燃气轮机叶片

燃气轮机叶片加工与控制

一.燃气轮机的结构与组成燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧和涡轮三大部件以及燃油系统、滑油系统、空气系统、电器系统、进排气边系统及轴承传力系统等组成。三大部件中除燃烧外的压气机与涡轮都是由转子和静子构成，静子由内、外机匣和导向 (整流)叶片构成；转子由叶片盘、轴及轴承构成，其中叶片数量最多。二．燃气轮机工作原理及热处理过程

工作原理：发动机将大量的燃料燃烧产生的热能，势能给涡轮导向器斜切口膨胀产生大量的动能，其一部分转换成机械功驱动压气机和附件，剩余能由尾喷管膨胀加速产生推力。

三．燃气轮机叶片

1. 在燃气涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀以及以最高的效率产

生强大的动力来推动飞机前进的工作。叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状

复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产

的关键，因此对其投入的人力、物力、财力都是比较大的，而且国内外发动机厂家

正以最大的努力来提高叶片的性能，生产能力及质量满足需要。

在流道中，由于在不同的半径上，圆周速度是不同的，因此在不同的半径基元级中，气流的攻角相差极大，在叶尖、由于圆周速度最大，造成很大的正攻角，结果使叶型叶背产生严重的气流分离；在叶根，由于圆周速度最小，造成很大的负攻角，结果使叶型的叶盆产生严重的气流分离。因此，对于直叶片来说。除了最近中径处的一部分还能工作之外，其余部分都会产生严重的气流分离，也就是说，用直叶片工作的压气机或涡轮，其效率极其低劣的，甚至会达到根本无法运转的地步。叶片的工作条件。

压气机叶片含风扇叶片属于冷端部件的零件，除最后几级由于高压下与气体的摩擦产生熵增而使温度升高到约600K (327° C),其余温度不高，进口处在高空还需防结冰。工作前面几级由于叶片长以离心负荷为主，后面几级由于温度以热负荷

为主。总之压气机叶片使用寿命较长。叶片的使用的材料一般为铝合金、钛合金、

铁基不锈钢等材料。

涡轮是在燃烧室后面的一个高温部件，燃烧室排出的高温高压燃气流经流

道流过涡轮，所有叶片恰好都是暴露在流道中必须承受约1000° C 的高温1Mpa 的以上高压燃气的冲刷下能正常工作。因此叶片应有足够的耐高温和高压的强度。涡轮叶片的使用寿命远低于压气机叶片约2500h。

转子叶片，静子叶片只承受热应力及弯曲应力，没有离心应力。叶片使用的材料一般为高温铸造合金如K403、K424 等、和高温合金如GH4133 等，温下高强

度材料。

2. 叶片加工与控制

( 1 )加工叶片的加工分两大部分：一部分为叶片型面加工，一部分为榫头加工及缘板加工：压气机工作叶片的型面是用高能高速热挤压成型后经抛光而

成；整流叶片是由冷轧成型经抛光而成。涡轮叶片的叶型，无论是工作叶片

还是导向叶片均为铸件者都是型面没有余量精密铸造件都是大余量经数铣、抛光而成。

压气机叶片和涡轮叶片的榫头及上、下缘板尺寸为机械加工而成。前面讲

过在燃气涡轮发动机的所有零件中唯有叶片的故障率是最高的，造成机毁人亡的事故也时有发生。这是因为叶片的数量多，工序多、周期长、要求高，加工难度大，加工过程中的形状、位置、烧伤、缺陷、碰伤、材质转工等过程控制中，难免会出现失控的时候，给叶片造成伤害，使其带病工作所致。因此，对叶片生产的全过程控制十分重要。

1. 叶片的质量控制

我们说控制叶片的质量，主要是三个方面：

a. 确保叶片设计强度不降低

b. 确保发动机性能不降低

c. 确保装配性能好

面分别对造成上面三个方面的因素进行分析：

1) .造成叶片强度下降的因素有如下几点：

a. .叶片用材不当

b. 叶片疏松超标

c. 叶片剖面晶粒粗大

d. 有垂直于进排气边的柱状晶

e根部叶型变薄

f. 榫齿经处以下到根部有细颈

g. 进排气边也有碰缺，严重的垂直进排气边的严重划伤，造成应力集中

h. 根部截面叶型厚度，设计过薄不成比例

i. 叶片受到严重腐蚀而未能加工掉

j .加工中烧伤

k. 叶片重量偏大

l. 叶片渗层成形及厚度不合理

2) .由于叶片加工不当使发动机性能下降的因素有如下几点：

a. 叶型表面粗糙度过低

b. 叶片安装角偏离设计值过大

c. 叶片进排气边圆半径偏大不圆滑

d. 进气攻角偏离设计值过大

e叶片高度偏小

f.叶片重量偏大

3. ) 影响装配的主要因素：

a. 使用夹具不当加大了加工误差

b. 尺寸测量方法不正确造成测量误差

c. 加工部位的形状没有保证如直线度、平面度等

d. 加工应力过大造成加工后变形

e. 尺寸加工不到位，符合性差

4) . 强度、性能、装配含义的定义

强度是指叶片在工作中由于上述因素降低了叶片的疲劳强度造成叶片裂纹、变形、折断而导致故障，这就是我们常说叶片的疲劳强度不足。

性能是指发动机工作中出现燃油消耗高，排气温度高，输出功率低和喘振等故障，这就是我们所说发动机性能差，这就是说以我们生产的叶片工作不匹配，原因只有两个不足：设计水平低，就是加工符合性差，也就是我们前面所说叶片平面叶栅几何参数不合适，主要原因就是上面 6 个方面因素所致。

装配是指工作叶片安装到轮盘上的联接发生了困难，榫头安装不进榫槽或间隙过大，叶片摆动量过大，或过小，轴向、径向凹凸不平；导向叶片的挂钩插不进机匣的环形钩槽，或者过紧，或过松。周向、轴向、径向、凹凸不平差别很大。这就是我们所说装配性能差。造成原因就是上面所述 5 个方面的因素所致。

2. 加工

1）.叶片型面加工目前国内各发动机厂的叶片型面加工方法大体相同：压气机工作叶片：高能高速锤热挤压成形，手工抛光而成。压气机整流叶片：板材冷轧，手工抛光而成。

涡轮导向叶片：大多数为型面无余量精铸而不需抛光，有小部分型面有小余量，需经抛光而成。

涡轮工作叶片：工作叶片温度在600°C 以上，大多数为型面无余量精铸而成而不需抛光。工作温度低于600° C。叶片的型面一般为大余量锻造，经数控加工，电加工后，抛光。

