GE公司生產(chǎn)的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)分析

GE公司生產(chǎn)的工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)分析GE公司的工業(yè)型燃?xì)廨喪怯?0年代后期，在TG180(即J-35)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。就單軸燃?xì)廨啓C(jī)而言，目前GE公司生產(chǎn)的、用于50Hz發(fā)電的工業(yè)型機(jī)組有MS5001PA、MS6001B、MS6001FA、MS9001E、MS9001EC和MS9001FA等，它們的性能參數(shù)已列于第2章的表2-2中。GE公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)彼此是非常相似的。這些機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：他們都是整體式結(jié)構(gòu)型式。壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙?，包括壓氣機(jī)進(jìn)氣機(jī)匣和燃?xì)馔钙降呐艢鈹U(kuò)壓機(jī)匣，彼此聯(lián)接成為一個(gè)整體，安裝在同一個(gè)底座上。一些輔助設(shè)備，諸如潤(rùn)滑油系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、起動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、傳動(dòng)齒輪箱等也都安裝在另一個(gè)底座上。這樣就能節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)的安裝時(shí)間和機(jī)組設(shè)備的運(yùn)輸費(fèi)用。MS6001B、MS9001E和MS9001EC型機(jī)組都是在燃?xì)馔钙絺?cè)的熱端輸出功率的，這樣有利于減小壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的傳扭負(fù)載，但不利于排氣擴(kuò)壓機(jī)匣與余熱鍋爐的聯(lián)接。MS9001FA和MS6001FA型機(jī)組則改為由壓氣機(jī)側(cè)的冷端輸出功率的方案。這樣就可以使燃?xì)馔钙降呐艢鈹U(kuò)壓器直接與余熱鍋爐相聯(lián)，有利于減小流阻損失，但卻會(huì)增大壓氣機(jī)的傳扭負(fù)載，因而必須對(duì)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的傳扭結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。除MS9001E型機(jī)組為三軸承支承的方案外，其余幾種機(jī)組均采用雙軸承支承的方案，兩個(gè)軸承分別位于壓氣機(jī)和燃?xì)馔钙睫D(zhuǎn)子的兩端，這樣可以使燃?xì)廨啓C(jī)的總體結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單。采用三軸承支承方案有利于改善轉(zhuǎn)子的剛性，可以使壓氣機(jī)后幾級(jí)采用較小的徑向間隙，略能提高壓氣機(jī)的效率。但是多了一個(gè)軸承將使機(jī)組的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，特別是對(duì)三個(gè)軸承的同心度要求很高，否則會(huì)由于軸承之間同心度的偏差，而影響轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。壓氣機(jī)由進(jìn)氣機(jī)匣、氣缸、靜葉、轉(zhuǎn)子、動(dòng)葉、氣封和排氣擴(kuò)壓缸等部件組成。這些機(jī)組的壓氣機(jī)級(jí)數(shù)與壓縮比和空氣流量的變化關(guān)系如表7-1所示。為了防止起動(dòng)過程中壓氣機(jī)發(fā)生喘振，上述機(jī)組的壓氣機(jī)中都裝有進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉和1~2個(gè)中間級(jí)的放氣口(MS6001B機(jī)和MS9001E機(jī)在第4和第10級(jí)后放氣；MS9001EC機(jī)在第13級(jí)后放氣；MS9001FA和MS6001FA在第9和第13級(jí)后放氣)。