電站燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)分析

電站燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)分析燃?xì)廨啓C(jī)整體結(jié)構(gòu)的型式概述在前幾章中，我們已經(jīng)闡明了燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)、它們的主要組成部件，即壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙降墓ぷ鬟^(guò)程和原理。但是，這些工作過(guò)程與性能只有依靠相當(dāng)完善和可靠的結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，在機(jī)組的結(jié)構(gòu)上，不僅需要考慮熱力和氣動(dòng)性能方面的要求，而且還要考慮機(jī)械強(qiáng)度、工藝、裝配和檢修方面的要求。此外，還必須充分注意燃?xì)廨啓C(jī)在高溫、高轉(zhuǎn)速的條件下工作時(shí)所引起的一系列問(wèn)題。由于機(jī)組在高轉(zhuǎn)速條件下工作，在結(jié)構(gòu)上必須注意轉(zhuǎn)動(dòng)部件的強(qiáng)度、振動(dòng)和對(duì)中問(wèn)題。當(dāng)然，因高溫而引起的結(jié)構(gòu)問(wèn)題尤為嚴(yán)重，其中有：材料的高溫強(qiáng)度；零件的熱應(yīng)力和熱疲勞；高溫條件下的腐蝕和熱膨脹，以及由此產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)零件與靜止零件之間對(duì)中和間隙保證等等，這些問(wèn)題都是在設(shè)計(jì)燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)時(shí)，必須認(rèn)真研究解決的。本章中我們將以一些最典型的燃?xì)廨啓C(jī)為對(duì)象，對(duì)它們的主要零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，以使讀者能對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的總體結(jié)構(gòu)，以及目前世界上主要的一些燃?xì)廨啓C(jī)的零部件特點(diǎn)有所了解和比較。燃?xì)廨啓C(jī)整體結(jié)構(gòu)的型式目前，大中型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)型式大致可以分為兩大類，即工業(yè)型和航機(jī)改裝型。工業(yè)型機(jī)組是按照地面工作的要求設(shè)計(jì)的，它要求使用壽命長(zhǎng)，能長(zhǎng)期地安全運(yùn)行，能有較高的效率，力求少用貴重合金材料以降低機(jī)組的造價(jià)。航機(jī)改裝型機(jī)組則是把航空用的渦輪噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪風(fēng)扇式發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪螺漿式發(fā)動(dòng)機(jī)、渦軸式發(fā)動(dòng)機(jī)等進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)后，用于工業(yè)和船舶的機(jī)組，它的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)要比工業(yè)型輕巧、燃?xì)獬鯗馗?、機(jī)組效率高。相對(duì)于航機(jī)改裝型機(jī)組來(lái)說(shuō)，工業(yè)型機(jī)組的質(zhì)量較重，尺寸也較大，使用壽命一般需要按105h的要求來(lái)設(shè)計(jì)。目前，工業(yè)型機(jī)組已經(jīng)完全排除了把壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙奖舜朔稚⒉贾?，用管道相互?lián)接的分散布置型結(jié)構(gòu)模式，而改為壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙奖舜酥苯勇?lián)成一個(gè)整體的整體式結(jié)構(gòu)型式。這種結(jié)構(gòu)型式與航空燃?xì)廨啓C(jī)有些相象，因而它的結(jié)構(gòu)也比較緊湊、質(zhì)量較輕、尺寸也比較小，具有快速起動(dòng)的特點(diǎn)。隨著整體式結(jié)構(gòu)的推廣和發(fā)展，逐漸出現(xiàn)了快裝式機(jī)組，整臺(tái)機(jī)組是在制造廠內(nèi)安裝在底盤上的，它可以整體運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)，安裝時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)只需與所帶動(dòng)的負(fù)載(包括減速齒輪箱)彼此找正后，在現(xiàn)場(chǎng)只需花一個(gè)月左右的時(shí)間組裝，就能投入試運(yùn)行。早期的快裝式機(jī)組是裝在廠房?jī)?nèi)的，稱為戶內(nèi)快裝機(jī)組。此后又發(fā)展成為戶外的快裝機(jī)組，它不需要專門的廠房，而是用多塊吸音板構(gòu)件組成箱體，把機(jī)組罩在其中，既有隔音作用，又可使機(jī)組在各種氣候條件下都能正常運(yùn)行。這種箱式機(jī)組可以使整套燃?xì)廨啓C(jī)裝置的安裝和建筑費(fèi)用降至最低水平。從燃?xì)廨啓C(jī)自身的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，可以有重型和輕型的區(qū)別。重型結(jié)構(gòu)者零部件都較厚重。它采用滑動(dòng)軸承，機(jī)組的設(shè)計(jì)壽命在10萬(wàn)h以上，其比質(zhì)量一般為2~5㎏/kW；輕型結(jié)構(gòu)者質(zhì)量較輕，結(jié)構(gòu)緊湊，所有材料都較好，一般采用滾動(dòng)軸承，其比質(zhì)量小于2㎏/kW，其中以航機(jī)改裝的燃?xì)廨啓C(jī)為主體。前者多般用于地面固定式的發(fā)電設(shè)備之中；后者常用于車、船等運(yùn)輸機(jī)械中。必須指出：航機(jī)改裝的燃?xì)廨啓C(jī)已經(jīng)對(duì)航機(jī)原型作了很多的改進(jìn)，首先是需要降溫減速，以求有效地延長(zhǎng)其工作壽命；部分零部件的材料也需要變更，以適應(yīng)地面的工作條件。此外，在航機(jī)的燃?xì)獍l(fā)生器之后要加裝動(dòng)力透平，通常，動(dòng)力透平是按照重型燃?xì)廨啓C(jī)的指導(dǎo)思想來(lái)設(shè)計(jì)的，其零部件都較厚重，而且采用滑動(dòng)軸承，以便提高使用的可靠性。GE公司生產(chǎn)的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)GE公司的工業(yè)型燃?xì)廨喪怯?0年代后期，在TG180(即J-35)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。就單軸燃?xì)廨啓C(jī)而言，目前GE公司生產(chǎn)的、用于50Hz發(fā)電的工業(yè)型機(jī)組有MS5001PA、MS6001B、MS6001FA、MS9001E、MS9001EC和MS9001FA等，它們的性能參數(shù)已列于第2章的表2-2中。GE公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)彼此是非常相似的。這些機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：他們都是整體式結(jié)構(gòu)型式。壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙?，包括壓氣機(jī)進(jìn)氣機(jī)匣和燃?xì)馔钙降呐艢鈹U(kuò)壓機(jī)匣，彼此聯(lián)接成為一個(gè)整體，安裝在同一個(gè)底座上。一些輔助設(shè)備，諸如潤(rùn)滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、起動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)齒輪箱等也都安裝在另一個(gè)底座上。這樣就能節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)的安裝時(shí)間和機(jī)組設(shè)備的運(yùn)輸費(fèi)用。MS6001B、MS9001E和MS9001EC型機(jī)組都是在燃?xì)馔钙絺?cè)的熱端輸出功率的，這樣有利于減小壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的傳扭負(fù)載，但不利于排氣擴(kuò)壓機(jī)匣與余熱鍋爐的聯(lián)接。MS9001FA和MS6001FA型機(jī)組則改為由壓氣機(jī)側(cè)的冷端輸出功率的方案。這樣就可以使燃?xì)馔钙降呐艢鈹U(kuò)壓器直接與余熱鍋爐相聯(lián)，有利于減小流阻損失，但卻會(huì)增大壓氣機(jī)的傳扭負(fù)載，因而必須對(duì)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的傳扭結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。除MS9001E型機(jī)組為三軸承支承的方案外，其余幾種機(jī)組均采用雙軸承支承的方案，兩個(gè)軸承分別位于壓氣機(jī)和燃?xì)馔钙睫D(zhuǎn)子的兩端，這樣可以使燃?xì)廨啓C(jī)的總體結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。采用三軸承支承方案有利于改善轉(zhuǎn)子的剛性，可以使壓氣機(jī)后幾級(jí)采用較小的徑向間隙，略能提高壓氣機(jī)的效率。但是多了一個(gè)軸承將使機(jī)組的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，特別是對(duì)三個(gè)軸承的同心度要求很高，否則會(huì)由于軸承之間同心度的偏差，而影響轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。壓氣機(jī)由進(jìn)氣機(jī)匣、氣缸、靜葉、轉(zhuǎn)子、動(dòng)葉、氣封和排氣擴(kuò)壓缸等部件組成。這些機(jī)組的壓氣機(jī)級(jí)數(shù)與壓縮比和空氣流量的變化關(guān)系如表7-1所示。