燃?xì)廨啺l(fā)電機性能指標(biāo)

燃?xì)廨啓C的未來發(fā)展趨勢是提高效率、采用高溫陶瓷材料、利用核能和發(fā)展燃煤技術(shù)。提高效率的關(guān)鍵是提高燃?xì)獬鯗?，即改進透平葉片的冷卻技術(shù)，研制能耐更高溫度的高溫材料。其次是提高壓縮比，研制級數(shù)更少而壓縮比更高的壓氣機。再次是提高各個部件的效率。

高溫陶瓷材料能在1360℃以上的高溫下工作，用它來做透平葉片和燃燒室的火焰筒等高溫零件時，就能在不用空氣冷卻的情況下大大提高燃?xì)獬鯗?，從而較大地提高燃?xì)廨啓C效率。適于燃?xì)廨啓C的高溫陶瓷材料有氮化硅和碳化硅等。

按閉式循環(huán)工作的裝置能利用核能，它用高溫氣冷反應(yīng)堆作為加熱器，反應(yīng)堆的冷卻劑(氦或氮等)同時作為壓氣機和透平的工質(zhì)。

不同的應(yīng)用部門，對燃?xì)廨啓C的要求和使用狀況也不相同。功率在10兆瓦以上的燃?xì)廨啓C多數(shù)用于發(fā)電，而30～40兆瓦以上的幾乎全部用于發(fā)電。

燃?xì)廨啓C發(fā)電機組能在無外界電源的情況下迅速起動，機動性好，在電網(wǎng)中用它帶動尖峰負(fù)荷和作為緊急備用，能較好地保障電網(wǎng)的安全運行，所以應(yīng)用廣泛。在汽車(或拖車)電站和列車電站等移動電站中，燃?xì)廨啓C因其輕小，應(yīng)用也很廣泛。此外，還有不少利用燃?xì)廨啓C的便攜電源，功率最小的在10千瓦以下。

與活塞式內(nèi)燃機和蒸汽動力裝置相比較，燃?xì)廨啓C的主要優(yōu)點是小而輕。單位功率的質(zhì)量，重型燃?xì)廨啓C一般為2～5千克/千瓦，而航機一般低于0.2千克/千瓦。燃?xì)廨啓C占地面積小，當(dāng)用于車、船等運輸機械時，既可節(jié)省空間，也可裝備功率更大的燃?xì)廨啓C以提高車、船速度。燃?xì)廨啓C的主要缺點是效率不夠高，在部分負(fù)荷下效率下降快，空載時的燃料消耗量高。

燃?xì)廨啺l(fā)電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)

燃?xì)廨啓C由壓氣機、燃燒室和燃?xì)馔钙降冉M成。

壓氣機有軸流式和離心式兩種，軸流式壓氣機效率較高，適用于大流量的場合。在小流量時，軸流式壓氣機因后面幾級葉片很短，效率低于離心式。功率為數(shù)兆瓦的燃?xì)廨啓C中，有些壓氣機采用軸流式加一個離心式作末級，因而在達到較高效率的同時又縮短了軸向長度。

燃燒室和透平不僅工作溫度高，而且還承受燃?xì)廨啓C在起動和停機時，因溫度劇烈變化引起的熱沖擊，工作條件惡劣，故它們是決定燃?xì)廨啓C壽命的關(guān)鍵部件。為確保有足夠的壽命，這兩大部件中工作條件最差的零件如火焰筒和葉片等，須用鎳基和鈷基合金等高溫材料制造，同時還須用空氣冷卻來降低工作溫度。

對于一臺燃?xì)廨啓C來說，除了主要部件外還必須有完善的調(diào)節(jié)保安系統(tǒng)，此外還需要配備良好的附屬系統(tǒng)和設(shè)備，包括：起動裝置、燃料系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、空氣濾清器、進氣和排氣消聲器等。

燃?xì)廨啺l(fā)電機分類

燃?xì)廨啓C有重型和輕型兩類。重型的零件較為厚重，大修周期長，壽命可達10萬小時以上。輕型的結(jié)構(gòu)緊湊而輕，所用材料一般較好，其中以航機的結(jié)構(gòu)為最緊湊、最輕，但壽命較短。

燃?xì)廨啓C的工作過程是，壓氣機(即壓縮機)連續(xù)地從大氣中吸入空氣并將其壓縮；壓縮后的空氣進入燃燒室，與噴入的燃料混合后燃燒，成為高溫燃?xì)猓S即流入燃?xì)馔钙街信蛎涀鞴?，推動透平葉輪帶著壓氣機葉輪一起旋轉(zhuǎn)；加熱后的高溫燃?xì)獾淖鞴δ芰︼@著提高，因而燃?xì)馔钙皆趲訅簹鈾C的同時，尚有余功作為燃?xì)廨啓C的輸出機械功。燃?xì)廨啓C由靜止起動時，需用起動機帶著旋轉(zhuǎn)，待加速到能獨立運行后，起動機才脫開。

