燃机技术丨GE 9F燃气轮机结构介绍

        压气机是燃气轮机的主要部件之一，负责从进气系统吸入空气，并将空气压缩增压，然后连续不断地向燃烧室提供高压空气。

        燃气轮机9FA采用的是轴流式压气机，共有18级，末尾有两级导向叶片（EGV1、EGV2）。压气机包括三段缸体，分别是压气机进气缸、压气机缸、压气机排气缸。它的气缸、外壳和框架都有水平中分面。当压气机上半缸吊开时，所有静叶能按圆周方向滑出来，以便进行检查、更换。可变进口导叶也可以在压气机进气缸上半吊起后按径向滑出。使用的压气机主要有轴流式和离心式两种类型。

9FA机组与底座之间的支撑 采用的是刚性联轴器连接，汽轮机高压缸前机箱，在3号轴承的中心线位置用轴向和横向键锚接到基础板上，并用地脚螺栓压紧，构成本机组热膨胀的绝对死点。这种布置方式的燃机的前支撑可微量移动，并在压气机进气缸下部增加了复合导向键。在燃机进气缸和汽轮机的前机箱之间左右装有两根可调整的、自对中的轴向连接杆，将燃机和汽轮机高压汽缸连接成一个整体。

1#轴承位于进气缸内，轴承是支撑转子并允许转子高速转动的承力部件，机组运行时，轴承受到转子的径向及轴向作用力，再经过轴承座传至气缸上或者直接传至底盘上。9FA燃气轮机有两只径向轴承用来支撑燃气轮机转子，有两只推力轴承用来保持转子与静子的轴向位置，在单轴联合循环机组中，燃气轮机、蒸汽轮机和发电机共用一个推力轴承。1号径向轴承和推力轴承两侧有挡油环和轴承座组成迷宫式密封，在轴承的两侧也有铝合金材质的油封，它和轴承座的也组成迷宫式密封。

1号轴承有润滑油系统供应润滑油进行压力润滑。因为挡油环和转子轴颈之间总的间隙大概在0.015英寸左右，间隙很小，再有机组的润滑油油箱有较高的负压，有较大的抽吸作用，所以只用油封，不再使用气封。

 1号径向轴承是自整位可倾瓦轴承，有四个可倾瓦块，瓦块表面材料为巴氏合金，在下半的两个瓦块，每个瓦块上都有一个顶轴油孔和一根测瓦块金属温度的热电偶（BT-J1-1A、1B、BT-J1-2A、2B）径向轴承和推力轴承都可在不吊出转子的情况下更换。

推力轴承包括推力盘、推力瓦、均衡板、座环等。推力盘是和转子轴颈一体的，随转子一起转动。静止部件的推力瓦由均衡板的淬硬钢调整杠杆支撑。瓦块和均衡板装在座环中，整个静止组件支撑在轴承座内，并用销钉固定在轴承座下半，防止其随转子一起转动。推力瓦块是扇段形状，主推和副推各有十三块瓦块。在早期的９ＦＡ机组中，主推力瓦块是十二块，副推是十三块。瓦块表面镶有巴氏合金。推力轴承是可倾瓦自卫型的。

推力轴承有润滑油润滑，推力瓦和推力盘的相对运动形成和保持的润滑油膜将两者分开。这层油膜承受着推力载荷并防止轴承表面金属之间的接触，同时带走因油膜剪切作用而产生的热量。顶轴油、径向轴承和推力轴承的回油汇流到一起从进气缸前出口排出。

压气机缸是压缩空气的部位，材料为球墨铸铁。压气机排气缸材料为CrMoV或NiCrMo。压气机气缸内壁装有0-12级静叶，压气机排气缸内壁装有13-17级静叶和两级出口导向叶片（EGV1、EGV2），它们共同组成压气机的静子。压气机缸有两级抽气，共8个抽气孔，允许抽出第9级和第13级前的空气。抽出的空气除了用于冷却第二级和第三级透平喷嘴外，还在机组启动和停机时将抽气放掉，防止压气机发生喘振。