為了防止起動(dòng)過(guò)程中壓氣機(jī)發(fā)生喘振，上述機(jī)組的壓氣機(jī)中都裝有進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉和1~2個(gè)中間級(jí)的放氣口(MS6001B機(jī)和MS9001E機(jī)在第4和第10級(jí)后放氣；MS9001EC機(jī)在第13級(jí)后放氣；MS9001FA和MS6001FA在第9和第13級(jí)后放氣)。進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉還能于聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行時(shí)，表7-1GE公司的某些單軸發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的參數(shù)機(jī)型項(xiàng)目MS6001BMS9001EMS9001ECMS9001FAMS6001FA壓氣機(jī)參數(shù)1717181818壓縮比11.812.314.215.415.0空氣流量/kg·s-1136.99403.70498.51645.02196.47在一定負(fù)荷范圍內(nèi)確保透平前的燃?xì)鉁囟群愣ú蛔儯郧筇岣卟糠重?fù)荷的效率。壓氣機(jī)通流部分的前幾級(jí)采用等內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)型式，其后各級(jí)則采用等外徑的結(jié)構(gòu)型式。壓氣機(jī)的氣缸。氣缸是壓氣機(jī)靜子的核心，其他的靜子部件，如靜葉等均固定在它的上面，它是整臺(tái)機(jī)組的承力骨架，承受著機(jī)組的重量、壓縮空氣的內(nèi)壓力以及其他的作用力。氣缸必須剛性好，以防受力后發(fā)生較大的變形，致使轉(zhuǎn)子和靜子在徑向間隙處發(fā)生碰擦；或者使氣缸發(fā)生振動(dòng)，并導(dǎo)致靜子各段之間的同心度被破壞。GE公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)之壓氣機(jī)氣缸是采用具有水平中分面式的結(jié)構(gòu)，并把氣缸沿軸向分為2-3段。分段氣缸結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：①由于前后段溫度的不同，前后段可以采用不同的材料，例如：前段可用鑄鐵，后段則可以采用鑄鋼；②每段氣缸比較短，便于氣缸內(nèi)表面和靜葉葉根槽的加工；③壓氣機(jī)一般需要在中間級(jí)防喘放氣，在每段的接合處可以設(shè)計(jì)成為一圈環(huán)狀的放氣口，使氣流能沿圓周方向均勻地流出，不至于對(duì)葉片造成不均勻的激振力。前后段氣缸之間的同心度是依靠垂直法蘭上的定位止口來(lái)保證的。進(jìn)氣機(jī)匣均采用單獨(dú)的鑄件，它們也是通過(guò)定位止口和垂直法蘭，與壓氣機(jī)氣缸的前段相聯(lián)的。進(jìn)氣機(jī)匣中收斂器流道的截面是不斷縮小的，它能保證氣流在其中均勻地加速，并均勻地流入進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。機(jī)組的軸承座的下半部分與機(jī)匣的下半部分鑄成整體。軸承承受的力是通過(guò)壓氣機(jī)匣傳到氣缸上去的。壓氣機(jī)的后段，包括排氣擴(kuò)壓器在內(nèi)，是與燃燒室的進(jìn)氣環(huán)腔的前錐體鑄成一體的，它的擴(kuò)壓器是采用直線擴(kuò)壓器形式，這樣可以獲得較高的擴(kuò)壓效率。壓氣機(jī)的靜葉。壓氣機(jī)的靜葉葉型和扭曲規(guī)律取決于壓氣機(jī)的熱力和氣動(dòng)設(shè)計(jì)。就結(jié)構(gòu)而言，靜葉如何安裝固定到氣缸上去，則是人們關(guān)注的問(wèn)題。1-靜葉1-靜葉2-靜葉外環(huán)3-氣缸圖7-1裝配式的靜葉環(huán)MS6001B型機(jī)組的5~17級(jí)壓氣機(jī)靜葉則采用直接裝配式的靜葉結(jié)構(gòu)，如圖7-2所示。在這種結(jié)構(gòu)中在氣缸上加工出T形的葉根槽，每片靜葉也制備有T形的葉根。靜葉是一片一片地周向裝入葉根槽中去的。1-靜葉2-氣缸3-T形葉根槽1-固定環(huán)2-導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)3-軸套4-導(dǎo)葉5-進(jìn)氣機(jī)殼6-聯(lián)動(dòng)齒輪7-小齒輪8-外罩9-氣缸圖7-2直接裝配式的靜葉結(jié)構(gòu)圖7-3可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)MS6001B型機(jī)組中進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉采用圖7-3那樣的結(jié)構(gòu)型式。為了使葉片能夠旋轉(zhuǎn)，把葉片的兩端都加工成為軸頸，它們與軸套相配合，該配合應(yīng)保證導(dǎo)葉能夠靈活地旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又能防止氣體泄露。軸套必須采用自潤(rùn)滑性良好的材料(例如：青銅)制作，以求保證具有較長(zhǎng)的工作壽命。導(dǎo)葉的旋轉(zhuǎn)是依靠聯(lián)動(dòng)齒輪6，帶動(dòng)裝在導(dǎo)葉上端的小齒輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。由于可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉比較長(zhǎng)，為了加強(qiáng)其剛性，都專門設(shè)置了導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)2。為了保證同一列導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)角度一致，應(yīng)使聯(lián)動(dòng)齒輪與小齒輪之間的嚙合處無(wú)間隙。壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子是由輪盤、軸和動(dòng)葉等元件組成的高速旋轉(zhuǎn)部件，它必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以確保機(jī)組能夠長(zhǎng)期地安全而又可靠地運(yùn)行。由GE公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)中，壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子采用了外圍拉桿螺栓聯(lián)接的盤鼓式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式，盤鼓式的轉(zhuǎn)子是把各級(jí)輪盤在接近輪緣處的鼓環(huán)，用多根細(xì)而長(zhǎng)的拉桿螺栓，彼此壓緊而連接成為一體的，因而它在接近輪緣處是一個(gè)轉(zhuǎn)鼓，這樣，可以使轉(zhuǎn)子具有很好的剛性。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力則是依靠輪盤來(lái)承受的，致使這種轉(zhuǎn)子也能具有很好的強(qiáng)度。1-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子1-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子2-扇形螺母3-螺栓堵頭4-內(nèi)六角螺栓5-過(guò)渡軸6-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的拉桿螺母7-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的拉桿圖7-4壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子與過(guò)渡軸的聯(lián)接為了防止工作時(shí)拉桿螺栓松脫，就必須鎖緊拉桿的兩端螺母。在MS6001B型機(jī)組中是采用異形螺母來(lái)鎖緊拉桿的。在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的前端選用了扇形螺母，它裝在輪盤的槽中，裝配好后就無(wú)法松動(dòng)了。轉(zhuǎn)子拉桿的后端則采用了八角螺母，裝配好后，可以靠其中一個(gè)面與過(guò)渡軸的內(nèi)圓表面貼合，運(yùn)行時(shí)也不會(huì)松動(dòng)，如圖7-4所示。MS6001B型機(jī)組壓氣機(jī)的動(dòng)葉采用軸向裝配式的燕尾行葉根，葉根裝在輪盤的葉根槽中，一般采用有間隙的配合，這樣可以降低加工精度，且便于裝拆，并能避免對(duì)葉根槽產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片能自動(dòng)調(diào)位。葉片的軸向定位是采用輪緣沖鉚的鎖緊結(jié)構(gòu)。這種鎖緊方式的缺點(diǎn)是更換葉片時(shí)需要重新沖鉚，容易將輪緣端面損壞。由于GE公司設(shè)計(jì)的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子中各個(gè)輪盤的輪緣端面靠得很近，因而葉片的裝拆必須在轉(zhuǎn)子解體的情況下進(jìn)行，工作量很大。壓氣機(jī)部件的制造材料。壓氣機(jī)的機(jī)匣一般采用球墨鑄鐵鑄造而成的。MS9001EC和MS9001FA型機(jī)組中，靜葉和動(dòng)葉均采用C450和403+C6不銹鋼制造；前幾級(jí)葉片上還噴涂GECC-1型防腐蝕涂層；轉(zhuǎn)子則選用CrMo，NiCrMo和CrMoV，NiCrMoV鋼制造。燃燒室采用逆流式分管型式結(jié)構(gòu)型式，如第4章圖4-1和圖4-8所示，這樣能縮短整臺(tái)機(jī)組的軸向長(zhǎng)度，有利于改善整體轉(zhuǎn)子的剛性，并使燃燒室能夠作全尺寸、全參數(shù)的調(diào)整試驗(yàn)。表7-2GE公司某些單軸發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒室的情況機(jī)型項(xiàng)目MS6001BMS9001EMS9001ECMS9001EAMS6001FA燃燒室個(gè)數(shù)101414186每個(gè)燃燒室中的噴油嘴數(shù)量11666噴油嘴總數(shù)10148410836適用的燃料品種天然氣、輕油、渣油、原油天然氣、輕油、渣油、原油天然氣、輕油天然氣、輕油天然氣、輕油目前，GE公司生產(chǎn)的燃燒室共有2種火焰管直徑尺寸，一種為φ268mm，它被用于MS3000、MS5000和MS6000系列的機(jī)組上，另一種為φ358mm，它被用于MS7000和MS9000系列的機(jī)組上。