［收稿日期］２００５－０７－０７
［作者简介］张俊文（１９７５－）
，男，内蒙古人，华北电力大学在读研究生，主要研究燃气轮机仿真。燃气轮机压气机冷却技术分析
ＣｏｏｌｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＡｉｒＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒｆｏｒＧａｓＴｕｒｂｉｎｅ
张俊文，李洪涛
（华北电力大学，河北
保定０７１００３）
［摘要］分析了几种常用的燃气轮机压气机冷
却技术的特点，给出了燃气轮机进气冷却方案选择的依据。
［关键词］燃气轮机；
压气机；进气冷却［中图分类号］ＴＫ４７４．８［文献标识码］Ｂ
［文章编号］１００８－６２１８（２００５）０４－００１０－０２燃气轮机的一大特点是约三分之二透平产生的功率消耗在驱动压气机上，并且环境空气温度越高，消耗的功率越大，从而导致燃气轮机名义功率的减小。采用燃气轮机进气冷却技术可以降低燃气轮机的进气温度，在同样的透平入口温度下，压气机进气温度越低，温比越大，输出功率越大。同时，降低燃气轮机的进气温度可以提高进气总空气量，减少压气机的单位耗功，提高燃气轮机的输出功率与热效率。采用进气冷却技术可以有效地提高燃气轮机的出力和效率，提高经济效益。对于不同地区、不同运行条件的燃气轮机电厂，应根据当地的空气相对湿度、有无低位热能可利用或有无廉价低谷电的优惠政策来决定应采用的进气冷却方式。
１燃气轮机进口空气冷却技术
常用的燃气轮机进口空气冷却技术主要有制冷式冷却和蒸发式冷却两种。１．１制冷式冷却
制冷式冷却主要靠安装在燃气轮机热交换道内的热交换器来降低燃气轮机进气的温度，并根据所采用的制冷系统形式的不同又可分为多种类型，如吸收式制冷冷却、压缩式制冷冷却、蒸汽喷射式制冷冷却等。
１．１．１吸收式制冷冷却
吸收式制冷系统是利用低位热能进行制冷，而
不是以消耗电力作为代价进行制冷，这对余热相对较大的燃气轮机而言是一突出的优点。通常情况下，吸收式制冷系统所需的热量约占燃气轮机透平余热的５％左右，所以，对提高机组的经济性极为有利。其另一个特点就是在制冷负荷较大时，其效率可维持在较高的水平，这对燃气轮机的进气冷却非常有利，尤其是对那些气温变化较大的地区。
吸收式制冷冷却有氨吸收式制冷冷却和溴化锂吸收式制冷冷却两种形式。氨吸收式制冷虽然可以获得较低的制冷温度，但其设备庞大，占地面积多，造价高，且防爆等级要求较高；因此，目前在燃气轮机进气吸收式制冷冷却系统中主要采用溴化锂吸收式制冷冷却装置。
溴化锂吸收式制冷冷却装置一般由制冷模块、盘管模块、分配模块和电气控制模块组成。制冷模块单独装在底盘上，包括制冷、散热和泵送设备及管路和各部接头；盘管模块包括冷却盘管、制冷机的供给与回流管路、进气过渡室接口设备、除雾器、凝结水盘和排水装置；分配与电气控制模块包括管道、管道支架、输水管道以及连接制冷模块与盘管模块的电路和底座；电气控制模块包括所有用于控制的硬件、软件和电路。
该制冷装置一般使用联合循环电站的蒸汽作为热源，从联合循环气轮机的抽气口进行抽气，蒸汽通过散热盘管的换热使压气机进口温度下降，从而降低压气机耗功，增加透平输出功率。另外，该制冷装置的环保性能优良，其工质对大气层无破坏作用，运动时无振动，噪音低，已得到成功应用。１．１．２压缩式冷却
压缩式冷却主要在压气机进气喇叭口处注水，使空气冷却到接近湿饱和温度，降低压气机进口温度，从而提高压气机效率。同时，由于水滴添加到压气机的空气流量中，使压气机总空气流量增加，因而增加了燃气轮机的输出功率。
内蒙古电力
技术
ＩＮＮＥＲＭＯＮＧＯＬＩＡＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ
２００５年第２３卷第４期
１０
另一种压缩式冷却是在压气机入口处喷水，在把水喷入循环空气时，燃气轮机部件内产生的热力及气动过程十分复杂，喷水的效果取决于压气机的结构型式、气压比、喷水量、喷水位置、燃气轮机的工况和外部空气的温度等。由于向通流部分喷入水，压气机内出现了一些附加的损失，如水滴的加速、水滴对工作轮的制动、由于存在液膜在附面层内损失的增加等。
压缩式冷却技术中最常用的是湿压缩技术。该系统主要由泵组模块、电气和控制系统、罩壳、控制阀、管道、喷嘴以及支持件、排水口与内衬或涂层、修改的燃气轮机控制系统、接地刷等组成。该系统由于采用模块化设计，系统的现场安装变得容易；另外，设计时对诸如压气机汽缸变形、压气机叶片磨蚀、水回到冷却回路、转子上产生静电荷、燃烧室动压脉动、排放量控制等考虑全面，因此可靠性高。
１．２蒸发式冷却
蒸发式冷却技术利用水在空气中蒸发时所吸收的潜热来降低空气的温度。当未饱和的空气与水接触时，两者之间发生传热、传质，使空气的散热变为水蒸发所吸收的潜热，从而使温度降低。一般蒸发冷却有进气蒸发冷却和雾化式蒸发冷却。１．２．１进气蒸发冷却
进气蒸发冷却装置是在进气过滤室与进气室之间安装蒸发冷却装置（需要一个很小的泵组），向蒸发器泵送冷却水，冷却水在蒸发器中汽化，从压气机吸入的空气吸收热量，从而降低压气机的进气温度。这个装置的显著特点是消耗的能量较少，在相对湿度越小的地方，对进气的冷却效果越好。该装置采用的冷却水是常温的自来水，如果使用经过制冷装置生产出来的低温制冷水作为蒸发冷却装置的冷却水，其效果更佳。
１．２．２雾化式蒸发冷却
雾化式蒸发冷却是使空气经过一个绝热加湿过程来降低干球温度。其装置是在燃气轮机空气过滤器的下游、消音器的上游安装一组雾化水喷嘴，用高压水泵供水，高压水在雾化喷嘴中雾化为极微小的水滴，然后将高细度的雾化水喷入空气流中，依靠细微的水滴颗粒对空气进行加湿与冷却。
为了增大燃气轮机的输出功率，Ｆｌｏｒｉｄａ电力公司将雾化冷却技术改进为过量喷雾内冷却技术，这种技术通过在进气流中注入超过可蒸发量的雾化水来实现。雾化水滴进入压气机，并在那里蒸发和进一步冷却压缩空气，通过进气的降温和比重的增大而增加额外的燃气轮机输出功率。
对于雾化式蒸发冷却器，其喷嘴的雾化角、雾化粒度等对蒸发和冷却效果都有较明显的影响。当雾化角较小时，应采取逆向喷射的方法。对雾化式蒸发冷却器的喷水量应进行合理控制：喷水量过小，达不到最大蒸发冷却效果；而喷水量过大，则起不到改善的作用。超量喷雾装置的喷雾量一般控制在进气流量的０．６％￣１％范围内，这样可使轴流式压气机有一个足够的防喘振裕量。
雾化式蒸发冷却器具有空气阻力小的特点，不受空气饱和度的限制，对空气的冷却强度较强，系统简单，投资少，回收周期短，运行维护方便，耗功极少；但受环境空气相对湿度的限制。对于我国北方和西部地区干燥炎热的气候条件，蒸发冷却具有十分广阔的应用前景。
