燃機(jī)整體結(jié)構(gòu)和總體布局

第5章燃機(jī)整體結(jié)構(gòu)和聯(lián)合循環(huán)機(jī)組總體布局1一、燃?xì)廨啓C(jī)的整體結(jié)構(gòu)燃?xì)廨啓C(jī)的整體布置轉(zhuǎn)子的支承和軸向推力燃?xì)廨啓C(jī)的支架燃?xì)廨啓C(jī)的軸承和軸承座2現(xiàn)代電站燃?xì)廨啓C(jī)通常采用組裝式快裝機(jī)組的方式，壓氣機(jī)、備成套安裝在一個(gè)公共底盤上，形成箱裝式發(fā)電機(jī)組輕、小、簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。1燃?xì)廨啓C(jī)的整體布置3吊裝中的燃?xì)廨啓C(jī)9FA燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)進(jìn)氣缸壓氣機(jī)缸壓氣機(jī)排氣缸透平缸透平排氣缸燃?xì)廨啓C(jī)的整體布置轉(zhuǎn)子的支承和軸向推力燃?xì)廨啓C(jī)的支架燃?xì)廨啓C(jī)的軸承和軸承座一、燃?xì)廨啓C(jī)的整體結(jié)構(gòu)72轉(zhuǎn)子的支承和軸向推力轉(zhuǎn)子的支承方式對(duì)于電站單軸燃?xì)廨啓C(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子的支承通常采用雙支點(diǎn)或三支點(diǎn)的方式。外伸支承8懸臂支承:主要用于小功率燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的支承方式9

與雙支點(diǎn)外伸支承的轉(zhuǎn)子相比較，三支點(diǎn)支承轉(zhuǎn)子的剛性好，有利于壓氣機(jī)后幾級(jí)采用較小的徑向間隙，但多了一個(gè)軸承使結(jié)構(gòu)復(fù)雜了不少，且三個(gè)軸承同心度的偏差對(duì)轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速也有影響，因此對(duì)同心度的要求高，這給機(jī)組安裝、調(diào)整及檢修帶來(lái)極大不便，也影響運(yùn)行的穩(wěn)定性，這是一種過(guò)渡性的設(shè)計(jì)。10軸向推力從壓氣機(jī)和透平原理可知，氣流對(duì)動(dòng)葉的作用力可分為圓周向及軸向兩個(gè)分力，圓周方向的力使轉(zhuǎn)子與氣流之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。而軸向力則是力圖使轉(zhuǎn)子作軸向運(yùn)動(dòng)，這是我們所不希望的，必須設(shè)法抵消之。1112M701F聯(lián)合循環(huán)機(jī)組軸系13一、燃?xì)廨啓C(jī)的整體結(jié)構(gòu)燃?xì)廨啓C(jī)的整體布置轉(zhuǎn)子的支承和軸向推力燃?xì)廨啓C(jī)的支架燃?xì)廨啓C(jī)的軸承和軸承座141、燃?xì)廨啓C(jī)支架的基本要求支架將整臺(tái)燃機(jī)支托在燃機(jī)底盤上。燃?xì)廨啓C(jī)支架的結(jié)構(gòu)和布置一般均應(yīng)滿足下列幾點(diǎn)基本要求：（1）支架固定應(yīng)牢固、穩(wěn)定、振動(dòng)小，能承受各種可能力的作用，即機(jī)組的重量、旋轉(zhuǎn)傾覆力、軸向力、振動(dòng)力等；（2）機(jī)組前后兩端的支架應(yīng)靠近軸承座，支架之間的軸向距離應(yīng)近些，使氣缸保持良好的剛性；（3）支架處機(jī)組的熱膨脹不受阻礙，機(jī)組在工作時(shí)能保持中心不變；（4）機(jī)組轉(zhuǎn)子在輸出端即負(fù)荷聯(lián)軸器處的軸向熱膨脹位移量應(yīng)小。152、絕對(duì)死點(diǎn)在考慮機(jī)組的排列方式和安裝結(jié)構(gòu)時(shí)，在滿足氣缸剛性的前提下，氣缸的支承點(diǎn)的數(shù)目應(yīng)盡量減少，還應(yīng)確保機(jī)組在各種工況下的熱膨脹自由和熱態(tài)對(duì)中，即機(jī)組中心線的位置保持不變。16同時(shí)中心線上還應(yīng)有一個(gè)點(diǎn)的軸向位置相對(duì)于地面保持不變。顯然，該軸向位置保持不變的點(diǎn)是一“死點(diǎn)”。由于它是相對(duì)于地面而言，故稱“絕對(duì)死點(diǎn)”，以區(qū)別于轉(zhuǎn)子與靜子之間的“相對(duì)死點(diǎn)”。對(duì)于單軸機(jī)組，其絕對(duì)死點(diǎn)常設(shè)在溫度較低的功率輸出端，以減少減速齒輪或輸出端聯(lián)軸器的熱脹補(bǔ)償。分軸機(jī)組的絕對(duì)死點(diǎn)則常設(shè)在低壓動(dòng)力透平端。17絕對(duì)死點(diǎn)的選取必須與轉(zhuǎn)子的相對(duì)死點(diǎn)統(tǒng)一考慮，應(yīng)注意各種工況下動(dòng)靜部分的脹差，以保證機(jī)組能高效、安全地運(yùn)行。絕對(duì)死點(diǎn)的支架形式和結(jié)構(gòu)，應(yīng)結(jié)合氣缸的滑銷系統(tǒng)一并考慮，確保氣缸的中心線在任何工況下都與機(jī)組中心線保持不變。絕對(duì)死點(diǎn)處的氣缸支架的支承面高度應(yīng)力求接近機(jī)組中心線，以便確保氣缸支承面與機(jī)組中心之間的距離在熱態(tài)時(shí)變化不大。18冷端輸出：