由于機(jī)組容量的差異，燃燒室的個(gè)數(shù)可以有所不同。圖7-5雙殼體的有沖擊冷卻效果的過(guò)渡段在MS6001B和MS9001E型燃?xì)廨啓C(jī)中可以燃用天然氣、輕油、渣油和原油等多種燃料，它們采用第4章圖4-3那樣的空氣霧化式的雙燃料噴嘴，在高負(fù)荷工況下依靠噴水或噴蒸汽的方法，來(lái)控制NOx的排放量。在MS9001EC、MS9001FA和MS6001FA型機(jī)組中則采用第4章圖4-8那樣的干式低NOx圖7-5雙殼體的有沖擊冷卻效果的過(guò)渡段隨著燃?xì)馔钙角皽囟鹊奶岣?，燃燒室出口過(guò)渡段的冷卻必須加強(qiáng)。為此，在MS9001FA和MS6001FA型機(jī)組上專門設(shè)計(jì)了一種有沖擊冷卻效果的過(guò)渡段結(jié)果，如圖7-5所示。該過(guò)渡段是雙殼體型式的，內(nèi)過(guò)渡段被一個(gè)形狀相同的、鉆有許多小孔的外套包圍著。從壓氣機(jī)流來(lái)的壓縮空氣可以通過(guò)這些小孔，形成射流去沖擊冷卻內(nèi)過(guò)渡段。該多孔的外套是用AISI-304不銹鋼制成的；內(nèi)過(guò)渡段是用Nimonic263制作的，并在其內(nèi)表面噴涂耐熱涂層，這樣可以使金屬的溫度梯度減至最小。燃燒室的外殼選用SA/516-55鋼制造，火焰管的前段用HastelloyX制造，火焰管尾部278mm長(zhǎng)的那一段則改用HS-188材料制造，火焰管的內(nèi)表面上均噴涂有耐熱的涂層。燃?xì)馔钙接蓺飧?、靜葉(又稱噴嘴)、轉(zhuǎn)子、動(dòng)葉、氣封和排氣擴(kuò)壓器等部件組成。在GE公司設(shè)計(jì)的上述工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)中，雖然壓氣機(jī)的壓縮比各不相同，但燃?xì)馔钙骄O(shè)計(jì)成為3級(jí)，即透平級(jí)的焓降是比較大的，但級(jí)的效率卻相對(duì)地略有降低。減少燃?xì)馔钙降募?jí)數(shù)有利于簡(jiǎn)化燃?xì)廨啓C(jī)的整體結(jié)構(gòu)，并使制造成本降低。圖7-6中給出了MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)馔钙降氖疽鈭D。燃?xì)馔钙降臍飧住Ｓ捎谕钙降募?jí)數(shù)很少，因而透平氣缸的軸向尺寸要比壓氣機(jī)短很多，又由于透平氣缸采用雙層結(jié)構(gòu)并有空氣進(jìn)行冷卻，致使透平氣缸前后的工作溫度相差不大，因而透平氣缸一般不再軸向分段，而是選用只有水平中分面的、上下兩半的單個(gè)氣缸的結(jié)構(gòu)型式。通常，氣缸是用耐熱鑄鋼或球墨鑄鐵鑄造的。在MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)中，透平的靜子部分是設(shè)計(jì)成為雙層結(jié)構(gòu)型式的，其外層為氣缸，內(nèi)層則由靜葉(又稱噴嘴)的外緣板和護(hù)環(huán)等元件組成的。氣缸是與高溫燃?xì)飧艚^的，這樣不僅可以有效地降低氣缸的工作溫度，以便采用較差的材料；同時(shí)還能減少氣缸的熱膨脹量和熱應(yīng)力；并能減少對(duì)氣缸的熱沖擊，有利于機(jī)組的快速起動(dòng)和加載，還有利于控制透平動(dòng)葉頂部徑向間隙在運(yùn)行之中的變化。在采用雙層結(jié)構(gòu)型式后，外層氣缸的溫度低，它主要用來(lái)承受機(jī)組的重量、燃?xì)獾膲毫推渌饔昧?；而?nèi)層的溫度高，使其主要用來(lái)承熱。顯然，這是一種承力件與承熱件分開(kāi)的結(jié)構(gòu)型式。承力件溫度低，就可以選用較差的材料制作；承熱件承力小，就能設(shè)計(jì)得較薄，致使熱應(yīng)力較小，具有較強(qiáng)的抗熱沖擊的能力。1-過(guò)渡軸2-壓氣機(jī)的后氣缸3-拉桿螺栓4-一級(jí)靜葉的內(nèi)支承環(huán)5-一級(jí)靜葉6-燃?xì)鈱?dǎo)管7-一級(jí)靜葉的持環(huán)8-透平氣缸9-一級(jí)保護(hù)10-一級(jí)動(dòng)葉11-二級(jí)靜葉12-二級(jí)保護(hù)13-二級(jí)動(dòng)葉14-三級(jí)靜葉15-三級(jí)保護(hù)16-三級(jí)動(dòng)葉17-排氣擴(kuò)壓器18-排氣擴(kuò)壓機(jī)殼19-蓋板20-后軸承前密封21-后軸承座上蓋22-后軸承23-后軸承后密封24-透平后半軸25-三級(jí)輪盤26-三級(jí)靜葉內(nèi)環(huán)27-二、三級(jí)級(jí)間輪盤28-二級(jí)輪盤29-二級(jí)靜葉內(nèi)環(huán)30-一、二級(jí)級(jí)間輪盤31-一級(jí)輪盤圖7-6MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)中的燃?xì)馔钙?-密封片1-密封片2-護(hù)環(huán)扇級(jí)Ⅰ3-矩形齒4-護(hù)環(huán)煽段Ⅱ5-膨脹間隙圖7-7扇段護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)不與燃?xì)饨佑|的持環(huán)，溫度略低，可采用不分扇段的結(jié)構(gòu)型式，如圖7-8所示。那時(shí)，持環(huán)分為上、下兩半，在水平中分面處用螺栓聯(lián)接成整體。在持環(huán)上則裝有靜葉組，它可以使持環(huán)與燃?xì)飧艚^。同時(shí)A腔中還有冷卻空氣流入，以冷卻靜葉，因而持環(huán)的溫度比較低。持環(huán)兩側(cè)的水平中分法蘭擱置在氣缸上，并被壓??；上下兩端則用偏心銷左右定位?？傃b時(shí)可改變中分法蘭擱置處的墊片厚度，來(lái)調(diào)整持環(huán)的高低位置；用轉(zhuǎn)動(dòng)偏心銷來(lái)調(diào)整持環(huán)的左右位置，以確保持環(huán)和透平轉(zhuǎn)子的同心。由于水平擱置處和偏心銷部位都有徑向間隙，又都是沿徑向布置的，因而持環(huán)可以自由熱膨脹，以保證熱對(duì)中。1-氣缸2-持環(huán)3-扇形護(hù)環(huán)4-靜葉組5-偏心銷圖7-8具有水平中分面的持環(huán)之固定結(jié)構(gòu)燃?xì)馔钙降撵o葉。透平的靜葉被高溫而且溫度不均勻的燃?xì)馑鼑谄饎?dòng)和停機(jī)時(shí)承受的熱沖擊又最嚴(yán)重，因而需要用能耐高溫和耐熱沖擊的耐熱鈷基合金鑄造，甚至需要用空氣進(jìn)行冷卻。為了加強(qiáng)葉片的剛度，不使在不均勻的高溫溫度場(chǎng)中發(fā)生扭曲或彎曲變形，GE公司的機(jī)組中采用了精鑄多片式靜葉組，如圖7-9所示。靜葉是空心的，其中通以空氣，以便進(jìn)行冷卻，冷卻空氣由靜葉尾緣處開(kāi)設(shè)的小孔中流出。與扇段護(hù)環(huán)相仿，每個(gè)靜葉組要用銷釘定位，在靜葉組之間要留有熱膨脹間隙，此外還要加裝密封片，以防漏氣。由于靜葉的焓降大，為了減少級(jí)間的漏氣，在靜葉的下方需設(shè)置內(nèi)環(huán)，其上將裝有氣封，如圖7-6所示。靜葉內(nèi)環(huán)也是采用扇段結(jié)構(gòu)型式。a)五葉組b)帶有冷卻小孔的兩葉組圖7-9精鑄的靜葉組燃?xì)馔钙降霓D(zhuǎn)子。如圖7-6所示，GE公司設(shè)計(jì)的燃?xì)廨啓C(jī)中采用外圍拉桿型式的透平轉(zhuǎn)子，它們是依靠壓緊面上的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩的。每級(jí)輪盤上都軸向地開(kāi)出樅樹(shù)形葉根槽，如圖7-10所示。這種葉根槽的優(yōu)點(diǎn)是：①多對(duì)齒承力，強(qiáng)度好，承載能力大；②尺寸緊湊，連接質(zhì)量輕，可以使動(dòng)葉的葉根接近于等強(qiáng)度設(shè)計(jì)；③采用有間隙的松裝結(jié)構(gòu)，能自由熱膨脹，可以讓冷卻空氣從間隙中流過(guò)，由此增強(qiáng)了對(duì)葉根和輪盤之輪緣的冷卻效果。圖7-10樅樹(shù)形葉根槽的齒形在GE公司設(shè)計(jì)的燃?xì)馔钙街胁捎玫膸в袠簶?shù)形葉根的長(zhǎng)柄式動(dòng)葉片。所謂長(zhǎng)柄(頸)式葉片是指在葉片平臺(tái)與葉根之間，通過(guò)較長(zhǎng)的、A-A斷面為工字型的“柄(頸)”來(lái)連接的動(dòng)葉結(jié)構(gòu)，這種長(zhǎng)柄葉根結(jié)構(gòu)雖然增大了葉根所承受的離心力，但它卻有以下一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，即：①減少了葉片對(duì)輪盤的傳熱，在配合以空氣的冷卻后，可以使葉根齒和輪緣的溫度大大地降低；②改善了葉根齒中第一對(duì)齒的承載條件和葉根應(yīng)力的不均勻程度；③可以合理地使用材料。因?yàn)殒嚮辖鹪?50~810℃之間時(shí)會(huì)出現(xiàn)“塑性低谷”現(xiàn)象，當(dāng)采用長(zhǎng)柄結(jié)構(gòu)后，該現(xiàn)象正好出現(xiàn)在長(zhǎng)柄區(qū)。由于長(zhǎng)柄部分的應(yīng)力狀況要比葉根處簡(jiǎn)單，又不承受沖擊載荷，材料的韌性差一些也無(wú)妨。否則“塑性低谷”現(xiàn)象將在葉根齒上發(fā)生，對(duì)承載不利。在樅樹(shù)形葉根的底平面上均開(kāi)設(shè)有小孔，以便通入冷卻空氣，使葉根得以冷卻。圖7-11透平動(dòng)葉頂部中間去掉部分材質(zhì)的、唇狀減薄葉頂之示圖軸向裝配的樅樹(shù)形葉根，像壓氣機(jī)的燕尾形葉根那樣，需要軸向鎖緊，以防葉片軸向脫落。在MS6001B行機(jī)組中采用卡圈鎖緊裝置，它是用鋼絲交替地嵌入葉根和輪緣上開(kāi)出的槽道中。圖7-11透平動(dòng)葉頂部中間去掉部分材質(zhì)的、唇狀減薄葉頂之示圖MS6001B型機(jī)組中的三級(jí)透平動(dòng)葉都是精鑄葉片，一級(jí)和二級(jí)葉片是冷卻葉片，中間有冷卻空氣孔。一級(jí)葉片的葉頂無(wú)葉冠，采用圖7-11那樣的唇狀減薄葉頂，這樣可以減小動(dòng)葉與護(hù)環(huán)之間的徑向間隙，由可保持頂部原有的葉型，有利于減少端部損失。當(dāng)葉頂萬(wàn)一與護(hù)環(huán)碰撞時(shí)，也只能磨去少量金屬。二級(jí)和三級(jí)葉片采用帶氣封齒的Z形葉冠，這樣可以使動(dòng)葉的葉冠貼合在一起，形成一個(gè)環(huán)帶(或稱圍帶)，有利于減少頂部的漏氣損失，并能對(duì)葉片的振動(dòng)起阻尼作用。各級(jí)葉根均為長(zhǎng)柄三對(duì)齒式的樅樹(shù)形結(jié)構(gòu)。由于一級(jí)動(dòng)葉工作區(qū)域的溫度最高，因而長(zhǎng)柄部分的長(zhǎng)度就最長(zhǎng)；二級(jí)動(dòng)葉的長(zhǎng)柄長(zhǎng)度次之，三級(jí)者最短。