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GE公司燃气轮机设计原则
0 前 言
CE公司在重型燃气轮机方面的若干重要的设计原则使之处于全球市场的领先地位。这
些设计原则对现代燃气轮机技术的不断进步起到了重要作用 并将继续指导其技术的发爬
本文将回顾 GE公司燃气轮机本俸 (法兰到法兰)的某些设计原则及其发展 目标。
这些设计原则的要点是:进化设计、利用儿何 比例以及投产前的全面完善 。进化设汁已
获得相当的成功,这条原则将继续作为进一步发展的基础。进化设计的一项成果就是轴流压
气机系列 ,在保持其原有的高可靠性 和结构的前提下?流量 、压 比和效率均已逐步得到挺
高。然后将介绍这些压气机 的发展过程。进化设计的另一项成果就是 MS7001型燃气轮机 ,
其性能已先后通过从A 到B、C、E、EA、F和 FA型的六次改型得到改善。
GE公司燃气轮机产晶系列的第二个相当成功的设计原则是几何此例法。按 比例设计的
原则就是通过加大或缩小机组的实际规格、侧时又提高或降低机组的转速,生产出气动性能
和强度性能相似的压气机和透平系列。瘟川比例设计法可以在成熟的压气机和透平结构基础
上开发出系列产 品一f1“M lO02、M$5001、MS600l和 MS900l机型就是利用’比例法设汁而成,
同时又保持r。与M53002和 ~157001仉型午H应部什的几何相似性 。因此,在温度 、压力、叶
片角度和应力等方面均可保持不变。此外,淤如压比和系列之类重要的循环参数也可保持
变。如比例系数按直径 比确定 ,则轴转速与此:“径比成反比。线性尺寸与 比例系数成正比;
而空气流量和出力与 比例系数的平方成正比;重量与比例系数的立方成正 比 (见表 I) f[i
是,对所有控比例设计的压气机和透 l£来泓,柏埘于转速和离 力的叶片振动频率却处于同
一 水平 。因此 ,通过 比例设计法可最大程度地利州 已获得的经验 。
GE公司的 三个没汁原则是仝叫完蕾。这涉及到设计分析、优质制造、检验和现场经
验的反馈。GE公训在开发和试验波施方面的不断投资就是体现这条原则的实证。
表 1 比例系数
比例系数 ().5 J 2
压 比 l l
设率 l
转速 0.5
流速 1
流量 0.25
出力 O.25
重量 O.125
应力 .
频 率/ROM
叶顶速度
· 13 ·
其它还有一些重要 的考虑因素也促成 了GE设计的重型燃气轮机的综合结构特点。例
如 ,采用较为一般的材料 (气缸用灰口铁和球墨铸铁 、压气机和透平叶轮用低合金钢)就允
许在许多当地厂家利用与莱些行业通用的铸造和锻造技术进行制造。
燃料灵活性 组装性和可维修性等也都是设计时的重要考虑因素,将另文介绍。本文重
点是燃气轮机三大件 :压气机、燃烧室和透平的开发原则。
l 燃气轮机概述
1.1 燃气轮机循环
, 燃气轮机循环是一个等流量 、热量持续增加的循环 ,通常称之为布雷登循环。图 1是利
用温一熵坐标系表示的这种循环。其中等压线随温度值和熵值的增大而上升。等压线的上升
使简单循环的燃气轮机得以实现。对如今应用的所有普通燃气轮机而言,等压线的低压端代
表大气压力,而其高压端代表压缩后的空气压力。空气在轴流压气机中从状态 1被压缩到状
态 2;然后在燃烧室中吸收了热量,便从状态 2到状态 3。高温燃气膨胀做功时,从状态 3
到状态4。由于从状态 3到状态 4所作的功大于把空气从状态 1压缩到状态 2所需的功 ,于
是就产生了有效功 来驱动发电机之类的载荷。
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