當(dāng)發(fā)電機(jī)由溫度變化較小的壓氣機(jī)端驅(qū)動(dòng)

例如：SiemensKWU、SiemensWH、Alstom的重型燃?xì)廨啓C(jī)，GE公司近年推出的F、FA、H系列燃?xì)廨啓C(jī)也采用這種方式。熱端輸出：采用透平排氣端連接發(fā)電機(jī)的方式通常叫做，例如：GE公司的MS6001B、MS9001E系列燃?xì)廨啓C(jī)采用。

注：GE熱端輸出調(diào)整為冷端輸出時(shí)付出了沉重的代價(jià)冷端輸出與熱端輸出19機(jī)組對(duì)外輸出端運(yùn)行時(shí)因溫度較低，相對(duì)位移較小，有利于安全運(yùn)行。推力軸承的油量大（為支持軸承的2～2.5倍），回油不需要通過(guò)高溫的外壁引出（熱端輸出時(shí)），處于低溫部分，這樣無(wú)論對(duì)軸承座的設(shè)計(jì)或回油管的布置都比較有利。透平軸向排氣可降低排氣損失，提高機(jī)組效率，降低廠房高度；加強(qiáng)透平排氣的對(duì)稱性，有利于余熱鍋爐的設(shè)計(jì)和快速啟停機(jī)。冷端輸出（結(jié)合推力軸承和絕對(duì)死點(diǎn)）的好處2021223、支架的型式——彈性板支承23前支板是一塊撓性板，裝在燃?xì)廨啓C(jī)底盤的前橫梁上，并通過(guò)螺栓和銷釘與壓氣機(jī)前缸的垂直法蘭下部連接，該支架沿機(jī)組軸向可作彈性彎曲變形，即前支架允許機(jī)組軸向移動(dòng)。后部?jī)蓚€(gè)支承位于透平排氣缸的兩側(cè)，是一種腳型支架，都座落在底盤的墊塊上；支架上部貼合地安裝到透平排氣缸水平中分面處的突緣上，能沿機(jī)組的橫向（左右方向）做彈性彎曲變形。243、支架的型式——支座支承燃?xì)廨啓C(jī)的兩端都用支座支承時(shí)，支座位于機(jī)組兩側(cè)，一般有四個(gè)支座。支座支承的氣缸下半部靠近水平中分面處有專門的支承面，支座就支承在該處。支承面能夠滑動(dòng)，以便氣缸能自由熱膨脹。故支承面處的固緊螺栓孔要比螺栓直徑大，螺栓也不宜固緊，只是設(shè)法把螺栓鎖住使機(jī)組被可靠地定位。對(duì)位于機(jī)組冷端的支座，當(dāng)機(jī)組死點(diǎn)也在該處時(shí)，可把支承面螺栓囤緊。全部采用支座支承的機(jī)組，往往需要多種膨脹導(dǎo)鍵以保證機(jī)組熱對(duì)中，主要用于小型燃?xì)廨啓C(jī)中。25當(dāng)冷端為機(jī)組死點(diǎn)時(shí)，不少機(jī)組用這種支承，這時(shí)一般在冷端用支座支承，熱端用彈性板支承。