圖7-12中給出了在MS9001FA型機(jī)組中采用的三級(jí)動(dòng)葉頂部的結(jié)構(gòu)示圖，由此可以形象地看清其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。圖7-13上則給出了MS6001B型機(jī)組中，透平第一級(jí)動(dòng)葉、第一級(jí)護(hù)環(huán)、第一級(jí)靜葉(噴嘴)、第二級(jí)動(dòng)葉、第二級(jí)護(hù)環(huán)和第三級(jí)靜葉的結(jié)構(gòu)圖，它能幫助我們更形象地了解這些部件的結(jié)構(gòu)形狀，以及它們相互之間的配合關(guān)系。a）第一級(jí)動(dòng)葉b）第二級(jí)動(dòng)葉c）第三級(jí)動(dòng)葉1-第一級(jí)動(dòng)葉2-第一級(jí)護(hù)環(huán)3-第二級(jí)靜葉4-第二級(jí)動(dòng)葉5-第二級(jí)護(hù)環(huán)6-第三級(jí)靜葉7-氣封8-轉(zhuǎn)子9-氣缸圖7-12MS9001FA機(jī)組中透平動(dòng)葉的頂部結(jié)構(gòu)圖7-13MS6001B型機(jī)組中透平動(dòng)葉和靜葉的配置關(guān)系燃?xì)馔钙降睦鋮s結(jié)構(gòu)。目前使用的燃?xì)廨啓C(jī)都采用從壓氣機(jī)中抽取空氣，來(lái)冷卻透平的靜子、轉(zhuǎn)子和葉片的方法。由于燃?xì)獬鯗氐牟粩嘣龈?，冷卻空氣量已增大到壓氣機(jī)進(jìn)口空氣量的10%以上，這對(duì)于改善燃?xì)廨啓C(jī)的效率有負(fù)面作用，因而今后有采用水蒸氣來(lái)冷卻燃?xì)馔钙降内呄?。首先，讓我們討論一下透平轉(zhuǎn)子和靜子的冷卻問(wèn)題。圖7-14上給出了MS6001B型機(jī)透平的冷卻系統(tǒng)圖，它可以幫助我們舉一反三地來(lái)理解GE公司生產(chǎn)的其他機(jī)組的冷卻結(jié)構(gòu)。圖7-14MS6001B型燃?xì)馔钙降睦鋮s系統(tǒng)按照透平冷卻部位所需壓力的不同，冷卻空氣將從壓氣機(jī)的不同級(jí)中抽取。其中有兩股抽氣是用來(lái)冷卻氣缸和靜葉的，另外的三股則用來(lái)冷卻轉(zhuǎn)子。冷卻靜子的第一股空氣是取自壓氣機(jī)的出口，它經(jīng)過(guò)燃燒室過(guò)渡段周圍的空腔引來(lái)，其中較多的部分流入第一級(jí)靜葉的持環(huán)，再流入一級(jí)靜葉內(nèi)部的冷卻流道，在冷卻靜葉后，從靜葉出氣尾緣的小孔中排至主燃?xì)饬髦腥?。另一部分空氣則經(jīng)一級(jí)護(hù)環(huán)去冷卻第二級(jí)靜葉，其中有一部分再經(jīng)第二級(jí)護(hù)環(huán)去冷卻第三級(jí)靜葉。流入第二級(jí)靜葉的空氣在冷卻葉片后，有一部分從靜葉的出氣邊排到主燃?xì)庵腥?，另一部分則從內(nèi)環(huán)前端的孔流出，去冷卻第一級(jí)葉輪的出氣側(cè)和第二級(jí)葉輪的進(jìn)氣側(cè)。第二股冷卻空氣是從壓氣機(jī)的第5級(jí)中引出的，它經(jīng)氣缸上均布的一圈孔道在冷卻氣缸后，進(jìn)入排氣擴(kuò)壓殼與擴(kuò)壓器之間的外腔，再經(jīng)擴(kuò)壓機(jī)殼上肋板處的流道流入內(nèi)腔，最后從第三級(jí)葉輪的出氣側(cè)流入擴(kuò)壓器中。因而，第二股空氣兼有冷卻擴(kuò)壓機(jī)殼和第三級(jí)葉輪出氣側(cè)的功效。冷卻轉(zhuǎn)子的第一股空氣是從壓氣機(jī)出口處的氣封部位流過(guò)來(lái)的，到轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣側(cè)去冷卻第一級(jí)葉輪的進(jìn)氣側(cè)。第二股空氣則是從壓氣機(jī)的第16級(jí)經(jīng)轉(zhuǎn)子內(nèi)部的流道引來(lái)的，其中大部分空氣流入第一級(jí)動(dòng)葉的內(nèi)部去進(jìn)行冷卻，然后從葉頂排到主燃?xì)饬髦腥ィ黄溆嗟囊徊糠挚諝鈩t用來(lái)冷卻第二級(jí)動(dòng)葉，另外一部分卻流至第三級(jí)葉輪的出氣側(cè)，對(duì)二級(jí)葉輪的出氣側(cè)和第三級(jí)葉輪的進(jìn)氣側(cè)進(jìn)行冷卻。此外，從壓氣機(jī)第五級(jí)引入后軸承密封的空氣，有一部分要漏入轉(zhuǎn)子的出氣側(cè)，對(duì)其進(jìn)行冷卻。由此可見(jiàn)，MS6001B型機(jī)組的氣缸和轉(zhuǎn)子都冷卻良好。由于每級(jí)葉輪的進(jìn)氣側(cè)面和出氣側(cè)面都有冷卻空氣流過(guò)，可以使這些金屬表面與高溫燃?xì)馔耆糸_(kāi)，冷卻效果顯然是良好的。因而，燃?xì)廨啓C(jī)可以在燃?xì)獬鯗睾芨叩那闆r下長(zhǎng)期安全運(yùn)行。下面，讓我們討論一下透平葉片的冷卻問(wèn)題。眾所周知：為了提高燃?xì)廨啓C(jī)的初溫，需要從改善高溫合金材料的性能，以及提高葉片的冷卻效果這兩方面著手。據(jù)統(tǒng)計(jì)：近30年來(lái)高溫材料的工作溫度，平均每年提高10℃左右，因而冷卻葉片的效果所致的燃?xì)獬鯗刂岣叱潭?，則要比由于材料改進(jìn)所獲得的效果大兩倍，其研究費(fèi)用僅為開(kāi)發(fā)新材料費(fèi)用的四分之一。因而冷卻葉片的應(yīng)用是燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展中的突破性進(jìn)步。圖7-15MS6001B機(jī)組中第一級(jí)靜葉的冷卻結(jié)構(gòu)圖7-15MS6001B機(jī)組中第一級(jí)靜葉的冷卻結(jié)構(gòu)為了強(qiáng)化透平靜葉的冷卻，人們往往把幾種冷卻方式一起使用，稱之為綜合冷卻方式。圖7-15中給出了MS6001B型機(jī)組中第一級(jí)靜葉的綜合冷卻結(jié)構(gòu)，它在靜葉的內(nèi)部裝有一個(gè)導(dǎo)管，導(dǎo)管上開(kāi)有多排沖擊冷卻空氣的流出孔。當(dāng)冷卻空氣流入導(dǎo)管并從這些流出孔流處時(shí)，可以在靜葉的內(nèi)表面形成多處沖擊冷卻。在靜葉的出氣邊部位除了有一排氣膜冷卻小孔外，葉片內(nèi)部還有一排對(duì)流冷卻小孔，這樣可以增強(qiáng)對(duì)出氣邊的冷卻。圖7-16中給出了在MS6001B型機(jī)上透平的第一級(jí)和第二級(jí)動(dòng)葉片上采用的冷卻結(jié)構(gòu)，冷卻空氣從葉根底部的小孔流入，從葉頂?shù)男A孔中排出，其中一級(jí)動(dòng)葉有12個(gè)小圓孔通道，二級(jí)動(dòng)葉因燃?xì)鉁囟容^低，而只有4個(gè)小圓孔通道。這種冷卻結(jié)構(gòu)是純對(duì)流冷卻方式，便于動(dòng)葉片的精密鑄造。隨著燃?xì)獬鯗氐倪M(jìn)一步提高，一級(jí)動(dòng)葉也有采用綜合冷卻方式的，圖7-17中給出了MS9001FA機(jī)組上透平第一級(jí)動(dòng)葉采用的冷卻結(jié)構(gòu)，它可以使燃?xì)獬鯗豻B(FiringTemperature)提高到1288℃。它除了有對(duì)流冷卻外，在頭部有沖擊冷卻，還有多處氣膜冷卻，為了增強(qiáng)對(duì)出氣的冷卻，在冷卻流道內(nèi)還鑄有多排針狀的肋條，以求增強(qiáng)換熱效果。該葉片的冷卻結(jié)構(gòu)是模擬航空發(fā)動(dòng)機(jī)CF-6上的動(dòng)葉結(jié)構(gòu)精鑄的。圖7-16MS6001B型機(jī)組中第一、二級(jí)動(dòng)葉的冷卻結(jié)構(gòu)圖7-17MS9001FA機(jī)組上采用的第一級(jí)動(dòng)葉的冷卻結(jié)構(gòu)1-底盤1-底盤2-進(jìn)氣機(jī)殼3-前彈性板4-壓氣機(jī)氣缸5-后彈性板6-透平氣缸7-透平擴(kuò)壓器機(jī)殼8-縱向?qū)фI9-導(dǎo)鍵座圖7-18MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)的支承和固定由于后彈性板沿軸向的寬度較大，剛性好而難于發(fā)生軸向變形，因而該處氣缸的軸向位置就被固定住了，加上氣缸底部有縱向?qū)фI，它將使氣缸的中心位置又被固定下來(lái)了，因而該處就是機(jī)組的絕對(duì)死點(diǎn)。通常，絕對(duì)死點(diǎn)總是設(shè)置在機(jī)組的功率輸出端，這樣可以使功率輸出端部位的軸向熱膨脹位移量為最小。當(dāng)機(jī)組工作時(shí)，在前后兩個(gè)支承之間，氣缸的軸向熱膨脹量將由前彈性板的彈性變形所吸收；在后彈性板處，氣缸的徑向變形則有后彈性板的彈性變形來(lái)吸收。當(dāng)機(jī)組的前后彈性板的受壓穩(wěn)定性良好時(shí)，而且與氣缸和底盤的聯(lián)接牢固可靠時(shí)，就能構(gòu)成一個(gè)良好的支承系統(tǒng)，使機(jī)組被可靠地支承固定，工作時(shí)既能自由熱膨脹，又能保持中心不變。Siemens公司生產(chǎn)的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)Siemens公司的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)是由KWU公司開(kāi)發(fā)的。燃?xì)廨啓C(jī)的設(shè)計(jì)始于1948年；1954年制造出t3*＝1000℃的水冷式燃?xì)廨啓C(jī)的原型機(jī)；1960年投運(yùn)了8MW的高爐煤氣燃?xì)廨啓C(jī)；1961年投運(yùn)了25MW的燃?xì)廨啓C(jī)；1964年調(diào)試了70MW的完全補(bǔ)燃式的燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)；1971年投運(yùn)了52MW的V93型燃?xì)廨啓C(jī)的原型機(jī)；1974年投運(yùn)了90MW的V94型燃?xì)廨啓C(jī)的原型機(jī)；1984年應(yīng)用V94.2型114MW的燃?xì)廨啓C(jī)組成750MW的完全補(bǔ)燃式的聯(lián)合循環(huán)；1990年開(kāi)發(fā)了Siemens公司第一臺(tái)60Hz的燃?xì)廨啓C(jī)——103MW的V84.2機(jī)組；1990年V94.2型燃?xì)廨啓C(jī)的功率已增至138MW，并采用超低NOx的混合燃燒器，使機(jī)組的NOx排放量(體積分?jǐn)?shù))低于9X10-6；1990年又開(kāi)發(fā)了第三代燃?xì)廨啓C(jī)——53MW的V64.3機(jī)組，進(jìn)而研制了V94.3型、V84.3型機(jī)組。1994年啟動(dòng)了第一臺(tái)170MW的V84.3A機(jī)組，并以此機(jī)組為母型，發(fā)展成為240MW的V94.3A機(jī)組和70MW的V64.3型機(jī)組。