進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉還能于聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行時(shí)，表7-1GE公司的某些單軸發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的參數(shù)機(jī)型項(xiàng)目MS6001BMS9001EMS9001ECMS9001FAMS6001FA壓氣機(jī)參數(shù)1717181818壓縮比11.812.314.215.415.0空氣流量/kg·s-1136.99403.70498.51645.02196.47在一定負(fù)荷范圍內(nèi)確保透平前的燃?xì)鉁囟群愣ú蛔儯郧筇岣卟糠重?fù)荷的效率。壓氣機(jī)通流部分的前幾級(jí)采用等內(nèi)徑的結(jié)構(gòu)型式，其后各級(jí)則采用等外徑的結(jié)構(gòu)型式。壓氣機(jī)的氣缸。氣缸是壓氣機(jī)靜子的核心，其他的靜子部件，如靜葉等均固定在它的上面，它是整臺(tái)機(jī)組的承力骨架，承受著機(jī)組的重量、壓縮空氣的內(nèi)壓力以及其他的作用力。氣缸必須剛性好，以防受力后發(fā)生較大的變形，致使轉(zhuǎn)子和靜子在徑向間隙處發(fā)生碰擦；或者使氣缸發(fā)生振動(dòng)，并導(dǎo)致靜子各段之間的同心度被破壞。GE公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)之壓氣機(jī)氣缸是采用具有水平中分面式的結(jié)構(gòu)，并把氣缸沿軸向分為2-3段。分段氣缸結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：①由于前后段溫度的不同，前后段可以采用不同的材料，例如：前段可用鑄鐵，后段則可以采用鑄鋼；②每段氣缸比較短，便于氣缸內(nèi)表面和靜葉葉根槽的加工；③壓氣機(jī)一般需要在中間級(jí)防喘放氣，在每段的接合處可以設(shè)計(jì)成為一圈環(huán)狀的放氣口，使氣流能沿圓周方向均勻地流出，不至于對(duì)葉片造成不均勻的激振力。前后段氣缸之間的同心度是依靠垂直法蘭上的定位止口來保證的。進(jìn)氣機(jī)匣均采用單獨(dú)的鑄件，它們也是通過定位止口和垂直法蘭，與壓氣機(jī)氣缸的前段相聯(lián)的。進(jìn)氣機(jī)匣中收斂器流道的截面是不斷縮小的，它能保證氣流在其中均勻地加速，并均勻地流入進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉。機(jī)組的軸承座的下半部分與機(jī)匣的下半部分鑄成整體。軸承承受的力是通過壓氣機(jī)匣傳到氣缸上去的。壓氣機(jī)的后段，包括排氣擴(kuò)壓器在內(nèi)，是與燃燒室的進(jìn)氣環(huán)腔的前錐體鑄成一體的，它的擴(kuò)壓器是采用直線擴(kuò)壓器形式，這樣可以獲得較高的擴(kuò)壓效率。壓氣機(jī)的靜葉。壓氣機(jī)的靜葉葉型和扭曲規(guī)律取決于壓氣機(jī)的熱力和氣動(dòng)設(shè)計(jì)。就結(jié)構(gòu)而言，靜葉如何安裝固定到氣缸上去，則是人們關(guān)注的問題。1-靜葉1-靜葉2-靜葉外環(huán)3-氣缸圖7-1裝配式的靜葉環(huán)MS6001B型機(jī)組的5~17級(jí)壓氣機(jī)靜葉則采用直接裝配式的靜葉結(jié)構(gòu)，如圖7-2所示。在這種結(jié)構(gòu)中在氣缸上加工出T形的葉根槽，每片靜葉也制備有T形的葉根。靜葉是一片一片地周向裝入葉根槽中去的。1-靜葉2-氣缸3-T形葉根槽1-固定環(huán)2-導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)3-軸套4-導(dǎo)葉5-進(jìn)氣機(jī)殼6-聯(lián)動(dòng)齒輪7-小齒輪8-外罩9-氣缸圖7-2直接裝配式的靜葉結(jié)構(gòu)圖7-3可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的結(jié)構(gòu)MS6001B型機(jī)組中進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉采用圖7-3那樣的結(jié)構(gòu)型式。