前面所说过叶片的故障率较高，发生故障的因素也大多是如前所说的请多方面的因素。这些因素中绝大部分都是在加工中造成的，因此在叶片型面加工中注意以下事项：

①中径以下至叶根的弦长上，厚度上不允许出现缩颈状

②叶型尤其是下缘板转接处不允许烧伤

③叶型各截面型保持光滑平整不允许高低不平

④沿径向波纹度应线性度好不允许出现波纹状

⑤使用叶形公差均匀不允许增厚或减薄或偏摆

⑥进排气边圆半径均匀、圆滑、不允许增大

⑦保证叶片频率合格误差不大于5%

⑧不允许增重

2）冶金铸造

①不允许出现垂直于进排气边的柱状晶粒

②. 叶型剖面晶粒度不超过

③. 表面渗层不宜太厚是工作叶片一般控制在0.05 以下，不允许碰伤叶片。

④. 其余铸造缺陷应符合标值。

⑤. 型面铸造表面不允许大面积抛光。

3）. 上下缘板榫头，榫齿的加工

除压气机叶片外，所有涡轮叶片大多是使用铸造高温合金铸造而成，这些材料切削性能不好，加上断续切削刀具极易磨损导致损坏叶片。因此加工这些叶片特别时需选用好的刀具材料，好的工艺方法，选择好的切削量和切削速度。才能保证加工部分的形状与位置要求。应特别注意无论是车削、铣削还是磨削千万不能烧伤叶片任何部位。

4）钳工（去毛刺）

加工叶片：最后工序是去毛刺，这道工序也应特别小心，不允许碰坏型面，进排气边，叶片与上、下缘板转接处，榫齿槽底等部位不允许有任何碰伤

R，榫齿槽底等部位不允许有任何碰伤，压伤，划痕和铣刀痕。渗后的叶片不允许碰坏，划伤，弄脏渗层表面。

按上述要求精心加工的叶片才能满足叶片：强度，性能和装配要求。

4. 叶片超差处理基本原则

1）榫齿滚棒尺寸出差大于0.01不含0.01 报废

2）叶冠厚度尺寸小于0.6 不含0.6 报废

3）型面减薄超过公差1/3不含1/3报废

4）叶片频率要求为± 8% ，低了报废，高了修频

5）渗层表面不允许有成块脱落面积1mm22 处以上

6）进排气边不允许有缺陷

7）沿叶高不允许有缩颈

8）冶金质量由冶金检验要求控制，凡超差叶片一律报废

第十三章：干燥

通过本章的学习，应熟练掌握表示湿空气性质的参数，正确应用空气的H- I 图确定空气的状态点及其性质参数；熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题；了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算；了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。

二、本章思考题

I、工业上常用的去湿方法有哪几种？

态参数？

II、当湿空气的总压变化时，湿空气H-I 图上的各线将如何变化? 在t、H 相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利? 为什么?

12、作为干燥介质的湿空气为什么要先经预热后再送入干燥器？

13、采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水？为什么？

14、干燥过程分哪几种阶段？它们有什么特征？

15、什么叫临界含水量和平衡含水量？

16、干燥时间包括几个部分？怎样计算？

17、干燥哪一类物料用部分废气循环？废气的作用是什么？

18、影响干燥操作的主要因素是什么？调节、控制时应注意哪些问题？

三、例题

例题13-1：已知湿空气的总压为101.3kN/m2 ,相对湿度为50%，干球温度为20o

C。试用I-H图求解：

(a) 水蒸汽分压p；

(b) 湿度H;

(c) 热焓I；

(d) 露点t d ;

(e) 湿球温度tw ；

(f) 如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117o C，求所需热量Q。

解：

由已知条件：P= 101.3kN/m2,W 0 = 50%, t o=2O°C在I-H图上定出湿空气的状态点A点。

(a)水蒸汽分压p

过预热器气所获得的热量为

每小时含500kg 干空气的湿空气通过预热所获得的热量为

例题13-2 :在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为 1000kg ，经 干燥后物料的含水量由40%减至5% （均为湿基），以热空气为干燥介质，初始 湿度H i 为0.009kg 水？ kg -1绝干气，离开干燥器时湿度H 2为0.039kg 水？kg -1绝干 气，假定干燥过程中无物料损失，试求：

（1） 水分蒸发是q m,w （ kg 水？ h -1）；

（2） 空气消耗q m,L （ kg 绝干气？ h -1）；

原湿空气消耗量q m,L '（ kg 原空气?h -1）;

（3） 干燥产品量 q m,G2（ kg?h -1）。

解：

q mG1=1000kg/h, W 1=40°C , w 2=5%

H 1=0.009, H 2=0.039

q mGc =q mG1 （1-w 1）=1000（1-0.4）=600kg/h

X 1 =0.4/0.6=0.67, X 2=5/95=0.053

① q mw =q mGc （x 1-x 2）=600（0.67-0.053）=368.6kg/h

② q mL （H 2-H 1）=q mw

q mL =q mL （1+H 1）=12286.7（1+0.009）=12397.3kg/h

q mL

q mw H 2 H 1 368.6 0.039 0.009 12286.7

联合循环燃气轮机发电厂简介

联合循环燃气轮机发电厂简介 联合循环发电：燃气轮机及发电机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成的 循环系统，它将燃气轮机排出的功后高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，再将蒸汽注入蒸汽轮机发电。形式有燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环，也有燃气轮机、蒸汽轮机各自推动各自发电机的多轴联合循环。胜利油田埕岛电厂采用的是美国GE公司的MS9001E然气轮机，其热效率为33.79%,余热锅炉为杭州锅炉厂的立式强制循环余热锅炉。1．燃气轮机 1.1 简介燃气轮机是一种以空气及燃气为工质的旋转式热力发动机,它的结构与飞机喷气式发动机一致,也类似蒸汽轮机。主要结构有三部分： 1 、燃气轮机（透平或动力涡轮）； 2、压气机（空气压缩机）； 3、燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气,压缩后送入燃烧室,同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合,在定压下 进行燃烧。生成的高温高压烟气进入燃气轮机膨胀作工,推动动力叶片高速 旋转,乏气排入大气中或再加利用。 燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命 周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。燃气轮机分为轻型燃气轮机和重型燃气轮机,轻型燃气轮机为航空发动机的转型,其优势在于装机快、体积小、启动快、简单循环效率高,主要用于电力调峰、船舶动力。重型燃 气轮机为工业型燃机,其优势为运行可靠、排烟温度高、联合循环组合效率高,主要用于联合循环发电、热电联产。埕岛电厂采用的 MS9001E燃气轮发电机组是50Hz, 3000转 /分,直接传动的发电机。该型燃气轮发电机组最早 于 1987年投入商 业运行，基本负荷燃用天然气时的功率为123.4MW热效率为 33.79%,排气温度539C，排气量1476X103公斤/小时，压比为12.3，燃气初