２分析比较
综上所述，要除去进入燃气轮机的热量，采用制冷式冷却方式最合适，其中，溴化锂吸收式制冷机是利用燃气轮机排气余热作为动力源，不仅可以节约能源、提高经济效益、缩短投资回收周期，而且采用溴化锂水溶液作工质，不挥发，无污染，符合环保要求。
另外，蒸发式冷却与其它冷却方式相比（如机械压缩式制冷，吸收式制冷等）具有适用范围广（甚至包括在沿海等高湿度地区）、系统简单、投资少等独特优点，投资回收期仅在半年左右，尤其在相对湿度较小的地方冷却效果更佳。
［参考文献］
［１］尹琦岭．燃气轮机进气冷却技术及应用［Ｊ］．化工科技市场，２００４，（３）．
［２］娄马宝．燃气轮机增加功率的几种途径［Ｊ］．燃气轮机技术，２００４，（９）．
［３］吉桂明，李汇文．向压气机内喷水对燃气轮机性能的影响［Ｊ］．燃气轮机技术，１９９９，（９）．
［４］林枫，李伟顺，肖东明，等．压气机进气用雾化式蒸发冷却器实验研究［Ｊ］．热能动力工程，２０００，（５）．
［５］林枫，闻雪友．压气机的湿压缩特性及计算模型初步研究［Ｊ］．热能动力工程，１９９８，１３（６）．
［６］何语平，祝耀坤．采用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率［Ｊ］．浙江电力，２００４，（３）．
编辑：王金丽
２００５年第２３卷第４期内蒙古电力技术１１
进口、收缩器、导向叶片（导叶）、动叶片、转子、扩压器、出口 增压原理：伯努利方程，气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导向叶片使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使压力有所提高。转子在外力作用下作高速转动，固装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。高速气流进入导叶（静叶），气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管。气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高 伯努利方程：理想正压流体在有势体积力作用下作定常运动时，运动方程（即欧拉方程）沿流线积分而得到的表达运动流体机械能守恒的方程。因著名的瑞士科学家 D.伯努利于1738年提出而得名。对于重力场中的不可压缩均质流体，方程为: 式中p、ρ、v分别为流体的压强、密度和线性速度；h为铅垂高度；g为重力加速度；c为常量。 上式各项分别表示单位体积流体的压力能p、重力势能ρgh和动能(1/2)*ρv ^2，在沿流线运动过程中，总和保持不变，即总能量守恒。但各流线之间总能量（即上式中的常量值）可能不同。对于气体，可忽略重力，方程简化为p+(1/2)*ρv ^2=常量(p0)，各项分别称为静压、动压和总压。显然，流动中速度增大，压强就减小；速度减小，压强就增大；速度降为零，压强就达到最大(理论上应等于总压)。飞机机翼产生举力，就在于下翼面速度低而压强大，上翼面速度高而压强小，因而合力向上。据此方程，测量流体的总压、静压即可求得速度，成为皮托管测速的原理。在无旋流动中，也可利用无旋条件积分欧拉方程而得到相同的结果但涵义不同，此时公式中的常量在全流场不变，表示各流线上流体有相同的总能量，方程适用于全流场任意两点之间。在粘性流动中，粘性摩擦力消耗机械能而产生热，机械能不守恒，推广使用伯努利方程时，应加进机械能损失项[1]。
燃气轮机进气冷却技术现状及发展趋势 作者：王松岭， 张莉娜， 张学镭， Wang Songling， Zhang Lina， Zhang Xuelei 作者单位：华北电力大学,能源与动力工程学院,河北,保定,071003 刊名： 电力科学与工程 英文刊名：ELECTRIC POWER SCIENCE AND ENGINEERING 年，卷(期)：2009,25(2) 被引用次数：6次 参考文献(21条) 1.Mohanty B;aloso Jr G P Enhangcing Gas Turbine Performante by Intake Air Cooling Using an Absorption Chiller[外文期刊] 1995(01) 2.焦树建燃气-蒸汽联合循环 2002 3.Yousef S H Enhancement of performance of gas turbine engines by inletair cooling and cogeneration system[外文期刊] 1996(02) 4.Kakaras E;Doukelis A;Prelipceanu A Inlet air cooling methods for gas turbine based power plants[外文期刊] 2006(08) 5.焦润平;付忠广;毕克燃气轮机机组进冷却技术分析评估[期刊论文]-热力发电 2007(04) 6.Mackie E I;Eng P Inlet air cooling for a combustion using thermal storage 1994(01) 7.李静;李志红;华贲LNG冷能利用现状及发展前景[期刊论文]-天然气工业 2005(05) 8.张海成回收LNG冷能用于发电燃气轮机进气冷却的可行性[期刊论文]-中国电力 2002(03) 9.杨永军;黄峰大型燃气轮机电站对LNG接收站冷能的利用[期刊论文]-中国电力 2001(07) 10.谌红琴制冷剂的发展及应用 2006 11.Ameri M;Hejazi S H The study of capacity enhancement of the Chabahar gas turbine installation using an absorption chiller[外文期刊] 2004(24) 12.Wen H;Narula R G Economics of gas turbine inlet air cooling for combined cycle plants 2000 13.董君;王松岭;陈海平M701F型燃气轮机性能分析[期刊论文]-电力科学与工程 2005(04) 14.Boonnasa S;Namprakai P;Muangnapoh T Performance improvement of the combined cycle power plant by intake air cooling using absorption chiller[外文期刊] 2006 15.