9FA燃机结构介绍

9FA燃机结构介绍

压气机

PG9351FA机组的压气机是一台18级轴流式，压缩比15.4:1，空气质量流量为623.7kg/s的多级轴流式压气机，头两级为跨音速级，带一级可转导叶。

M轴流式压气机部分由压气机转子和封闭的气缸组成。装在压气机气缸内的有：进口导叶、十八级转子和静叶和两排出口导叶栅。

L每相邻的动叶和静叶列组成一级。在每一个级内，动叶片吸收外界作功转换成提供压缩空气所需的力，而静叶片则引导空气使它以合适的气流角度进入下一级。压缩空气从压气机排气缸出来进入燃烧室。从压气机级间抽出的空气用作透平喷嘴、轮间和轴承的冷却和密封空气用，在启动过程中抽气作为喘振控制用。

压气机转子

压气机转子是一个由16个叶轮、2个端轴和叶轮组件、贯穿螺栓和转子动叶组成的组件。前端轴装有零级动叶片，后端轴装有第17级动叶片，16个叶轮各自装有从第1至第16级动叶片。

第一级静叶有46片；第一级动叶32片；末级静叶片(第17级)108片，后两列导向叶片EGV1=108片，EGV2=108片。第一级动叶片高度为503.56mm，末级动叶片高度为147.17mm。

第16级压气机叶轮后端面上有导向风扇。在第16级压气机叶轮和压气机转子后半轴之间有间隙允许导向风扇汲取压气机空气流，并将空气引向压气机转子后联轴器上的15个轴向孔，流到透平前半轴与压气机转子后联轴器相应的15个轴向孔，去冷却透平叶轮。

压气机静子

气缸由压气机进气缸、压气机气缸和压气机排气缸组成，它们各自依靠中分面上的法兰螺栓紧固成一体

进气缸位于燃气轮机的前端，在进气室内，它的主要功能是将空气均匀地引入压气机。

进气缸内壁安装有可调进口导叶（IGV）。

压气机气缸内壁装有零级至12级静叶片；压气机排气缸内壁装有第13级至第17级静叶和两列出口导向叶片；他们共同组成压气机静子。

气缸上的抽气孔允许抽出第9级和第13级的空气。这部分空气用于冷却和密封，也用作起动和停机时喘振的控制。

压气机排气缸的功能除能容纳压气机的后五级外，还构成压气机扩压器的内外壁，同时为第一级喷嘴组件提供支撑；与压气机气缸和透平气缸连接；并支持DLN燃烧室外壳。压气机排气室的抽气为燃料系统提供清吹空气；为进气加热提供气源；还为压气机防喘阀提供控制气源。

燃烧室

在整台燃气轮机中，它位于压气机与燃气透平之间，它有三种功能：

① 使燃料与由压气机送来的一部分压缩空气在其中进行有效的燃烧；

② 使由压气机送来的另一部分压缩空气与燃烧后形成的燃烧产物均匀地掺混，使其温度降低到燃气透平进口的初温水平，以便送到燃气透平中去作功；

③ 控制NOx的生成，使透平的排气符合环保标准的要求。\"

PG9351FA燃气轮机使用的DLN- 2.0+燃烧室

燃烧室主要由燃料喷嘴装配盖板组件、燃料喷嘴外缸、火焰筒、过渡段、导流衬套、前缸、后缸、联焰管组件等构成。各组件均可以单独拆卸。

压缩空气由压气机的排气缸流出，首先对过渡段形成冲击冷却，再逆流向前，流过火焰筒与导流衬套之间的环形空间，流向燃烧室头部组件。其中，有少量空气用于冷却火焰筒和罩帽，其余空气经喷嘴上的旋流器进入预混合室，与由燃料喷嘴喷出的燃料气进行预混合。燃料/空气混合物经预混合管流入火焰筒，被位于两个上部燃烧室上的高能点火器点燃，火焰起始于喷嘴出口端与顶盖形成的平面上，并被限制在火焰筒内。燃烧产物经过渡段进入透平第一级喷嘴环。各燃烧室之间用联焰管连接，未安装点火器的燃烧室靠联焰管联焰而着火。