重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术

重型燃气轮机控制发展趋势及未来关键技术 发表时间：2017-11-01T11:36:42.450Z 来源：《电力设备》2017年第18期作者：王锋 [导读] 摘要：重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。 （中国电建集团核电工程公司调试运营公司山东济南 250102） 摘要：重型燃气轮机是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备。它对于能源系统的高效、清洁和安全都具有重要意义。 关键词：重型燃气轮机；发展现状；关键技术；发展趋势 1.前言 燃气轮机广泛应用于发电、机械驱动、船舶动力等领域。作为热功转换的动力装置，具有比功率大、起动及负荷变化快、可燃用多种燃料等优点，是实现能源高效洁净转换的核心装备。 2.我国重型燃气轮机发展现状 我国重型燃气轮机发展的早期(1950～1970s)是以前苏联技术为基础而开展自主研发的阶段。当时自主设计、试验和制造了一系列200～25000kW燃气轮机。这其中包括了200kW车载燃气轮机、1500kW重型燃气轮机和4000HP机车燃气轮机。当时清华大学、哈尔滨汽轮机厂(哈汽)、上海汽轮机厂(上汽)、南京汽轮机厂(南汽)、中国北车集团长春机车厂(长春机车)、青岛汽轮机厂(青汽)、杭州汽轮机厂(杭汽)等单位都投入到了我国燃气轮机早期研制阶段。到了1980s～2000年，我国的燃气轮机产业走上了仿制与合作生产的道路，不再自行研究、设计和试验燃气轮机产品。当时以南汽为主测绘、仿制了GE公司MS5001(23MW)燃气轮机，与GE合作生产了PG6581(6B/36MW)燃气轮机。 自2002年打捆招标以来，我国重型燃气轮机产业进入到新的发展时期，引进了当代先进的F/E级技术，希望以此推动消化吸收、再创新。在2001～2007年的6年间，我国以3次“打捆招标、市场换技术”方式，引进了GE、MHI、Siemens公司的F/E级重型燃气轮机50余套共2000万千瓦，由哈汽－GE、东汽－MHI、上汽－Siemens、南汽－GE等4个联合体实行国产化制造，目前国产化率接近70%。同时，以西气东输和进口液化天然气(LNG)为标志，保证了燃气轮机的燃料供应。 3.重型燃气轮机的关键技术 3.1自适应控制技术 由于实际工作环境和使用寿命的变化，重型燃气轮机的部件不可避免地会出现叶片结垢、间隙增大、侵蚀和腐蚀等问题，这将导致部件较设计点出现性能退化，而控制系统通常都是基于理想的额度工况性能进行设计的。这种不匹配性会随着燃气轮机运行时间的累积而加速燃气轮机寿命的消耗。一种可行而有效的解决办法就是自适应控制技术，即通过在线自适应模型和观测器技术使得燃气轮机在部件出现性能衰竭或低强度的异常时，能够自动调节相应的控制参数，保证控制系统与性能衰减后模型的匹配性，从而消除使用期退化造成的性能差异对燃气轮机运行的消极影响。与航空燃气轮机自适应控制机理相似，自适应控制系统通常会采用燃气轮机中的传感器测量数据，利用观测器技术对不可测的性能退化参数进行实时估计，具体的估计方法可以采用简单的卡尔曼滤波器、未知输入观测器，或者复杂的神经网络、支持向量机等非线性智能技术。 此种控制方案的自适应鲁棒性很大部分取决于装载的在线实时模型，在线实时模型应能够对燃气轮机气路故障、传感器和执行机构故障等进行诊断、隔离和重构，同时具有较强的抗干扰能力。即使是在燃气轮机出现物体打伤等严重损伤的情况下，也能够通过控制策略判定受损燃气轮机的运行状况，并能采用自适应重构控制回路，确保燃气轮机的安全停机等。由于燃气轮机的受损的判断十分复杂，采用专家系统和智能决策技术是一种可行方案。 3.2主动间隙控制技术 主动间隙控制技术是现代燃气轮机技术的代表之一，是一项通过控制透平叶尖间隙的变化来降低燃气轮机燃料消耗率、提高可靠性和延长使用寿命的重要技术措施，同时对减少污染物的排放也有较大的贡献。目前该技术已在航空发动机特别是民用航空发动机上获得了普遍的应用，如著名的CFM56系列发动机就基本采用这种技术。美国NASA的研究结果表明，透平叶尖间隙每减少0．25mm，燃料消耗量可减少0．8%～1%。从重型燃气轮机的运行过程来看，启动过程中，当燃气轮机由静止启动到全速空载状态时，此时由于转速突然上升，轮盘和叶片的离心变形瞬间增大;而透平内缸由于热容的效应而尚未达到最高温度，热变形的响应非常小。这种变形的不一致导致在启动过程中透平叶尖间隙突然变小。而随着燃气轮机进入全速空载状态后，透平内缸逐渐受热膨胀，叶尖间隙逐渐变大。在加/减负荷阶段，间隙略有变化，但由于转速变化不剧烈，叶尖间隙变化较少。 这使得透平叶尖与透平内缸之间的间隙设计非常困难，如果叶尖间隙设计过大，在叶片压力面和吸力面之间存在的压差作用下，燃气会产生泄漏，从而降低燃气轮机的工作效率，增加燃料消耗量。而叶尖间隙过小又会导致叶片和透平内缸之间产生摩擦，降低燃气轮机的工作寿命。为解决这个技术难题，目前比较常用的控制方式是采用主动热控制方法。其工作原理是在燃气轮机工作过程中，利用从压气机中抽取的冷气对透平内缸及透平外环支撑件进行冲击冷却，通过控制冷却空气的流量和温度，改变透平内缸热膨胀量，进而控制其径向位移，使转子叶片与透平内缸之间的间隙达到预期值。 4.对我国发展重型燃气轮机技术发展趋势分析 开展系统的燃气轮机基础研究，发展燃气轮机技术，进行关键技术的验证，建立部件的设计、试验、制造平台，是发展燃气轮机产业的基础。从我国60年发展燃气轮机技术的历程，特别是近十年的发展历程来看，为了推动燃气轮机技术的发展，必须接受经验教训，开展机制体制创新。这十年来，尽管以重型燃气轮机型号为引领，开展了相关的燃气轮机高技术研发;但是这些高新技术的原创性不高、系统性不足，所建立的设计体系不够成熟、完备，没有完全建立起发展关键技术的能力。而且对于引进的技术没有进行充分的技术消化吸收。 另外从行业角度来看，机械航空部门壁垒分明，没有各取所长，充分融会贯通。技术开发过程中企业和高校、研究院所的联合不够紧密，科研与技术研发有一定的脱节。要推动我国燃气轮机技术的全面发展，首先要全面开展燃气轮机各项先进技术的研究，包括:先进的燃气轮机总体设计技术，高性能压气机的设计制造技术，高性能透平设计制造技术，先进的热端部件冷却技术，燃料适应性强、高效、低污