目前，Siemens公司生產(chǎn)的50Hz的燃?xì)廨啓C(jī)有：V94.2、V94.3、V64.3、V94.3A和V64.3A幾種，它們的功率和性能參數(shù)見(jiàn)第2章表2-3。其中A型機(jī)組是環(huán)型燃燒室，只能燃用天然氣和輕質(zhì)液體燃料，尚不能燃用低熱值煤氣。圖7-19上給出了V94.3型機(jī)組的縱剖面圖。實(shí)際上V94.3A和V64.3A型機(jī)組與V84.3A者相似，它們的?；堵适牵篤94.3A:V84.3A:V64.3A＝1.2:1:0.67。圖7-19V94.3型燃?xì)廨啓C(jī)的縱剖面圖實(shí)際上，以上五種機(jī)型的總體結(jié)構(gòu)，除了燃燒室外，彼此是非常相似的。這些機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：它們也都是整體結(jié)構(gòu)型式。這五種機(jī)型都是在壓氣機(jī)的冷端輸出功率的，這樣，可以使燃?xì)馔钙降呐艢鈹U(kuò)壓器直接與余熱鍋爐聯(lián)接，排氣是軸向的，流阻損失較小。它們都是雙軸承支承方案。圖7-20中給出的是Siemens公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)中壓氣機(jī)與燃?xì)馔钙睫D(zhuǎn)子的總體結(jié)構(gòu)圖，它也是盤鼓式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，但是只用一根中心拉桿，通過(guò)各輪盤外緣壓緊面處的端面齒，來(lái)對(duì)中、壓緊和傳遞轉(zhuǎn)矩的。采用這種固緊方式的優(yōu)點(diǎn)是：各輪盤之間不再需要定位止口，工作時(shí)各輪盤因溫度不同而熱膨脹不一致時(shí)，兩輪盤之間的端面齒處可以相互滑動(dòng)，自動(dòng)對(duì)中，并減少了相互之間的作用力。端面齒與中心拉桿配合使用時(shí)，轉(zhuǎn)子的裝拆甚為方便。但是端面齒的加工精度要求高，制造較難。顯然，這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕，剛性和強(qiáng)度都好的特點(diǎn)，同時(shí)便于快速起動(dòng)。1-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子2-多排可調(diào)的壓氣機(jī)靜葉3-端面齒4-輪盤5-有空氣冷卻的燃?xì)馔钙降倪M(jìn)氣殼體6-燃?xì)馔钙降霓D(zhuǎn)子7-排氣擴(kuò)壓器8-中心拉桿圖7-20中心拉桿的盤鼓式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)Siemens公司生產(chǎn)的單軸發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的參數(shù)如表7-3所示。表7-3Siemens公司某些單軸發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的參數(shù)機(jī)型項(xiàng)目V94.2V94.3V64.3V94.3AV64.3A壓氣機(jī)級(jí)數(shù)1717171515壓縮比11.116.616.116.616.1空氣流量/kg.s-1513.93623.7191.87639.58198從V94.2到V94.3，進(jìn)而到V94.3A型機(jī)組的發(fā)展，壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)有很大的改進(jìn)。在V94.2型機(jī)組中17級(jí)壓氣機(jī)的壓縮比只有11.1，進(jìn)口導(dǎo)向葉是可調(diào)的，其他各級(jí)的靜葉則固定，是不可調(diào)的；但當(dāng)發(fā)展成為V94.3和V64.3型機(jī)組時(shí)，壓氣機(jī)的級(jí)數(shù)仍然為17級(jí)，而壓縮比則增至16.6和16.1，那時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉不僅可調(diào)，前三級(jí)靜葉也設(shè)計(jì)成為可以調(diào)節(jié)的了。在發(fā)展成為V94.3A和V64.3A型機(jī)組時(shí)，壓縮比仍然為16.6和16.1，那時(shí)，進(jìn)口導(dǎo)葉不僅可調(diào)，前三級(jí)靜葉也設(shè)計(jì)成為可以調(diào)節(jié)的了。在發(fā)展成為V94.3A和V64.3A型機(jī)組時(shí)，壓縮比仍然維持為16.6和16.1，但壓氣機(jī)的級(jí)數(shù)卻減少到只有15級(jí)，質(zhì)量流量大約增大了5%，這是由于流經(jīng)前五級(jí)流道曲面內(nèi)徑型線有較陡的增加，致使動(dòng)葉片的總圓周速度較高的緣故，同時(shí)壓氣機(jī)的前兩級(jí)動(dòng)葉片采用了按可控?cái)U(kuò)壓翼型設(shè)計(jì)的葉片型線和扭型，這種葉型可以減少過(guò)高的局部速度，并通過(guò)較均勻的減速可以防止氣流的分離，此外，還盡量減少入射沖角。這種葉片扭曲得更厲害，而且弦長(zhǎng)更大，1-透平前溫度1-透平前溫度2-透平的排氣溫度3-透平的排氣流量4-壓氣機(jī)的壓縮比圖7-21Siemens公司的機(jī)組前四級(jí)壓氣機(jī)靜葉可調(diào)時(shí)，某些參數(shù)歲負(fù)荷的變化關(guān)系壓氣機(jī)靜葉采用多級(jí)可調(diào)的目的不僅對(duì)于防止喘振有用之外，還可以提高部分負(fù)荷工況下機(jī)組的效率，它能使負(fù)荷從100％降至50％時(shí)，燃?xì)馔钙降呐艢鉁囟染S持恒定不變。按這種調(diào)節(jié)方式運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的透平前溫度、透平的排氣溫度、透平的排氣流量以及壓氣機(jī)的壓縮比隨機(jī)組負(fù)荷的變化關(guān)系如圖7-21所示。圖7-22干式低NOx圖7-22干式低NOx的混合型燃燒器Siemens公司生產(chǎn)的機(jī)組中，燃燒室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前后有很大變化，在V94.2型機(jī)組中每臺(tái)機(jī)組設(shè)置兩個(gè)直立式的圓筒形燃燒室，每個(gè)燃燒室上則裝設(shè)8個(gè)如圖4-18所示那樣的干式低NOx的混合型燃燒器，其實(shí)物照片如圖7-22所示，在V94.3和V64.3型機(jī)組上，每臺(tái)機(jī)組則設(shè)置兩個(gè)水平臥式的圓筒形燃燒室，如圖7-23所示。圖7-24上則給出了在V64.3型機(jī)組上采用的一個(gè)水平臥式的圓筒形燃燒室的結(jié)構(gòu)，它的出口段用成型的陶瓷塊拼裝而成的。從燃燒室出口到燃?xì)馔钙江h(huán)形入口之間的過(guò)渡段也是用成型的陶瓷塊拼裝而成的，其上還噴涂以耐熱和耐磨蝕的涂層。a)V94.3型機(jī)組b)V64.3型機(jī)組圖7-23V94.3和V64.3型機(jī)組上燃燒器的布置1-燃燒器2-人孔3-陶瓷材料制作的出口段4-支承鋼架5-保溫層圖7-24V64.3型機(jī)組上采用的水平臥式的圓筒形燃燒室在V94.2和V94.3型機(jī)組中燃?xì)膺^(guò)渡段分別采用單殼體設(shè)計(jì)方案和雙殼體設(shè)計(jì)方案，如圖7-25所示。在V94.2型機(jī)組中殼體的壁厚12mm，它完全依靠空氣的對(duì)流冷卻方式進(jìn)行冷卻。在燃燒室出口溫度tA＝1120℃的條件下，過(guò)渡段內(nèi)壁的溫度已達(dá)850℃。在V94.3型和V64.3型機(jī)組中則改為雙殼體的設(shè)計(jì)方案，用陶瓷材料制成的內(nèi)殼體的厚度僅6mm，內(nèi)殼體之間留有隙縫，從中可以流過(guò)一定數(shù)量的冷卻空氣，使其在內(nèi)殼體的內(nèi)表面上形成冷卻空氣膜，使殼體內(nèi)壁與高溫燃?xì)飧糸_(kāi)，這樣就可以改善冷卻效果，因而在保證過(guò)渡段內(nèi)壁的溫度為850℃的前提下，卻可以使燃燒室的出口溫度tA升高到1350℃。a)V94.2型機(jī)組上采用的單殼體設(shè)計(jì)方案b)V94.3型機(jī)組上采用的雙殼體設(shè)計(jì)方案a)V94.2型機(jī)組上采用的單殼體設(shè)計(jì)方案b)V94.3型機(jī)組上采用的雙殼體設(shè)計(jì)方案圖7-25燃?xì)膺^(guò)渡段的結(jié)構(gòu)與溫度情況值得一提的是：在V94.2、V94.3和V94.3A機(jī)組的燃燒室上都開(kāi)設(shè)有人孔洞，檢修人員可以進(jìn)入圓筒型和環(huán)形燃燒室中去，對(duì)燃燒室和燃?xì)馔钙降牡谝患?jí)靜葉作現(xiàn)場(chǎng)檢查和維修，甚為方便。顯然，在V94.2和V94.3型機(jī)組上由于采用了空間尺寸較大的圓筒型燃燒室，因而它們都比較容易改燒低熱值煤氣；但是由于V94.3A機(jī)組中采用了空間尺寸較小的環(huán)形燃燒室，改燒低熱值煤氣就很困難，目前尚未實(shí)現(xiàn)。由Siemens公司生產(chǎn)的上述5種工業(yè)型機(jī)組的燃?xì)馔钙骄O(shè)計(jì)成為4級(jí)，根據(jù)Siemens公司的設(shè)計(jì)觀點(diǎn)認(rèn)為：無(wú)論就熱力學(xué)、氣動(dòng)效率，還是從冷卻空氣消耗所造成的損失之間的關(guān)系角度來(lái)看，四級(jí)透平的結(jié)構(gòu)是最佳設(shè)計(jì)。事實(shí)也是這樣，從表2-2和表2-3中可以發(fā)現(xiàn)：初參數(shù)相當(dāng)?shù)臋C(jī)組的效率確實(shí)要比采用3級(jí)透平的GE公司的機(jī)組略高一些。在V94.3A型機(jī)組的設(shè)計(jì)中，除了第四級(jí)動(dòng)葉片之外，透平所有靜葉片和動(dòng)葉都是用空氣冷卻的在V94.3型機(jī)組中，采用的冷卻空氣的抽取方式：冷卻空氣分別從第4級(jí)靜葉后，第9級(jí)靜葉后，第13級(jí)靜葉后，以及第17級(jí)靜葉后的排氣腔中抽取的，第17級(jí)靜葉后的一部分壓縮空氣還需經(jīng)空氣冷卻器的冷卻降溫后，才被用來(lái)冷卻第1級(jí)靜葉，第1級(jí)葉輪和動(dòng)葉；第2、3、4級(jí)葉輪和動(dòng)葉(第4級(jí)的動(dòng)葉除外)則用第13級(jí)靜葉后的抽氣來(lái)冷卻的；第2級(jí)靜葉、第3級(jí)靜葉和第4級(jí)靜葉卻是分別用第13級(jí)靜葉后、第9級(jí)靜葉后，以及第4級(jí)靜葉后的抽氣來(lái)進(jìn)行冷卻的。當(dāng)然燃燒室的燃?xì)膺^(guò)渡段則是用的17級(jí)靜葉后壓氣機(jī)的排氣來(lái)進(jìn)行冷卻的。顯然，這種冷卻方式是很合理的。