為了使葉片能夠旋轉(zhuǎn)，把葉片的兩端都加工成為軸頸，它們與軸套相配合，該配合應(yīng)保證導(dǎo)葉能夠靈活地旋轉(zhuǎn)，同時(shí)又能防止氣體泄露。軸套必須采用自潤(rùn)滑性良好的材料(例如：青銅)制作，以求保證具有較長(zhǎng)的工作壽命。導(dǎo)葉的旋轉(zhuǎn)是依靠聯(lián)動(dòng)齒輪6，帶動(dòng)裝在導(dǎo)葉上端的小齒輪7的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。由于可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉比較長(zhǎng)，為了加強(qiáng)其剛性，都專門設(shè)置了導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)2。為了保證同一列導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)角度一致，應(yīng)使聯(lián)動(dòng)齒輪與小齒輪之間的嚙合處無(wú)間隙。壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子是由輪盤、軸和動(dòng)葉等元件組成的高速旋轉(zhuǎn)部件，它必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度，以確保機(jī)組能夠長(zhǎng)期地安全而又可靠地運(yùn)行。由GE公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)中，壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子采用了外圍拉桿螺栓聯(lián)接的盤鼓式的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式，盤鼓式的轉(zhuǎn)子是把各級(jí)輪盤在接近輪緣處的鼓環(huán)，用多根細(xì)而長(zhǎng)的拉桿螺栓，彼此壓緊而連接成為一體的，因而它在接近輪緣處是一個(gè)轉(zhuǎn)鼓，這樣，可以使轉(zhuǎn)子具有很好的剛性。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的離心力則是依靠輪盤來承受的，致使這種轉(zhuǎn)子也能具有很好的強(qiáng)度。1-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子1-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子2-扇形螺母3-螺栓堵頭4-內(nèi)六角螺栓5-過渡軸6-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的拉桿螺母7-壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的拉桿圖7-4壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子與過渡軸的聯(lián)接為了防止工作時(shí)拉桿螺栓松脫，就必須鎖緊拉桿的兩端螺母。在MS6001B型機(jī)組中是采用異形螺母來鎖緊拉桿的。在壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的前端選用了扇形螺母，它裝在輪盤的槽中，裝配好后就無(wú)法松動(dòng)了。轉(zhuǎn)子拉桿的后端則采用了八角螺母，裝配好后，可以靠其中一個(gè)面與過渡軸的內(nèi)圓表面貼合，運(yùn)行時(shí)也不會(huì)松動(dòng)，如圖7-4所示。MS6001B型機(jī)組壓氣機(jī)的動(dòng)葉采用軸向裝配式的燕尾行葉根，葉根裝在輪盤的葉根槽中，一般采用有間隙的配合，這樣可以降低加工精度，且便于裝拆，并能避免對(duì)葉根槽產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。旋轉(zhuǎn)時(shí)葉片能自動(dòng)調(diào)位。