通用燃气轮发电机连续出事

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 19:37:00
王佑

  深圳宝昌电力有限公司(下称“宝昌电厂”)因使用GE的PG9171E型燃气轮机而连续出现事故并一度导致停产,引起了国内众多GE产品用户的注意。

  昨天,据一位业内人士向《第一财经日报》提供的数据,国内使用GE该型号产品的发电机组已达50多台(套)。一位使用同类设备的电厂高管昨天向《第一财经日报》表示,今年以来多家企业成立了一个联盟,专门针对该产品进行技术交流。同时他也表示,现在比较担心的是,以后如果发生新问题,GE有可能因质保期问题而推脱责任。

  去年年中,宝昌电厂该型号燃气轮机配套发电机的严重故障造成发电机停机后,使用GE该设备的厂家之间开始着急起来。一些厂家自行检修后发现,也存在着类似问题。于是,众多厂商向GE公司和国家质检部门发出了联名信,要求GE公司维修。

  但由于我国电厂的不少机器已经过了GE公司规定的质保期,因此GE一开始对此事的态度并没有非常明确,而且开出的解决方案是,不想承担所有维修费用,这让电厂经营者不满意。后经有关部门指定的专家组鉴定和多次交涉之后,GE最终承认自己在发电机设备上的设计有重大问题,并给予了免费大修。

  值得注意的是,一位知情人士表示,宝昌电厂去年查出发电机组的设计问题后,修理期间又发现了燃气轮机的问题,其压气机叶片出现松动。“仅在广东一个地方GE该型号的设备就有19台之多,牵涉了太多公司。”上述GE用户表示,尽管GE后来愿意免费维修,但维修前和维修后对于设备会产生其他损害。他同时也指出,如果公司的设备再出现问题,有时很难界定到底是运行还是机器本身的问题;且质保期又会成为一个阻碍,这也是与GE商量如何赔偿的关键之一。

  近日,就国家质检总局发出的通报,GE公司回应道:“宝昌电厂的GE燃气轮机组的这些问题都以替客户着想的方式得到了解决,所有的机组都已经恢复正常运转。目前宝昌电力公司没有其他与燃机有关的问题。”

  昨天,宝昌电厂厂长在电话中对《第一财经日报》表示,目前宝昌电厂仍然在与GE公司进行谈判,“是在GE的支持下我们修好的,至于未来的赔付比例还没有确定。”

  GE公司的9E型设备涉及大量电厂,今年4月在中国电机工程学会的组织下,国内的9E用户成立了用户协作会,该协作会的目的是技术交流,互相沟通。该协作会目前已举行两次,最近的一次是在今年7月。

  中国电机工程协会的内部人士告诉记者,GE在国外也发生过事故。该协会燃气轮机发电专业委员张继平认为,没有任何一家公司的设备是十全十美的。目前燃气轮机主流公司包括三菱、西门子等。王佑

  深圳宝昌电力有限公司(下称“宝昌电厂”)因使用GE的PG9171E型燃气轮机而连续出现事故并一度导致停产,引起了国内众多GE产品用户的注意。

  昨天,据一位业内人士向《第一财经日报》提供的数据,国内使用GE该型号产品的发电机组已达50多台(套)。一位使用同类设备的电厂高管昨天向《第一财经日报》表示,今年以来多家企业成立了一个联盟,专门针对该产品进行技术交流。同时他也表示,现在比较担心的是,以后如果发生新问题,GE有可能因质保期问题而推脱责任。

  去年年中,宝昌电厂该型号燃气轮机配套发电机的严重故障造成发电机停机后,使用GE该设备的厂家之间开始着急起来。一些厂家自行检修后发现,也存在着类似问题。于是,众多厂商向GE公司和国家质检部门发出了联名信,要求GE公司维修。

  但由于我国电厂的不少机器已经过了GE公司规定的质保期,因此GE一开始对此事的态度并没有非常明确,而且开出的解决方案是,不想承担所有维修费用,这让电厂经营者不满意。后经有关部门指定的专家组鉴定和多次交涉之后,GE最终承认自己在发电机设备上的设计有重大问题,并给予了免费大修。