但在V94.3A型機(jī)組中，由于第1級(jí)靜葉和動(dòng)葉獲得了深度的膜式冷卻，空氣冷卻器就可以省去不再使用了。圖7-26上給出了V94.2型機(jī)組上第1級(jí)靜葉和第1級(jí)動(dòng)葉的冷卻結(jié)構(gòu)。a)第1級(jí)靜葉b)第1級(jí)動(dòng)葉圖7-26V94.2型機(jī)組上第1級(jí)靜葉和動(dòng)葉的冷卻結(jié)構(gòu)在V94.3型機(jī)組中第1級(jí)動(dòng)葉是有葉冠的，借以減小徑向間隙，但在V94.3A型機(jī)組中，所有各級(jí)動(dòng)葉都是沒(méi)有葉冠的，所有動(dòng)葉均采用雙齒式的樅樹(shù)形葉跟，以軸向裝配方式裝入葉輪上的樅樹(shù)形葉根槽中，它們都是自由葉片。葉片選用單晶體的耐熱合金材料制作。從圖7-20上都可以看到，透平氣缸采用空氣冷卻的雙層結(jié)構(gòu)，它通過(guò)持環(huán)來(lái)固定透平的靜葉。機(jī)組的絕對(duì)死點(diǎn)是置于壓氣機(jī)進(jìn)氣側(cè)功率輸出端的前軸承部位。Siemens公司生產(chǎn)的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)ABB公司生產(chǎn)的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)ABB公司的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)是由原BBC公司開(kāi)發(fā)的。圖7-27給出了GT8C型燃?xì)廨啓C(jī)的縱剖面圖。1-進(jìn)其渦殼2-壓氣機(jī)3-圓筒型燃燒室4-燃?xì)馔钙綀D7-27GT8C型燃?xì)廨啓C(jī)的縱剖面圖與GE公司和Siemens公司生產(chǎn)的機(jī)組相比，ABB公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)比較偏向于重型結(jié)構(gòu)型式，特別是在壓氣機(jī)和透平結(jié)構(gòu)方面，相當(dāng)程度上受到蒸汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響。但GT24和GT26型機(jī)組則已擺脫了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，向較輕的工業(yè)結(jié)構(gòu)方向發(fā)展。ABB公司的機(jī)組雖然比較笨重，但很結(jié)實(shí)耐用。綜觀全貌，ABB公司的機(jī)組具有一下一些特點(diǎn)：(1)它們也都是整體式結(jié)構(gòu)型式。(2)這些機(jī)組都是在壓氣機(jī)的冷端輸出功率，燃?xì)馔钙讲捎幂S向排氣方式，便于與余熱鍋爐聯(lián)接、流阻損失較小。(3)都采用雙軸承支承方案。(4)圖7-28中給出了ABB公司GT13E2機(jī)組上采用的壓氣機(jī)與燃?xì)馔钙睫D(zhuǎn)子的總體結(jié)構(gòu)圖，它是一種與盤鼓式結(jié)構(gòu)類似的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。由圖可知：它是由許多個(gè)大型盤鼓鍛壓件和兩端的半軸、用焊接方法組合成一體的。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、機(jī)加工量少、剛性好，軸的穩(wěn)定性好，不會(huì)發(fā)生各盤鼓之間的松動(dòng)現(xiàn)象，沒(méi)有緊固拉桿，因而不會(huì)出現(xiàn)拉桿的腐蝕、開(kāi)裂等故障，從而無(wú)需對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行定期維修。其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子質(zhì)量大，焊接工藝要求高。1-半軸2-樅樹(shù)形葉根槽3-焊接縫4-周向也根槽5-大型盤鼓鍛壓件圖7-28GT13E2機(jī)組的盤鼓式焊接轉(zhuǎn)子在ABB公司生產(chǎn)的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)中，壓氣機(jī)與燃?xì)馔钙降霓D(zhuǎn)子都選用與圖7-28類似的結(jié)構(gòu)，只是盤鼓鍛壓件的數(shù)量彼此有所不同而已。(5)ABB公司生產(chǎn)的單軸發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的參數(shù)如表7-4所示。表7-4ABB公司某些單軸發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的參數(shù)機(jī)型項(xiàng)目GT8CGT11N2GT13DGT13E2GT26壓氣機(jī)級(jí)數(shù)1216182122壓縮比15.715.011.914.630.0空氣流量/kg.s-1179.2375.1394.2532.1545.3在GT26型機(jī)組中壓氣機(jī)有很大的發(fā)展。22級(jí)的單軸壓氣機(jī)之壓縮比增為30。據(jù)稱：壓氣機(jī)的前四級(jí)新葉型是按照“可控?cái)U(kuò)壓”原理設(shè)計(jì)的，它具有很高的等熵壓縮效率和良好的喘振裕度，有利于部分負(fù)荷下可靠地運(yùn)行?！翱煽?cái)U(kuò)壓”原理特別有利于高亞音速流的頭幾排葉片。此外，在壓氣機(jī)的后幾級(jí)中采取了特別措施，以確保葉尖與氣缸之間的間隙很小，這對(duì)于提高短葉片級(jí)的效率和喘振裕度都有重要作用。該壓氣機(jī)的進(jìn)口導(dǎo)葉、第一、二級(jí)靜葉都是可以調(diào)節(jié)的，它可以使機(jī)組在100％到60％負(fù)荷之間，空氣流量線性地減少，壓縮比也按比例地降低，而確保機(jī)組的排氣溫度幾乎保持恒定為設(shè)計(jì)值610℃。從100％負(fù)荷到25％負(fù)荷這階段內(nèi)，第一級(jí)燃燒室的排氣溫度(也就是第一級(jí)透平前的燃?xì)鉁囟?是保持恒定不變的。GT26機(jī)組的排氣溫度、第一級(jí)透平的進(jìn)氣溫度以及第二級(jí)透平的進(jìn)氣溫度(也就是再熱燃燒室的排氣溫度)隨負(fù)荷的變化關(guān)系如圖7-29所示。這種調(diào)節(jié)方式有利于提高機(jī)組部分負(fù)荷工況下的效率。圖7-30中給出了用GT26機(jī)組組成的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組KA26－1之熱耗率隨負(fù)荷之變化關(guān)系，與常規(guī)的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組者的對(duì)比關(guān)系，可以看到這種調(diào)節(jié)方式優(yōu)越性。1-第一級(jí)透平前的燃?xì)獬鯗?-第二級(jí)透平前的燃?xì)獬鯗?-機(jī)組的排氣溫度圖7-29GT26機(jī)組變工況條件下燃?xì)獬鯗嘏c排氣溫度的變化關(guān)系圖7-30KA26-1聯(lián)合循環(huán)機(jī)組與常規(guī)的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的熱效率隨負(fù)荷之變化關(guān)系的對(duì)比1-周向裝入式的葉根槽1-周向裝入式的葉根槽2-壓氣機(jī)動(dòng)葉3-鎖緊螺釘圖7-31ABB公司生產(chǎn)的機(jī)組上采用的壓氣機(jī)周向裝入式的葉根槽從圖7-27上可以看出：壓氣機(jī)的氣缸是由好幾段氣缸，通過(guò)垂直中分面和水平中分面，以螺栓聯(lián)接成為一個(gè)整體的。一般在氣缸上還開(kāi)設(shè)3~4個(gè)抽氣口，有的還設(shè)置防喘放氣閥。對(duì)于GT26型機(jī)組來(lái)說(shuō)，壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子是用12CrNiMoV鐵素體鋼鍛造后焊接的；氣缸是用ASTMA-536球墨鑄鐵鑄造的；壓氣機(jī)的前15級(jí)是用高鉻含量的鋼(A-565和A-705)制造動(dòng)葉和靜葉的，用A-477鋼來(lái)制造16~22級(jí)的動(dòng)葉和靜葉。壓氣機(jī)的前幾級(jí)葉片無(wú)需噴防腐復(fù)蓋層。(6)ABB公司生產(chǎn)的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)中，一般根據(jù)燃料的性質(zhì)不同，可以采用三種結(jié)構(gòu)型式的燃燒室，它們是：①標(biāo)準(zhǔn)的圓筒型燃燒室(SBK)，如圖7-32所示。在這種燃燒室的頭部采用掛片式氣膜冷卻結(jié)構(gòu)(圖7-33)、大型的包角旋流器和切向孔面積可以調(diào)節(jié)的離心式噴油嘴，它適用于燃燒重油和低熱值煤氣，每臺(tái)機(jī)組上僅設(shè)置一個(gè)直立式的圓筒形燃燒室，該燃燒室是按照擴(kuò)散燃燒原理設(shè)計(jì)的，需要用噴水或噴蒸汽的方法來(lái)控制NOx的排1-包角旋流器2-掛片式冷卻結(jié)構(gòu)1-包角旋流器2-掛片式冷卻結(jié)構(gòu)3-火焰筒4-燃燒室外殼圖7-32SBK圓筒型燃燒室1-冷卻掛片2-由掛片組成的火焰管內(nèi)壁3-火焰管的外襯筒4-掛片5-肋片6-冷卻空氣圖7-33掛片式的氣膜冷卻結(jié)構(gòu)(7)由ABB公司生產(chǎn)的工業(yè)型機(jī)組的燃?xì)馔钙降募?jí)數(shù)因功率的大小而異，GT8C機(jī)組上采用了3級(jí)燃?xì)馔钙?，透平的靜葉裝在靜葉持環(huán)上，持環(huán)則裝在透平的氣缸上，透平的動(dòng)葉則采用軸向裝入式的樹(shù)型葉根形式。向持環(huán)通以冷卻空氣，可以冷卻靜葉頂部的固定件。GT11N2機(jī)組上有四級(jí)燃?xì)馔钙?；GT13D、GT13E2和GT26機(jī)組上則設(shè)計(jì)成5級(jí)燃?xì)馔钙?。增加透平?jí)數(shù)有利于改善等熵膨脹效率，但機(jī)組結(jié)構(gòu)較笨重。在GT26機(jī)組中四級(jí)透平是有空氣冷卻的，第一級(jí)透平靜葉是用MAR-M247C材料精鑄的，它采用沖擊，對(duì)流和氣膜復(fù)合冷卻結(jié)構(gòu)，冷卻空氣量比較少，其表面溫度的設(shè)計(jì)值低于899℃，第二、三、四級(jí)靜葉是用IN378LC材料精鑄的，葉片內(nèi)部裝入一個(gè)插入件，以便形成單一的沖擊式冷卻結(jié)構(gòu)。第一級(jí)透平動(dòng)葉是用IN378LC或CM247LC合金材料精鑄的，后幾級(jí)均用MAR-M247C材料精鑄。前四級(jí)動(dòng)葉內(nèi)部設(shè)計(jì)成蛇形通道，以便流過(guò)冷卻空氣，進(jìn)行對(duì)流冷卻。透平的動(dòng)、靜葉片都噴涂有SV20(NiCrAIY)高溫的防腐涂層。