燃?xì)廨啓C的工作過程是最簡單的，稱為簡單循環(huán)；此外，還有回?zé)嵫h(huán)和復(fù)雜循環(huán)。燃?xì)廨啓C的工質(zhì)來自大氣，最后又排至大氣，是開式循環(huán)；此外，還有工質(zhì)被封閉循環(huán)使用的閉式循環(huán)。燃?xì)廨啓C與其他熱機相結(jié)合的稱為復(fù)合循環(huán)裝置。

燃?xì)獬鯗睾蛪簹鈾C的壓縮比，是影響燃?xì)廨啓C效率的兩個主要因素。提高燃?xì)獬鯗?，并相?yīng)提高壓縮比，可使燃?xì)廨啓C效率顯著提高。70年代末，壓縮比最高達到31；工業(yè)和船用燃?xì)廨啓C的燃?xì)獬鯗刈罡哌_1200℃左右，航空燃?xì)廨啓C的超過1350℃。

中國在公元十二世紀(jì)的南宋高宗年間就已有走馬燈的記載，它是渦輪機(透平)的雛形。15世紀(jì)末，意大利人列奧納多·達芬奇設(shè)計出煙氣轉(zhuǎn)動裝置，其原理與走馬燈相同。至17世紀(jì)中葉，透平原理在歐洲得到了較多應(yīng)用。

1791年，英國人巴伯首次描述了燃?xì)廨啓C的工作過程；1872年，德國人施托爾策設(shè)計了一臺燃?xì)廨啓C，并于1900～1904年進行了試驗，但因始終未能脫開起動機獨立運行而失?。?905年，法國人勒梅爾和阿芒戈制成第一臺能輸出功的燃?xì)廨啓C，但效率太低，因而未獲得實用。

1920年，德國人霍爾茨瓦特制成第一臺實用的燃?xì)廨啓C，其效率為13%、功率為370千瓦，按等容加熱循環(huán)工作，但因等容加熱循環(huán)以斷續(xù)爆燃的方式加熱，存在許多重大缺點而被人們放棄。

隨著空氣動力學(xué)的發(fā)展，人們掌握了壓氣機葉片中氣體擴壓流動的特點，解決了設(shè)計高效率軸流式壓氣機的問題，因而在30年代中期出現(xiàn)了效率達85%的軸流式壓氣機。與此同時，透平效率也有了提高。在高溫材料方面，出現(xiàn)了能承受600℃以上高溫的鉻鎳合金鋼等耐熱鋼，因而能采用較高的燃?xì)獬鯗?，于是等壓加熱循環(huán)的燃?xì)廨啓C終于得到成功的應(yīng)用。

1939年，在瑞士制成了四兆瓦發(fā)電用燃?xì)廨啓C，效率達18%。同年，在德國制造的噴氣式飛機試飛成功，從此燃?xì)廨啓C進入了實用階段，并開始迅速發(fā)展。

隨著高溫材料的不斷進展，以及透平采用冷卻葉片并不斷提高冷卻效果，燃?xì)獬鯗刂鸩教岣撸谷細(xì)廨啓C效率不斷提高。單機功率也不斷增大，在70年代中期出現(xiàn)了數(shù)種100兆瓦級的燃?xì)廨啓C，最高能達到130兆瓦。

與此同時，燃?xì)廨啓C的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。1941年瑞士制造的第一輛燃?xì)廨啓C機車通過了試驗；1947年，英國制造的第一艘裝備燃?xì)廨啓C的艦艇下水，它以1.86兆瓦的燃?xì)廨啓C作加力動力；1950年，英國制成第一輛燃?xì)廨啓C汽車。此后，燃?xì)廨啓C在更多的部門中獲得應(yīng)用。

在燃?xì)廨啓C獲得廣泛應(yīng)用的同時，還出現(xiàn)了燃?xì)廨啓C與其他熱機相結(jié)合的復(fù)合裝置。最早出現(xiàn)的是與活塞式內(nèi)燃機相結(jié)合的裝置；50～60年代，出現(xiàn)了以自由活塞發(fā)氣機與燃?xì)廨啓C組成的自由活塞燃?xì)廨啓C裝置，但由于笨重和系統(tǒng)較復(fù)雜，到70年代就停止了生產(chǎn)。此外，還發(fā)展了柴油機燃?xì)廨啓C復(fù)合裝置；另有一類利用燃?xì)廨啓C排氣熱量供熱(或蒸汽)的全能量系統(tǒng)，可有效地節(jié)約能源，已用于多種工業(yè)生產(chǎn)中。