航空发动机和燃气轮机耐高温叶片

附件4 航空发动机和燃气轮机耐高温叶片 “一条龙”应用计划申报指南 一、产业链构成 面向航空发动机和燃气轮机等应用领域，以提高高温合金精密铸造涡轮叶片质量和可靠性为核心，组织产业链各环节优势力量，推动重点项目攻关，突破单晶高温合金母合金纯净度控制、复杂定向/单晶涡轮叶片制备、长寿命热障涂层设计与制备等关键技术，带动上游原辅材料产业、高端装备产业等相关产业互融共生、分工合作、利益共享，推进产业链协作发展，形成上下游产业对接顺畅的应用示范全链条，推动航空发动机和燃气轮机的开发、生产和应用。 关键产业链条环节 序号产业链环节航空发动机叶片地面燃气轮机叶片 1上游原材料√√ 2关键设备制造√√ 3高性能涡轮叶片合金开发√√ 4高纯净度母合金制备√√ 5涡轮叶片精密铸造√√ 6涡轮叶片机加√√ 7涡轮叶片制孔√√ 8涡轮叶片焊接√√ 9涡轮叶片热障涂层√√ 10下游应用√√ 二、目标和任务 （一）上游原材料 1.母合金用原材料 （1）环节描述及任务。开发镍、钽、铼等原材料制备技术，提

高原材料的杂质元素含量控制水平，为涡轮叶片用铸造高温合金熔炼提供优质原材料，为母合金锭纯净度控制奠定基础。 （2）具体目标。具备优质原材料生产能力，镍、钽、铼等具体化学成分控制要求如下表所示： 表1镍的化学成分控制要求 表2钽的化学成分控制要求 类别牌号 化学成分，% Ta Nb C O N Fe Ni Mn 不大于 钽条TTa-1余量0.010.0150.200.010.010.0050.003 类别牌号W Mo Si Zr Al Cu Cr Ti 不大于 钽条TTa-10.00 30.0030.010.0030.0030.0030.0050.003 表3铼的化学成分控制要求 类别 化学成分，% Re K Na Ca Fe Cu Mo Pb 不小于不大于 铼条、铼粒99.990.00050.00050.00050.00050.00010.00010.0001 类别W As Se Sn Ba Mn Be Pt 不大于 铼条、铼粒0.00050.00010.00030.00010.00010.00010.00010.0001 类别Co Cd Bi Si Mg C Zn Sb 不大于 铼条、铼粒0.00050.00010.00010.00050.00010.00150.00010.0001 类别Al Ni Ti Cr Tl Te S 不大于 铼条、铼粒0.00010.00050.00050.00010.00010.00010.0005 2.陶瓷型芯/型壳用原材料 （1）环节描述及任务

世界重型燃气轮机产品系列发展史及其启示

世界重型燃气轮机产品系列发展史及其启示 导读 重型燃气轮机是发电设备的高端装备，其技术含量和设计制造难度居所有机械设备之首，是机械制造行业的金字塔顶端，在国民经济和能源电力工业中有重要的战略地位。 1、前言 重型燃气轮机是发电设备的高端装备，其技术含量和设计制造难度居所有机械设备之首，是机械制造行业的金字塔顶端，在国民经济和能源电力工业中有重要的战略地位。目前燃气轮机联合循环发电已经达到全球发电总量的五分之一（欧美国家已超过三分之一），最先进的H/J级燃气轮机单循环和联合循环效率已经达到40%—41%和60%—61%，为所有发电方式之冠。燃用天然气的燃机电站污染排放极低，二氧化碳比排放量是超临界燃煤电站的约一半，大力发展天然气发电是包括我国在内的世界各国保护环境和落实《巴黎协定》减少温室气体排放的主要措施之一。 我国党和政府对发展重型燃气轮机产业高度重视，航空发动机与燃气轮机国家科技重大专项（简称两机专项）从今年开始进入实施阶段，已经列为“十三五”发展计划中我国要实施的100项重点任务之首。 从1939年世界第一台发电用重型燃气轮机诞生以来，经过半个多世纪技术进步和企业重组，GE、西门子和三菱公司各自形成了完整的技术体系和产品系列并垄断了全球市场。重型燃气轮机的研发是一项复杂的系统工程，技术难度很高、研发投资巨大、实施周期很长，一旦决策失误，轻则造成不同程度的经济和市场份额损失，重则有可能使公司陷入危机甚至导致公司破产（被兼并）。这三家公司技术上成功的基本经验和教训是什么？这些经验和教训对我国燃气轮机行业自主创新有什么启示？什么是我国燃气轮机行业自主创新应当遵循的科学合理的技术路线？这是我国燃气轮机全行业共同面临的问题。 2、世界重型燃气轮机发展历程综述 1939年在瑞士BBC公司诞生了世界第一台发电用重型燃气轮机，标志着发电行业由汽轮机进入了燃气轮机时代。七十多年来世界重型燃气轮机的发展大致可分为五个阶段： 诞生阶段（1939—1950年代末期）：重型燃气轮机刚刚诞生，仅BBC公司进行研发，产品功率小（不超过4MW）、燃气温度低（不超过800℃）、热效率低于20%。二战期间发展停滞。 早期阶段（1950年代—1970年代末期）：二战结束后美国GE公司、德国西门子公司先后开始研制重型燃气轮机，走的是原始创新的技术路线。三菱公司从1960年代开始研制重型燃气轮机，走的是引进技术消化吸收再创新的路线。三家公司在1970年代后期都完成了原型燃机（功率25MW以下）的研制，燃气温度达到1000℃，效率约26%。研制原型燃机的主要目的是突破并掌握核心技术、选定燃机主机基本结构特别是转子结构、建立试验设备和培养人才。 全球市场第一阶段（1980年代—1990年代中期）：E 级技术发展和成熟期。1980年代初推出的E级基本型号单机功率为31—105MW（50Hz,下同）、燃气温度