支座和彈性板支承機(jī)組在壓氣機(jī)進(jìn)氣端的支座一側(cè)一個(gè)。在該處?kù)o子底部中央有一搭耳，用一長(zhǎng)螺栓與一側(cè)的支座固緊，確保該處機(jī)組中心不會(huì)左右移動(dòng)，以形成可靠的機(jī)組死點(diǎn)。熱端兩側(cè)的彈性支板在機(jī)組的橫向能作彈性變形，允許機(jī)組沿軸向及左右兩側(cè)自由熱膨脹，在彈性搖板處氣缸底部有縱向?qū)фI，保證機(jī)組中心不會(huì)左右偏歪。26273、支架的型式——輔助支承29304、底盤電站燃?xì)廨啓C(jī)的支承一般都是固定在底盤上的。這種結(jié)構(gòu)的好處：主要是便利機(jī)組的裝箱運(yùn)輸及工地安裝，其次是可把附屬設(shè)備安裝在底盤上，使機(jī)組緊湊和減少安裝工作量。通常，往往把潤(rùn)滑油箱做在底盤中，使底盤所占的空間得到較好的利用。因此，底盤在各種燃?xì)廨啓C(jī)中得到了廣泛的應(yīng)用。31由于底盤是支承和固定燃?xì)廨啓C(jī)的，因此它應(yīng)具有良好的剛性；其次還應(yīng)重量輕，使燃?xì)廨啓C(jī)的總重量不致因底盤而增加很多。底盤一般用工字鋼、槽鋼、鋼板等拼焊而成，其中工字鋼由于剛性好而用得較多。在支承燃?xì)廨啓C(jī)的部位，底盤的剛性應(yīng)比其余部分強(qiáng)。3233三菱M701F支撐結(jié)構(gòu)3435一、燃?xì)廨啓C(jī)的整體結(jié)構(gòu)燃?xì)廨啓C(jī)的整體布置轉(zhuǎn)子的支承和軸向推力燃?xì)廨啓C(jī)的支架燃?xì)廨啓C(jī)的軸承和軸承座36軸承種類37滾動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承徑向軸承推力軸承燃?xì)廨啓C(jī)的軸承燃?xì)廨啓C(jī)軸承徑向軸承:推力軸承:承擔(dān)轉(zhuǎn)子重量及剩余不平衡重量產(chǎn)生的離心力。確定轉(zhuǎn)子在氣缸中的軸向位置并承受轉(zhuǎn)子軸向推力。3839徑向軸承圓柱形軸承橢圓形軸承多油楔軸承可傾瓦軸承軸承座軸承座是安裝和固定軸承用的，它把軸承所受的轉(zhuǎn)子徑向力及軸向力傳至機(jī)組的靜子。因此，軸承座應(yīng)該有足夠的剛度和強(qiáng)度。其次，軸承座應(yīng)能將潤(rùn)滑油導(dǎo)至軸承中去潤(rùn)滑和冷卻軸承，潤(rùn)滑后的潤(rùn)滑油又在軸承座底部匯集起來(lái)，回至滑油箱中循環(huán)使用。40軸承座的型式（1）直接與氣缸等相連接的軸承座