概述

燃?xì)廨啓C潤滑油系統(tǒng)是任何一臺燃?xì)廨啓C必備的一個重要的輔助系統(tǒng)。它的作用是在機組啟動、正常運行以及停機過程中，向正在運行的燃?xì)廨啓C發(fā)電機組的各個軸承、傳動裝置及其附屬設(shè)備，供應(yīng)數(shù)量充足的、溫度和壓力合適的、干凈的潤滑油，以確保機組安全可靠地運行，防止發(fā)生軸承燒毀、轉(zhuǎn)子軸頸過熱彎曲、高速齒輪法蘭變形等事故。此外，部份潤滑油可能從系統(tǒng)分流出來，成為液壓油系統(tǒng)的油源，或經(jīng)過濾后作為控制油系統(tǒng)的用油。

為保證對燃?xì)廨啓C及其驅(qū)動的設(shè)備提供良好的潤滑，除了有設(shè)計完善的潤滑油系統(tǒng)外，選擇性能優(yōu)越的潤滑油也是一個重要因素。早期燃?xì)廨啓C由于透平進口溫度不是很高，其所用的潤滑油基本與汽輪機用油一致，但隨著透平進口溫度的不斷提高，燃?xì)廨啓C對潤滑油質(zhì)量指標(biāo)的側(cè)重點與汽輪機的側(cè)重點明顯不同，燃?xì)廨啓C強調(diào)的是油的高溫抗氧化性能，而汽輪機則看重油的抗乳化性能（分水性能）。不少廠商正在研制上述兩種性能均優(yōu)的聯(lián)合循環(huán)用油，特別是同一潤滑油系統(tǒng)的單軸機組的用油。潤滑油為基礎(chǔ)油添加防銹、防腐、抗氧化等各種添加劑后的制成品?；A(chǔ)油可以是礦物油，也可以是合成油。由于合成油純度高，其性能及使用壽命均優(yōu)于礦物油，但價格一般為礦物油的2～3倍。評價潤滑油優(yōu)劣的性能指標(biāo)有油的物理性能、表面性能和氧化性能三個方面，對此燃?xì)廨啓C制造廠商會提出選擇建議。

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的潤滑油系統(tǒng)有幾種不同的配置，對于單軸機組，燃?xì)廨啓C與汽輪機共用一套潤滑油系統(tǒng)；對于多軸機組，燃?xì)廨啺l(fā)電機組與汽輪發(fā)電機組可以共用一套潤滑油系統(tǒng)，也可以各自單設(shè)一套潤滑油系統(tǒng)，這要視機組的總體布置而定，不過，由于電站分期建設(shè)的需要，大多數(shù)多軸機組采取各自單設(shè)一套的方式；還有一種航空衍生型的燃?xì)廨啓C，由于燃?xì)獬鯗睾芨?，其燃?xì)獍l(fā)生器要求使用品質(zhì)更高的潤滑油，因此燃?xì)獍l(fā)生器單獨設(shè)一套潤滑油系統(tǒng)，而動力渦輪與發(fā)電機另設(shè)一套，前者用合成油，后者用礦物油。

潤滑油系統(tǒng)的組成

單就潤滑油系統(tǒng)而言，不管是共用系統(tǒng)還是分設(shè)系統(tǒng)，其設(shè)計原理是一樣的。整個潤滑油系統(tǒng)的組成應(yīng)包括下列一些設(shè)備：

潤滑油箱

潤滑油箱可設(shè)在機組的一個或幾個底盤內(nèi)，也可以設(shè)計成單獨的容器。當(dāng)油箱由幾個容器組成時，應(yīng)在它們之間用管道連通以平衡油箱內(nèi)的壓力。油箱除了起貯油的作用外，還擔(dān)負(fù)著分離空氣、水分和各種機械雜質(zhì)的任務(wù)。油箱中油流速度應(yīng)盡量緩慢，回油管應(yīng)布置在接近油箱的油面，以利于油層內(nèi)空氣逸出。油箱的容量越大，越有利于空氣、水分和各種雜質(zhì)的分離。通常用循環(huán)倍率K（全部潤滑油每小時通過油箱的次數(shù)）表示系統(tǒng)容積的相對情況，以Q表示系統(tǒng)的每小時油的容積流量，V表示系統(tǒng)的容積（油箱 管路），循環(huán)倍率K=Q/V。通常規(guī)定K=8～10，最大不超過12。這是為了使從系統(tǒng)回來的潤滑油，有足夠的時間將其夾帶的空氣、水分分離掉。不過，為了結(jié)構(gòu)緊湊，避免因油箱體積過大而使設(shè)備笨重，多數(shù)機組油箱容量偏小，這迫使用戶要選擇分水性能更好和空氣釋放值較小的潤滑油。