  值得注意的是,一位知情人士表示,宝昌电厂去年查出发电机组的设计问题后,修理期间又发现了燃气轮机的问题,其压气机叶片出现松动。“仅在广东一个地方GE该型号的设备就有19台之多,牵涉了太多公司。”上述GE用户表示,尽管GE后来愿意免费维修,但维修前和维修后对于设备会产生其他损害。他同时也指出,如果公司的设备再出现问题,有时很难界定到底是运行还是机器本身的问题;且质保期又会成为一个阻碍,这也是与GE商量如何赔偿的关键之一。

  近日,就国家质检总局发出的通报,GE公司回应道:“宝昌电厂的GE燃气轮机组的这些问题都以替客户着想的方式得到了解决,所有的机组都已经恢复正常运转。目前宝昌电力公司没有其他与燃机有关的问题。”

  昨天,宝昌电厂厂长在电话中对《第一财经日报》表示,目前宝昌电厂仍然在与GE公司进行谈判,“是在GE的支持下我们修好的,至于未来的赔付比例还没有确定。”

  GE公司的9E型设备涉及大量电厂,今年4月在中国电机工程学会的组织下,国内的9E用户成立了用户协作会,该协作会的目的是技术交流,互相沟通。该协作会目前已举行两次,最近的一次是在今年7月。

  中国电机工程协会的内部人士告诉记者,GE在国外也发生过事故。该协会燃气轮机发电专业委员张继平认为,没有任何一家公司的设备是十全十美的。目前燃气轮机主流公司包括三菱、西门子等。
通用电气燃气轮机再出事故 质检总局再发预警

2007年08月13日08:51  来源:第一财经日报

通用电气(下称“GE”)运用在国内大型电厂发电设备中的拳头产品——PG9171E型燃气轮机日前被国家质检总局再次查出安全隐患,使用该燃气轮机的发电机组发生运行故障,造成机组损坏。

  这是继去年国家质检总局两次对该产品发出警示公告后再次发出的预警。昨天,《第一财经日报》了解到,不仅是国家质检总局所提到的深圳某电厂因引进该机暂停生产,其他电厂在引进该机时也出现过问题。

  燃气轮机发电机组投资额较大。以深南电(000037.SZ)为例,该公司早在2002年引进过一台GE的该型号机组,装机容量12.34万千瓦,工程计划投资为2.4亿元;而深能源(000027.SZ)旗下的某电力公司2003年在筹建2套由PG9171E型燃气轮机组构成的18万千瓦级S109E燃气-蒸汽联合循环发电机组时,投资额高达11.8亿元左右。

  本报曾在去年10月率先报道《GE燃气轮机首次被禁入境 国内自主研发迫在眉睫》一文,当时GE的该型号产品因质量问题而被国家质检总局点名。深圳宝昌电力公司的内部人士也表示,设备出现问题正在维修过程中。深圳检验检疫局报告称,2004年2月进口的这台燃气轮发电机组,在2006年6月4日处于并网运行状态时,出现由于侧波纹弹簧板 (Side Ripple Spring,下称“SRS”)移位引起定子接地跳机的事故。

  后经国家质检总局与GE公司多轮谈判,GE公司最终承认,产品存在设计缺陷,并免费为所有的24台发电机组进行了整改。同时,国家质检总局也立即发布公告禁止进口。

  去年年末,国家质检总局再次发布消息称,GE解决了造成PG9171E型燃气轮发电机组安全缺陷的问题,解除了进口发电机组的禁令。但今年5月,深圳宝昌电力公司进口的GE公司生产的PG9171E型号燃气轮发电机组的燃气轮机,在正常运行中发生机组振动大跳机,造成了机组的损坏。

  同样引进了PG9171E型燃气轮发电机组的深圳月亮湾电厂和深圳南山电厂,也曾因该设备发生过问题。业内人士曾经对此撰文指出,月亮湾电厂就在调试运行该产品的过程中,出现燃油系统振荡故障;而深圳的南山电厂在该产品投入商业运行后,出现了故障。