葉片的軸向定位是采用輪緣沖鉚的鎖緊結(jié)構(gòu)。這種鎖緊方式的缺點(diǎn)是更換葉片時(shí)需要重新沖鉚，容易將輪緣端面損壞。由于GE公司設(shè)計(jì)的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子中各個(gè)輪盤的輪緣端面靠得很近，因而葉片的裝拆必須在轉(zhuǎn)子解體的情況下進(jìn)行，工作量很大。壓氣機(jī)部件的制造材料。壓氣機(jī)的機(jī)匣一般采用球墨鑄鐵鑄造而成的。MS9001EC和MS9001FA型機(jī)組中，靜葉和動(dòng)葉均采用C450和403+C6不銹鋼制造；前幾級(jí)葉片上還噴涂GECC-1型防腐蝕涂層；轉(zhuǎn)子則選用CrMo，NiCrMo和CrMoV，NiCrMoV鋼制造。燃燒室采用逆流式分管型式結(jié)構(gòu)型式，如第4章圖4-1和圖4-8所示，這樣能縮短整臺(tái)機(jī)組的軸向長(zhǎng)度，有利于改善整體轉(zhuǎn)子的剛性，并使燃燒室能夠作全尺寸、全參數(shù)的調(diào)整試驗(yàn)。表7-2GE公司某些單軸發(fā)電用燃?xì)廨啓C(jī)中燃燒室的情況機(jī)型項(xiàng)目MS6001BMS9001EMS9001ECMS9001EAMS6001FA燃燒室個(gè)數(shù)101414186每個(gè)燃燒室中的噴油嘴數(shù)量11666噴油嘴總數(shù)10148410836適用的燃料品種天然氣、輕油、渣油、原油天然氣、輕油、渣油、原油天然氣、輕油天然氣、輕油天然氣、輕油目前，GE公司生產(chǎn)的燃燒室共有2種火焰管直徑尺寸，一種為φ268mm，它被用于MS3000、MS5000和MS6000系列的機(jī)組上，另一種為φ358mm，它被用于MS7000和MS9000系列的機(jī)組上。由于機(jī)組容量的差異，燃燒室的個(gè)數(shù)可以有所不同。圖7-5雙殼體的有沖擊冷卻效果的過渡段在MS6001B和MS9001E型燃?xì)廨啓C(jī)中可以燃用天然氣、輕油、渣油和原油等多種燃料，它們采用第4章圖4-3那樣的空氣霧化式的雙燃料噴嘴，在高負(fù)荷工況下依靠噴水或噴蒸汽的方法，來控制NOx的排放量。在MS9001EC、MS9001FA和MS6001FA型機(jī)組中則采用第4章圖4-8那樣的干式低NOx圖7-5雙殼體的有沖擊冷卻效果的過渡段隨著燃?xì)馔钙角皽囟鹊奶岣撸紵页隹谶^渡段的冷卻必須加強(qiáng)。為此，在MS9001FA和MS6001FA型機(jī)組上專門設(shè)計(jì)了一種有沖擊冷卻效果的過渡段結(jié)果，如圖7-5所示。該過渡段是雙殼體型式的，內(nèi)過渡段被一個(gè)形狀相同的、鉆有許多小孔的外套包圍著。從壓氣機(jī)流來的壓縮空氣可以通過這些小孔，形成射流去沖擊冷卻內(nèi)過渡段。該多孔的外套是用AISI-304不銹鋼制成的；內(nèi)過渡段是用Nimonic263制作的，并在其內(nèi)表面噴涂耐熱涂層，這樣可以使金屬的溫度梯度減至最小。燃燒室的外殼選用SA/516-55鋼制造，火焰管的前段用HastelloyX制造，火焰管尾部278mm長(zhǎng)的那一段則改用HS-188材料制造，火焰管的內(nèi)表面上均噴涂有耐熱的涂層。燃?xì)馔钙接蓺飧住㈧o葉(又稱噴嘴)、轉(zhuǎn)子、動(dòng)葉、氣封和排氣擴(kuò)壓器等部件組成。在GE公司設(shè)計(jì)的上述工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)中，雖然壓氣機(jī)的壓縮比各不相同，但燃?xì)馔钙骄O(shè)計(jì)成為3級(jí)，即透平級(jí)的焓降是比較大的，但級(jí)的效率卻相對(duì)地略有降低。減少燃?xì)馔钙降募?jí)數(shù)有利于簡(jiǎn)化燃?xì)廨啓C(jī)的整體結(jié)構(gòu)，并使制造成本降低。圖7-6中給出了MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)馔钙降氖疽鈭D。燃?xì)馔钙降臍飧?。由于透平的?jí)數(shù)很少，因而透平氣缸的軸向尺寸要比壓氣機(jī)短很多，又由于透平氣缸采用雙層結(jié)構(gòu)并有空氣進(jìn)行冷卻，致使透平氣缸前后的工作溫度相差不大，因而透平氣缸一般不再軸向分段，而是選用只有水平中分面的、上下兩半的單個(gè)氣缸的結(jié)構(gòu)型式。通常，氣缸是用耐熱鑄鋼或球墨鑄鐵鑄造的。在MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)中，透平的靜子部分是設(shè)計(jì)成為雙層結(jié)構(gòu)型式的，其外層為氣缸，內(nèi)層則由靜葉(又稱噴嘴)的外緣板和護(hù)環(huán)等元件組成的。氣缸是與高溫燃?xì)飧艚^的，這樣不僅可以有效地降低氣缸的工作溫度，以便采用較差的材料；同時(shí)還能減少氣缸的熱膨脹量和熱應(yīng)力；并能減少對(duì)氣缸的熱沖擊，有利于機(jī)組的快速起動(dòng)和加載，還有利于控制透平動(dòng)葉頂部徑向間隙在運(yùn)行之中的變化。在采用雙層結(jié)構(gòu)型式后，外層氣缸的溫度低，它主要用來承受機(jī)組的重量、燃?xì)獾膲毫推渌饔昧?；而?nèi)層的溫度高，使其主要用來承熱。顯然，這是一種承力件與承熱件分開的結(jié)構(gòu)型式。承力件溫度低，就可以選用較差的材料制作；承熱件承力小，就能設(shè)計(jì)得較薄，致使熱應(yīng)力較小，具有較強(qiáng)的抗熱沖擊的能力。1-過渡軸2-壓氣機(jī)的后氣缸3-拉桿螺栓4-一級(jí)靜葉的內(nèi)支承環(huán)5-一級(jí)靜葉6-燃?xì)鈱?dǎo)管7-一級(jí)靜葉的持環(huán)8-透平氣缸9-一級(jí)保護(hù)10-一級(jí)動(dòng)葉11-二級(jí)靜葉12-二級(jí)保護(hù)13-二級(jí)動(dòng)葉14-三級(jí)靜葉15-三級(jí)保護(hù)16-三級(jí)動(dòng)葉17-排氣擴(kuò)壓器18-排氣擴(kuò)壓機(jī)殼19-蓋板20-后軸承前密封21-后軸承座上蓋22-后軸承23-后軸承后密封24-透平后半軸25-三級(jí)輪盤26-三級(jí)靜葉內(nèi)環(huán)27-二、三級(jí)級(jí)間輪盤28-二級(jí)輪盤29-二級(jí)靜葉內(nèi)環(huán)30-一、二級(jí)級(jí)間輪盤31-一級(jí)輪盤圖7-6MS6001B型燃?xì)廨啓C(jī)中的燃?xì)馔钙?-密封片1-密封片2-護(hù)環(huán)扇級(jí)Ⅰ3-矩形齒4-護(hù)環(huán)煽段Ⅱ5-膨脹間隙圖7-7扇段護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)不與燃?xì)饨佑|的持環(huán)，溫度略低，可采用不分扇段的結(jié)構(gòu)型式，如圖7-8所示。那時(shí)，持環(huán)分為上、下兩半，在水平中分面處用螺栓聯(lián)接成整體。在持環(huán)上則裝有靜葉組，它可以使持環(huán)與燃?xì)飧艚^。同時(shí)A腔中還有冷卻空氣流入，以冷卻靜葉，因而持環(huán)的溫度比較低。持環(huán)兩側(cè)的水平中分法蘭擱置在氣缸上，并被壓住；上下兩端則用偏心銷左右定位?？傃b時(shí)可改變中分法蘭擱置處的墊片厚度，來調(diào)整持環(huán)的高低位置；用轉(zhuǎn)動(dòng)偏心銷來調(diào)整持環(huán)的左右位置，以確保持環(huán)和透平轉(zhuǎn)子的同心。由于水平擱置處和偏心銷部位都有徑向間隙，又都是沿徑向布置的，因而持環(huán)可以自由熱膨脹，以保證熱對(duì)中。1-氣缸2-持環(huán)3-扇形護(hù)環(huán)4-靜葉組5-偏心銷圖7-8具有水平中分面的持環(huán)之固定結(jié)構(gòu)燃?xì)馔钙降撵o葉。透平的靜葉被高溫而且溫度不均勻的燃?xì)馑鼑?，在起?dòng)和停機(jī)時(shí)承受的熱沖擊又最嚴(yán)重，因而需要用能耐高溫和耐熱沖擊的耐熱鈷基合金鑄造，甚至需要用空氣進(jìn)行冷卻。為了加強(qiáng)葉片的剛度，不使在不均勻的高溫溫度場(chǎng)中發(fā)生扭曲或彎曲變形，GE公司的機(jī)組中采用了精鑄多片式靜葉組，如圖7-9所示。靜葉是空心的，其中通以空氣，以便進(jìn)行冷卻，冷卻空氣由靜葉尾緣處開設(shè)的小孔中流出。與扇段護(hù)環(huán)相仿，每個(gè)靜葉組要用銷釘定位，在靜葉組之間要留有熱膨脹間隙，此外還要加裝密封片，以防漏氣。由于靜葉的焓降大，為了減少級(jí)間的漏氣，在靜葉的下方需設(shè)置內(nèi)環(huán)，其上將裝有氣封，如圖7-6所示。靜葉內(nèi)環(huán)也是采用扇段結(jié)構(gòu)型式。a)五葉組b)帶有冷卻小孔的兩葉組圖7-9精鑄的靜葉組燃?xì)馔钙降霓D(zhuǎn)子。