后三級(jí)動(dòng)葉裝有圍帶。透平氣缸是用A-356(Gr.6)鋼和球墨鑄鐵鑄造的，它具有水平中分面。透平的排氣缸分成兩層，外殼為碳鋼，內(nèi)襯用奧氏體不銹鋼制作。(8)機(jī)組的絕對(duì)死點(diǎn)置于壓氣機(jī)進(jìn)氣側(cè)功率輸出端的前軸承部位。(9)ABB公司生產(chǎn)的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)大都選用變頻器，使發(fā)電機(jī)作為變速的同步電動(dòng)機(jī)來(lái)起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)。一臺(tái)變頻器可以用來(lái)起動(dòng)多臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)，可靠性很高，還可以快速再起動(dòng)。珠江天然氣發(fā)電有限公司MS9001FA燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)MS9001FA燃?xì)廨啓C(jī)主要性能參數(shù)如表7-5所示表7-5MS9001FA燃?xì)廨啓C(jī)主要性能參數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)參數(shù)聯(lián)合循環(huán)參數(shù)輸出功率255.6MW凈輸出功率390.8MW熱耗率9757kJ/kWh熱耗率6350kJ/kWh壓比17.0:1電廠凈效率56.7%質(zhì)量流量641kg/sec轉(zhuǎn)速3000rpm排氣溫度602°C型號(hào)PG9351FA概述MS-9001FA是一種為簡(jiǎn)單蒸汽燃?xì)饴?lián)合循環(huán)而設(shè)計(jì)的單軸燃?xì)廨啓C(jī)，它包括空氣進(jìn)氣裝置、壓氣機(jī)、燃燒系統(tǒng)、燃?xì)廨啓C(jī)、廢氣系統(tǒng)、支持系統(tǒng)六大主要部分。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)時(shí)，從環(huán)境來(lái)的空氣被壓氣機(jī)通過(guò)空氣進(jìn)口設(shè)備收集、過(guò)濾并加壓。為了起動(dòng)時(shí)的震動(dòng)保護(hù)，壓縮機(jī)出口閥門開(kāi)啟，可調(diào)進(jìn)氣口導(dǎo)向葉片關(guān)閉。當(dāng)趨于高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，出口閥門開(kāi)始自動(dòng)運(yùn)行，進(jìn)氣口導(dǎo)向葉片的電機(jī)也開(kāi)始供電，使導(dǎo)向葉片按燃?xì)廨啓C(jī)正常需求運(yùn)行。從壓縮機(jī)出來(lái)的壓縮空氣流進(jìn)燃燒室周圍的環(huán)狀空間，從這里再流進(jìn)燃燒室殼體與耐火層之間的通道，最后再由每個(gè)耐火層的測(cè)量孔進(jìn)入燃燒區(qū)域。從遠(yuǎn)端來(lái)的燃料循序提供給每個(gè)燃燒器，燃燒器有主要和次要之分，最后覆蓋每個(gè)燃燒室。噴嘴引入燃料至每個(gè)燃燒室里面的燃燒區(qū)域，燃料在此與助燃空氣混合，并由一個(gè)或者更多的火花塞點(diǎn)燃。燃料一旦在某一燃燒室點(diǎn)燃，立刻通過(guò)聯(lián)焰管傳播到其他所有的燃燒室。在點(diǎn)燃的燃燒室中，安裝有四個(gè)火焰探測(cè)器，它們?cè)O(shè)置在燃燒室缸體的凸緣上。從燃燒室出來(lái)的熱燃?xì)饬鬟M(jìn)單獨(dú)的過(guò)渡區(qū)段，這些區(qū)段附在燃燒室襯墊尾部。燃?xì)鈴倪@里進(jìn)入三級(jí)渦輪，驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。尾氣進(jìn)入排氣擴(kuò)壓器，然后由煙囪排入大氣?；椭螠u輪的基座燃?xì)廨啓C(jī)的基座是鋼結(jié)構(gòu)，包括焊接的梁和平板。它的首要功能是支撐燃?xì)廨啓C(jī)的重量。起吊軸頸和支撐各設(shè)兩處于基座的每一邊，和底座的兩種交叉結(jié)構(gòu)在同一直線上?；恳贿叺撞康臋C(jī)械墊片有利于固定地基。在底座兩邊頂上的機(jī)械墊片，用來(lái)固定渦輪的支撐。渦輪的支撐MS9001FA燃?xì)廨啓C(jī)具有位于壓縮機(jī)尾端的剛性腿型支撐，和位于渦輪尾端支撐頂部和底部的樞軸。每一支撐點(diǎn)內(nèi)表面都有一水套，冷卻水在里面循環(huán)。冷卻水起到最小化熱量擴(kuò)散和輔助維持渦輪與負(fù)載設(shè)備的調(diào)準(zhǔn)。各支撐點(diǎn)維持燃?xì)廨啓C(jī)軸向和垂直方向的位置，而兩個(gè)凹型楔片外加渦輪支撐點(diǎn)則維持橫向位置。一個(gè)凹型楔片位于尾氣裝置的后半?yún)^(qū)，另一個(gè)位于前燃燒室缸體的后半?yún)^(qū)。楔片與焊接于燃?xì)廨啓C(jī)基座橫梁上的導(dǎo)向塊相吻合，它們被螺栓安全地夾持于導(dǎo)向塊的適當(dāng)位置，螺栓是用于承擔(dān)基座。這種楔塊結(jié)構(gòu)，在燃?xì)廨啓C(jī)允許軸向和徑向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，有效地阻止了燃?xì)廨啓C(jī)的橫向運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，從而阻止熱量擴(kuò)散。壓氣機(jī)軸流式壓氣機(jī)包擴(kuò)轉(zhuǎn)子和缸體。在壓氣機(jī)缸體內(nèi)部是可調(diào)進(jìn)氣口導(dǎo)向葉片、各級(jí)轉(zhuǎn)子、靜葉片和出口導(dǎo)葉。轉(zhuǎn)子燃?xì)廨啓C(jī)渦輪轉(zhuǎn)子的壓氣機(jī)部分由一群葉輪、一個(gè)速度環(huán)、若干連接螺栓、壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和一個(gè)向前的短軸組成。(見(jiàn)圖7-34)圖7-34壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子每個(gè)葉輪的外圍都開(kāi)有槽孔。動(dòng)葉片和墊圈嵌入這些槽孔中，并通過(guò)槽孔尾端的標(biāo)定線保持其軸向位置。葉輪之間通過(guò)有同心控制作用的匹配榫頭組裝起來(lái)，并用連接螺栓連接在一起。葉輪選擇性的配置在裝配期間被用來(lái)減少平衡修正。裝配結(jié)束后，轉(zhuǎn)子是動(dòng)態(tài)平衡的。前端短軸被制造來(lái)提供推力環(huán)，該推力環(huán)支撐向前和尾端的推力負(fù)荷。前端短軸也為一號(hào)軸承提供止推軸頸，為一號(hào)軸承油封和壓氣機(jī)低壓氣封提供封接面。第17級(jí)葉輪既支撐動(dòng)葉片，也為高壓氣封和壓氣機(jī)燃?xì)廨啓C(jī)連接法蘭提供封接面。定子壓氣機(jī)的缸體由進(jìn)口缸體、壓氣機(jī)主缸體、壓氣機(jī)排氣缸體三個(gè)主要部分組成，它們和渦輪缸體連接在一起，形成燃?xì)廨啓C(jī)主要結(jié)構(gòu)。它們?cè)谳S承支撐點(diǎn)支持轉(zhuǎn)子，并組成燃?xì)猸h(huán)面的外墻。所有這些缸體都是水平分離的，以便維修。1)進(jìn)氣缸體如圖7-35所示，進(jìn)氣缸體位于燃?xì)廨啓C(jī)前端末尾。它的最主要的作用是使空氣均勻進(jìn)入壓氣機(jī)。進(jìn)氣缸體也支撐一號(hào)軸承組件。一號(hào)軸承下半部分支座完全與內(nèi)部支撐鑄在一起。上半部分軸承支座是一個(gè)單獨(dú)的鑄件，由法蘭和螺釘與下半部分連接。內(nèi)部支撐通過(guò)九個(gè)螺旋槳狀的徑向支柱布置于外部承口。這些支柱澆鑄在承口壁上。它們還從臨近缸體轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)負(fù)載至連接到本缸體前面的支撐。圖7-35壓氣機(jī)進(jìn)氣缸體和一號(hào)軸承可調(diào)進(jìn)氣口導(dǎo)向葉片安裝在進(jìn)氣缸尾部，和一個(gè)控制環(huán)與小齒輪裝配在一起，小齒輪與一個(gè)液壓驅(qū)動(dòng)器和連接臂裝配連接。這些葉片的位置對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)口空氣流量起調(diào)節(jié)作用。2)壓氣機(jī)主缸體壓氣機(jī)主缸體前端包含0-4級(jí)壓氣機(jī)定子。壓氣機(jī)下半部裝備有兩個(gè)大型完整的鑄造耳軸，這兩個(gè)鑄造耳軸是在燃?xì)廨啓C(jī)與其基座分離時(shí)用來(lái)提升燃?xì)廨啓C(jī)的。壓氣機(jī)主缸體后部包含5-12級(jí)壓氣機(jī)定子。后部缸體抽氣口允許放出第13級(jí)壓縮空氣。這些空氣是作冷卻用途的，也用在起動(dòng)和停機(jī)時(shí)的震動(dòng)控制。3)壓氣機(jī)排氣缸體壓氣機(jī)排出缸體是壓氣機(jī)單元最后一部分。它是最長(zhǎng)單缸體，置于正中央，在前端和后端支撐之間，是燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)有效部分。壓氣機(jī)排氣缸體包含最后一級(jí)壓氣機(jī)定子，形成壓氣機(jī)擴(kuò)散段的內(nèi)外壁，并和壓氣機(jī)和渦輪缸體連接在一起。排氣缸體也支撐燃燒室外缸體和第一級(jí)渦輪噴嘴。壓氣機(jī)排氣缸體由兩個(gè)圓筒組成，其中一個(gè)是壓氣機(jī)缸體的延續(xù)，另一個(gè)是圍繞壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)圓筒。這兩個(gè)圓筒由14根徑向支柱定位于同一中心軸上。擴(kuò)散段由位于排出缸體外部圓筒和內(nèi)部圓筒之間的錐形環(huán)面形成的。擴(kuò)散段把一部分壓氣機(jī)排氣動(dòng)能轉(zhuǎn)化成排氣靜壓。4)葉片安裝壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和靜葉片都是螺旋槳形的，能在葉梢高速旋轉(zhuǎn)的情況下有效地壓縮空氣的。靜葉片由整齊有序的楔形榫頭嵌于壓氣機(jī)輪緣上。楔形榫頭尺寸和布置都是非常精確的，目的是確保每個(gè)靜葉片都精確安裝在輪緣的預(yù)期位置上。壓氣機(jī)靜葉片都是螺旋槳形的，用相似的楔形榫頭裝配進(jìn)前五級(jí)環(huán)形片中。環(huán)形片被插入位于缸體內(nèi)圓周凹槽里，并用鎖鍵固定位置。剩下各級(jí)靜葉片都有一個(gè)正方形的基座楔形榫頭，它們被直接插入缸體內(nèi)圓周凹槽里，也用鎖鍵固定位置。DLN-2型燃燒室燃燒室系統(tǒng)是由18個(gè)環(huán)繞在壓氣機(jī)排氣缸體外圍的回流式燃燒室組成的，如圖7-36所示。