姜周曙;黄国辉;王剑PG6551(B)燃气轮机进气冷却系统的研制[期刊论文]-动力工程 2006(06) 16.吕太;孙锐;张学荣燃气轮机冷却技术发展现状及前景分析[期刊论文]-燃气轮机技术 2004(04) 17.何语平;祝耀坤采用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率[期刊论文]-浙江电力 2004(03) 18.吴存真;刘光铎熟管在热能工程中的应用 1993 19.张全;徐刚;唐松涛用热管回收余热的溴化锂冷热水机组[期刊论文]-制冷与空调(北京) 2003(03) 20.杨振民;唐夕山;金苏敏热管废热发生器烟气流场的数值模拟[期刊论文]-南京工业大学学报(自然科学版) 2005(03) 21.Jin Sumin Heat pipe applied to the lithium bromide-water absorption chiller drived by exhaust gas directly 1995 本文读者也读过(10条) 1.何语平.祝耀坤采用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率[期刊论文]-浙江电力2004,23(3)
动力与能源工程学院 动力机械及工程学科专题研究课程设计 学号： 专业： 动力机械及工程 学生姓名： 任课教师： 2009年12月 燃气轮机叶片冷却技术的发展 1概述 燃气轮机作为大型动力装置，广泛应用于发电，船舶，航空航天等工业领域。 其主要性能指标为系统循环热效率和输出功率，它们均随涡轮转子燃气进口温度（RIT）的增加而增加。据计算，RIT 在1073～1273K范围内每提高100℃，燃气轮机的输出功率将增加20%～25%，节省燃料6%～7%。所以，要使燃气轮机性能的不断提高，关键在于提高RIT，但伴随而RIT的提高，燃气轮机热端部件材料的耐热问题也随之而来。目前，燃气轮机的RIT远高于涡轮叶片金属材料的熔点；下一代燃气轮机若以氢气和人造气为燃料，RIT将会更高，如果不能成功的解决这一问题，用提高RIT来提高燃气轮机性能只能是个美好的愿望。 先进的冷却技术可使热端部件能承受更高的工作温度，提高燃气轮机的循环热效率，延长燃气轮机使用寿命，提高系统工作的安全性和可靠性。据推算，如果无冷却导向叶片材料的使用温度能达到1470 K，则该导向叶片采用内部对流冷却时，可使涡轮进口温度提高到2200 K。由此可见，开展叶片冷却技术的研究具有十分重要的意义。
2燃气轮机气冷技术的发展进程 早期的涡轮叶片没有采用冷却技术，RIT受叶片材料的限制，很难超过1 323K。为了突破这一瓶颈，气体冷却技术被应用到实践中，这一技术是用来自不同压缩级的压缩空气作为冷剂对燃气涡轮的热端部件进行冷却，可大幅提高燃气初温。由于空气容易获取，实践成本较低，空气冷却得以快速发展，应用颇广。但随着人们对燃气轮机性能的要求不断提高，继续使用空气冷却将消耗掉大量的压缩气，这对燃气轮机的整体性能的提高不利。据估计，按现有传统复合冷却技术，当高性能涡轮系统RIT > 1763 K时约有35 %的压缩空气用于热通道组件的冷却，用于燃烧的空气更少，这将大大减少了涡轮系统的循环热效率和输出功率。另外，冷却空气的流道由于提高燃气轮机的初温和高压冷却空气的流动以及冷却空气与主流燃气的掺混带来较大的热力和气动损失。这些因素将降低燃气轮机的热效率，且各种损失还随冷却介质流量的增加而增加，将与提高RIT的收益相抵消。 为了解决这一问题，一方面需要改进气冷结构和发展新型结构，另一方面则可以采用其它介质来代替空气作冷却介质。新介质被要求既易得可用，冷却效果好，损失较小，又能保持已有冷却技术的结构简单性和可靠性。 对大型陆用燃气轮机来讲，水蒸气是叶片冷却介质的首选。使用蒸汽作为冷却介质的优点有蒸汽来源丰富，且可再次利用，在任何采用空气冷却的系统中使用，不会使冷却叶片转子的结构和制造工艺变得复杂。与空气相比，水蒸气冷却运行能耗低、损失小，克服了空气冷却的所有不足，可通过增加冷却蒸汽流量来更多地提高RIT。因为蒸汽压力不受压气机出口压力的限制，所以冷却蒸汽流量的增加，冷却通道的流阻不会遇到什么困难。 此外，许多专家和科研人员另辟蹊径，从已发展成熟的空气冷却技术着手对进一步提高燃气初温做了大量研究，并取得了一些进展。结果表明向空气中加入水雾时冷却效果较纯空气的冷却效果好，但由于水滴吸热蒸发后变成水蒸气，引入一个新组分，其换热强化机理和液滴动力学方面极为复杂，直至目前几乎所有的试验研究，尚不适用于实际燃气轮机涡轮叶片冷却。由此向高性能大型燃气轮机的冷却蒸汽中添加水雾以强化换热的想法就产生了，这种新的想法被称为汽雾冷却技术。研究表明，汽雾冷却与传统空气冷却相比，换热系数
图说燃气涡轮发动机的原理与结构 曹连芃 摘要：文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理；对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍；对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。 关键字：燃气涡轮发动机，燃气轮机，轴流式压气机，燃烧室，轴流式涡轮 1. 燃气涡轮发动机的工作原理 燃气涡轮机发动机（燃气轮机）的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转，见图1。 图1-走马灯与燃气涡轮 燃气轮机属热机，空气是工作介质，空气中的氧气是助燃剂，燃料燃烧使空气膨胀做功，也就是燃料的化学能转变成机械能。图2是一台燃气轮机原理模型剖面，通过它来了解燃气轮机的工作原理。 从外观看燃气轮机模型：整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口（燃气出口）。 燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。
图2-模型燃气轮机结构 在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。 图3-燃气轮机工作过程 在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子，如图4所示。