燃气轮机航空叶片介绍

航空发动机叶片 众所周知，在航空发动机里叶片是透平机械的“心脏”，是透平机械中极为主要的零件。透平是一种旋转式的流体动力机械，它直接起着将蒸汽或燃气的热能转变为机械能的作用。叶片一般都处在高温，高压和腐蚀的介质下工作。动叶片还以很高的速度转动。在大型汽轮机中，叶片顶端的线速度已超过600 ｍ/ｓ，因此叶片还要承受很大的离心应力。叶片不仅数量多，而且形状复杂，加工要求严格；叶片的加工工作量很大，约占汽轮机、燃气轮机总加工量的四分之一到三分之一。叶片的加工质量直接影响到机组的运行效率和可靠行，而叶片的质量和寿命与叶片的加工方式有着密切的关系。所以，叶片的加工方式对透平机械的工作质量及生产经济性有很大的影响。这就是国内外透平机械行业为什么重视研究叶片加工的原因。随着科学技术的发展，叶片的加工手段也是日新月异，先进的加工技术正在广泛采用。 叶片的主要特点是：材料中含有昂贵的高温合金元素；加工性能较差；结构复杂；精度和表面质量要求高；品种和数量都很多。这就决定了叶片加工生产的发展方向是：组织专业化生产，采用少、无切削的先进的毛坯制造工艺，以提高产品质量，节约耐高温材料；采用自动化和半自动化的高效机床，组织流水生产的自动生产线，逐步采用数控和计算机技术加工。叶片的种类繁多，但各类叶片均主要由两个主要部分组成，即汽道部分和装配面部分组成。因此叶片的加工也分为装配面的加工和汽道部分的加工。装配面部分又叫叶根部分，它使叶片安全可靠地、准确合理地固定在叶轮上，以保证汽道部分的正常工作。因此装配部分的结构和精度需按汽道部分的作用、尺寸、精度要求以及所受应力的性质和大小而定。由于各类叶片汽道部分的作用、尺寸、形式和工作各不相同，所以装配部分的结构种类也很多。有时由于密封、调频、减振和受力的要求，叶片往往还带有叶冠（或称围带）和拉筋（或称减震凸台）。叶冠和拉筋也可归为装配面部分。汽道部分又叫型线部分，它形成工作气流的通道，完成叶片应起的作用，因此汽道部分加工质量的好坏直接影响到机组的效率。 下面说一下叶片的材料，由于透平叶片的工作条件和受力情况比较复杂，因此对叶片材料的要求也是多方面的，其中主要的要求概括如下：（1）．具有足够的机械强度。即在工作温度范围内具有足够的，稳定的机械强度（屈服极限和强度极限），并且在工作温度范围内这些机械强度具有稳定的数值。在高温情况下（一般指450℃以上），具有足够的蠕变极限和持久强度极限。（2）.具有高的韧性和塑性以及高温下抗热脆性（高温下稳定的冲击韧性），避免叶片在载荷作用下产生脆性断裂。（3）.耐蚀性。抵抗高温下气体中有害物质的腐蚀以及湿蒸汽和空气中氧的腐蚀能力。（4）.耐磨性。抵抗湿蒸汽中水滴和燃气中固体物质的磨蚀。（5）.具有良好的冷、热加工性能。（6）.具有良好的减振性。叶片是处在交变载荷下工作，除要求有较高的疲劳极限外，还要求有良好的减震性能，即高的对数衰减率。这样可以减小振动产生的交变应力，减小叶片疲劳断裂的可能性。 根据使用温度、使用温度和化学成份等，可以将叶片材料分为两类：（1）.马氏体、马氏体-铁素体和铁素体钢。这类钢的使用温度最高不超过580℃，可以作为汽轮机叶片材料。（2）.奥氏体钢、铁镍合金和镍基合金等。着类钢的使用温度最高不超过700～750℃，可以作为燃气轮机叶片材料。

燃气轮机叶片

燃气轮机叶片加工与控制 一.燃气轮机的结构与组成 燃气涡轮发动机主要由压气机、燃烧和涡轮三大部件以及燃油系统、滑油系统、空气系统、电器系统、进排气边系统及轴承传力系统等组成。三大部件中除燃烧外的压气机与涡轮都是由转子和静子构成，静子由内、外机匣和导向（整流）叶片构成；转子由叶片盘、轴及轴承构成，其中叶片数量最多。 二．燃气轮机工作原理及热处理过程 工作原理：发动机将大量的燃料燃烧产生的热能，势能给涡轮导向器斜切口膨胀产生大量的动能，其一部分转换成机械功驱动压气机和附件，剩余能由尾喷管膨胀加速产生推力。 三．燃气轮机叶片 1.在燃气涡轮发动机中叶片无论是压气机叶片还是涡轮叶片，它们的数量最多，而发动机就是依靠这众多的叶片完成对气体的压缩和膨胀以及以最高的效率产生强大的动力来推动飞机前进的工作。叶片是一种特殊的零件，它的数量多，形状复杂，要求高，加工难度大，而且是故障多发的零件，一直以来各发动机厂的生产的关键，因此对其投入的人力、物力、财力都是比较大的，而且国内外发动机厂家正以最大的努力来提高叶片的性能，生产能力及质量满足需要。 在流道中，由于在不同的半径上，圆周速度是不同的，因此在不同的半径基元级中，气流的攻角相差极大，在叶尖、由于圆周速度最大，造成很大的正攻角，结果使叶型叶背产生严重的气流分离；在叶根，由于圆周速度最小，造成很大的负攻角，结果使叶型的叶盆产生严重的气流分离。因此，对于直叶片来说。除了最近中径处的一部分还能工作之外，其余部分都会产生严重的气流分离，也就是说，用直叶片工作的压气机或涡轮，其效率极其低劣的，甚至会达到根本无法运转的地步。叶片的工作条件。 压气机叶片含风扇叶片属于冷端部件的零件，除最后几级由于高压下与气体的摩擦产生熵增而使温度升高到约600K（327°C），其余温度不高，进口处在高空还需防结冰。工作前面几级由于叶片长以离心负荷为主，后面几级由于温度以热负荷为主。总之压气机叶片使用寿命较长。叶片的使用的材料一般为铝合金、钛合金、铁基不锈钢等材料。 涡轮是在燃烧室后面的一个高温部件，燃烧室排出的高温高压燃气流经流道流过涡轮，所有叶片恰好都是暴露在流道中必须承受约1000°C的高温1Mpa 的以上高压燃气的冲刷下能正常工作。因此叶片应有足够的耐高温和高压的强度。涡轮叶片的使用寿命远低于压气机叶片约2500h。 转子叶片，静子叶片只承受热应力及弯曲应力，没有离心应力。叶片使用的材料一般为高温铸造合金如K403、K424等、和高温合金如GH4133等，温下高强度材料。 2.叶片加工与控制 （1）加工 叶片的加工分两大部分：一部分为叶片型面加工，一部分为榫头加工及缘板加工：压气机工作叶片的型面是用高能高速热挤压成型后经抛光而成；整流叶片是由冷轧成型经抛光而成。涡轮叶片的叶型，无论是工作叶片