由燃?xì)饬飨騺?lái)看，燃燒室是從左上方開(kāi)始逆時(shí)針?lè)较蚓幪?hào)的。這個(gè)系統(tǒng)也包括燃料噴嘴、點(diǎn)火系統(tǒng)、火焰探測(cè)器和聯(lián)焰管。燃燒室中燃料燃燒產(chǎn)生的熱氣體流經(jīng)緩沖冷卻過(guò)渡段進(jìn)入渦輪。壓氣機(jī)排出的高壓空氣被導(dǎo)進(jìn)過(guò)渡段周圍。一部分空氣進(jìn)入緩沖套筒里面的孔，冷卻過(guò)渡段，并流入套筒。其余的空氣由套筒底部的孔進(jìn)入套筒與燃燒室耐火層之間環(huán)面。如圖7-37和圖7-38所示。這些空氣通過(guò)噴口蓋組進(jìn)入燃燒區(qū)域使燃料完全燃燒。燃料通過(guò)燃燒室上的5個(gè)噴嘴進(jìn)入燃燒室，這些噴嘴具有合理調(diào)配燃料空氣比例和充分混合的功能。圖7-36典型MS9001FADLN-2燃燒系統(tǒng)布置圖7-37所示的雙燃料DLN-2燃燒系統(tǒng)是一個(gè)單級(jí)的，雙模型燃燒室適用于氣體和液體燃料。當(dāng)燃機(jī)處于低負(fù)載(<50%負(fù)載)時(shí)，是擴(kuò)散燃燒，當(dāng)燃機(jī)處于高負(fù)載(>50%負(fù)載)時(shí)，是預(yù)混燃燒。當(dāng)燃燒器超過(guò)負(fù)載范圍處于擴(kuò)散燃燒時(shí)，需要注入二次空氣消除NOx的生成。燃燒室外殼和流動(dòng)套筒燃燒室外殼作為燃燒室的受壓殼層。它們同樣具有為燃料噴嘴端蓋而設(shè)置的法蘭、聯(lián)焰管法蘭和備選擇的火花塞、火焰探測(cè)器、錯(cuò)誤起動(dòng)防止裝置。流動(dòng)套筒(如圖7-38所示)形成的頂蓋和襯墊組之間的環(huán)形空間引導(dǎo)助燃空氣和冷卻空氣進(jìn)入反應(yīng)區(qū)域。為了維持緩沖套筒壓差，聯(lián)焰管、火花塞和火焰探測(cè)器的開(kāi)口處都用滑動(dòng)墊圈密封。圖7-37典型MS9001FADLN-2燃燒系統(tǒng)圖7-38流動(dòng)套筒聯(lián)焰管所有的燃燒室都用聯(lián)焰管相互連接。燃燒室外殼和一個(gè)外部聯(lián)焰管相連，而燃燒室耐火層主要區(qū)域由內(nèi)部聯(lián)焰管相接在一起。燃料噴嘴端蓋每個(gè)燃燒室都有一組為數(shù)5個(gè)的燃料噴嘴。圖7-39和圖7-40所示為DLN-2型燃料噴嘴的剖面圖。圖示噴嘴為雙燃料型的，標(biāo)出了擴(kuò)散氣體、預(yù)混氣體、油和水的流徑。如圖7-39所示，安裝端蓋的時(shí)候，4個(gè)燃料噴嘴的擴(kuò)散通道是從一個(gè)共同的主總管加載的，主總管設(shè)置在端蓋里面。同樣4個(gè)噴嘴的預(yù)混通道是從另一個(gè)內(nèi)在的次總管加載的。余下噴嘴的預(yù)混通道是由第三燃料系統(tǒng)供應(yīng)的；這些噴嘴的預(yù)混通道通常由壓氣機(jī)排氣沖刷，并沒(méi)有燃料通過(guò)。圖7-39可選擇雙燃料DLN-2燃料噴嘴頂蓋和襯筒圖7-41為燃燒室襯筒，開(kāi)有外部溝槽和常規(guī)冷卻狹槽作冷卻用。襯筒內(nèi)表面和頂蓋都是隔熱層，涂上隔熱層是為了降低金屬溫度和熱梯度。圖7-42和圖7-43所示為頂蓋，頂蓋具有5個(gè)從屬于各燃料噴嘴的預(yù)混室管路。它由薄膜冷卻和緩沖冷卻共同作用冷卻，其內(nèi)表面涂有隔熱層。(進(jìn)圖7-42和圖7-43)圖7-41燃燒室襯筒圖7-42燃燒室頂蓋圖7-43燃燒室頂蓋（從氣流方向看）火化塞燃燒采用火花塞點(diǎn)火?；鸹ㄈ寐葆敼潭ㄔ谌紵彝鈿さ耐咕壣希⑶度肱R近燃燒室的襯筒和流動(dòng)圓套筒里。圖7-44所示為一組典型的火花塞。這些火花塞由電容器供電。點(diǎn)火的時(shí)候，一個(gè)或者多個(gè)火花塞的火星點(diǎn)燃燃燒室里的燃?xì)?；其余燃燒室通過(guò)相互連接的聯(lián)焰管點(diǎn)火。圖7-44火花塞紫外火焰探測(cè)器在起動(dòng)階段，有必要把火焰燃熄與否的情況傳到控制系統(tǒng)。因此，使用了由若干火焰探測(cè)器組成的火焰監(jiān)視系統(tǒng)，具體位置見(jiàn)圖7-36。圖7-45和圖7-46為火焰探測(cè)器，它具有水冷卻套，用來(lái)維持允許工作溫度。紫外火焰?zhèn)鞲衅靼粋€(gè)充滿氣體的探測(cè)器。該探測(cè)器里的氣體對(duì)碳?xì)浠衔锘衔锂a(chǎn)生的紫外線非常敏感。由放大器提供的直流電壓加到探測(cè)器終端。有火焰的時(shí)候，探測(cè)器的電離氣體允許電流傳導(dǎo)，從而誘導(dǎo)電子設(shè)備發(fā)出有火焰標(biāo)志。相反，火焰熄滅則發(fā)出無(wú)火焰標(biāo)志。圖7-45火焰探測(cè)器圖7-46水冷火焰探測(cè)器4個(gè)火焰探測(cè)器的信號(hào)被送到控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)利用一個(gè)內(nèi)在的邏輯系統(tǒng)測(cè)定是否存在火焰。渦輪三級(jí)渦輪是將壓氣機(jī)和燃燒室產(chǎn)生的高溫高壓燃?xì)鈨?nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的設(shè)備。MS9001FA燃?xì)廨啓C(jī)包括渦輪轉(zhuǎn)子、渦輪缸體、排氣裝置、排氣擴(kuò)壓器、噴嘴和輪蓋。渦輪轉(zhuǎn)子1)結(jié)構(gòu)圖7-47為渦輪轉(zhuǎn)子，它由前后輪軸、三級(jí)渦輪轉(zhuǎn)子，通過(guò)定位片和渦輪葉片組裝起來(lái)。由渦輪輪緣、輪軸和定位片控制同軸性。各輪子通過(guò)位于輪軸和定位片上螺栓和法蘭連接起來(lái)。合理布置各轉(zhuǎn)子是為了使平衡修正最容易。圖7-47渦輪轉(zhuǎn)子2)輪軸渦輪轉(zhuǎn)子中間軸從第一級(jí)透平葉片延伸到壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子尾端凸緣。渦輪轉(zhuǎn)子尾軸包括第二個(gè)支承軸頸。3)轉(zhuǎn)輪第一、二級(jí)輪緣之間和第二、三級(jí)輪緣之間的定位片決定了單個(gè)輪子的軸向位置。這些定位片支撐密封隔板。前部和后部端面的1-2號(hào)定位片留有供冷卻空氣通道的徑向縫。渦輪葉片用樅樹(shù)形的楔形榫頭組裝在一起，這些楔形榫頭剛好適合渦輪輪緣的缺口。所有三級(jí)渦輪的葉片都是精密鑄造的長(zhǎng)柄葉片。長(zhǎng)柄葉片有效地防護(hù)輪緣和葉根，當(dāng)產(chǎn)生葉片震動(dòng)機(jī)械阻尼時(shí)，免受高溫氣體破壞。作為震動(dòng)阻尼的進(jìn)一步預(yù)防，第二和第三級(jí)葉片在葉片尾端有聯(lián)鎖護(hù)環(huán)。這些護(hù)環(huán)能夠減少葉片末端漏氣，從而起到提高渦輪效率的作用。葉片護(hù)環(huán)上的徑向齒和定子上的楔形面連接在一起，構(gòu)成一個(gè)迷宮式密封阻止燃?xì)鈴娜~片尾端泄漏。圖7-48展示了典型的MS9001FA燃?xì)廨啓C(jī)第一、二、三級(jí)渦輪葉片。葉片尺寸從第一級(jí)到第三級(jí)的增加是由壓力降低決定的，壓力降低伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，同時(shí)，氣體體積增加，需要增加環(huán)面面積來(lái)通過(guò)氣流。圖7-48MS9001FA第一、二、三級(jí)渦輪葉片4)冷卻冷卻渦輪轉(zhuǎn)子是為了維持其允許的運(yùn)行溫度，從而確保其運(yùn)行壽命。采用從壓氣機(jī)抽出的正壓冷空氣進(jìn)行冷卻，冷空氣通過(guò)位于渦輪輪緣和定子之間的空間徑直釋出，匯入主燃?xì)饬?。這片區(qū)域叫做葉輪間隙。圖7-49為渦輪冷卻空氣流。圖7-49渦輪部分冷卻空氣局部圖5)第一級(jí)葉輪間隙第一級(jí)葉輪前端間隙用壓氣機(jī)排氣冷卻。在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子尾端的轉(zhuǎn)子與壓氣機(jī)排氣缸體內(nèi)套筒之間安裝有迷宮式密封。透過(guò)這個(gè)密封的泄漏供給到通過(guò)第一級(jí)葉輪前端間隙的空氣流。這一空氣流在第一級(jí)噴嘴尾端注入主氣流。第一級(jí)葉輪后端間隙的冷卻是由從壓氣機(jī)的第13級(jí)抽取來(lái)的空氣通過(guò)第二級(jí)噴嘴冷卻的。這些空氣在第二級(jí)噴嘴前端返回到燃?xì)庵鳉饬鳌?)第二級(jí)葉輪間隙第二級(jí)葉輪前端間隙用透過(guò)級(jí)間密封的第一級(jí)葉輪后端間隙的漏氣來(lái)冷卻的。這些空氣在第二級(jí)葉片進(jìn)口處匯入到主燃?xì)?。第二?jí)葉輪后端間隙的冷卻是由從壓氣機(jī)的第13級(jí)抽取來(lái)的空氣通過(guò)第三級(jí)噴嘴冷卻的。這些空氣在第三級(jí)噴嘴前端返回到燃?xì)庵鳉饬鳌?)第三級(jí)葉輪間隙第三級(jí)葉輪前端間隙是用透過(guò)級(jí)間密封的第二級(jí)葉輪后端間隙的漏氣來(lái)冷卻的，這些空氣在第三級(jí)葉片進(jìn)口處匯入到主燃?xì)?。第三?jí)葉輪后端間隙是從排氣裝置的冷卻空氣環(huán)面獲得冷卻空氣的。這部分空氣流經(jīng)第三級(jí)葉輪后端間隙，在排氣擴(kuò)壓器入口處進(jìn)入主燃?xì)夤苈贰?)葉片空氣通過(guò)葉片楔形榫頭基座上的高壓氣箱被引入每個(gè)一級(jí)葉片中，如圖7-49所示。它蜿蜒流過(guò)延伸至葉片的冷卻孔，在葉翼后緣和葉片末端流出。合理設(shè)置冷卻孔以從螺旋翼獲得最適宜的壓縮空氣量。圖7-50為MS9001FA第一級(jí)葉片的設(shè)計(jì)圖。圖7-50MS9001FA燃?xì)廨啓C(jī)第一級(jí)葉片冷卻通道與第一級(jí)葉片不同的是，第二級(jí)葉片用流經(jīng)螺旋翼的順翼空氣流來(lái)冷卻的。和第一級(jí)一樣，空氣由葉片楔形榫頭基座上的高壓氣箱被引入每個(gè)二級(jí)葉片中。同樣，螺旋翼用熱力循環(huán)所需最少空氣量冷卻。見(jiàn)圖7-51。圖7-51MS9001FA燃?xì)廨啓C(jī)第一級(jí)葉片冷卻通道第三級(jí)葉片不是中心空冷的。這些葉片的末端，如第二級(jí)葉片，附上了一層防護(hù)罩，該防護(hù)罩是尾端密封的一部分。這些防護(hù)罩一個(gè)挨一個(gè)互鎖，以減少震動(dòng)。渦輪固定部分1)結(jié)構(gòu)渦輪缸體和排氣裝置構(gòu)成了MS9001FA燃?xì)廨啓C(jī)的主要固定部分。渦輪導(dǎo)向裝置、防護(hù)罩和渦輪排氣擴(kuò)壓器是主要固定部分的支撐。2)渦輪缸體渦輪缸體控制防護(hù)罩和噴嘴的軸向和徑向位置。它決定渦輪間距以及噴嘴和渦輪葉片之間的相對(duì)位置。這些位置對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行是苛刻的。被渦輪缸體包含的熱氣體