9F燃气轮机本体结构详细介绍

MS9E&9F燃机本体结构及主要系统介绍

一、概述GE公司的工业型燃气轮机是于40年代后期，在TG180飞机发动机的基

础上发展起来的。第一台型号称为MS3002、功率为4800hp的工业型燃气 轮机于1984年制成，用作机车的牵引动力，此后，功率增至5000hp,被 用于天然气管线的增压。1955年为了满足市场的需要，设计了新的压气 机，发展了MS5001和MS5002机组，其功率为2万多千瓦。1970年左右， 在MS5001机组的基础上，发展成功率为47260kw、频率60hz的MS7001A型 机组。在该机组的基础上于1975年发展成功率为85200kw、50hz的 MS9001B型机组，并于1978年发展了功率为75000kw、60hz的MS7001E型 机组，进而于1979年发展成功率为31050kw、50hz的MS6001A型机组；于 1980年发展成功率为36730kw、50hz的MS6001B型和功率为105600kw、 50hz的MS9001E型机组。1985年则由MS7001E型机组发展成功率为 80080kw、60hz的MS7001EA型机组，并由MS7001E演化成为功率达 147210kw、60hz的MS7001F型机组。此后，在该机组的基础上于1992年 发展成功率为211070kw、50hz的MS9001F型机组和功率为158090kw、 60hz的MS7001FA型机组。并于1994年派生成功率为222000kw、50hz的 MS9001FA型机组，于1995年派生出功率为70140kw的MS6001FA型机组。 其发展过程见下图所示。

二、MS9001E型机组以南山电厂9E机组为例，本公司“以大代小”项目的燃机是GE公司生 产的9E系列9171E型燃气轮机。由一个额定功率为1000KW的启动马达， 一个17级的轴流式压气机、一个由14个燃烧室组成的燃烧系统、一个3级 透平转子组成。轴流式压气机转子和透平转子由法兰连接，并有3个支撑 轴承。燃机的发电机是空冷、三相、二极、3000rpm 转速、50HZ 频率的 交流电、实心铸铁转子的同步发电机。发电机在基本负荷下运行的输出 功率为120MW。发电机的励磁机系统为带有旋转二极管的交流励磁机。为 无刷励磁。 该机组的结构特点是： (1)整体式单轴结构型式，即压气机、燃烧室和燃气透平，包括压气 机进气机闸和燃气透平的排气扩压机闸，彼此连接成为一个整体安装在 同一个底座上。一些辅助设备，诸如润滑油系统、冷却水系统、燃料系 统、启动系统、传动齿轮箱等也都安装在底座上。这样可以节省现场的 安装时间和机组设备的运输费用。 (2)在燃气透平侧的热端输出功率，这样有利于减小压气机转子的传 扭负载，但不利于排气扩压机闸与余热锅炉的联结。

(3)采用三个轴承的支撑方案，这是由于转子刚性不够好的缘故。这种 支撑虽能改善转子刚性，可以使压气机后几级的径向间隙减小，略能提 高压气机的效率，但是多了一个轴承将使机组的结构复杂化，特别是对 三个轴承的同心度要

求很高，否则会因轴承之间同心度的偏差而影响转 子的临界转速。 (4)压气机由进气机闸、气缸、静叶、转子、动叶、气封和排气扩压缸 等部件组成，压气机有17级，为了防止启动过程中压气机发生喘振，压 气机的进口装有可转导叶，并在第4级和第10级静叶后设置防喘放气口。 当机组用于联合循环时，进口可转导叶可以在特定的负荷范围内，确保 透平前的燃气温度恒定不变，有利于改善机组的部分负荷效率。 (5)燃烧室采用分管逆流式布置，共有14个。这样能缩短整台机组的轴 向长度，改善转子的刚性，并使燃烧室能够作全尺寸、全参数的调整试 验。每个燃烧室分别配置单燃料喷嘴或双燃料喷嘴，可燃用天然气、轻 油及重油。4个紫外线式火焰探测器，#4、#5、#10、#11燃烧室上各一 个。两个电极高压火花塞，#13、#14燃烧室各一个。

三、MS9001FA 型机组MS9001FA单轴重型燃气轮机，50HZ(3000RPM),由MS7001FA 发展而来，简单循环的功率为 255.6MW,在ISO和标准进气、排气损耗及 以天然气为燃料的条件下联合循环额定功率为 390.8MW。采用DLN(Dry Low NOx)18个燃烧室的燃烧系统，并采取冷端输出功率，这一特性显著 改善了压气机负载对中控制，允许热端轴向排气，优化了联合循环电站 布局，减少了流阻损失。 用于单轴联合循环，蒸汽轮机转子与燃气轮机转子通过一刚性联轴器 联结，发电机转子也是通过联轴器与蒸汽轮机转子末端联结。整个驱动 端的轴向对中由位于燃气轮机中的推力轴承维持。燃气轮机与蒸汽轮机 气缸之间的拉杆用来保持定子部分的对中。

该机组也是整体式单轴结构形式，与9E型燃气轮机基本上相似，但 也有以下一些区别： (1)在改善整个转子的刚性以后，改为两个轴承的支承方案，两个轴 承分别位于压气机和燃气透平转子两端，这样可以使燃气轮机总体结构 最简单。 (2)改为在压气机侧冷端输出功率，这样在联合循环时，可以使燃气 透平的排气扩压器直接与余热锅炉相联，有利于减少流阻损失，并改善 机组布局关系。但是，这必将增大压气机的转扭负载，因此必须对压气 机转子的转扭参数进行调整，即加大压气机转子拉杆的预紧力，并将拉 杆数量增为18。 (3)压气机级数增为18级，防喘放气口改到第9级和第13级后，压比 由 12.3增至15.4,空气流量由 403.7kg/s增为623.7kg.s。压气机的静 叶和动叶均采用C450和403+C6不锈钢制造，前几级叶片还喷涂GECC1号防腐涂层。 (4)燃烧室改用干式预混低污染排放型结构式。配置18个DLN火焰筒。 4个紫外线式火焰探测器，#15、#16、#17、#18燃烧室上各一个。两个 电极高压火花塞，#

2、#3燃烧室各一个。每个火焰筒配有5个喷嘴，可燃 用天然气，轻油。不能烧重油。

随着燃气透平前温的进一步提高，燃烧室出口燃气过渡段的冷却必 须加强。为此，在 FA型机组专门设计了一种有冲击冷却效果的燃气过渡 段结果。该燃气过渡段是双壳体型式的，内过渡段被一个形状相同的、 钻有许多小孔的外套包围着，从压气机流来的压缩空气可以通过这些小 孔，形成射流去冲击冷却内过渡段。并且内过渡段内表面喷涂有耐热涂 层，这样可以使金属的温度梯度减至最小。