压气机排气缸除了能容纳压气机静子的后七级外，还构成压气机排气通道的内、外壁，同时为第一级喷嘴组件提供支撑，与透平缸连接，并支撑燃烧室外壳。压气机排气缸内有排气室，从排气室抽出的空气为燃料系统提供吹扫气源，为进气加热系统提供气源，压气机防喘放气阀的控制气源也来自排气室抽气。有一点需要注意，压气机抽气的抽气口并不在压气机排气缸，而是在透平缸。

压气机静叶在气缸上有两种固定方式：

第一种是直接装配的静叶，压气机5-16级静叶为单独个体叶片，为长方形基面的T型叶根。气缸上加工有叶根槽，静叶一片一片地装入叶根槽中。

第二种是带有静叶持环的静叶，0-4级静叶，17级、EGV1、EGV2一共7级静叶都是装在静叶持环内，封口用锁键固定，通常分为数个扇形段，一个个装入气缸内。

燃烧室位于压气机与透平之间，整个部件依托在压气机排气缸上，里侧连着透平一级喷嘴，外部用螺栓固定在压气机排气缸上，部件全部是高温合金材料制造。

主要有三项基本功能：

（1）使燃气与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，将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做功。

（3）控制氮氧化合物的生成，使透平的排气符合环保标准的要求。

燃烧室通常有单管圆筒形、分管形、环管形和环形。GE公司的重型燃气轮机采用的是分管形结构。

在国内的9FA燃气轮机最初采用的DLN2.0+型燃烧室，现在使用的是DLN2.6+型燃烧室，燃烧温度达到1327度。

燃烧室的组件主要由燃料喷嘴和燃烧端盖组件、燃料喷嘴外缸、过渡段、导流衬套、火焰筒、联焰管和后缸等组件构成。各组件均可以单独拆卸。

9FA燃气轮机在压气机排气缸的外缘，沿周围布置着18个逆流分管式DLN2.6+燃烧室，每个燃烧室有6个喷嘴。在各个燃烧室之间有联焰管进行连接。在2号和3号燃烧室配有高能火花塞点火器，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。15-18号燃烧室装有4个火焰探测器，紫外线探头被冷却水套冷却，在检测到燃烧室有火焰后，它会发出信号。每个燃烧室上还装有一个脉动压力探头，用来检测燃烧的脉动。脉动压力探头孔也可以作为内窥镜的进口，通过它进入到火焰筒内进行检查。

9FA燃气轮机在压气机排气缸的外缘，沿周围布置着18个逆流分管式DLN2.6+燃烧室，每个燃烧室有6个喷嘴。在各个燃烧室之间有联焰管进行连接。在2号和3号燃烧室配有高能火花塞点火器，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。15-18号燃烧室装有4个火焰探测器，紫外线探头被冷却水套冷却，在检测到燃烧室有火焰后，它会发出信号。每个燃烧室上还装有一个脉动压力探头，用来检测燃烧的脉动。脉动压力探头孔也可以作为内窥镜的进口，通过它进入到火焰筒内进行检查。

燃气透平是燃气轮机中一个重要部件。它的作用是把来自燃烧室的、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压缩空气，多余的部分才作为燃气轮机的有效功输出，带动外界负荷。大概有将近2/3的能量都用来带动压气机做功。

9FA燃气轮机的燃气透平是三级轴流式透平。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、护环、透平排气缸组成。

燃气轮机的后支撑在透平排气缸上，为补偿机组水平时的重力作用，透平缸和透平排气缸的中心低于压气机缸和压气机排气缸中心0.010英寸。

透平气缸为铸造结构，一般用耐热铸钢或球墨铸铁制成，它的前部和压气机排气缸相连，共同为燃烧室系统提供空间，也是主要的受热部位。透平缸和压气机排气缸在这五段缸体中是最为复杂的两段缸体，所以也是国产化最晚的。透平缸内主要包括透平转子、透平喷嘴、护环、持环以及检测透平缸轮间温度的热电偶。透平气缸控制着护环和喷嘴的轴向和径向位置，而燃气轮机第二次水平找中时2号轴承的中心是