  除进口外,GE目前还与南京汽轮电机(集团)有限公司合作生产同属于上述燃气轮机的9E型产品。不过,中方合作伙伴认为,GE的燃气轮机本身没有问题,问题主要是与其相配的发电机组。一位分析师告诉记者,这种产品因为技术较为先进,我国还不能大规模生产,因此基本被海外厂商所垄断。

  9E型产品在我国有大量的运用。多年来,9E型的生产方GE能源集团也向国内提供了240台燃气轮机、70台蒸汽轮机、307台水力发电机和300多台压缩机,承诺的风能技术和产品累计近700兆瓦。

  目前,GE能源集团在中国拥有五个法律实体,包括沈阳的燃气轮机零部件生产厂和风机组装厂,位于秦皇岛的燃气轮机服务中心、上海的控制系统上海运营中心以及杭州的水电设备厂。(王佑)
国家“十五”重点电力建设项目--燃气轮机电站
建设项目设备采购暨技术转让合同签字仪式在京举行
2003/03/07
国家计委讯

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  3月6日,国家“十五”重点电力建设项目--燃气轮机电站建设项目设备采购暨技术转让合同签字仪式在北京钓鱼台国宾馆举行。本次签署合同的有集中招标9个电站21套机组的燃机电站设备,装机总容量超过800万千瓦,这是“西气东输”和广东液化天然气工程的重要组成部分,也是继我国引进30万、60万千瓦发电设备以来最大的一项设备和技术引进合同。设备招标采购招标工作在国家产业政策指导下,充分发挥社会主义市场经济的优势,集中力量办大事,利用“十五”规划新增燃气轮机发电机组市场需求,统一组织国内市场资源,集中招标,引进技术,推进国产化,通过本次组织的9个燃气轮机电站项目21台重型燃气轮机机组集中招标,引进了国际先进燃机制造技术,实现了一定比例的当地制造,减少了工程造价从而降低运营成本,实现了电站项目业主和中外设备供应商的共赢。我国大力发展燃机电站,成功引进国际先进的燃机制造技术,将进一步促进我国电力工业结构的调整和能源利用结构的调整,推动电力装备制造业成品结构的调整和西部大开发的进程。
  中国技术进出口总公司和国信招标有限责任公司组成了招标团,组织了历时17个月的评标和澄清工作,根据公平公正的原则,在对各方面条件进行评价后,由综合评价最优的两家投标联合体--美国通用电气公司与哈尔滨动力设备股份有限公司联合体和日本三菱重工公司与东方电气集团公司联合体中标。杭州半山发电有限公司、上海化学工业区热电有限责任公司、北京三吉利能源股份有限公司、国电华东公司望亭发电厂、戚墅堰发电有限公司和招标团作为买方与通用电气公司、哈尔滨动力设备股份有限公司联合体签署了设备采购合同;北京京丰热电有限责任公司、广东粤电LNG惠州电厂、广东粤电LNG前湾电厂、深圳市东部电厂和招标团作为买方与日本三菱重工公司、东方电气集团公司联合体签署了设备采购合同。根据技术转让合同,美国通用电气公司、日本三菱重工公司将分别向哈尔滨动力设备股份有限公司、东方电气集团公司等公司转让国际先进的F级燃机制造技术。同时签署还有美国通用电气公司与沈阳黎明航空发动机公司、日本三菱重工与东方电气集团公司组建燃烧室热部件生产企业的合资协议。
  国家计委、财政部、外经贸部、科技部、税务总局、海关总署等国务院有关部门的同志,以及国家电网公司中国华电集团公司、广东粤电资产经营有限公司等电力公司和相关业主单位、中标联合体的中外企业代表近300人参加了本次签字仪式。
电力紧张的局面仍在持续,跨国公司看好中国巨大的发电设备市场,加快了在华投资行为。日前,三菱重工在广州投资的合资公司竣工,开始生产燃气轮机的核心部件热部件,预计在2010年销售额约为80亿日元。

    2002年4月,世界500强企业日本三菱重工业株式会社、中国东方汽轮机厂签定“合资协议”,共同出资组建一家制造燃机热部件和提供燃机售后服务和维修的中外合资企业——三菱重工东方燃气轮机(广州)有限公司。合资公司投资总额约为45亿日元,三菱重工出资51%,东方汽轮机厂出资49%,合资期限20年。