燃气轮机进气冷却技术及其应用 摘要：夏季高温时，对燃气轮机进气进行冷却，可以增加机组出力，提高机组的调峰能力。介绍几种燃气轮机进气冷却技术，阐明各自的优缺点，并进行了比较，对燃机电厂进气系统加装冷却装置改造具有一定的参考意义。 关键词：燃气轮机；进气冷却；工程应用 1 概述 燃气发电机组因启停速度快，运行灵活，现已逐渐成为电网主力调峰机组。夏季为用电高峰期，但夏季高温却严重制约燃气机组出力，大大削弱其调峰能力。有数据表明，在环境空气温度为5℃时，燃气轮机输出功率为额定出力的107%，而在35℃时只有额定值的85%。即温度升高1 ℃时，燃气轮机机组出力下降将近1% 。进气温度与燃气轮机出力关系如下所示： 燃气轮机可看做恒体积流量的动力设备，通过燃气轮机的介质体积恒定。环境温度越高，进气温度也越高，空气密度就越低，体积相同情况下，进入燃气轮机的空气质量减少，机组做功出力也就随之变小。另外，压气机耗功量与进气温度是正比关系，即进气温度升高，压气机耗功增加，燃气轮机的净出力减小。 反之，进气温度降低时，进入燃气轮机的空气质量增加，燃气轮机出力可增加。由此可见，燃气轮机进气系统加装空气冷却装置，在夏季高温时，能增加燃气机组的发电能力，提高机组调峰能力，具有较高的经济效益和社会效益。 2 燃气轮机进气冷却技术 燃气轮机进气冷却技术可分为直接接触制冷和间接接触式制冷。直接接触制冷可除去显热，间接接触式制冷可以除去显热及潜热。 2.1 直接接触式冷却 燃气轮机进气直接接触制冷原理很简单，通过在进气装置内用水雾喷向空气，水与空气直接充分接触，利用水在空气中蒸发吸热来达到降低空气温度的目的。此时，空气相对湿度会不断提高，湿度达到100%时，蒸发吸热降温过程也将停止。 燃气轮机进气直接接触制冷系统简单，投资少，运行及维护费用低。但也有其局限性，受环境湿度影响较大，降温空间小。对环境湿度大的地区不适用，一般多用于高温、干燥的地区。其流程如图 1 所示。 美国唐纳森公司作为燃气轮机进气装置主要生产商，由其技术改进的直接蒸发冷却装置，在大气湿度为70% ～80% 时，可降低空气温度4℃～ 6 ℃，
燃气轮机起动过程原理 (2007-12-25 22:02:35) 转载▼ 标签： 杂谈 燃气轮机起动过程原理 2.1 燃气轮机启动运行原理 燃气轮机主机由压气机，燃烧室和透平三大部件组成。压气机需要从外部输入机械功才能把空气压缩到一定的压力供入燃烧室。透平则用高温高压的燃气做工质将其热能转变为机械能从而对外输出机械功。在正常运行的时候，压气机是由燃气透平来驱动的。一般讲，透平功率的2/3要用来拖动压气机，其余的1/3功率作为输出功率。显然存在一个问题，在启动过程中点火之前和点火之后透平发出的功率小于压气机所需的功率这一段时间内，必须由燃气轮机主机外部的动力来拖动机组的转子。换言之，燃气轮机的启动必须借助外部动力设备。在启动 之后，再把外部动力设备脱开。机组启动扭矩变化，如图3-1所示。图中MT曲线为透平自点心后所发出的扭矩；Mc曲线是压气在被带转升速过程中的阻力矩变化；Mn 是机组起动时所需要的扭矩特性，即由起动系统所提供的扭矩；n1为机组点火时的转速，即由起动带转机组转子所达到的转速。在n1转速下，进入燃烧室的空气在其规定参数下，由点火器并藉联焰管快速且可靠地点燃由主喷油嘴喷射出来的燃料，并且在机组起动升速过程中，不会发生熄火、超温和火焰过长等现象。n1转速通常为15%~22%SPD范围内，机组不同，n1数值亦不同。图3-1 机组启动扭矩变化 燃气轮机的起动是指机组从静止零转速状态达到全速空载并网状态，在起动过程中要求机组起动迅速、可靠、平稳和不喘振。为了防止压气机在起动过和中喘振，机组起动前和起动过程中某一阶段内气机进口导叶处于34度，即所谓关闭状态，放气阀处于打开放气位置。压气机进口可转导叶角度关小，能使压气机喘振边界线朝着流减小的方向变动，扩大了压气机的稳定工作范围。同时由于空气流量减小，因而减小了起动力矩，使起动机功率减小；在起动功率不变的情况下，可以缩短起动加速时间。防喘放气阀的放气是在于减小压气机高压级的空气流量而不致阻塞，同时又能增加压气机放气口前的气流流量，从而提出高了流速，也使压气机避免喘振。 机组起动过程中，压气进口导叶（IGV）角度，不能总在34度关闭状态；放气阀也不能总在放气位；因机组起动时工质设计参数的需要，6型机当转速为87%SPD时，IGV由34度打开增至57度，当机组转速达到满转速并且加负荷，直到所带负荷达到在约1.54万KW时，IGV继续打开直到84度。而放气防喘阀，当机组转速达到97.5%SPD（转速继电器具14HS 动作）时，即关闭停止放气。 机组起动运行包括起动、带负荷、遥控起动和带负荷。起动包括正常起动和快速起动。带负荷又分自动和手动进行。在起动运行过程中的控制调节又分转速控制、同期控制和温度控制阶段。 燃气轮机的起动过程可以分段进行，亦可以自动按程序控制进行，要分步调试过程中，可以分段进行。一旦分步调试正常后，便无需再分段进行机组起动，而是采用自动程序控制。机组起动过程分以下几步。
电站燃气轮机课程复习思考题 1. 词语解释： （1）循环效率：当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为机械功l c的百分数。 （2）装置效率（发电效率）: 当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为电功l s的百分数。 （3）净效率（供电效率）: 当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为净功l e的百分数。 （4）比功:进入燃气轮机压气机的1kg的空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的机械功（或电功）l s（kJ/kg）,或净功l e（kJ/kg）. （5）压气机的压缩比: 压气机的出口总压与进口总压之比。 （6）透平的膨胀比: 透平的进口总压与出口总压之比。 （7）压气机入口总压保持系数:压气机的入口总压与当地大气压之比。 （8）燃烧室总压保持系数:燃烧室的出口总压与入口总压之比。 （9）透平出口总压保持系数:当地大气压与透平的排气总压之比。 （10）压气机的等熵压缩效率:对于1kg同样初温度的空气来说，为了压缩达到同样大小的压缩比，等熵压缩功与所需施加的实际压缩功之比。 （11）透平的等熵膨胀效率:对于1kg同样初温度的燃气来说，为了实现同样的膨胀比，燃气对外输出的实际膨胀功与等熵膨胀功之比。 （12）温度比:循环的最高温度与最低温度之比。 （13）回热循环:在简单循环回路中加入回热器，当燃气透平排出的高温燃气流经回热器时，可以把一部分热能传递给由压气机送来的低温空气。这样，就能降低排气温度，而使进到燃烧室燃料量减少，从而提高机组的热效率。 （14）热耗率：当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q，转化成机械功（或电工）
