基礎(chǔ)上經(jīng)過 了改進 ，使 葉弦和曲面呈錐形，根部厚度為葉弦的 1 3 ． 5

11、 ％，以提高強度 。在第 4 級 和第 l O 級處增設(shè) 了兩 個放氣 口，以避免壓氣機在升速至額定轉(zhuǎn)速的過程中發(fā)生喘振。此壓氣機應(yīng)用于原 M S S 0 0 0型機組 。在 4 8 6 0 r ／ m i n 轉(zhuǎn)速下其空氣流量為 7 2 ． 4 k g ／ s( 1 5 9 ． 2 1 b ／ s ) ，壓 比 6 ． 7 8 。后來 ，通過 把轉(zhuǎn)速提高到 5 1 0 0 r ／ r a i n和利用進 口導(dǎo)葉改變角度；進一步增 大了