主潤滑油泵

這是機組正常運行時的工作油泵，可以由主機通過輔助齒輪驅(qū)動，也可以由交流電動機驅(qū)動，大型機組為了簡化結(jié)構(gòu)多采用電動。油泵的容量根據(jù)系統(tǒng)總的用油量、調(diào)節(jié)閥門溢流量和管路的泄漏量決定。主油泵常用的有齒輪泵和螺桿泵，也可以是離心泵。

輔助潤滑油泵

這是機組啟動和停機時的工作油泵，或在主油泵出故障時投入使用，通常由交流電動機驅(qū)動。此泵多采用浸入式離心泵。其壓力和容量一般和主油泵相同或稍微高一些。

應(yīng)急潤滑油泵

該泵在停機時因輔助潤滑油泵故障而投入，或因失去交流電源而投入，或因主、輔泵都不能工作機組緊急停機而投入。由于應(yīng)急泵只在故障時工作，其壓力和容量一般較小。也有的潤滑油系統(tǒng)用高位油箱代替應(yīng)急油泵。

潤滑油流過各潤滑點（軸承、齒輪等）后溫度上升14～33℃（配備減速齒輪時溫升可達33℃），因此，從系統(tǒng)回來的潤滑油必須冷卻以保證合適的供油溫度。應(yīng)用較為廣泛的仍然是管式冷油器。常用的冷卻方式為水冷，其次是氣冷，氣冷的優(yōu)點是不需要冷卻水，可在缺水地區(qū)使用，但由于空氣的傳熱系數(shù)比水的要低得多，因此空冷式冷油器體積相對要龐大得多。在采用水冷方式時，常常設(shè)置兩個并聯(lián)的可切換的冷油器。

主潤滑油濾多采用兩個并聯(lián)的可切換的濾油器。主油濾應(yīng)設(shè)置在冷油器的下游。

除上述的設(shè)備之外，潤滑油系統(tǒng)還需要有閥門、孔板、溫度開關(guān)、壓力開關(guān)、油箱液位指示器、潤滑油加熱器等各種組件和設(shè)施，以保證系統(tǒng)正常、安全、可靠地工作。

對潤滑油的要求

原則上有下列幾個方面：

1、要求適應(yīng)軸承、齒輪裝置等的啟動、加速、滿轉(zhuǎn)速及超速等各種工況所需要的潤滑油性能。

2、要求適應(yīng)液壓系統(tǒng)如油缸、伺服閥等所需要的液壓油性能。

3、熱傳遞油性能。能把軸承、齒輪裝置等各種熱表面的熱量吸收，并將其傳輸給潤滑油換熱器（冷油器）。

G4、在一定溫度和壓力下工作、靜止或貯存狀態(tài)都具有穩(wěn)定的物理性能、表面性能和氧化性能。

5、能適應(yīng)潤滑系統(tǒng)中及其他用油系統(tǒng)中的各種機械材料，并能保護材料不受腐蝕。

6、具有自動排除空氣和水等污染物的性能。

7、具有一定的抗燃能力等。

潤滑油性能指標(biāo)

在選擇潤滑油時，除了遵照設(shè)備制造廠商的建議（如文獻49）之外，應(yīng)該更側(cè)重于下列的性能指標(biāo)：

黏度和黏度指數(shù)

為了常溫下燃?xì)廨啓C啟動時確保各軸承的靜壓潤滑和液壓系統(tǒng)的快速反應(yīng)能力，希望在啟動時潤滑油的黏度不要太高，為此絕大多數(shù)透平機械選擇40℃時黏度為28.8～35.2/s的潤滑油，即黏度等級為ISOVG32的潤滑油。在燃?xì)廨啓C正常帶負(fù)荷運行時，軸承間隙內(nèi)的工作溫度有可能高達120℃以上，此時要求油的黏度高一些。為此，應(yīng)選擇黏度隨溫度變化較為平緩的、即黏度指數(shù)較大的潤滑油。這里建議油的黏度指數(shù)在100以上，至少不應(yīng)小于90。