轴流压气机设计 压气机是航空发动机的核心部件，压气机内部流场存在很大的逆压梯度，有着高度的三维性、粘性及非线性和非定常性，而多级压气机还存在复杂的级间匹配，这些都使得压气机的设计难度很大，一直是发动机研制中的瓶颈技术。 一、压气机设计方法的发展 一个世纪以来，伴随着气动热力学和计算流体力学的发展!轴流压气机的设计系统在不断进步，带动着压气机设计水平的提高。 20世纪初采用螺桨理论设计叶片；20-30年代采用孤立叶型理论设计压气机；30年代中期开始，由于叶栅空气动力学的发展和大量平面叶栅试验的支持，研制了一系列性能较高的轴流压气机；50年代开始采用二维设计技术，用简单径向平衡方程计算子午流面参数，叶片由标准叶型进行设计；70年代建立了准三维设计体系，流线曲率通流计算和叶片流动分析是这一体系的基础，可控扩散叶型等先进叶型技术开始得到应用；90年代初以来，以三维粘性流场分析为基础的设计体系促进了压气机设计技术的快速发展。 风扇/轴流压气机的设计体系以流动的物理模型发展为线索，以计算能力的高速发展为推动力，大致经历了一维经验设计体系、二维半经验设计体系、准三维设计体系、三维设计体系四个阶段。并正在朝着压气机时均（准四维）和压气机非定常（四维）气动设计体系发展。 目前的压气机的设计体系大致可以分为四个阶段：初始设计、通流设计、二维叶型设计、三维叶型设计。 二、压气机设计体系 1.初始设计 这是一个建立压气机的基本轮廓的阶段，根据给定的流量、压比、效率、稳定裕度等参数，来确定压气机级数、级压比、效率、子午面流道、各排叶片数等，并可以进一步可估算重量。而且整体设计的决策还要统筹风险、技术水平、时间和花费等。 初始设计主要依据一维平均流线计算程序进行计算，在给定设计点流量、压比、转速及转子进口叶尖几何尺寸的条件下，可确定压气机级数、轴向长度、并且优化载荷轴向分布，得到设计点在平均半径处的速度三角形和各级平均气动参数。初始设计阶段包括压气机主要参数的确定以及同其它部件的协调，并且为S2流面计算提供初始流道几何尺寸。而这个程序主要依赖于经验以及以往积累的数据库。 初始设计它是方案设计中的基础阶段，不管计算流体动力学如何发展，该设计过程仍是压气机设计中不可缺少的一部分。正是这个部分是整个设计过程中最重要的部分，因为如果在这里发生了基本的错误，之后就无法通过优化或者其他改变来纠正这一情况，压气机基本结构设计出现错误会带来严重的后果。 2.通流设计 通流设计根据叶片扭向设计规律，采用S2流面流场计算方法，分析并确定各排叶片进出口速度三角形及各排叶片匹配关系。 S2流面气动计算一般采用流线曲率法，求解S2平均流面上的完全径向平衡方程。最初的压气机通流设计计算采用忽略流线坡度和流线曲率的“简化径向平衡方程”获取叶片设计需要的速度三角形，这种方法在低压比的压气机设计中起着基本的作用。后来发展了考虑流线坡度和流线曲率影响的“完全径向平衡方程”和S2流面理论，使压气机的设计计算结果更加准确，特别是针对跨音速流也促进了压气机性能的提高。不过，直到上世纪80年代，由于理论和数值计算方法的原因，通流设计求解方法都是在忽略了气流粘性的影响的简化方程下完成。随着压气机设计的实践的深入和计算方法的发展，上世纪80年代开始在压气机
燃气轮机进气冷却技术分析 1引言：燃气轮机电站由于具有热效率高、环境性能好、启停快、运行灵活等优点,得到了广泛的应用。燃气轮机的性能与其所处的环境温度密切相关。当环境温度上升时，空气密度较小，由于燃气轮机是定容式动力机械，从而导致流过压气机和透平的质量流量减少，引起燃气轮机的出力下降。透平的出力降低可通过冷却压气机的进气而避免。燃汽轮机的进气冷却时增加其出力的最有效的办法。 Alstom公司某燃气轮机发电机组性能与环境空气温度之间的变化关系见下图。从图中可以得出燃气轮机进气流量及出力与环境空气温 度之间的关系式如下: P（%）=111.172-0.7448T（1） m（%）=105.466-0.3644T（2） 其中,m为空气的质量流量与 额定工况下的百分比,P为输 出功率和额定工况下的百分 比,T为环境温度(?)。从式(1)、(2)可以看出燃气轮机输出功率及进气流量与环境温度之间的变化关系。在环境空气温度为5℃时,燃气轮机输出功率为额定出力的107%,而在35℃时只有额定值的85%。燃气轮机性能受环境温度影响较大,而我国燃气轮机电站装机容量的30%集中在常年温度较高的长江三角洲和珠江三角洲地区,高温时段难以发挥燃气轮机及其联合循环电站的调峰性能。燃气轮机出力随进气温度升高而降低的问题可以通过冷却燃气轮机压气机进气来解决。
2.燃气轮机冷却技术 按燃气轮机进气冷却器的结构型式，燃气轮机进气冷却技术分为直接接触式和间接接触式。 2.1直接接触式 直接接触式有水膜式蒸发冷却和喷雾冷却。直接接触式制冷的原理是利用水在空气中蒸发时所吸收的潜热来降低空气温度。当未饱和空气与水接触时,两者之间便会发生传热、传质过程。结果是空气的显热变为水蒸发时所吸收的潜热,从而使其温度降低。理论上可将这一过程近似看做对空气的绝热加湿过程。水膜式蒸发冷却与带填料层的喷水室结构相似,冷却后的相对湿度可达95%,对进气阻力较大。美国唐纳森公司生产的进气蒸发冷却装置,在大气湿度为70%~80%时,可降低空气温度4℃~6℃,在大气湿度较小时,甚至可以降低进气温度8℃以上。每降低1℃,增加出力0.7%。 80年代末国际上首次出现了燃机进气用的雾化式蒸发冷却器。这种冷却器将水高细度雾化后,喷入空气流中,利用水雾化后表面积急剧增大的特点来强化蒸发冷却效果,可以将空气冷却至饱和点附近,具有很高的冷却效率,并且阻力损失小。喷雾滴径一般在2μm~5μm,经过冷却后的空气,其相对湿度达97%~100%。美国Mee喷雾冷却系统应用于5MW~250MW燃气轮机进气冷却,每降低进温度11℃增加出力10%~18%。世界范围内已经有373台燃气轮机应用了此装置,共计多发电2112MW,美国西部电网20台燃气轮机装置通过安装该进气冷却设施,增加出力200MW。直接接触式冷却装置的最大优点是初投资较