每个燃烧室的端盖上均匀布置有五只燃料喷嘴。每只燃料喷嘴内都有扩散燃烧和预混燃烧的供气通道。燃料气分别来自D5、PM1和PM4环管。其中， D5供气，通向五只喷嘴的扩散通道供气总管，再分配到位每只燃料喷嘴的扩散燃烧通道。PM1供气，通向一

只喷嘴的预混燃烧供气通道供气总管，分流到一只喷嘴的内通道和外通道。PM4供气，通向四只喷嘴的预混燃烧供气通道供气总管，分流到四只喷嘴的内通道和外通道。来自每只燃烧室外缸的压气机排气进入燃料喷嘴冷却空气总管，分流到五只燃料喷嘴的中心去冷却燃料喷嘴。

预混气体燃料经过外围的燃料通道供入，分别从外、内预混燃料气入口进入，通过布置于旋流器中的燃料喷嘴喷入由旋流器流出的空气流中，进行预混合。每个旋流器叶片由旋流叶片和一个位于其上游的直段叶桨组成，它是中空的，内装有燃料管道，在管道上开有许多燃料喷射孔。外预混燃料气从外燃料喷射孔喷出，内预混燃料气从内燃料喷射孔喷出。它们同时喷入预混室，与一次空气掺混后进入燃烧区结构。参与扩散燃烧的燃料从另一燃料供应母管进入喷嘴的内环通道，由扩散燃烧喷头喷出。

此外，在燃烧器的预混燃料喷管下游加了一圈整流片，可以防止回火的火焰附着在预混燃料喷管上。燃气轮机的上部有两个燃烧室有高能点火器，火花塞可以伸缩。当点火后机组加速时，火花塞被燃烧室中升高的压力压回，以免被烧坏。停机后，火花塞又被弹簧压进燃烧室，以便下一次点火启动。

DLN 2.0+燃烧室的配气方案

燃烧室属于并联式分级燃烧，燃烧室的燃料是分级供应的，其控制系统比较复杂。如图3-35所示，每只燃烧室有5只燃料喷嘴，每只喷嘴有一只扩散通道，一只预混通道。燃气轮机周向布置有18个燃烧室，每只燃烧室的5个扩散燃烧通道与扩散燃烧支管相连，由DGCV气体控制阀调节燃料气体的流量。每只燃烧室的4只预混通道相互联接，组成PM4支管，由PM4 GCV气体控制阀调节燃料气体流量。每只燃烧室剩余的一只预混通道相互联接组成PM1支管，由PM1 GCV气体控制阀调节燃料气体流量。这样，将所有燃

料通道并联地分成**，分别由三只控制阀控制燃料气体的流量。因此DLN -2.0+燃烧室就有五种基本的配气模式。

ASV 辅助截止阀:

PM1支管，含有一只燃料喷嘴的预混通道

SRV 速度/比例截止阀

PM4支管，含有四只燃料喷嘴的预混通道；

气体控制阀,扩散燃烧通道

扩散支管，含有五只燃料喷嘴的扩散燃烧通道；

气体控制阀,PM4预混燃烧通道

清吹空气，来自压气机出口

PM1 GCV 气体控制阀,PM1预混燃烧通道

图3-35

DLN-2.0+气体燃料系统

(1) 扩散燃烧模式

在这种运行模式下，燃料气直接供给每个燃烧室的5只扩散燃烧燃料气喷口。这时的预混通道将用压气机出口抽气进行空气吹扫。

燃气轮机起动时，从点火到14HS (95%转速) 时，燃气轮机处于这种运行模式。

(2) 亚先导预混模式

在这种运行模式下，燃料气直接供给每个燃烧室的5只扩散燃烧燃料气喷口和PM1燃料气喷口。这时PM4预混通道将用压气机出口抽气进行空气吹扫。

燃气轮机起动时，从14HS到加载至10%基本负荷时，相当于燃烧基准温度（TTRF1）2000℉（1093℃）时，或卸载时，从TTRF1为1950℉（1065℃），直至14HS时，燃气轮机处于这种运行模式。