燃气轮机叶片冷却技术的发展

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

燃气轮机原理与结构解析

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。

GE公司9F重型燃气轮机的演化解析

GE公司9F重型燃气轮机的演化 . 简介 作为一家拥有130年能源创新历史，并在160多个国家拥有机组运行经验的公司，在发电设备，能源服务及能源管理系统领域中，GE业已成为世界最大、产品最多样化的供应商之一。事实上, 在今天，GE产品承担着全世界四分之一的发电量。作为世界燃气轮机技术的领跑者，GE推出的F级燃气轮机实现了多项业界第一，其中包括：第一家机组交运过1000台，第一家机组在世界范围内运行服役超过3500万小时，同时也是第一家为整体煤气化联合循环发电(IGCC)设计并制造F级燃气轮机的厂商。 融汇大量成熟产品技术，紧跟全球不断变化的电力生产需求，GE 9F燃气轮机持续革新改进，在保持原有F级机组运行灵活性的同时，不断改善发电出力，效率，排放并拓展其应用领域。如今，F级燃气轮机产品线下的9FA和9FB两款机型，拥有着世界领先的技术及性能。 II. 产品的演化 9F级50Hz重型燃气轮机家族已有超过20年的发展历史，1991年，GE推出简单循环出力达212MW，效率达35.0%的9F型燃气轮机。随后，很快又推出了增加了14.5MW出力和更高效率的9FA燃机(01版)。如图1所示，9FA燃机持续改进，接着推出了9FA燃机(02版)以及现在的03版设计。目前，9FA燃机(03版)做了多种针对客户需求的改进，包括了机组性能的提高，运行灵活性的增强和机组可用率的提升。这些技术中包括了增强型压气机，干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+), 热通道部件冷却技术升级及叶片状态监测等。 图1：9F重型燃气轮机的演化

随着客户需求的不断发展，9F燃机家族推出了更高出力和效率的9FB燃机。作为GE最先进的50Hz空冷燃机，9FB燃机应用了与9FA燃机相同的压气机设计并提高压比，使用了新型的可适应更高燃烧温度的热通道部件。从干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+)，到更高性能的新型部件，再到可减少安装时间的模块化辅助系统，9FB燃气轮机正用不断的技术革新来满足客户日益发展的需求。 2011年，为满足客户一直以来对机组运行灵活性的需求，GE推出了FlexEfficiency* 50联合循环电厂，该电厂以全面革新的9FB燃机为基础，结合压气机和透平升级技术, 继续采用干式低氮燃烧系统(DLN 2.6+), 单轴配置下额定出力可达510MW，满负荷下效率大于60%。FlexEfficiency* 50联合循环电厂设计和燃机设计平行进行，整体优化，确保了机组高水平的运行灵活性。9FB 燃机(05版)，9FA燃机，9FB燃机(03版)性能对比，请参见表1。 9FA和9FB燃机系列运行效率高且兼顾运行灵活性。在考虑燃料成本时，9FB燃机的高效率缓解了燃料成本高企给电厂带来的压力，而在考虑机组成本时，9FA 燃机为简单循环调峰运行和联合循环电厂提供了经济的解决方案。9FA和9FB燃机的运行灵活性可满足当今电网调峰及平衡可再生能源供电波动的快速响应的需求。拥有灵活起停及更低的部分负荷运行能力的9FA和9FB燃机为电厂操作人员提供了适应电力需求波动的最佳选择。此外，9FA和9FB燃气轮机还可满足部分区域电网对于频率波动和欠频运行的要求(具体的偏频运行水平需要根据具体现场和地方法规要求而定。) 机群数据统计 目前，9F燃机累计装机240台，总计运行超过9百万小时和9万次启动。9F机组于20年前推出，目前已遍布世界各地。除了在像西欧这样的发达国家市场上运行(如英国，意大利，西班牙等)， 9FA和9FB燃机市场亦扩展到了新兴市场，例如东欧(拉脱维亚，立陶宛)，北非(阿尔及利亚，埃及)，中东，南美(智利，阿根廷)和中国。图2，图3是一些机组的现场安装照片。

重型燃气轮机发展情况概述

重型燃气轮机发展情况概述 燃气轮机热效率高、污染低、可靠性和维护性好、可用多种燃料、不用或少用冷却水等优点,是多学科和多工程领域综合发展的高科技产品。自20世纪40年代问世以来，燃气轮机技术及产业发展迅速，目前已开始应用蒸汽冷却技术，透平温度达到1400℃，功率和效率更高，H级燃气蒸汽联合循环发电机组，单机联合循环功率已接近50万千瓦，效率已达55%～58%。然而燃气轮机制造涉及多学科一系列高技术的组合，一些发达国家对其部件出口和技术交流均有限制，虽然通过多年努力我们在燃气轮机技术上已取得了显著成效，但是仍需进一步攻克核心技术，取得燃气轮机关键技术、设备自主设计和制造能力。 一、大力发展燃气轮机的必要性和可行性 1. 燃气轮机是调整能源结构和推动工业发展的广泛需求 2010年，我国一次能源产量达到28.5亿吨标准煤，居世界第一，消费总量达到32.5亿吨标准煤。电力装机翻倍增长，总装机规模达到9.65亿千瓦，居世界第二；自2005年起，我国装机每年跨越一亿千瓦的平台，陆续实现了历史性跨越，迈上了一个又一个新台阶。五年新增发电装机规模，相当于建国至2002年50多年的总和，也相当于英国、法国、意大利三个发达国家电力装机的总和，创造了世界电力发展史上的奇迹。但以煤为主的能源结构造成大气严重污染，世界银行估计空气污染每年给中国造成的直接损失占国内生产总值的8%～12%。因此，发展清洁能源势在必行。世界新增的发

电容量中有35%左右是由燃气轮机联合循环机组提供的。多数专家估计，在未来20年，亚洲将越来越依靠天然气发电，到2020年天然气发电的比例将占15％，发展燃气轮机技术对于提高天然气等清洁燃料的应用比例、优化能源结构具有重要作用。 燃气轮机的用途广泛，在电力领域和其他工业领域都有重要应用。除用于基本负荷发电外，燃气轮机启停方便、功率较大，还可用于备用电站、热电联产、尖峰负荷发电等，是电网调峰、提供清洁可靠、高质量发电及热电联供的最佳方式。 燃气轮机除可利用天然气、液化石油气等高热值燃料外，还可以利用高炉煤气、整体煤气化联合循环（IGCC）合成气、焦炉煤气等中低热值燃料，对调节能源结构起到促进作用。如20世纪90年代后，美国、西欧就相继建成了数座20～30万千瓦的大型IGCC示范电站，并投入商业化运行，许多国家都加快了IGCC等洁净煤发电技术的发展步伐。 除发电外，燃气轮机还广泛用于驱动压缩机和泵等机械的动力源。目前，天然气长输管线压缩机和大型输油管线增压泵的驱动只能采用燃气轮机或 电动机，如我国“西气东输”工程加气站用的燃气轮机基本由英国“罗罗”公司和GE公司中标，其产品价格昂贵且不转让技术；化工工业以及舰船、机车驱动等也都广泛用到燃气轮机。 此外，分布式发电系统采用的微型燃气轮机是一类新型发动机，近年来，随着全球范围内的能源与动力需求结构以及环境保护等要求的变化，微型燃