第三章 轴流压气机的工作原理 压气机是燃气涡轮发动机的重要部件之一，它的作用是给燃烧室提供经过压缩的高压、 高温气体。根据压气机的结构和气流流动特点，可以把它分为两种主要型式：轴流式压气机 和离心式压气机。本章论述轴流式压气机的基本工作原理，重点介绍压气机基元级和压气机 一级的流动特性及工作原理。 第一节 轴流压气机的增压比和效率 轴流式压气机由两大部分组成，与压气机旋转轴相联接的轮盘和叶片构成压气机的转 子，外部不转动的机匣和与机匣相联接的叶片构成压气机的静子。转子上的叶片称为动叶，静子上的叶片称为静叶。每一排动叶（包括动叶安装盘）和紧随其后的一排静叶（包括机匣）构成轴流式压气机的一级。图3－1为一台10级轴流压气机，在第一级动叶前设有进口导流 叶片（静叶）。 图3－1 多级轴流压气机 压气机的增压比定义为 ***=1p p k k π （3－1） *k p ：压气机出口截面的总压；*1p ：压气机进口截面的总压；*号表示用滞止参数（总参数）来定义。 依据工程热力学有关热机热力循环的理论，对于燃气涡轮发动机来讲，在一定范围内， 压气机出口的压力愈高，则燃气涡轮发动机的循环热效率也就愈高。近六十年来，压气机的 总增压比有了很大的提高，从早期的总增压比3.5左右，提高到目前的总增压比40以上。 图3－2 压气机的总增压比发展历程
压气机的绝热效率定义为 ** *=k adk k L L η （3－2） 效率公式定义的物理意义是将气体从*1p 压缩到*2p ，理想的、无摩擦的绝热等熵过程 所需要的机械功* adk L 与实际的、有摩擦的、绝热熵增过程所需要的机械功k L * 之比。 p 1*p k *1k ad k L *k L *ad k s h * 图3－3 压气机热力过程焓熵图 由热焓形式能量方程（2－5）式、绝热条件、等熵过程的气动关系式)1(1 1)(k k adk adk p p T T -****=和R k k c p 1 -=可以得到 )1(1)(111--=-=-****k k k adk p adk RT k k T T c L π （3－3） )1(1)(1 11--=-=******T T RT k k T T c L k k p k （3－4） 将（3－3）和（3－4）式代入到（3－2）式，则得到 11 11--=**-**T T k k k k k πη （3－5） 效率公式（3-5）式可以用来计算多级或单级压气机的绝热效率，也可以用来计算单排 转子的绝热效率，只要*k p 和*k T 取相应出口截面处值即可。压气机静子不对气体作功，静子 的性能不能用效率公式（3-5）式衡量，静子的气动品质用总压恢复系数*23σ反映，*23σ＝ p *静子出口/ p * 静子进口 。 压气机的效率高，说明压缩过程中的流阻损失小，实际过程接近理想过程。或者说， 压气机效率愈高，达到相同增压比时，所需要外界输入的机械功愈少。目前，单级轴流压气 机的绝热效率可以达到90％以上，高增压比的多级轴流压气机的绝热效率也可以达到85％ 以上。
科研探索 知识创新 与。显然，燃气轮机透平进口温度已经 远远超过了金属材料所能承受的极限。因此，对燃气轮机透平高温部件，尤其是透平叶片必须采用冷却技术，保证叶片本身温度低于材料的许可值而安全工作。总结历年来燃气透平进口温度及材料的允许温度变化趋势。燃气透平进口温度平均以每年20℃的速度增加，而金属耐热温度平均每年增加 8℃，其余的温升则得益于冷却技术的进步。 冷却技术的应用不仅提高了燃气透平进口初温和燃气轮机循环热效率，而且使叶片表面温度分布更加均匀，从而降低了叶片内部热应力，提高叶片寿命。然而，随着燃气透平初温的提高，为了冷却高温部件，从压气机抽出的冷却空气量逐渐增加，这不仅消耗了压气机中的高压空气，而且冷空气在透平中与主流燃气的搀混也导致透平效率的下降，从而影响了整个系统的效率。蒸汽的导热性能大于空气且热容较大，采用蒸汽冷却方式可以使需要的冷却剂流量大大减少，较好地弥补了空气冷却的缺点。1蒸汽冷却技术的工业应用 目前，美国、德国和日本的一些燃气轮机生产厂家，如GE 、三菱等已经将蒸汽冷却技术投入实际生产，制造出进口温度更高的燃气轮机，取得了很好的经济效益。1.1美国GE 公司的H 系列燃机 H 系列燃气轮机包括50Hz 的MS9001H 燃气轮机和60Hz 的MS7001H 燃气轮机。以MS9001H 为基础部件组成的STAG 109H 燃气-蒸汽联合循环机组将成为有史以来效率最高的联合循环发电机组，其净效率达到60%，功率输出为480MW ， 而此前最高的联合循环效率仅为55%左右 。 在冷却叶片设计方面：H 系列燃机采用了航空技术的4级 涡轮，要求对第1、2级喷嘴及动叶进行蒸汽冷却。其中第1级使用单晶叶片，镍基合金并带有隔热涂层；第3级喷嘴及动叶是空气冷却；第4级不进行冷却。1.2西门子先进的大功率燃气轮机 西门子W501G 机型253MW 是目前60Hz 功率最大、效率最高的商用燃气轮机之一。其透平的进口温度达到1420℃，在简单循环下的效率为39%，联合循环的效率为58%。第一台机组的运行小时己超过12500小时，有5台运行超过8000小时，总累计运行小时超过6.5万小时，己积累了在商业环境下的运行经验。W501G 系列机组的可靠性是98.7%，设备可用率己超过95.7%。初步统计，目前有约16台机组投入商业运行。 W501G 燃气轮机在较高负载运行期间，透平采用外置的闭环蒸汽冷却器；但是在启动和部分负载运行期间，使用空气冷却器。较低负载期间的空气冷却器能力己足够，不需要依赖辅助蒸汽源。在较高的燃气轮机负载下，热交换器冷却需要的蒸汽由蒸汽循环提供，温度较低的冷却蒸汽进入各热交换器的内壁冷却回路，通过冷却壁后，被加热的蒸汽收集在排出集管内，通过导管从燃机中输出，增大联合循环的高温再热蒸汽。 使用闭环蒸汽回路冷却器，即可以减少燃气轮机的压缩空气和NOx 的排放；又可以使蒸汽循环获得额外的热量，提高联合循环的性能。 1.3日本三菱公司的M701G2燃气轮机