    三菱重工东方燃气轮机公司总经理光斋直树说,中国的缺电趋势会延续。在电力工程领域,中国市场已经超过德国,成为仅次于美国和日本的世界第三大市场,在以每年10%的速度增长。

    今年上半年,中国发电设备继续保持较高增长速度,发电设备市场仍处于供不应求的局面。特别是大机组数量增长较快,60万千瓦汽轮机机组比去年同期增加17个。三菱重工东方燃气轮机公司目前已有订单,预计年生产规模为3台燃气轮机产品的热部件,在2010年销售额约为80亿日元。

    看好中国巨大的发电设备市场,跨国公司开始加快进入步伐。2004年,法国阿尔斯通公司与北京京城机电控股公司及其下属企业北京重型电机厂签署成立合资企业的框架协议,以使双方在制造60万千瓦等级汽轮发电机组方面建立长期的合作伙伴关系。

    光斋直树认为,双方合作“以市场换技术”,中方获得技术,日方获得市场,达到了双赢的效果。三菱重工与东方汽轮机厂已签定《技术转让协议》,三菱重工向合资企业转让约33%的燃机热部件制造、质量控制和售后服务技术。(来源:新华社 黄玫)
我国首台400兆瓦燃机发电机试验成功
东方电机股份有限公司        发表时间:2005-11-11 15:43:00
  日前,东方电机股份有限公司为深圳东部电厂生产的首台与F级燃机配套的400兆瓦汽轮发电机顺利通过了厂内型式试验,填补了我国大容量全氢外冷重型燃机发电机的空白。

  2003年1月,日本三菱重工集团与东方电气集团公司组成联合体共同赢得我国第一捆23台重型燃气轮机联合循环电站设备国际招标项目中的10台F级燃气轮机发电设备供货合同;2003年5月,东方电机与东方电气签订了燃气轮机发电机及其辅助系统的分包合同;2003年7月,东方电机又与日本三菱电机公司签订了100%转让该项世界领先的燃机发电机制造技术的技术服务合同。东方电机希望通过此项技术的引进、消化、吸收,能走出一条中国企业独立投标、独立设计、独立制造大容量重型燃机发电机的中国道路。

  由于历史原因,在重型燃机发电设备技术引进之前,中国燃气轮机的生产制造还处于非常落后的水平,国内能生产制造的最大燃机燃气轮机及其配套发电机也仅仅只有2~5万千瓦。为了实现质的飞跃,我国政府决定以市场换技术,通过打捆招标,从国外引进重型燃机设计制造技术,东方电机成为首批挑战者。

  世界上,发电机技术基本分为西屋流派和GE流派两种类型,东方电机的技术相似于GE流派,而日本三菱公司的400兆瓦燃机发电机属于西屋流派,东方电机在设计、生产制造、试验等各个环节都缺乏与之相匹配的经验。再加上400兆瓦燃机发电机是世界上单机容量最大的全氢外冷汽轮发电机之一,其技术含量高、技术难度非常大。为了全面掌握重型燃机发电机的技术要求,东电人开展了艰难的引进工作,两年多的努力,终于填补了我国大容量全氢外冷重型燃机发电机的空白。东方电机在制造这台燃机发电机的过程中,基本掌握了该种机型的技术和制造工艺,成为国内目前惟一可以独立投标、独立制造氢外冷重型燃机发电机的生产厂家。
M701F燃气轮机的结构特点



王强



(中国东方电气集团公司,四川 成都 610041)