氧化安定性

燃?xì)廨啓C工作時，潤滑油受到強烈的熱氧化作用，汽輪機油常用的揮發(fā)型防銹抗氧化劑對燃?xì)廨啓C用的潤滑油已不適宜。對于在溫度高于260℃的環(huán)境中工作的軸承，文獻49中明確規(guī)定其使用的潤滑油中不宜含有DBPC（二叔丁基對甲酚）一類的揮發(fā)型抗氧化劑。對于氧化安定性，傳統(tǒng)的考核指標(biāo)是油氧化后酸值達2.0mgKOH/g時所需要的小時數(shù)（國外常簡稱為TOSTLife，即總的氧化穩(wěn)定性試驗壽命），在燃?xì)獬鯗夭皇呛芨叩那闆r下，僅考核這一指標(biāo)已足夠，而且只要求其在2000h以上就可。

但是，由于TOST是在95℃的試驗條件下進行，而這一溫度與燃?xì)廨啓C軸承的工作溫度頗有距離，對新一代燃?xì)獬鯗馗叩娜細(xì)廨啓C，光考核TOST已經(jīng)不夠，因此增加了油的旋轉(zhuǎn)氧彈試驗指標(biāo)，以便在更高的溫度下考核油的性能。旋轉(zhuǎn)氧彈試驗的溫度為150℃，比TOST要高得多。

分水性能

這是指油和水的分離能力，測量的方法是在專用的試管內(nèi)放入40mL的油和40mL的水，按規(guī)定的試驗程序混合，然后測量油水完全或基本完全分離的時間（min），油水分離的程度可以是40-37-3、40-40-0等。對于燃?xì)廨啓C，這不是十分強調(diào)的性能指標(biāo)，因為在燃?xì)廨啓C中，潤滑油被水（或蒸汽）污染的可能性不大。而在汽輪機中，油水混合的可能性很大，對油的破乳化值不能忽視，其指標(biāo)至少是油水分離至40-37-3，時間不大于15min。對于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置，如果燃?xì)廨啓C與汽輪機共用潤滑油系統(tǒng)，則必須兼顧油的高溫性能和分水性能。

空氣釋放值

由于大多數(shù)燃?xì)廨啓C的軸承均使用密封空氣，因此軸承的回油中必然會混進空氣。這些進入油層中的空氣，必須要在油回到油箱后的短暫停留時間內(nèi)從油層中釋放掉。在選擇潤滑油時，其空氣釋放值應(yīng)不大于油在油箱內(nèi)循環(huán)一次的時間。

起泡性能

起泡性能與空氣釋放值是兩個相互關(guān)聯(lián)而又容易混淆的概念。其實空氣釋放發(fā)生在油層之內(nèi)，泡沫則產(chǎn)生于油的表面之上。通常認(rèn)為，在油面上形成5mm的泡沫是正常的。但泡沫過多，油箱的通（排）氣口充滿泡沫時，就會因妨礙空氣的排放而招致嚴(yán)重的后果。因此油的起泡性能至少應(yīng)符合一般汽輪機油的標(biāo)準(zhǔn)。

除此之外，新油的顏色應(yīng)淺，以不超過ASTMD1500中的2.0為宜。對于帶有負(fù)荷齒輪箱的機組，必須考慮油的承載能力，應(yīng)選擇承載能力（FZG）7級以上的油。

英文名： gas turbine power plant

以高溫氣體為工質(zhì)，按照等壓力加熱循環(huán)工作燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能和電能的工廠。燃?xì)廨啓C發(fā)電廠用液體和氣體燃料通過燃?xì)廨啓C轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，然后帶動發(fā)電機發(fā)電。

燃?xì)廨啓C的絕熱壓縮、等壓加熱、絕熱膨脹和等壓放熱等四個過程分別在壓氣室、燃燒室、燃?xì)馔钙胶突責(zé)崞骰虼髿庵型瓿?。大型燃?xì)廨啓C的壓氣機為多級軸流式，中小型的為離心式。燃?xì)馔钙揭话銥檩S流式，在小型機組中有用向心式的。燃?xì)馔钙綆訅簹夂桶l(fā)電機。燃?xì)廨啓C組單機容量小的約為10~20kW，最大的已達140MW 。熱效率30%~34% ，最高達38%。燃?xì)廨啓C結(jié)構(gòu)有重型和輕型兩種，后者主要由航空發(fā)動機改裝。

由于體積小、重量輕、啟動快、安裝快，用水少或不用水，能使用多種液體和氣體燃料，在發(fā)電上多用于調(diào)峰。此外，燃?xì)廨啓C在油氣開采輸送、交通、冶金、化工、艦船等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。 2100433B

1998年，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。

《電氣工程名詞》第一版。 2100433B

備案信息

備案號：0030-1994 2100433B