燃气轮机冷却技术分析 摘要：详细地阐述了对气膜冷却、内部强化换热以及热管冷却等的影响因素，目前的应用状况以及发展前景。重点集中在内部强化换热和热管冷却。对西门子V 9413 燃气轮机冷却空气参数及其分配进行了研究, 试图从公开发表的燃气轮机功率、压比、排气温度、三个透平初温等数据中推测出冷却空气量的分配规律。 关键词: 燃气轮机; 冷却空气 前言：燃气轮机的效率随着涡轮人口温度的提高而增加。目前的燃气温度已经远高于叶片材料的温度极限，所以，必须对涡轮叶片进行有效的冷却才能保证涡轮的正常工作。航空发动机中的高温部件，如燃烧室、涡轮、尾喷管等的工作环境非常恶劣，由此造成高温部件的可靠性差、寿命短，据美国权威部门的统计，航空发动机中的故障有60％以上出现在高温部件，并有不断上升的趋势，我国的一些航空发动机高温部件的寿命只有几百小时，高温部件的材料费及加工费高昂，由此带来的经济损失十分严重。造成这种情况的原因，除材料和工艺水平缺陷以外，另外一个重要的问题是人们至今还难以对高温部件的受热状态进行准确的预测，对复杂高温部件传热的机理及规律认识不足。图1显示了涡轮叶片上主要的冷却方式：应用在前缘和叶片中弦区的冲击冷却，应用于内部通道的扰流肋强化对流换热，应用于尾缘的扰流柱强化换热以及叶片外表面的气膜冷却。 1 冲击冷却 冲击冷却属于对流换热，是强化换热的一种手段。冲击冷却主要是利用高速气流冲刷被冷却表面，以达到冷却目的。图2给出了叶片内部的冲击冷却方式。在航空发动机中也多用于高温部件的内部，特别是涡轮叶片的前缘部位。以高速气流从内部冲刷被冷却部位，带走从另一侧燃气所吸收的热量。它的主要缺点是压力损失大，容易造成被冷却区域较大的温度梯度，引起热应力。在冷气流冲击的驻点区壁面上有很高的换热系数，因此可以利用这种冷却方式对表面进行重点冷却。根据冲击流和靶面的角度可以分为垂直冲击、斜冲击和平行冲击。影响冲击冷却的主要参数是孔到靶面的距离与孔直径的比值。由于驻点区的边界层特别薄，换热非常强。冲击冷却主要在前缘应用。由于前缘直接受到高温燃气的冲击，通过冲击冷却可以有效地降低叶片该区域的温度，起到保护叶片的作用。 2 内部强化对流换热 燃气温度较低时只需要在通道内部有适量的冷气流动将热量带走就可以使叶片正常工作，随着燃气温度的提高，通道内壁面开始布置扰流肋来带走更多的热量，扰流肋的增加可以使换热增强2—3倍，最近叶片上主要采用的是通道内部通道扰流肋强化换热和外部气膜冷却同时对叶片进行冷却，此时气膜孔的出流对通道内的换热也会起到一定的影响。内部强化对流换热包括扰流肋强化换热和扰流柱强化换热。图3、图4给出了这两种冷却方式的典型结构。扰流肋强化换热主要应用于叶片的中弦区，肋的结构包括方形肋、v形肋等，肋通常布置在通道平行的两个壁面上，可以交叉排，也可以顺排，肋和主流的方向可以从30。变化到90。。在有气膜冷却的情况下，肋和孔的位置还可以分为肋在孔上游，肋在孔下游，肋在孔中间。肋间距的变化为6—15倍肋宽。肋可以使主流发生再附着流动，在肋后会形成漩涡流动，再附着流动可以显著提高换热系数。漩涡流动虽然可以使换
一、轴流式压缩机简介 轴流式压缩机是属于一种大型的空气压缩机它是由3大部分组成，一是以转轴为主体的可以旋转的部分简称转子，二是以机壳和装在机壳上的静止部件为主体的简称定子（静子），三是壳体、密封体、轴承箱、调节机构、联轴器、底座和控制保护等组成。 轴流压缩机主要是由机壳、叶片承缸、调节缸、转子、进口圈扩压器、轴承箱、油封、密封、轴承、平衡管道、伺服马达、底座等组成。 轴流式压缩机的静叶可调机构和带动该机构的中间气缸，机壳是标准化的同一种型号不同级数的机壳，进排气缸是一样的，不同级数机身长度的改变组合木模来实现，当级数不用时，除轴向长度不同外，其它所有结构都一样。主轴都是为镍铬合金钢，叶片材料为铬不锈钢，静叶内缸结构尺寸、轴封、密封、联轴器级轴流式压缩机的附属设备、润滑油系统、控制系统、保护系统都是非常智能型的。前6级的反动为百分之70，以后几级的反动向为百分之100。 压缩机底座由钢板焊接而成，压缩机本体重量通过下壳体的支腿，支撑在底座的4个支柱上，下机壳与底座上的支座间有定位及导向结构，整个轴流式压缩机的重量支撑在4个支柱上，其低压侧的2个支柱与机壳支腿的上下面做成球面的，支柱与支腿之间的间隙因此允许机器低压侧在各个方向上摆动以适应受热膨胀。定子的死点在高压侧，所以高压侧的支柱不允许机器的高压侧轴向移动，只允许在垂直于轴的横向移动。为了保持轴孔的水平高度不变，高压侧的2个支柱为特殊材料做成，不会因受热而伸长。
当我们启动轴流式压缩机后，空气从压缩机过滤器中进入，同时产生的噪声会沿着进气口传出，然后经过整流栅使吸入的气流稳定，为隔离压缩机对吸气管道的机械震动、降低噪音，同时补偿压缩机的热膨胀位移，也利于压缩机检修时设备对中调整，在压缩机与吸入气管道的连接处配置了柔性补偿器。采用柔性合成胶材料，其耐温以产生逆流时的风温，经过进气节流阀来控制压缩机启动带来的阻力，当压缩机运行稳定后，压力值上升到指定时。进气调节阀开始关闭，放空阀动作卸掉内部多余的气压。 二、轴流压缩机的基本工作原理 图1－5为轴流压缩机的构造示意图。在压缩机主轴上安装有多级动叶片，整个通道由收敛器、进口导流叶片、各级工作叶片（动叶片）和导流叶片、扩压器等组成。气体由进口法兰流经收敛器10，使进人进日导流叶片1的气流均匀，并得到初步的加速。气流流经进口导叶叶片间的流道，使气流整理成轴向流动，并使气体压力有少许提高。转子8由原动机拖动作高速旋转，由工作叶片2将气流推动，使之大大加速，这是气体接受外界供给的机械能转变为气体动能的过程。高速气流流经导流叶片3构成的流道（相当于扩压管），在其中 降低流速而使气体压缩，这是靠减少气流动能来使气体压缩的升压过程。一列工作叶片（动叶）与一列导流叶片（静叶）构成一个工作级。气体连续流经压缩机的各级，逐级压缩升压。最后经整流装置4将气流整理成轴向，流经扩压器7，在扩压器中气流速度降低，压力升高，最后汇入蜗壳经出口法兰排出压缩机。 轴流压缩机每级的增压比不大，约为1．15～1．25，若要获得较高压力，需要较多的级。例如压比为4的空气压缩机，一般需要十几级。 三、轴流式压缩机的技术特点 1、一是轴流压缩机气体动力学设计采用最先进的三元流理论和优化设计方法；采用效率高、压头大的新型叶栅，成功进行了各种反动度叶型组合设计。在同样参