以透平气缸第三级喷嘴的中心为基准的，因此透平气缸的精度控制着整个燃气轮机的间隙。

燃气透平有三级喷嘴，他们引导经过膨胀的高速燃气流向透平动叶，使转子转动。由于气流通过喷嘴时产生高压降，因此在喷嘴的内外侧都安装有迷宫式的气封，以防止由泄漏引起的系统能量损失。这些喷嘴工作在热气流中，除了承受燃气压力负荷外，还要承受巨大的热应力。

       透平第一级喷嘴接触的温度最高且不均匀的燃气，在启动和停机时又是承受热冲击最严重的零部件，经过冷却后还要承受高达900度的高温，所以对它的材料要求很高，寿命在三级喷嘴里也是最短的，目前国内还没能力来制造。第一级喷嘴每两只叶片组成一个喷嘴段，共24组。在持环的导引下，周向的滑入压气机排气缸的末端。第一级喷嘴和燃烧室的过渡段连接，连接处有气封片，防止高温燃气泄漏。第一级喷嘴采用FSX414精铸叶片，并用真空等离子体喷涂保护层。

一级喷嘴

第二级喷嘴设计成两只叶片一组的铸造喷嘴段，周向滑入透平缸，共24组。它是采用GTD241镍基合金精铸，用Pack 

Process工艺渗入保护层。

第三级喷嘴设计成三只叶片一组的铸造喷嘴段，周向滑入透平缸，共20组。它采用GTD241镍基合金钢精铸，应用堆积涂层保护。

透平的这三级喷嘴在不吊出转子情况下，都可以检修、更换。

透平这三级喷嘴全部采用空气冷却，其冷却结构采用薄膜冷却、冲击冷却和对流冷却的复合冷却方法。其中，第一级喷嘴采用压气机排气直接冷却，第二级喷嘴的冷却空气来自压气机第十三级抽气，第三级喷嘴的冷却空气来自压气机第九级抽气。

透平排气缸用冷拉伸螺栓连接到透平缸后侧。结构上，由其间用径向支柱连接的内外圆柱体组成。燃烧后的尾气从从排气框架径向支柱间穿过。2号轴承位于内圆柱体内。为了控制转子相对于静子的中心位置，支柱必须保持在均匀的温度下，因此支柱制成空心的，即在内圆柱体、支柱、排气缸内侧加一层金属包壳，使高温尾气不直接接触内外缸体。这样做是因为整个燃气透平的温度要比压气机温度高，热膨胀量也会比压气机大，导致整个轴系的不对中，引起整个轴系震动。这个包壳为冷却空气提供了一个回路，在燃机罩壳外设置的2台风机（88TK）不断吹入冷却空气，冷却完压气机排气缸，然后大部分空气去冷却透平转子第三级动叶后轮间，最后汇入高温尾气进入排气道。

透平转子采用贯穿螺栓结构，有透平前半轴，一、二、三级叶轮，级间，透平及拉杆螺栓组成。透平转子通过叶轮轮轴和级间上的配合止口控制各部件的同心度，用贯穿拉杆螺栓将它们压合在一起。扭矩靠螺栓压紧的各级间的摩擦力来克服。

透平转子的动叶片尺寸由第一级（叶高386.69mm）到第三级（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。每级透平动叶都是92片。

透平转子动叶采用带有枞树形叶根的长柄式动叶片，在叶片平台和叶根之间，通过较长的、断面为工字形的叶柄来连接。第一级和第二级动叶片的叶根底平面上均开设有小孔，可以通入来自转子内部从压气机第17级动叶前来的冷却空气，使叶根和叶身得以冷却，可以使叶根齿和轮缘的温度显著下降。

第一级动叶采用定向结晶一次成型，这种结晶方法能承受更高的温度。

第一级和第二级动叶片表面均有真空等离子涂层，采用空气冷却结构，冷却通道内表面喷涂一层铝保护层。第三级动叶片为非空气冷却。

第一级动叶采用对流冷却、冲击冷却、气膜冷却的方法。为了增强出气边的冷却，在冷却通道内还铸有多排针状的肋    条 ，以增强冷却效果。

第二级主要采用对流冷却。第三级第三级动叶处温度接近于尾气温度，比较低，不采用冷却。    

第二级和第三级动叶尖部由Z形围带封装，构成叶尖密封的一部分，这些围带在个叶片间联锁以阻尼振动，另外能更好的密封空气，防止能量损失。