1.2.3　烏克蘭透平發電機組基本結構

1.2.3.1　燃氣輪機的基本結構

燃氣輪機主要由壓氣機、燃燒室和透平三大部件及五大支持系統組成。透平與壓氣機、負載的不同連接方式，使得燃氣輪機在結構設計上分成單軸、分軸、套軸、三軸等軸系結構。燃氣輪機在發展過程中分輕型結構和重型結構，輕型結構又分航改型和工業型結構，潿州終端所使用的兩臺中國船舶重工集團公司第七○三研究所研制的UGT6000機型屬于工業型機組，現將其三大部件及五大支持系統介紹如下：

1.2.3.2　燃氣輪機的三大部件

（1）壓氣機

作為燃氣輪機的三大部件之一的壓氣機，其主要功用是提高工質（氣體）的壓力。壓氣機性能的好壞是影響整個燃氣輪機性能的重要因素之一。

低壓壓氣機用于壓縮空氣并將壓縮空氣供給高壓壓氣機。低壓壓氣機為軸流式，8級，由以下裝配單元組成：外流罩、內流罩、轉接件、承載錐體、前機匣、低壓壓氣機機匣、安裝在前支撐和后支撐的低壓壓氣機轉子。

高壓壓氣機用于壓縮從低壓壓氣機排出的空氣并供給燃燒室。高壓壓氣機8級，由以下裝配單元組成：過渡段、中央傳動裝置、高壓壓氣機機匣、高壓渦輪轉子、擴壓器。過渡段用于保證向高壓壓氣機平穩供氣，以及用于在其上安裝帶有滑動止推軸承的低壓壓氣機轉子后支撐和高壓壓氣機轉子前支撐。過渡段由外壁和內壁組成，內外壁連接低壓壓氣機出口處導向器葉片組和高壓壓氣機導向器葉片組。

（2）燃燒室

壓氣機出口的部分高壓氣經擴壓器后進入燃燒室。燃燒室是燃料和空氣在內連續不斷地混合、霧化、燃燒，把燃料的化學能轉換為熱能的一個裝置，它由外殼、火焰管、旋流器、燃料噴嘴等組成。按其結構型式的不同可分為環型、分管型、環管型、管頭環型、雙環腔型等。UGT6000機組采用的環管型燃燒室，在由燃燒室外殼和外殼形成的環形內腔中，平行于發動機軸布置10個火焰筒，火焰筒用聯焰管相連。前面的部分，火焰筒安在噴嘴銷上。用兩個定位器使火焰筒保持在軸方向上，保證火焰筒端部相對于噴嘴罩的位置不變。后面的部分利用卡箍火焰筒延伸到高壓渦輪噴嘴導向器環形空間，以補償運行時產生的熱膨脹。

點火器用于形成點燃燃燒室中的燃料空氣混合物的初始火焰，由電源脈沖部件控制的等離子火花塞安裝在點火器殼體中，在火花塞的端部持續周期性地放電，放電形成引燃啟動燃油的等離子射流。在點火器中，通過噴嘴供給的燃油與空氣混合，用等離子火花塞點火。點火器火焰躍入火焰筒中，點燃燃油空氣混合物。當點火成功后，點火器在火焰管內氣壓的作用下縮回，防止高溫火焰的燒蝕，延長使用壽命。

（3）透平

燃氣輪機中的透平分成向心式、軸流式等。由于向心式結構復雜，而且單級功率有限又難以串接多級，所以實際使用時主要采用軸流式透平。與壓氣機類似，氣流在透平中流動的通道也是由靜葉片和動葉片交替排列而成的。

高壓渦輪帶動高壓壓氣機轉動。高壓渦輪為軸流式，1級，由高壓渦輪噴嘴導向器、高壓渦輪軸頸、輪盤組成。

低壓渦輪為軸流式，單級，帶動低壓壓氣機轉動。由低壓渦輪噴嘴導向器、低壓渦輪轉子、低壓渦輪支撐環組成。

動力渦輪為經過彈性聯軸器輸出功率的3級動力渦輪，由動力渦輪轉子的3級噴嘴導向器、4級噴嘴導向器、5級噴嘴導向器、動力渦輪支撐環組成。

由于透平的工作溫度比壓氣機的工作溫度要高得多，所以透平的結構設計上在考慮冷卻、熱膨脹等問題上要作出特殊處理。一般來說，透平進口的幾級靜葉采用一定的冷卻，尤其是與燃燒室出口相連的首級透平靜葉。一般都在結構設計上將壓氣機端某一組的出口引部分壓縮空氣到透平端冷卻氣，以冷卻透平葉片、輪盤等部件。

1.2.3.3　燃氣輪機的五大支持系統

燃氣輪機正常運行必須有五大支持系統：空氣系統、啟動系統、潤滑系統、燃料系統、控制系統。下面針對中國船舶重工集團公司第七○三研究所研制的UGT6000機型分別簡述如下：