這是指軸承座與氣缸等靜子鑄成一整體，位于壓氣機(jī)進(jìn)氣端的軸承座常用這種型式。（2）放置在氣缸等靜子的水平法蘭上的軸承座41燃?xì)廨啓C(jī)徑向軸承和推力軸承的冷卻和潤(rùn)滑均來(lái)自于燃?xì)廨啓C(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)潤(rùn)滑油的循環(huán)流動(dòng)、冷卻以及保證油壓正常是軸承潤(rùn)滑的重點(diǎn)42軸承的潤(rùn)滑43軸承密封/軸端密封油密封：防止?jié)櫥托孤饷芊猓悍乐節(jié)櫥突蛘吒邏?高溫氣體泄漏汽密封：防止蒸汽外漏或外氣進(jìn)入44軸承密封/軸端密封-油氣密封三菱701F軸承密封45軸承密封/軸端密封-油氣密封三菱701F軸承密封46氣封47汽封注：?jiǎn)?dòng)或低負(fù)荷時(shí)

二、聯(lián)合循環(huán)機(jī)組總體布置48燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)結(jié)構(gòu)圖49聯(lián)合循環(huán)機(jī)組舉例S109FA大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組由PG9351FA型燃?xì)廨啓C(jī)，D10型、三壓、再熱、雙缸雙流式汽輪機(jī)，390H型氫冷發(fā)電機(jī)和三壓、再熱、自然循環(huán)余熱鍋爐組成。燃?xì)廨啓C(jī)、蒸汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)剛性串聯(lián)在一根長(zhǎng)軸上，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣端（冷端）輸出功率，軸配置形式為GT-ST-GEN。轉(zhuǎn)速為3000rpm，從發(fā)電機(jī)方向看按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。50燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)中的燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)可以設(shè)計(jì)成單軸布置或多軸布置。單軸布置即燃?xì)廨啓C(jī)軸系和汽輪機(jī)組的軸系串聯(lián)成一個(gè)軸系，共同驅(qū)動(dòng)同一臺(tái)發(fā)電機(jī)。多軸布置即燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)各自驅(qū)動(dòng)單獨(dú)的發(fā)電機(jī)。51單軸、分軸；“幾拖一”52單軸布置單軸布置只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)及相關(guān)的輸變電設(shè)備，余熱鍋爐一般不需加裝旁通煙囪和擋板，同時(shí)使輔助設(shè)施（如冷卻水系統(tǒng)）可以統(tǒng)一布置，使設(shè)備簡(jiǎn)化，布置緊湊，廠房面積小，土建成本降低，使整個(gè)電廠緊湊高效，電站投資降低。西門子公司認(rèn)為，單軸機(jī)組設(shè)備造價(jià)可比多軸機(jī)組低約5％。53單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組軸系54單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組軸系

位于發(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)之間的自同步離合器，大大提高了電廠運(yùn)行靈活性。由于離合器的采用，在啟動(dòng)過(guò)程中，燃機(jī)可以先按簡(jiǎn)單循環(huán)方式啟動(dòng)和運(yùn)行，汽輪機(jī)處于脫開狀態(tài)。一旦汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速，離合器就自動(dòng)同步燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)和汽輪機(jī)。由此實(shí)現(xiàn)更短的啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)間，更短的維修停運(yùn)時(shí)間和更高的凈出力系數(shù)。同步離合器使燃?xì)廨啓C(jī)能保持其靈活的運(yùn)行特性，還可以補(bǔ)償軸系膨脹?？焖僮冐?fù)荷能力增加了電廠效益，尤其是當(dāng)電網(wǎng)需要調(diào)峰和短時(shí)穩(wěn)頻運(yùn)行時(shí)，電廠可以快速回應(yīng)電網(wǎng)需求，為用戶帶來(lái)額外的收益，因?yàn)榉咫娋哂懈叩碾妰r(jià)。55單軸聯(lián)合循環(huán)電廠蒸汽系統(tǒng)56單軸聯(lián)合循環(huán)電廠廠房布置57單軸聯(lián)合循環(huán)電廠效果圖58單軸聯(lián)合循環(huán)電廠布置圖GUD是德文GasundDampf的縮寫，意為“燃?xì)夂驼羝?9單軸布置單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組具有以下優(yōu)點(diǎn)：①系統(tǒng)簡(jiǎn)化，設(shè)備費(fèi)用降低；②變工況下效率下降較少；③控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化；④運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)化；⑤高的可靠性和利用率。因而，近年來(lái)被迅速推廣應(yīng)用，特別是在新一代大功率聯(lián)合循環(huán)中廣泛采用單軸機(jī)組。60單軸布置單軸布置的不