QD20燃机轮机机组 第 1章概述 1.1 燃气轮机简介 燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质、把热能转换为机械功的旋转式动力机械，包括压气机、加热工质的设备（如燃烧室）、透平、控制系统和辅助设备等。 走马灯是燃气轮机的雏形我国在11 世纪就有走马灯的记载，它靠蜡烛在空气燃烧后产生的上升热气推动顶部风车及其转轴上的纸人马一起旋转。15世纪末，意大利人列奥纳多〃达芬奇设计的烟气转动装臵，其原理与走马灯相同。 现代燃气轮机发动机主要由压气机、燃烧室和透平三大部件组成。当它正常工作时，工质顺序经过吸气压缩、燃烧加热、膨胀做功以及排气放热等四个工作过程而完成一个由热变功的转化的热力循环。图1-2为开式简单循环燃气轮机工作原理图。压气机从外界大气环境吸入空气、并逐级压缩（空气的温度与压力也将逐级升高）；压缩空气被送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧产生高温高压的燃气；然后再进入透平膨胀做功；最后是工质放热过程，透平排气可直接排到大气、自然放热给外界环境，也可通过各种换热设备放热以回收利用部分余热。在连续重复完成上述的循环过程的同时，发动机也就把燃料的化学能连续地部分转化为有用功。 燃气轮机动力装臵是指包括燃气轮机发动机及为产生有用的动力（例如：电能、机械能或热能）所必需的基本设备。为了保证整个装臵的正常运行，除了主机三大部件外，还应根据不同情况配臵控制调节系统、启动系统、润滑油系统、燃料系统等。 燃气轮机区别于活塞式内燃机有两大特征：一是发动机部件运动方式，它为高速旋转、且工质气流朝一个方向流动（不必来回吞吐），使它摆脱了往复式动力机械功率受活塞体积与运动速度限制的制约，在同样大小的机器内每单位时间内通过的工质量要大得多，产生的功率也大得多，且结构简单、运动平稳、润滑油耗少；二是主要部件的功能，其工质经历的各热力过程是在不同的部件中进行的，故可方便地把它们加以不同组合处理，来满足各种用途的要求。 燃气轮机区别于汽轮机有三大特征：一是工质，它采用空气而不是水，可不用或少用水；另是多为内燃方式，使它免除庞大的传热与冷凝设备，因而设备简单，启动和加载时间短，电站金属消耗量、厂房占地面积与安装周期都成倍地减少；再是高温加热高温放热，使它有更大的提高系统效率的潜力，但也使它在简单循环时热效率较低，且高温部件需更多的镍、铬、钴等高级合金材料，影响了使用经济性与可靠性。 自 20 世纪60 年代首次引进6000kW 燃气轮机发电机组以来，我国已建成不少烧油气的燃气轮机及其联合循环发电机组。但由于我国一次能源以煤为主的消费结构，并受到规定的“发电设备只准烧煤”的前燃料政策的制约，目前我国燃气轮机在现有发电设备装机容量中，占有量很小，只有700 万kW 左右，且绝大部分为进口的。但发展速度很快，正在建设和计划的就超过800 万kW，正在建设的一批大型35 万kW 级燃用天然气的联合循环电站。随 着天然气和液体燃料在一次能源中比例的上升和燃气轮机燃煤的技术成熟之后，燃气轮机在我国发电设备中的比例将会愈来愈大。研究表明，由于燃气轮机在效率，环保和成本方面的优势，我国在电站基本负荷发电、老电站技术更新改造、洁净煤发电技术、石油与天然气的输运和高效利用以及舰船、机车交通动力等领域对燃气轮机都将有较大的需求。许多专家还强调燃气轮机在西部大开发中的重要性，国家构想实施的新世纪四大工程：西气东输，西电东送，青藏铁路，南水北调，前三个都与燃气轮机有关。总之，以燃气轮机为核心的总能系统也将成为我国跨世纪火电动力的主要发展方向，我国将是世界最大的燃气轮机潜在市场。 第2章燃气轮机热力循环 2.1热力循环的概念 热力循环是指热力系统经过一系列状态变化，重新回复到原来状态的全部过程。热力循环分为正向循环及逆向循环。将热能转换为机械功的循环称为正向循
M701F 型燃气轮机中的冷却技术 蔡青春 (广东惠州天然气发电有限公司,广东 惠州 516082) 摘 要:本文介绍了M701F 型燃气轮机冷却系统的组成、日本三菱公司在F 系列或G 系列燃气轮机上所采用的冷却技术及其应用情况,阐明了三菱公司研发的大型燃气轮机之所以能够安全稳定运行并具有很高的可靠性和热效率,采用先进的冷却技术是其成功的重要因素之一。关 键 词:燃气轮机;冷却;技术 中图分类号:TK474.2 文献标识码:B 文章编号:1009-2889(2009)04-0009-04 透平入口初温对燃气轮机循环热效率的影响至关重要,为了不断提高燃气轮机及其联合循环的热效率,各燃气轮机发电机组制造商将提高燃机透平入口初温作为进行新机型开发的重要课题之一进行研究。随着燃气初温的不断提高,如何使燃气轮机保持长期安全可靠运行也是需要同步解决的一个关键问题。为了解决这些问题,除了在叶片材料上使用新型具有良好抗高温腐蚀、抗低周热疲劳及抗叶片蠕变的镍基合金材料外,同时在透平叶片等高温部件上使用了先进的冷却技术和TBC 涂层。日本三菱公司生产的M701F 燃气轮机就是成功解决了效率和安全两方面问题的一款燃机机型。该型机组自投入商业运行以来,运行稳定可靠,启停快速、灵活,具有优越的调峰性能,受到运行人员及电网的肯 定。该机型透平入口温度T *3高达1400 ,组成的 燃气-蒸汽联合循环机组热效率达56.7%,平均运行可靠性达99.6%。在如此高的透平入口初温下机组能够安全可靠地运行,除了其先进的结构设计以及采用新材料、新技术以外,其在燃机高温部件中运用了先进的冷却技术也是成功的原因之一。本文通过对所掌握的资料进行解读,介绍其冷却系统及所采用的冷却技术。 1 M701F 型燃气轮机冷却系统组成 M701F 型燃气轮机冷却空气系统见图1。 (1)抽取少量压气机出口的空气与天然气进行热交换降低温度后去冷却透平一级静叶、主轴、叶轮和动叶片。 (2)从压气机第14级抽气口抽出的空气以冷 却透平第二级静叶片。 (3)从压气机第11级抽气口抽出的空气以冷却透平第三级静叶片。 (4)从压气机第6级抽气口抽出的空气以冷却透平第四级静叶片。 (5)运用先进的热障涂层(TBC)以有效地降低叶片金属温度。 (6)在火焰筒、过渡段上设计有鳞片冷却片,利用进入其中的空气而形成自冷却系统。 2 M701F 型燃气轮机中冷却技术特点 三菱公司自20世纪80年代末就开始在其D 系列燃机透平叶片上实施多孔型(Multi-Hole)冷却技术,当时的燃机进口初温就达到1150 。此后,该公司不断对冷却技术进行改进,于20世纪90年代末和21世纪初在透平叶片上实施了迂回型(Serpen tine)冷却方法,再配之以先进的热障涂层(TBC)技术,将其F 系列燃机的透平初温提高至1400 ,G 系列燃机的透平初温提高至1500 。经过长时间商业运行的考验,实践证明其冷却技术和涂层是实用和可靠的。透平进口初温和冷却技术运用趋势见图2。 收稿日期:2009-03-18 改稿日期:2009-09-04 作者简介:蔡青春,(1965-),男,湖北仙桃市人,工学硕士。在燃气轮机发电厂工作长达17年,长期从事燃气轮机生产运行维护和运营管理,现担任广东惠州天然气发电有限公司运行部部长。 第22卷 第4期2009年12月 燃 气 轮 机 技 术!GAS TURBINE TECHNOLOGY Vol 22 No.4Dec.,2009