（1）空氣系統

① 作用　為燃氣輪機運行提供清潔的冷卻、燃燒所需的空氣。

② 組成　空氣進口過濾器、差壓顯示儀表、差壓報警開關、差壓關停開關、消音器、壓氣機等部件。

③ 系統描述　空氣進入安裝在發電機上的空氣進口過濾器進行一級和二級過濾，得到的清潔的空氣經消音器進入壓氣機進口。空氣被壓氣機壓縮，1/4的壓縮空氣用于燃燒，3/4的壓縮空氣用于冷卻。空氣進口過濾器上裝有一個差壓顯示儀表用于監測過濾器的清潔程度，并設有一個報警開關和一個關停開關，如差壓顯示儀表接近報警值或報警開關動作，應及時更換空氣進口過濾器。燃燒后的熱的廢氣由煙筒排出。

（2）啟動系統

① 作用　用經啟動馬達壓縮的高壓潤滑油使液壓泵旋轉，從而帶動透平軸轉動。

② 組成　吸入口過濾器、液壓泵組（補充泵、液壓泵、補充泵過濾器）、液壓馬達、低壓回流過濾器、公用油箱等部件。

③ 系統描述　當系統接收到啟動信號時，交流啟動電機帶動液壓泵組工作，通過電磁閥改變斜盤傾斜的角度來控制進入液壓泵的流量，從而控制透平軸的不同轉速。液壓馬達通過齒輪箱帶動壓氣機-透平軸旋轉。當透平軸轉速達到10000r/min時，啟動泵與齒輪箱脫離。補充泵用于補充循環管線的液壓油損耗。

（3）潤滑系統

① 作用　在各運行工況下對發動機軸承、減速器的齒輪嚙合和軸承進行潤滑和冷卻。

② 組成　循環油箱、加熱器、油表、熱電阻、差壓傳感器、電動滑油供油附件、電動滑油附件、發動機細油濾、進口油濾、靜態油氣分離器。滑油空氣冷卻組件包括：發動機滑油冷卻器、主冷卻器和備用冷卻器，減速器滑油冷卻器、主冷卻器、備用冷卻器，調節器，止回閥，關閉閥。

③ 發動機潤滑系統工作原理　滑油被發動機下傳動箱帶動的滑油附件供油組從循環油箱中抽出，送到滑油冷卻器，然后經過細油濾、油濾進入發動機和傳動箱，用于潤滑和冷卻軸承組件、齒嚙合部位和其他摩擦零件。兩個滑油冷卻器中的一個冷卻器處于工作狀態，而另一個冷卻器則通過關閉閥與工作系統斷開，處于備用狀態。

④ 減速器潤滑系統工作原理　滑油被電動滑油附件或者電動滑油供油附件從循環油箱中抽出，經過滑油冷卻器、細油濾進入減速器，用于潤滑和冷卻齒嚙合部位、軸承組件和其他摩擦零件。兩個滑油冷卻器中的一個冷卻器處于工作狀態，而另一個冷卻器則通過關閉閥與工作系統斷開，處于備用狀態。

（4）燃料系統

① 作用　燃料系統用于實現自動啟動程序，向燃氣輪機定量供給燃料氣，按照自動控制系統的信號對所供燃料氣進行分配，以及按照操作員指令或者保護信號停止供氣。

② 組成　燃料系統由濾器、停車開關、燃料閥、控制組件、壓力傳感器、壓力開關、止回閥組成。

③ 系統描述

a.燃料氣經過前置燃料系統的處理后，進入濾器進一步處理。

b.按照啟動邏輯接通點火系統，并向啟動燃料氣電磁閥供電。燃料氣通過燃料氣啟動模塊的節流組件，進入點火器并進行點火。向停車開關開啟電磁閥和停車電磁閥供電，此時停車開關打開。當停車開關打開后，電磁閥斷電（按照停車開關“打開”相應位置的微動開關信號），而電磁閥切換至低電壓。電磁閥在燃氣輪機工作期間均保持該電壓。根據自動控制系統的指令，燃料閥打開到一定程度。

c.燃料閥開啟到一定位置后，燃料氣猛然送入燃燒室，并由點火器進行點火。

d.等離子點火系統和啟動燃料氣電磁閥斷開。

e.燃料氣通過燃料閥進行調整。燃料閥前后的燃料氣壓力值由壓力傳感器測量。

f.如果噴嘴上燃料氣壓力和高壓壓氣機后空氣壓力之間的壓差在燃料閥打開的瞬間超過允許值，或者是在停車開關打開后在所要求的時間間隔內燃燒室燃料氣未點火，自動控制系統形成燃氣輪機故障停機信號。

g.自動控制系統通過對燃料閥的控制來實現啟動過程中的溫度限制。當熱保護系統動作時，燃氣輪機通過關閉燃料閥和停車開關保證故障停機。

h.燃氣輪機在慢車工況預熱以后，從慢車進入運行工況。按照自動控制系統設定的程序，由自動控制系統調節器對燃料閥進行控制，發動機進入運行工況。

i.通過對控制組件停車電磁閥斷電的方式實現燃氣輪機的正常停機和故障停機。

（5）控制系統

機組的控制盤有透平控制盤（TCP）和發電機控制盤（GCP）兩部分。TCP上由顯示終端、AB公司的PLC控制系統、振動監測系統和透平機撬消防系統，分別控制透平發電機組的啟停時序，運轉時的各種溫度、壓力、振動等參數和狀態監控以及在透平發生火災時關停機組、滅火等。GCP上有各種電氣儀表和開關，可監控和調節發電機的電壓、電流、有功、無功及功率因數等參數以及機組的并車、斷開等。