ge9fa燃气轮机关键技术分析

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1、GE9FA燃气轮机关键技术分析东莞中电新能源热电有限公司523000摘要：目前来看，GE发电用燃气轮机的设计技术已经有了完整的系列，比如单轴轴流式压气机在保持己有的压气机可靠性的同时，逐步把流量、压比和效率进行提高；各种燃气轮机也渐渐形成了从A、B、C、E、EA、F、FA和FB等一系列的产品。采用这种渐进的方式发展系列产品，可以最大限度地利用从前成熟的设计经验，使燃气轮机性能提高的同时，又保持了较高的可靠性。关键词：9FA；燃气轮机；技术分析GE所采用的是尺寸模化设计技术，使用以直径比来定义为模化系数，模化系数和转速成反比，功率、流量和模化系数的平方成反比，在机

2、械尺寸缩小或是放大的同时增加或是降低它的转速，这样就可以获得到机械与气动性能相似的燃气透平系列和一组压气，并且在试验台上全面的进行试验，从而使机组具有优良的起动和变工况特性得以保证。但由于模化设计技术对于燃烧室的开发不适用，原因是燃烧室在模化设计中不能获得化学反应、相同的传热和气体混合的过程，所以仍然沿用边设计边在试验台上进行全负荷试验的方法来对燃烧室进行研发。一、GE9FA燃气轮机关键技术1、压气机的高压比为了使热效率和燃气轮机容量提高，GE引入了较为先进的航空空气动力学设计方法（比如具有大容量空气流量的超音速压气机叶型），FA级压气机增加了第零级（第零和第1

3、级都工作在跨音速区），并R采用了可以大幅度增加压气机的空气流量和压比技术。GE所采用尺寸模化设计方法来对通流面积和压气机直径放大，从而增加空气压比和流量。如果只是简单的把压比提高，就可以使用增加压气机级数，但是对于单轴轴流式压气机来说，压比在提高过程中，压气机的效率也就越来越低，并且级数比较多的压气机在前后级间容易发牛失速、不协调以及喘振等问题。在9FA单轴燃气轮机中，GE就采用了压气机进口可调导叶(IGV),来对压气机起动吋调节空气流量进行适应以及对联合循环低负荷的性能进行改善；在压气机第9与13级都布置有抽空气口，并且冋送到压气机入口(IBH),从而使压气机

4、进口空气温度提高，以防空气中的水汽析出，还有控制喘振的功能。通过这两项技术使9FA燃气轮机单轴压气机级数增加至18级，流量为623.7kg/s,压比为15.4,取得了较宽的喘振裕度与高效率。2、燃气轮机的耐高温性能对燃气透平进口温度提高，是循环效率得以提升的一个有效途径，但燃气透平进口温度的提高，主要是受高温部件(静叶片、燃气透平动、喷嘴以及燃烧室等)强度的一些限制。因此，GE在透平级设计上，采取大焰降，并改进空气冷却方式和采用更加好的耐高温材料等措施。燃气透平使用大焙降级的设计和低反动度的冲动式第1级，使第1级静叶有大的温降，可以降低第1级动叶片的工作温度，从

5、而减少冷却动叶片的空气量，使机组性能能够有效改善，从而延长叶片的使用寿命。燃气透平第1级动叶片采用定向凝固的GTD2111(即DSGTD2111)材料，它是一种超耐热的高温银钻基合金，相比于等轴晶粒的GTD2111,使燃气透平的进口温度提高66±Co动叶片和透平级静叶相同，都使用了Ni基合金。燃气透平喷嘴也比叶片有着更强的抗高温蠕变的强度，因此GE开发了改善真空铸造成型喷嘴技术和蠕变强度的GTD2222合金材料。为提高喷嘴、叶片的耐高温、抗腐蚀性能，在材料的使用上要选择更好的之外，GE同吋也开发了真空等离子喷涂(VPS)技术，燃气透平进口温度就可以

6、提升到1430±C,这样对F型燃气轮机的耐高温材料有效解决。在燃烧室中，最为重要的高温部件就是火焰筒，对于材料的强度要求，它要低于叶片，而对高温下的耐氧化、耐腐蚀性要求比较高，另外还要有较为良好的加工性、焊接性。燃烧室材料最常使用的有Co和Ni基合金。为使提高Ni基合金高温的强度，就需在此加入Nb、W和Mo等一些固溶强化的元素。Co基合金相比较于Ni基合金来说，其抗热腐蚀性更高，工作温度能够提高55±Co冷却高温部件是一个十分重要措施。燃气透平的转子、静子以及叶片从压气机抽取空气冷却：压气机在第9与第13级动叶后各设置4个抽气口，在每

7、2个抽气口上，进行合并为一根管通过防喘阀向燃气透平排气管进行排气；第9、13级的抽气又为燃气透平第2和第3级静叶的冷却气源；在转子第3级动叶后有路冷却气通过燃气透平转子中心孔去冷却轮鼓和第1、2级动叶（第3级动叶不需冷却）。为了提高冷却效果为了提高冷却效果，9FA燃气轮机还引入了热障涂层和航空叶片冷却技术，在燃气透平叶片的内部开出一些形状较为复杂的冷却通道，另在叶片的表面上开出一些小孔，把叶片里面冷却的空气引到叶片表面的内背弧面，从而形成冷却空气的保护膜；先进的热障涂层结合冷却技术相，即使进口的温度是1430±C的燃气，透平第1级动叶片依然可以保持

8、金属温度小于899&pl