(3) 先导预混模式

在这种运行模式下，燃料气分别流到DGCV，PM1 GCV和PM4 GCV通道，直至预混燃烧模式时，DGCV关闭，流过PM1 GCV和PM4 GCV通道的流量比为20/80。

燃机加载时，TTRF1从2000℉（1093℃）到2270℉（1243℃）的区间内，或燃机卸载时，TTRF1从2220℉（1216℃）,直至TTRF1为1950℉（1065℃），燃气轮机均处于这种运行模式。在此区间内存在如图3-36和图3-37所描述的两个过渡过程。

(4) 预混燃烧模式

在这种运行模式下，流过PM1 GCV和PM4 GCV通道的流量比为20/80。当加载时，

TTRF1高于2270℉（1243℃），或卸载时，TTRF1超过2220℉（1216℃）时，燃气轮机均处于预混燃烧模式。此时，燃料直接引入PM1 GCV和PM4 GCV支管，此时相应的燃机负载为50%～100%基本负荷区间。

（5）甩负荷时的PM1预混燃烧模式

甩负荷时只保留PM1预混燃烧通道，相应的燃机甩掉部分负载，防止机械超速。

DLN -2.0+燃烧室的燃料气清吹系统

当气体燃料喷嘴通道没有燃料气通过时，为了保证通过燃料喷嘴内仍然有一定的空气流量，要求有清吹系统。当清吹系统有故障时，将会损坏燃烧系统的部件。; V1 A4 H6 s* z\" v6 a

当燃气轮机在运行时，要向那些不用的燃料支管提供一个正向的清吹。清吹的压力是机械设定的，可用管道或孔板尺寸调节其有效通道面积来设定。通常清吹空气取自压气机排气，其压力值P4要大于燃烧室内的压力，以防止气流的回流。需清吹的支管要安置清吹接口，清吹阀VA1、5和6应在35秒内打开，清吹阀VA2打开的速度则是可控的。

燃气透平

把来自燃烧室的，储存在高温高压燃气中的能量转化为机械功，其中一部分用来带动压气机工作，多余的部分则作为燃气轮机的有效功输出，去带动外界的各种负荷。

PG9351FA的燃气透平是**轴流式透平。每个透平级由喷嘴和动叶片组成。透平部分包括：透平转子、透平气缸、喷嘴、复环、排气框架和排气扩压段。

透平转子

动叶片的尺寸由第一级（叶高386.69mm）到第**（叶高519.6mm）逐级增高，因为每一级的能量转化使得压力减少，要求环形面积增加以接收燃气的流量，保持各级的容积流量相等。

第一级动叶的冷却结构。它除了有对流冷却外，在头部有冲击冷却，还有多处气膜冷却。为了增强对出气边的冷却，在冷却通道内还铸有多排针状的肋条，以增强冷却效果。第二级动叶片自枞树形叶根底面至叶顶布置有多孔动叶冷却用的纵向空气通道。冷却空气从枞树形叶根底部的冷却孔引入，流向叶尖，并从那里流出。第**动叶无内部空冷。

为保持合理的运行温度，从而保证透平有效的使用寿命，透平转子必须进行冷却。冷却是由一般强制性的冷空气完成的，它沿径向向外流过叶轮和动叶、静子之间的空间，然后汇入主气流。

第一级前轮间由压气机排气冷却。在压气机转子后端，转子和压气机排气缸内筒之间有一个高压气封。来自这个迷宫式气封的一部分漏气供应穿越第一级前轮间的空气流。这股冷却空气流在第一级喷嘴之后排入主气流。

