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燃气轮机简介
编辑:烟台鼎元机械设备有限公司   发布时间:2018-01-12

燃烧室和涡轮不只工作温度高,而且还接受燃气轮机在起动和停机时,因温度猛烈变化惹起的热冲击,工作条件恶劣,故它们是决议燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命,这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等,须用镍基和钴基合金等高温资料制造,同时还须用空气冷却来降低工作温度。


  关于一台燃气轮机来说,除了主要部件外还必需有完善的调理保安系统,此外还需求装备良好的隶属系统和设备,包括:起动装置、燃料系统、润滑系统、空气滤清器、进气和排气消声器等。


  燃气轮机有重型和轻型两类。重型的零件较为厚重,大修周期长,寿命可达10万小时以上。轻型的构造紧凑而轻,所用资料普通较好,其中以航机的构造为最紧凑、最轻,但寿命较短。


  与活塞式内燃机和蒸汽动力安装相比拟,燃气轮机的主要优点是小而轻。单位功率的质量,重型燃气轮机普通为2~5千克/千瓦,而航机普通低于0.2千克/千瓦。燃气轮机占空中积小,当用于车、船等运输机械时,既可俭省空间,也可配备功率更大的燃气轮机以进步车、船速度。燃气轮机的主要缺陷是效率不够高,在局部负荷下效率降落快,空载时的燃料耗费量高。


  不同的应用部门,对燃气轮机的请求和运用情况也不相同。功率在10兆瓦以上的燃气轮机多数用于发电,而30~40兆瓦以上的简直全部用于发电。


  燃气轮机发电机组能在无外界电源的状况下疾速起动,机动性好,在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用,能较好地保证电网的平安运转,所以应用普遍。在汽车(或拖车)电站和列车电站等挪动电站中,燃气轮机因其轻小,应用也很普遍。此外,还有不少应用燃气轮机的便携电源,功率最小的在10千瓦以下。


  燃气轮机的将来开展趋向是进步效率、采用高温陶瓷资料、应用核能和开展燃煤技术。进步效率的关键是进步燃气初温,即改良涡轮叶片的冷却技术,研制能耐更高温度的高温资料。其次是进步紧缩比,研制级数更少而紧缩比更高的压气机。再次是进步各个部件的效率。


  高温陶瓷资料能在1360℃以上的高温下工作,用它来做涡轮叶片和熄灭室的火焰筒等高温零件时,就能在不用空气冷却的状况下大大进步燃气初温,从而较大地进步燃气轮机效率。适于燃气轮机的高温陶瓷资料有氮化硅和碳化硅等。


  按闭式循环工作的安装能应用核能,它用高温气冷反响堆作为加热器,反响堆的冷却剂(氦或氮等)同时作为压气机和涡轮的工质。


  润滑系统


  燃气轮机润滑油系统是任何一台燃气轮机必备的一个重要的辅助系统。它的作用是在机组启动、正常运转以及停机过程中,向正在运转的燃气轮机发电机组的各个轴承、传动安装及其隶属设备,供给数量充足的、温度和压力适宜的、洁净的润滑油,以确保机组平安牢靠地运转,避免发作轴承烧毁、转子轴颈过热弯曲、高速齿轮法兰变形等事故。此外,部份润滑油可能从系统分流出来,成为液压油系统的油源,或经过滤后作为控制油系统的用油。


  结合循环发电安装的润滑油系统有几种不同的配置,关于单轴机组,燃气轮机与汽轮机共用一套润滑油系统;关于多轴机组,燃气轮发电机组与汽轮发电机组能够共用一套润滑油系统,也能够各自单设一套润滑油系统,这要视机组的总体布置而定,不过,由于电站分期建立的需求,大多数多轴机组采取各自单设一套的方式;还有一种航空衍生型的燃气轮机,由于燃气初温很高,其燃气发作器请求运用质量更高的光滑油,因而燃气发作器单独设一套光滑油系统,而动力涡轮与发电机另设一套,前者用合成油,后者用矿物油。


  单就润滑油系统而言,不论是共用系统还是分设系统,其设计原理是一样的。整个润滑油系统的组成应包括下列一些设备:


  润滑油箱


  润滑油箱可设在机组的一个或几个底盘内,也能够设计成单独的容器。当油箱由几个容器组成时,应在它们之间用管道连通以均衡油箱内的压力。油箱除了起贮油的作用外,还担负着别离空气、水分和各种机械杂质的任务。油箱中油流速度应尽量迟缓,回油管应布置在接近油箱的油面,以利于油层内空气逸出。油箱的容量越大,越有利于空气、水分和各种杂质的别离。通常用循环倍率K(全部光滑油每小时经过油箱的次数)表示系统容积的相对状况,以Q表示系统的每小时油的容积流量,V表示系统的容积(油箱+管路),循环倍率K=Q/V.通常规则K=8~10,最大不超越12.这是为了使从系统回来的润滑油,有足够的时间将其夹带的空气、水分别离掉。不过,为了却构紧凑,防止因油箱体积过大而使设备笨重,多数机组油箱容量偏小,这迫运用户要选择分水性能更好和空气释放值较小的光滑油。


  主润滑油泵


  这是机组正常运转时的工作油泵,能够由主机经过辅助齿轮驱动,也能够由交流电动机驱动,大型机组为了简化构造多采用电动。油泵的容量依据系统总的用油量、调理阀门溢流量和管路的走漏量决议。主油泵常用的有齿轮泵和螺杆泵,也能够是离心泵。


  辅助油泵


  这是机组启动和停机时的工作油泵,或在主油泵出毛病时投入运用,通常由交流电动机驱动。此泵多采用浸入式离心泵。其压力和容量普通和主油泵相同或略微高一些。


  应急油泵


  该泵在停机时因辅助润滑油泵毛病而投入,或因失去交流电源而投入,或因主、辅泵都不能工作机组紧急停机而投入。由于应急泵只在毛病时工作,其压力和容量普通较小。也有的润滑油系统用高位油箱替代应急油泵。


  润滑油流过各润滑点(轴承、齿轮等)后温度上升14~33℃(装备减速齿轮时温升可达33℃),因而,从系统回来的润滑油必需冷却以保证适宜的供油温度。应用较为普遍的依然是管式冷油器。常用的冷却方式为水冷,其次是气冷,气冷的优点是不需求冷却水,可在缺水地域运用,但由于空气的传热系数比水的要低得多,因而空冷式冷油器体积相对要庞大得多。在采用水冷方式时,常常设置两个并联的可切换的冷油器。


  主润滑油滤多采用两个并联的可切换的滤油器。主油滤应设置在冷油器的下游。


  除上述的设备之外,润滑油系统还需求有阀门、孔板、温度开关、压力开关、油箱液位指示器、润滑油加热器等各种组件和设备,以保证系统正常、平安、牢靠地工作。


  为保证对燃气轮机及其驱动的设备提供良好的润滑,除了有设计完善的润滑油系统外,选择性能优越的润滑油也是一个重要要素。早期燃气轮机由于涡轮进口温度不是很高,其所用的润滑油根本与汽轮机用油分歧,但随着涡轮进口温度的不时进步,燃气轮机对润滑油质量指标的偏重点与汽轮机的偏重点明显不同,燃气轮机强调的是油的高温抗氧化性能,而汽轮机则看重油的抗乳化性能(分水性能)。不少厂商正在研制上述两种性能均优的结合循环用油,特别是同一润滑油系统的单轴机组的用油。润滑油为根底油添加防锈、防腐、抗氧化等各种添加剂后的制废品。根底油能够是矿物油,也能够是合成油。由于合成油纯度高,其性能及运用寿命均优于矿物油,但价钱普通为矿物油的2~3倍。评价润滑油优劣的性能指标有油的物理性能、外表性能和氧化性能三个方面,对此燃气轮机制造厂商会提出选择倡议。


  &对润滑油的请求,准绳上有下列几个方面:


  1.请求顺应轴承、齿轮安装等的启动、加速、满转速及超速等各种工况所需求的润滑油性能。


  2.请求顺应液压系统如油缸、伺服阀等所需求的液压油性能。


  3.热传送油性能。能把轴承、齿轮安装等各种热外表的热量吸收,并将其传输给润滑油换热器(冷油器)。


  4.在一定温度和压力下工作、静止或储存状态都具有稳定的物理性能、外表性能和氧化性能。


  5.能顺应润滑系统中及其他用油系统中的各种机械资料,并能维护资料不受腐蚀。


  6.具有自动扫除空气和水等污染物的性能。


  7.具有一定的抗燃才能等。


  在选择润滑油时,除了遵照设备制造厂商的倡议之外,应该更偏重于下列的性能指标:


  1.黏度和黏度指数


  为了常温下燃气轮机启动时确保各轴承的静压润滑和液压系统的快速反响才能,希望在启动时润滑油的黏度不要太高,为此绝大多数涡轮机械选择40℃时黏度为28.8~35.2/s的润滑油,即黏度等级为ISOVG32的润滑油。在燃气轮机正常带负荷运转时,轴承间隙内的工作温度有可能高达120℃以上,此时请求油的黏度高一些。为此,应选择黏度随温度变化较为平缓的、即黏度指数较大的润滑油。这里倡议油的黏度指数在100以上,至少不应小于90.


  2.氧化安定性


  燃气轮机工作时,润滑油遭到激烈的热氧化作用,汽轮机油常用的挥发型防锈抗氧化剂对燃气轮机用的润滑油已不适合。关于在温度高于260℃的环境中工作的轴承,文献49中明白规则其运用的润滑油中不宜含有DBPC(二叔丁基对甲酚)一类的挥发型抗氧化剂。关于氧化安定性,传统的考核指标是油氧化后酸值达2.0mgKOH/g时所需求的小时数(国外常简称为TOSTLife,即总的氧化稳定性实验寿命),在燃气初温不是很高的状况下,仅考核这一指标已足够,而且只需求其在2000h以上就可。


  但是,由于TOST是在95℃的实验条件下停止,而这一温度与燃气轮机轴承的工作温度颇有间隔,对新一代燃气初温更高的燃气轮机,光考核TOST曾经不够,因而增加了油的旋转氧弹实验指标,以便在更高的温度下考核油的性能。旋转氧弹实验的温度为150℃,比TOST要高得多。


  3.破乳化值,也称分水性能


  这是指油和水的别离才能,丈量的办法是在专用的试管内放入40mL的油和40mL的水,按规则的实验程序混合,然后丈量油水完整或根本完整别离的时间(min),油水别离的水平能够是40-37-3.40-40-0等。关于燃气轮机,这不是非常强调的性能指标,由于在燃气轮机中,润滑油被水(或蒸汽)污染的可能性不大。而在汽轮机中,油水混合的可能性很大,对油的破乳化值不能无视,其指标至少是油水别离至40-37-3,时间不大于15min.关于结合循环发电安装,假如燃气轮机与汽轮机共用润滑油系统,则必需统筹油的高温性能和分水性能。


  4.空气释放值


  由于大多数燃气轮机的轴承均运用密封空气,因而轴承的回油中必然会混进空气。这些进入油层中的空气,必需要在油回到油箱后的短暂停留时间内从油层中释放掉。在选择光滑油时,其空气释放值应不大于油在油箱内循环一次的时间。


  5.起泡性能


  起泡性能与空气释放值是两个互相关联而又容易混杂的概念。其实空气释放发作在油层之内,泡沫则产生于油的外表之上。通常以为,在油面上构成5mm的泡沫是正常的。但泡沫过多,油箱的通(排)气口充溢泡沫时,就会因阻碍空气的排放而招致严重的结果。因而油的起泡性能至少应契合普通汽轮机油的规范。


  除此之外,新油的颜色应浅,以不超越ASTMD1500中的2.0为宜。关于带有负荷齿轮箱的机组,必需思索油的承载才能,应选择承载才能(FZG)7级以上的油。


  以上内容均依据学员实践工作中遇到的问题整理而成,供参考,如有问题请及时沟通、指正。


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