1 引言
     随着“西气东送”工程的启动和液化天然气(LNG)引进合同的签订,国内燃气轮机制造业再次迎来了发展的大好机遇。据估计,仅第1期“西气东送”年输送120亿m3的能力,就需要增加约8000MW的燃气轮机联合循环电站;广东引进LNG,也需配套增加4000MW的燃气轮机联合循环设备。今后电力工业还将增加天然气的使用比例,效率高、单位造价低的燃气轮机联合循环装置将有更大的发展空间。汇集各种信息;今后的10年间,估计国内还将新增燃气轮机联合循环机组约15000-20000MW。
     中国东方电电气集团公司(以下简称“东方电气”)2001年就着手准备大容量的重型燃气轮机开发工作,为响应国家以市场换技术的打捆招标要求,与国外多家有实力的燃气轮机制造商进行了接触,洽谈合作。2002年3月,东方电气与三菱重工签订了引进M701F燃气轮机的制造技术、建立生产热部件的合资工厂和组成联合体参加打捆招标的协议;通过2002年5月的资格预审和10月底的投标及以后的多轮合同谈判,2003年3月与业主签订了电站设备供货合同。根据合同,东方电气将与三菱合作向包括北京三热,广东惠州、前湾和深圳东部等业主在内的4个电站10台机组提供机岛设备。其中燃气轮机由东方电气与三菱合作生产,按成交价比,中方约占40%,考虑到两者制造成本的差异,实际国产化率将超过55%;汽轮机由三菱提供图纸,全部在东方电气制造。
2 三菱燃气轮机的发展道路
     三菱燃气轮朵的发展是引进技术开始的。20世纪60年代初,三菱向美国西屋公司(现已被西门子兼并)购买了生产燃气轮机的许可证,1963年开始生产第1台燃气轮机(M171),该机组透平初温只有732℃,功率在5000KW左右,与东方汽轮机厂在20世纪70年代开发的燃气轮机属同一水平。
    三菱通过对引进技术的消化吸收,1984年生产出当时世界上效率最高的M701D燃气轮机联合循环机组,透平进口温度为1150℃。1986年又自主开始了1250℃等级的MF111型机组,功率为15000KW,也是当时世界上温度最高的燃气轮机。三菱从此结束了引进模仿国外技术,走上自我发展的道路。
    1989年1350℃等级的60HzM501F机组在三菱的高沙制作所完成了工厂试验,于1992年进入商业运行;50Hz的M701F也相继投入市场,并于1993年首次进入商业运行。到2001年12月底,M701F型机组累计销售了43台,其中23台已投入了商业运行,累计运行时间超过400000h,启停次数达到6000次。
    1997年,三菱开发出1500℃等级的M501G型燃气轮机,并完成了首台样机的实际验证试验,1999年投入了商业运行。目前三菱已经完成透平叶片全部采用蒸汽冷却的M501H型燃气轮机的研制工作,在工厂进行了满负荷的验证试验。
    三菱从20世纪60年代开始发展燃气轮机,用了20多年的时间从引进消化吸收到独立开发,进入了世界先进燃气轮机技术水平的行列,他们已先于对于,将1500℃级的G型燃气轮机推向市场。三菱的成功经验值得我们认真思考和借鉴。
3 M701F燃气轮机的性能指标

    表1仅列出了三菱主要的燃气轮机品种的性能指标;为比较起见,也列出了GE,Siemens公司相应的F级机型的数据。从表中不难看出,M701F的功率比另外两家(935FA和V94.3V)略高;透平进口燃气温度与GE相当,而机组效率略高,Siemens的V94.3A燃气初温最低,但它的效率最高,可见它的元件性能较优;但它的效率最高,可见它的元件性能较优;单位空气流量的作功能力(比功率);三菱最高,Siemens最低,三菱主要得益于采用了较高的透平进口初温和较佳的压比配合。
    M701F经过了多次改进。最实的M701F是在1992年推出的,透平进口温度1350℃,出力234.2MW,压比16,机组效率36.6%。1997年M501G试制成功后,又将透平叶片新材料和隔热涂层等新技术反过来用于M701F型机组上,使透平进口温度进一步提高到1400℃。表1列出的就是这种机型,也是东方电气要从三菱引进的F级燃气轮机。经过改进,性能提高了,机组的可靠性也得到了改善。

