燃气轮机的内部结构碳化硅换热器优缺点

发布时间：2023-08-04 08:33:34编辑：温柔的背包来源：

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一、燃气轮机的内部结构

燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且还要承受燃气轮机启停时温度剧烈变化带来的热冲击，工作条件恶劣，是决定燃气轮机寿命的关键部件。燃气轮机。为了保证足够的寿命，两大部件中工作条件最恶劣的部件，如火焰管、叶片等，必须采用镍基、钴基合金等高温材料制成，同时此时还必须采用空气冷却来降低工作温度。

对于燃气轮机来说，除了主要部件外，还必须有完整的调节和安全系统，还必须配备良好的辅助系统和设备，包括：启动装置、燃油系统、润滑系统、空气滤清器、空气滤清器、空气过滤器等。进气、排气消声器等

燃气轮机有两种类型：重型和轻型。重型零件比较重，大修周期长，使用寿命可达10万小时。灯结构紧凑、重量轻，采用的传统材料一般较好。其中飞行器结构最紧凑、重量轻，但寿命较短。

与活塞内燃机和蒸汽发电厂相比，燃气轮机的主要优点是体积小、重量轻。重型燃气轮机的单位功率质量一般为25kg/kW，飞机的单位功率质量小于0.2kg/kW。燃气轮机占地面积小。用于车辆、船舶等运输机械时，可以节省空间，还可以配备功率更大的燃气轮机，提高车辆、船舶的航速。燃气轮机的主要缺点是效率不够，部分负荷时效率下降较快，空载时油耗较高。

不同的应用部门对燃气轮机有不同的要求和使用条件。功率在10兆瓦以上的燃气轮机大部分用于发电，功率在30-40兆瓦以上的燃气轮机几乎全部用于发电。

燃气轮机发电机组无需外接电源即可快速启动，机动性好。用于电网调峰负荷并作为应急备用，可以更好地保证电网的安全运行，因此得到广泛的应用。在汽车（或拖车）电站、火车电站等移动电站中，燃气轮机因其重量轻、体积小也得到广泛应用。另外，还有很多采用燃气轮机的便携式电源，最小的也在10千瓦以下。

燃气轮机未来的发展趋势是提高效率、采用高温陶瓷材料、利用核能和发展燃煤技术。提高效率的关键是提高气体的初始温度，即改进涡轮叶片的冷却技术，生产能够承受更高温度的高温材料。最重要的特点是提高压缩比，开发级数更少、压缩比更高的压缩机。三是提高各组成部分的效率。

高温陶瓷材料可以在1360以上的高温下工作。当它们用作涡轮叶片、燃烧室火焰管等高温部件时，无需空气冷却即可大幅提高燃气初始温度，从而大大提高燃气轮机的性能。效率。适用于燃气轮机的高温陶瓷材料包括氮化硅和碳化硅。

根据闭式循环装置，该装置可以利用核动力，它采用高温空冷反应堆作为加热器，反应堆的冷却剂（氦气或氦气、易半解氮等）作为同时作为压缩机和涡轮机的工作介质。燃气轮机润滑油系统是任何燃气轮机所必需的重要辅助系统。其作用是在机组启动、正常运行和停机过程中，向运行中的燃气轮机发电机组各轴承、传动装置及附属设备提供充足的量、适宜的温度和压力、清洁的润滑。油，保证机器黑等故障时安全可靠运行，防止轴承烧毁、转子轴颈过热弯曲、高速齿轮法兰变形等事故。另外，部分润滑油可以从系统中分流成为液压油系统的油源，或者经过滤后作为控制油系统的油。

联合循环发电机组的润滑油系统有几种不同的配置。对于单轴机组，燃气轮机和汽轮机共用一套润滑油系统；机组可以共用一套润滑油系统，也可以单独设置一套润滑油系统，这取决于机组的总体布局，但由于电站需要分期建设，大多数多轴单位采取单设方式；还有一种航空衍生的燃气轮机。由于燃气初始温度较高，燃气发生器需要较高品质的润滑油，因此为燃气发生器设置了一套单独的润滑油系统，为动力涡轮机和发电机设置了另一套润滑油系统，前者采用合成油油，后者使用矿物油。

就润滑油系统而言，无论是共用系统还是独立系统，其设计原理都是相同的。整个润滑油系统的组成应包括以下设备：当辅助润滑油泵出现故障，或因交流电源丢失，或因主、辅泵不能工作而机组停机时，泵投入运行。紧急情况下关闭。由于应急泵只有在发生故障时才工作，因此其压力和容量一般较小。有些润滑油系统采用高位油箱代替应急油泵。

润滑油流经各润滑点（轴承、齿轮等）后，温升14-33（配备减速机时温升可达33），因此从各润滑点返回的润滑油系统必须冷却以保证合适的供油温度。应用最广泛的仍是管式油冷却器。常用的冷却方式是水冷，其次是风冷。风冷的优点是不需要冷却水，可以在缺水地区使用。但由于空气的传热系数比水低很多，所以风冷式油冷却器的体积相对要大很多。采用水冷时，常设置两台并联的可切换油冷却器。