第一级后轮间由第二级喷嘴的冷却空气冷却。

第二级前轮间由来自第一级后轮间穿越级间密封的漏气冷却，这股空气在第二级动叶的入口返回燃气通道。

第二级后轮间由来自内部抽气系统（更确切地，来自压气机第十六级和第十七级间的

抽气）的空气冷却。这股空气通过隔块前端面上的缝进入轮间。来自该轮间的空气在第**喷嘴入口返回燃气通道。

第**前轮间由来自第二级轮间穿过级间气封的漏气冷却。这股空气在第**动叶入口返回燃气通道。

第**后轮间由来自外部安装的鼓风机(88TK驱动的离心风机)的空气冷却。这股冷却空气由管子接到透平排气框架，先被用来冷却支柱，然后大部分最终被引入第**后轮间空腔。

来自88BN驱动的离心风机的冷却空气经过三个扩压段支柱中的一个进入#2轴承隧道区。被过滤`除去对轴承有害的颗粒后的冷却空气进入#2轴承隧道区，在#2轴承回油真空吸力的作用下，部分冷却空气进入#2轴承左端作为轴承密封。其余的冷却空气在冷却轴承隧道区后，由扩压段支柱中的另一个排至扩压段间，再由88BD1/2驱动的离心风机排至厂房

外（见通风系统）。第三个扩压段支柱内的流道则通过#2轴承的进油和回油管(见冷却和密封空气系统)。

透平静子

透平汽缸、排气框架，以及安装在气缸上的透平喷嘴、复环，支承在排气框架上的2号轴承和透平排气扩压段共同组成透平静子。

1.透平气缸

透平气缸控制复环和喷嘴的轴向和径向位置，因此它控制着透平的间隙和喷嘴与透平

动叶的相对位置。2

2.透平喷嘴

燃气透平有**喷嘴，它们引导经过膨胀的高速燃气流向透平动叶，使转子转动。由于通过喷嘴时的高压降，在内外侧都有气封以防止由泄露引起的系统能量损失。这些喷嘴在热气流中工作，它们除了承受燃气压力负荷外，还要承受巨大的热应力。

**喷嘴全部有空气冷却，其冷却结构采用薄膜冷却（在气道的表面处）、冲击冷却和对流冷却（在叶片和侧壁范围内）的复合冷却。第**喷嘴的冷却通道只有对流冷却。

来自压气机出口的冷却空气，经过燃烧室过渡段周围的空腔引入，流入第一级喷嘴的持环，再流入第一级喷嘴内部的冷却通道，在冷却喷嘴后，从喷嘴叶片的尾缘小孔中排至主燃气流中去。在压气机第13级抽气进入第二级喷嘴持环去冷却第二级喷嘴，压气机第9级抽气进入第**喷嘴持环去冷却第**喷嘴。流入第二级喷嘴的空气在冷却叶片后，有一部分从叶片尾缘的小孔中排至主燃气流，另一部分则从喷嘴内环前端的小孔流出，去冷却第一级叶轮的出气侧和第二级叶轮的进气侧。

3. 隔板气封

连接在第二级和第**喷嘴段内径处的是喷嘴隔板。这些隔板阻止流过喷嘴内壁和转子的空气泄漏。

复环

与压气机叶片不一样，透平动叶叶尖不是直接相对于一个完整的机加气缸面旋转，而

是相对于被称为复环的环形弧段。

复环的最主要的功能是为减少叶尖间隙泄漏而提供一个圆柱形面。其次的功能是在热燃气和较冷的气缸之间提供一个高热阻。

排气框架和扩压段

轴承

燃气轮机机组有两只轴颈轴承用以支撑燃气轮机转子。有一只推力轴承以保持转子与静子的轴向位置，燃气轮机﹑蒸汽轮机和发电机公用一只推力轴承。

这些轴承和密封被装进两个轴承座中：一在进气端，另一个在排气框架中心线上。