4 M701F燃气轮机的结构特点

  
4.1 压气机

    M701F型机组的压气机是17级、压比为17的轴流式压气机。前4级采用双圆弧叶型(DCA)以适应大流量、跨音速的流动特点。压气机通流部分沿流动方向上,即在第6、11、14级后分别设置了3个抽气口和相应的放气阀,以防止机组在启支、停机过程中或非设计工况下发生喘震;压气机进口导叶还设有可转动装置,不仅可以防止压气机喘震,还可以减少启动时的动力消耗,并改善低负荷下的经济性;压气机前3级动静叶片都采用了防和防腐蚀的涂层。压气机静子部分采用重型叶片机械常用的水平中分面结构,各级静叶片都带有内外环(与叶片焊接或整体成型)。这种结构虽然制造复杂一些,但增加了刚度,减少了级间的漏气,使机组的可靠性和经济性都有所提高,特别是在检修时,使机组的可靠性和经济性都有所提高,特别是在检修时,不需要吊出转子就可以取出静叶进行检查和维修,不需要解体转子即可以更换动叶片。压气机缸后面几级高温部分还采用双层结构,对运行中在高温下保持良好的对中有很大好处。

    压气机前3级叶轮和前端轴用整体锻造成一体,并与后14级叶轮及与透平联结的鼓筒用12根均匀分布在圆周方向的长拉杆紧紧连接在一起,盘与盘之间还沿径向布置了若干骑缝销钉以帮助传递扭矩;4级透平轮盘也用12根稍短一些的拉杆与压气机转子连接成一整体,不过透平叶轮间的传扭是借助于端面齿来实现的,这对轮盘在高温下保持对中更为精确。当然,为此也增加了制造的难度,需要有专用的机床来完成端面齿的加工。
4.2 燃烧室
    M701F型燃气轮机的燃烧室采用环管形结构,上下两半的燃烧室外壳与压气机和透平的外缸连接成一整体。20个燃烧器沿机组圆周向均匀地斜插入燃烧室外壳里。图2给出了其中一个燃烧器的纵剖面图。每套燃烧器由燃烧喷嘴、火焰筒、过渡段和旁路阀及其它附件组成。

燃料喷嘴由围成一圆圈的8个干式预混主喷嘴和位于圆心的导向喷嘴组成。采用多喷嘴预混式的目的是为了使空气与燃料混合均匀,增加火焰面积,降低燃烧温度,特别是减少局部高温区,以最终减少NOx的生成。

    过渡段是将高温燃气引向透平作功的关键部件,它和火焰筒也是燃气轮机中承受温度最高的部件,因此对内壁的材料防护及冷却技术也是至关重要的。三菱对火焰筒和过渡段采用了双层结构,见图3:图a为火焰筒的双层壁面,下面为内壁,冷却空气从外壁的小孔进入,并在夹层中沿壁面的沟槽流动形成对流换热,然后从沿圆周方向的缝隙中流出,对燃气的下游形成膜式冷却;图b为过流段的壁面结构,冷却空气通过外壁的多个圆形孔进入夹层,同样沿壁面的沟槽运动,并从下游的出口进入燃气的主流。

    火焰筒和过渡段的内壁面采用隔热涂层,以降低金属温度,并防止有害介质对金属的腐蚀

燃烧室设置旁路阀是三菱的专有技术,目的是为了控制燃料的燃烧,稳定火焰,防止爆燃:一旦压力传感器检测到燃烧压力产生波动,旁路阀将自动打开,让冷空气进入,保持燃烧的稳定。还应该指出,采用环管形燃烧室比其他形式的燃烧室有很多优点:首先是功率不同的各种型号燃气轮机可以采用同一尺寸的燃烧器,不同型号的燃气轮机只是燃烧器的个数不同,有利于标准化、系列化、制造和维护修理都很方便;另外,单个燃烧器做实验所需的条件也较简单,成本低,且实验结果也较为准确,利于推广。

4.3 透平及叶片的冷却技术

    三菱采用4级叶片的透平,它的平均级焓降比GE的低,因而透平热效率较高。但在透平进口温度相当的情况下,叶片冷却的难度就更大一些。静叶的持环和动叶顶部的叶片环,将高温气流与外缸隔开,形成双层缸的结构。夹层具有隔热和充当冷却空气通道的双重功能;在检修时,和压气机一样,不需要吊转子就可以将静叶连同叶环一起取出,不吊转子也同样可以将动叶拆卸,便利检修。