浅析重型燃气轮机现状与发展趋势 吴亚鹏

浅析重型燃气轮机现状与发展趋势吴亚鹏 发表时间：2018-05-14T11:27:20.687Z 来源：《电力设备》2017年第36期作者：吴亚鹏[导读] 摘要：近年来，随着科学技术的飞速发展，我国的重工业技术取得了多项突破。（南京汽轮电机（集团）有限责任公司江苏省南京市 210000）摘要：近年来，随着科学技术的飞速发展，我国的重工业技术取得了多项突破。其中，重型燃气轮机的研究，是我国重工业发展水平不断提高的重要体现，作为将热功能转换为电力的关键设备，它的研发对于我国工业领域的发展与进步起到了重要的推动作用。本文首先分析了重型燃气轮机的发展现状，进而对其未来发展趋势进行了探讨，希望为我国重型燃气轮机的发展提供一定参考。 关键词：重型燃气轮机；现状；发展趋势燃气轮机的研究开始于二十世纪初，经过近百年的发展，已成为重要的发电方式之一，而且还在向着更高技术方向迈进。我国在重型燃气轮机方面的研究起步较晚，在核心技术上仍然与部分先进国家存在差距，还需要在基础和应用基础研究等方面进行突破，以为我国经济社会的发展提供充分的保障。 1重型燃气轮机的发展现状 1.1国内燃气轮机产业的发展随着国民经济的高速发展，我国有关燃气轮机电站的建设越来越紧迫，考虑到成本支出的合理性，对于E级和F级重型燃气轮机技术进行了重点引进，这在很大程度上推动了我国燃气轮机产业的发展。但是，在某些技术上仍然比较落后，与国外先进水平还存在着不小的差距。对于国内的制造企业来说，有关燃气轮机的关键技术还未真正掌握，也不具备核心产品的自主研发能力，总体上看，还不能与国外先进企业相抗衡。当前来说，国内燃气轮机产业的发展还有很大成长空间。 1.2基础研究方面现状在基础研究方面，主要是在两个大型项目上进行了部署，一个是“燃气轮机的高性能热功转换关键科学技术问题研究”，通过该项目的建设实施，对机理性实验研究平台进行了构建，获取到了多项基础实验数据，对于某些关键问题进行了解决，进而推动我国燃气轮机组的技术水平向前迈进了一大步。另一个是“大型动力装备制造基础研究”，基于超强冷却原理，对F级透平高温动叶片进行研究，并且还对盘式拉杆组合透平转子体系进行了相应的探索，以此创建系统化的研究体系。从结果来看，上述研究项目的开展，取得了比较理想的结果，有效推动了我国重型燃气机轮技术的发展。不过，对于核心技术的研究，还需进一步努力。 1.3试验设施建设现状有关燃气轮机组的实验研究，我国的自主研发能力还存在不足，比如设计参数的应用，就需要通过不断的实验研究加以验证，从而对参数的可靠性进行分析，确保其在压气机、燃烧室等处的运用。当然，我们也需要认识到，有关实验设施的投入是燃气轮机实验研究的重要方面，其不但在设备的引进方面成本较高，后续的运行维护也需要人力、物力的大量投入。为尽快赶上国际先进水平，我国在试验设施建设方面的投入也是非常可观的，而且已经取得诸多研究成果。 2重型燃气轮机的发展趋势 2.1在基础和应用基础研究方面取得突破结合国内研究现状来看，重型燃气轮机的基础研究还比较薄弱，在核心技术方面，包括有关的人才建设等都需要加大投入，以促进整个行业领域的快速发展。因此，国内重型燃气轮机的研究，应将基础和应用基础研究作为重要方向，促进我国重型燃气轮机器械建设工作发展的同时，尽快完成燃气轮机产业体系的构建。只有在基础和应用基础研究方面取得突破，才能进一步实现核心技术的掌握，才能实现燃气轮机的自主研发。根据国际上已发展成熟的技术理念，深入开展基础研究工作，对有关内容、标准加以明确，从而推动相应研究成果的转化，在研究价值上得到充分的保障，同时加快人才储备方面的建设，以此推动我国重型燃气轮机研究工作的迅速开展。 2.2加快推进重型燃气轮机理论研究基于我国当前的研究现状，加快推进重型燃气轮机的理论研究，首先，对燃气轮机的部件基础部分进行理论方面的研究，通过实验分析推动其向深层次发展。特别是对于关键部件的机理进行掌握，对其核心技术进行探索。结合理论方面的研究，对特定学科进行重点建设。比如燃烧学、传热学等学科要予以充分的重视。其次，对于与燃气轮机等相关学科存在交叉的学科也应开展重点研究，通过交叉学科的建设推进燃气轮机理论基础方面的进步，实现学科建设的整体发展。再次，对燃气轮机燃烧室、压气机等实验设施，加快建设工作，再加上性能实验验证平台的构建，不断推进重型燃气轮机理论上的发展。 2.3构建重型燃气轮机创新体系对于我国国民经济以及能源电力行业的发展来说，重型燃气轮机有着战略性的意义，面对我国重型燃气轮机自主研发能力不足，核心技术欠缺的局面，都应尽快予以改观；引进国外先进经验以及技术的同时，也应充分发挥我国自身的制度优势，推动以企业为主体，产学研相结合的创新技术体系的构建，只有形成了自主创新体系，才能实现重型燃气轮机产业的进一步发展。当然，还需推动相关配套能力的提升，以及后续生产制造技术的优化，服务质量的改善等。随着我国经济社会的飞速发展，燃气轮机的研究与电力行业的发展有着越来越紧密的联系，电力行业的发展也为燃气轮机的研究提供了重要的支持。 3结语 总的来说，我国的重型燃气轮机研究与国外先进水平还存在很大差距，这是我们必须予以正视的，只有认识到差距，才能不断努力，以在不久的将来迎头赶上。考虑到我国燃气轮机产业发展、基础研究以及试验设施建设等方面的现状，专业技术人员及相关部门应加快技术上的探索，在基础和应用基础研究方面取得突破，并不断推进重型燃气轮机理论研究，构建起重型燃气轮机的创新研发体系，推动我国重型燃气轮机走上自主研究、消化、吸收相结合的发展之路，实现重型燃气轮机的技术上的突破，为国民经济的发展提供充分的保障。参考文献： [1] 张婉悦.重型燃气轮机控制发展及关键技术探究[J].化工中间体，2015（12）：52-53. [2] 赵龙生，钟史明，王肖祎，等.H级重型燃气轮机的最新发展概况[J].燃气轮机技术，2017（3）：27-31. [3] 刘毅敏.浅谈重型燃气轮机现状与发展展望[J].中国设备工程，2017（10）：155-156. 作者简介：