主润滑油滤器多采用两台并联可切换滤油器。主滤油器应安装在油冷却器的下游。

润滑油系统除上述设备外，还需要阀门、孔板、温度开关、压力开关、油箱液位指示器、润滑油加热器等各种元件和设施，以保证正常、安全。以及系统的可靠运行。工作。

为了保证燃气轮机及其驱动设备良好的润滑，除了设计良好的润滑油系统外，选用性能优越的润滑油也是一个重要因素。由于早期燃气轮机的透平入口温度不是很高，所以其使用的润滑油与蒸汽轮机使用的润滑油基本相同。重点是油的高温抗氧化性能，而汽轮机重点是重油的抗乳化性能（分水性能）。许多制造商正在开发具有上述两种类型优异性能的联合循环油，特别是用于同一润滑油系统的单轴机组的油。润滑油是在基础油中添加防锈、防腐、抗氧化等各种添加剂后的成品。基础油可以是矿物油或合成油。由于合成油纯度高，其性能和使用寿命均优于矿物油，但价格一般是矿物油的23倍。评价润滑油质量的性能指标包括油的物理性能、表面性能和氧化性能三个方面，燃气轮机制造商将为此提供选用建议。

对润滑油的要求，原则上有以下几个方面：

1、要求满足轴承、齿轮装置的起动、加速、全速、超速等各种工况所需的润滑油的性能。

2、要求适应油缸、伺服阀等液压系统所需液压油的性能。

3、导热油性能。它可以吸收轴承、齿轮箱等各种热表面的热量，并将其传递到润滑油热交换器（油冷却器）。

4、在一定温度和压力下工作、静态或储存状态下具有稳定的物理性能、表面性能和氧化性能。

5、能适应润滑系统和其他油系统中的各种机械材料，并能保护材料免受腐蚀。

6、具有自动去除空气、水等污染物的性能。

7.具有一定的阻燃性。

选择润滑油时，除了遵循设备制造商的建议外，更应注重以下性能指标：

1. 粘度及粘度指数

为了保证燃气轮机常温启动时各轴承的静压润滑和液压系统的快速响应能力，希望启动时润滑油的粘度不要太高。为此，大多数透平机械选用粘度为28.835.2/s的润滑油，即粘度等级为ISOVG32的润滑油。燃气轮机正常带负荷运行时，轴承间隙内的工作温度可能高达120，此时对油的粘度要求较高。为此，应选择粘度随温度变化缓慢，即粘度指数大的润滑油。这里建议油的粘度指数应在100以上，至少不能低于90。

2、氧化安定性

燃气轮机工作时，润滑油受到强烈的热氧化，汽轮机油常用的挥发性防锈剂和抗氧化剂并不适合燃气轮机使用的润滑油。对于在温度高于260环境下工作的轴承，49号文件明确规定，所使用的润滑油不得含有DBPC（二叔丁基对甲酚）等挥发性抗氧化剂。对于氧化安定性，传统的考核指标是油品氧化后酸价达到2.0mgKOH/g所需的小时数（国外缩写为TOSTLife，即总氧化安定性试验寿命），当气体初始温度不是很高有些情况下只考核这个指标就够了，只要求在2000h以上。

但由于TOST是在95的试验条件下进行的，而该温度与燃气轮机轴承的工作温度相距甚远，对于燃气初始温度较高的新一代燃气轮机来说，仅仅依靠TOST是不够的。单独测试TOST，所以加了油。旋转氧弹测试指标，检查油品在较高温度下的性能。旋转氧弹测试的温度为150，远高于TOST。

3、破乳值，又称分水性能

这是指油和水的分离能力。测量方法是将40mL油和40mL水放入特制试管中，按规定的测试程序混合，然后测量油和水完全或几乎完全分离的时间（min）。油水分离度可为40-37-3.40-40-0等。对于燃气轮机来说，这并不是一个很强的性能指标，因为在燃气轮机中，润滑油不太可能被水（或蒸汽）污染。在汽轮机中，油水混合的可能性非常高，油的破乳价值不容忽视。指标至少为油水分离至40-37-3，时间不超过15分钟。对于联合循环电厂，如果燃气轮机和汽轮机共用润滑油系统，则必须考虑油的高温性能和分水性能。

4、空气释放值

由于大多数燃气轮机轴承使用密封空气，因此来自轴承的回油中必须存在空气。进入油层的空气必须在油返回油箱后的短暂停留时间内从油层中释放出来。选择润滑油时，其空气释放值不应大于油在油箱中循环一次的时间。

5、发泡性能

发泡性能和空气释放值是两个相互关联且容易混淆的概念。事实上，空气的释放发生在油层内部，泡沫是在油的表面产生的。一般认为，油面形成5mm的泡沫是正常的。但泡沫过多，当油箱通气（排气）口充满泡沫时，会因阻碍空气排出而造成严重后果。因此，油品的起泡性能至少应达到通用透平油的标准。

另外，新油的颜色应浅，最好不超过ASTMD1500中的2.0。对于带有负载齿轮箱的机组，必须考虑油的承载能力，应选用承载能力（FZG）7级或以上的油。