    图4给出了三菱的透平冷却系统示意图。透平转动部分是采用从压气机出口缺陷出的冷空气,先经过一个外置的过滤器过滤,并通过一个用燃料气来冷却的热交换器冷却后,再回送到透平的转子中去冷却叶轮和前3级动叶片。显而易见,它的冷却效果更好,而且可以减少冷却空气的流量

*假设第1级静叶的冷却空气流量为8%,推算出实际透平进口温度。

    采用燃料气来冷却又可以使冷却空气的热量得到回收,机组的热耗也稍有改善。透平第1级静叶的冷气空气直接来自压气机的排气,而第2、3、4级静叶的冷气空气分别来自于压气机不同压力的抽气口。

    三菱为提高M701F型燃气轮机透平叶片的耐高温能力,主要采取了三方面的措施。

    (1)材料。为承受1400℃以上的高温,三菱研制了新的叶片材料

作为静叶片的新材料MGA2400是一种镍基合金,取代了原来的钴基合金。它不仅有良好的高温蠕变强度,还具有很好的抗低周波热疲劳和抗热腐蚀及氧化的能力;同时还具有良好的焊接性能,这在维修时特别重要。

    MGA1400也是一种镍基合金。第1级动叶还采用定向结晶的铸造方法成形。采用定向结晶铸造可以比常规方法铸造耐温提高20℃,比IN738LC提高50℃,比U520提高70℃。

    图5列出了三菱第1级动叶片的3种铸造工艺的实例。顺便提一下,定向结晶或单晶铸造叶片可以使材料的性能大为改善,特别是对于承受高应力的动叶片更是一个最佳的选择;但是由于重型燃气轮机的叶片尺寸比较大,采用定向结晶或单晶铸造不仅生产力低,成本也高,同时对隔热涂层的采用会产生负面的影响,因此,三菱只是第1级动叶采用定向结晶,在F级机组上不采用单晶叶片。此外,单晶叶片损坏后难以修复,也是不得不考虑的一个因素。

    (2)隔热涂层(TBC)。图6给出了第1级动叶片涂层后的照片和涂层后的性能。采用涂层的目的是为了避免高温燃气与金属表面直接接触。试验表明,采用隔热涂层后,金属表面的温度在有冷却的情况下,可以比燃气主汉的温度低50℃左右。隔热层采用陶瓷材料(ZrO2Y2O3),在一个专用密闭真空容器中用等离子喷涂来实现的,厚度约为0.3mm。为了增强涂层与金属表面之间的粘合力,并克服不同材料的线膨胀系数不同而引起的分离倾向,在喷涂陶瓷之前,先喷涂一层约0.1mm厚的抗氧化涂层(Co-Ni-Al-Y)作过渡。前面提到的燃烧室火焰筒,过滤段也采用类似的喷涂工艺。

    (3)叶片的冷却技术。从20世纪60年代开始采用叶片的内部对流冷却以来,已经历了近半个世纪,可以说燃气轮机技术是叶片冷却技术的不断改进而推动发展起来的。目前实用的冷却技术种类繁多:内部通道的冷却有直线形折,多通道曲线形的;有设置障碍物,增强扰动换热型的,也有便气流直接射向内壁面形成的湍流冷却方式;以及最近发展起来的叶型头部喷淋和尾部鳍片加强换热的对流冷却和叶型表面形成的气膜冷却等。这些冷却技术的综合效应是使叶片的金属温度低于燃气主流的温度300~600℃。始终使金属的温度保持在材料允许的强度极限(大约800℃)以下。
:D LZ莫非是日本发电机公司的员工?
图7给出了M701F型燃气轮机透片第1级动、静叶片的冷却结构剖面图。全部采用空气冷却。静叶型面内部用3个带孔的隔仓将冷却空气隔开,进入隔仓中心的冷却空气通过隔仓壁的小孔垂直射向叶片内壁面,形成湍流换热;尾部横向布置的鳍片增强了冷却空气与壁面的换热;沿头部及型面小孔喷出的冷却空气又环绕叶身形成气膜冷却。从表2中也可以看出冷却效果的改善是很明显的。虽然F级比D级温度高150℃,但相对冷却空气流量并没有明显的增加。动叶片主要采用内部多个弯曲通道的对流冷却和气膜冷却。特别加强了叶顶和上下围带边缘地带的冷却,以防止变形和热疲带裂纹的产生。