重型燃气轮机控制系统的结构研究_夏心磊

第36卷 第4期热力透平Vol 36No 4 2007年12月THE RM ALTU R BINE Dec.2007 重型燃气轮机控制系统的结构研究 夏心磊,谢剑英 (上海交通大学自动化系,上海,200030) 摘 要: 分析介绍了目前应用于电站的重型燃气轮机控制系统的硬件组成,针对西门子燃机控制系统,详细描述了闭环调节回路的各个组成模块以及特点,为燃机控制系统的选择、控制方案的设计提供了技术借鉴。 关键词: 重型燃气轮机;西门子;控制策略;SIM A DY N-D 中图分类号:T K323 文献标识码:A 文章编号:1672-5549(2007)04-0245-06 Research on Stru ctu re of Control S ystem for Heavy-Duty Gas Turbine X I A X in-lei,X I E J ian-y ing (Au toma tio n D ep artme nt o f Sh a n gh a i Jia oto n g U nive rsity,Sh a ng h ai200030,Ch in a) Abstract: T he hardwar e com ponents ar e intr oduced fo r contro l system of heav y-dut y gas tur bine in po wer plants.T he char act eristics of each co nt ro l block for closed-loo p contro l cir cuit ar e giv en in det ail fo r the r efer-ence o f the co nt rol system cho ice of g as tur bine and the design of co ntr ol scheme. Key words: heav y-duty gas turbine;Siemens;contr ol str ategy;SIM A DY N-D 0 前言 燃气轮机自从1939年成功应用以来,目前以GE、西门子/西屋、三菱和阿尔斯通等主导公司为核心,其他制造公司多数与主导公司结成伙伴关系。燃气轮机的控制系统性能决定着相应的动力装置的变工况性能、经济性和安全性能,正因为控制系统的特殊重要性,各大公司也推出了相应的燃气轮机控制系统,比较著名的硬件有GE公司生产的Speed-tronic TM Mark系列硬件,西门子公司的SIMADYN-D、TELEPERM XP以及SPPA T3000控制系统等等。国内相应的燃气轮机电站也大多直接进口国外的控制系统;但随着国内燃气轮机技术的不断发展,燃气轮机的国产化程度逐步提高,必然对控制系统的可靠性和自动化程度提出更高的要求。本文以西门子燃机为例,对其控制系统进行分析和研究。 1 燃气轮机控制系统的软硬件结构 目前的燃气轮机控制系统普遍采用分布式控制系统,都有界面友好的人机接口,提供监视、调试组态的软件;重要的控制器、网络控制器、网络都采用冗余结构,有些控制系统甚至在I/O级也实现双重冗余。下图为西门子SIM ADYN-D系统在某燃机电站的实际硬件配置图(部分)。 多重网络按照不同的功能划分,Terminal Bus主要用于人机界面、数据的存储、分析;Plant Bus用来实现控制器之间的数据通讯,并提供与Terminal Bus的通讯接口;最底层是I/O级的总线,实时性要求高,负责与执行设备的数据连接。图中的TCS系统负责汽轮机和燃气轮机控制,实际上是整个电站控制系统的一部分。 从燃气轮机控制的软件功能来说,主要是在燃气轮机启动运行过程中实现对燃气轮机的控制与保护,以确保燃气轮机正常工作。 2 西门子燃气轮机控制系统的模块 化设计 由于电力能源目前不能通过一种高效的方式 收稿日期:2007-04-05 作者简介:夏心磊(1975-),男,工程师,大学本科,1997年毕业于江苏理工大学工业电气自动化专业,从事汽轮机控制系统工作,现任上海汽轮机有限公司自动化控制中心调节三组组长,在职就读上海交通大学自动化系工程硕士。

《国产航母将使用的国产重型燃气轮机首次曝光》阅读练习及答案

（三）说明文阅读（12分） 国产航母将使用的国产重型燃气轮机首次曝光 ①燃气轮机是现代制造业的“动力之源”，其中的涡轮高温叶片则是燃气轮机的核心部件之一。日前，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”通过专家验收。 ②燃气轮机是大型客机、特种船舶（重型航母）和民用发电等领域的主要动力源之一，而涡轮高温叶片及其制造技术则是燃气轮机的核心，也是制约我国燃气轮机发展的主要瓶颈。 ③国外对此严格保密，客观上使我国的大飞机、地面燃机等重大工程均受制于人。2008年上海市科委设立重大研究专项课题，针对当前国际上最先进的F级256MW 重型燃气轮机涡轮高温叶片开展技术研究和攻关，由上海大学为主承担。 ④涡轮叶片的制造原理，是将镍基金属溶液浇铸在模具，再进行冷却结晶，过程类似于冬天水汽在玻璃窗上遇冷结晶形成“冰花”。涡轮叶片能否耐受高温、是否有足够的强度，和结晶过程中的温度以及晶体形成的数量、甚至方向都有关系。 ⑤一般来说，晶粒数越少，叶片的耐高温性越好，也越能胜任发电机燃气轮机等高功率设备用途。目前行业内最难的技术，是让整个叶片成为一个晶粒，即“单晶”技术。 ⑥此外，如果让晶粒有序地向一个方向排列，也能提高叶片强度，避免断裂，此类技术为“定向”技术。通过4年的努力，课题组在上述两种技术路径上均有突破，形成了自己独特的工艺路线。 ⑦该项目的成功，不仅有助于我国在燃气轮机关键部件方面突破国外封锁，对于国内发电厂来说也是重大利好消息。就比如重型燃机的一级涡轮，一共有96片高温合金叶片，如果采用国外厂商的产品，一片叶片的制造成本在40万元左右，市场售价达100万元；但如果采用国产叶片，制造成本仅为国外价格的1/4。 ⑧中国将会在2015年完成首艘常规动力航空母舰（排水量在5-6万吨）的建造工作，而首艘核动力航母预计将会在2020年下水。 （选自《参考消息》略有改动）17．阅读选文，制约我国燃气轮机发展的主要瓶颈是什么？（3分） 18．下列说法中不符合原文意思的一项是（）（3分） A．一般来说，晶粒数量越少，其耐高温性越差。 B．涡轮叶片的制造过程类似于冬天水汽在玻璃窗上遇冷结晶形成“冰花”，其强度、耐高温性与结晶过程中的温度以及晶体形成的数量、方向有关系。 C．以上海大学为主承担的重大专项课题组在“单晶”技术和“定向”技术两个方面都有突破，有助于我国在燃气轮机关键部位方面突破国外封锁。 D．燃气轮机是大型客机、特种船舶（重型航母）和民用发电等领域的主要动力源之一。 19．第⑦段运用的说明方法有哪些？（3分） 20．第⑤段画线句子“一般来说，晶粒数越少，叶片的耐高温性越好，也越能胜任发电机燃气轮机等高功率设备用途”中的“一般来说”可不可以删掉？为什么？（3分） 答案：