    (4)动静部分间的密封。动静部分之间的密封对燃气轮机的性能也很重要,特别是透平。改善透平动静部分之间的密封对冷却系统的可靠性和进下送还笔冷却空气耗量,都是至关重要的。三菱在透平第1、2级动叶之间采用接触式的刷子型密封代替原来的迷宫式气封(图8),收到了很好的效果;后者的漏气仅为前者的40%。

4.4 总体布置
    从图1可以看到:压气机、燃烧室和透平外缸连同进排气缸都是刚性连接成一个整体,由处于中分面下方的前者后两个支撑立在底架上,在工厂组装后,不用拆卸,就可以连同底盘一起直接运到工地安装。转子采用2支点轴承支撑,使轴承避免了高温的环境;滑动轴承为2块可倾瓦式,推力轴承为通常的双面作用,多块可倾瓦结构,位于压气机进气侧;后轴承与排气缸沿圆周向采用切向连接支撑,在排气缸受热后可以保持机组的良好对中;排气管轴向布置,减少排气的压力损失,并使余热锅炉可以布置在与燃气轮机处于同一条轴线上。

    联合循环采用单轴的布置,如图9所示,燃气轮机、汽轮机、发电机布置在一根轴线上,汽轮机在中间。整个机组采用一个推力轴承,位于燃气轮机的压气机端;燃气轮机和汽轮机的高温部分的转子和静子在运行受热后,都朝同一方向膨胀,使动行中动静部分的膨胀差控制在最小;所有转子都采用刚性连接,组成一个整体,这样缩短了长度,简化了控制、超速保护和其它辅助系统,大大提高了可靠性。由于转子要向发电机端膨胀,因此机组在安装调整时,汽轮机低压缸和发电机处在燃气轮机侧轴向间隙应留有足够的间隙,以补偿由于转子的热膨胀而引起轴向间隙的缩小。

5 结论
    (1)三菱所有不同功率型号的燃气轮机都有相同的结构;如拉杆盘式结构的转子,双支点轴承的布置,外缸的刚性连结和受热部分的双层结构,环管形燃烧室和轴向排气等。这些结构都经过长期运行的考验,并经过不断的改进和完善,非常成熟可靠。

    (2)三菱的燃气轮机技术目前处于世界先进水平,特别是透平进口初温和冷却技术在重型燃气轮机领域处于领先地位,由于采用了干式预混燃烧器和增加旁路阀,较好地解决了低NOx排放和燃烧稳定性的问题。

    (3)重型燃气轮机的发展应该借鉴航空发动机的成熟经验。事实是如此;燃气初温的提高主要是借鉴了航空发动机叶片的材料和空气冷却技术;跨音速高压比的压气机也是最先从航空发动机上发展起来的;甚至涂层和新型的密封结构也是最无用于航空发动机,这样可以大大节约重型燃气轮机的开发费用。但是,也要考虑发电用重型燃气轮机的开发费用。但是,也要考虑发电用重型燃气轮机的特点,主要是尺寸大,要求寿命长:例如重型燃气轮机叶片的铸件重量是航空叶片的几倍到几十倍,铸造工艺,特别是定向结晶或单晶铸造困难更大;航空发动机上普遍采用的环形燃烧室是否适用于重型燃机也是应该仔细斟酌的。

  (4)三菱花23年时间走完了从燃机技术引进到自主发展的道路,值得我们借鉴。我国的燃气轮机虽然以前也有过摸索和生产,但是到现在也只能算是刚刚直步;现在我们也从引进技术开始,最终的目标也应该是发展自主技术的燃气轮机。如何发展,首先要有一个规划,在10~15年内,也就是在2015年左右,自主开始具有当代F级水平的中国牌燃气轮机:第2应从现在起就认真分析研究引进技术,在国内有关研究机构,特别是航空发动机研究机构的协作下,进行关键零部件的试验研究。同时还必须解决好首台样机的试制和验证试验等条件的准备工作。