如圖7-6所示，GE公司設(shè)計(jì)的燃?xì)廨啓C(jī)中采用外圍拉桿型式的透平轉(zhuǎn)子，它們是依靠壓緊面上的摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩的。每級(jí)輪盤上都軸向地開出樅樹形葉根槽，如圖7-10所示。這種葉根槽的優(yōu)點(diǎn)是：①多對(duì)齒承力，強(qiáng)度好，承載能力大；②尺寸緊湊，連接質(zhì)量輕，可以使動(dòng)葉的葉根接近于等強(qiáng)度設(shè)計(jì)；③采用有間隙的松裝結(jié)構(gòu)，能自由熱膨脹，可以讓冷卻空氣從間隙中流過，由此增強(qiáng)了對(duì)葉根和輪盤之輪緣的冷卻效果。圖7-10樅樹形葉根槽的齒形在GE公司設(shè)計(jì)的燃?xì)馔钙街胁捎玫膸в袠簶湫稳~根的長(zhǎng)柄式動(dòng)葉片。所謂長(zhǎng)柄(頸)式葉片是指在葉片平臺(tái)與葉根之間，通過較長(zhǎng)的、A-A斷面為工字型的“柄(頸)”來連接的動(dòng)葉結(jié)構(gòu)，這種長(zhǎng)柄葉根結(jié)構(gòu)雖然增大了葉根所承受的離心力，但它卻有以下一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，即：①減少了葉片對(duì)輪盤的傳熱，在配合以空氣的冷卻后，可以使葉根齒和輪緣的溫度大大地降低；②改善了葉根齒中第一對(duì)齒的承載條件和葉根應(yīng)力的不均勻程度；③可以合理地使用材料。因?yàn)殒嚮辖鹪?50~810℃之間時(shí)會(huì)出現(xiàn)“塑性低谷”現(xiàn)象，當(dāng)采用長(zhǎng)柄結(jié)構(gòu)后，該現(xiàn)象正好出現(xiàn)在長(zhǎng)柄區(qū)。由于長(zhǎng)柄部分的應(yīng)力狀況要比葉根處簡(jiǎn)單，又不承受沖擊載荷，材料的韌性差一些也無(wú)妨。否則“塑性低谷”現(xiàn)象將在葉根齒上發(fā)生，對(duì)承載不利。在樅樹形葉根的底平面上均開設(shè)有小孔，以便通入冷卻空氣，使葉根得以冷卻。圖7-11透平動(dòng)葉頂部中間去掉部分材質(zhì)的、唇狀減薄葉頂之示圖軸向裝配的樅樹形葉根，像壓氣機(jī)的燕尾形葉根那樣，需要軸向鎖緊，以防葉片軸向脫落。在MS6001B行機(jī)組中采用卡圈鎖緊裝置，它是用鋼絲交替地嵌入葉根和輪緣上開出的槽道中。圖7-11透平動(dòng)葉頂部中間去掉部分材質(zhì)的、唇狀減薄葉頂之示圖MS6001B型機(jī)組中的三級(jí)透平動(dòng)葉都是精鑄葉片，一級(jí)和二級(jí)葉片是冷卻葉片，中間有冷卻空氣孔。一級(jí)葉片的葉頂無(wú)葉冠，采用圖7-11那樣的唇狀減薄葉頂，這樣可以減小動(dòng)葉與護(hù)環(huán)之間的徑向間隙，由可保持頂部原有的葉型，有利于減少端部損失。當(dāng)葉頂萬(wàn)一與護(hù)環(huán)碰撞時(shí)，也只能磨去少量金屬。二級(jí)和三級(jí)葉片采用帶氣封齒的Z形葉冠，這樣可以使動(dòng)葉的葉冠貼合在一起，形成一個(gè)環(huán)帶(或稱圍帶)，有利于減少頂部的漏氣損失，并能對(duì)葉片的振動(dòng)起阻尼作用。各級(jí)葉根均為長(zhǎng)柄三對(duì)齒式的樅樹形結(jié)構(gòu)。由于一級(jí)動(dòng)葉工作區(qū)域的溫度最高，因而長(zhǎng)柄部分的長(zhǎng)度就最長(zhǎng)；二級(jí)動(dòng)葉的長(zhǎng)柄長(zhǎng)度次之，三級(jí)者最短。圖7-12中給出了在MS9001FA型機(jī)組中采用的三級(jí)動(dòng)葉頂部的結(jié)構(gòu)示圖，由此可以形象地看清其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。圖7-13上則給出了MS6001B型機(jī)組中，透平第一級(jí)動(dòng)葉、第一級(jí)護(hù)環(huán)、第一級(jí)靜葉(噴嘴)、第二級(jí)動(dòng)葉、第二級(jí)護(hù)環(huán)和第三級(jí)靜葉的結(jié)構(gòu)圖，它能幫助我們更形象地了解這些部件的結(jié)構(gòu)形狀，以及它們相互之間的配合關(guān)系。a）第一級(jí)動(dòng)葉b）第二級(jí)動(dòng)葉c）第三級(jí)動(dòng)葉1-第一級(jí)動(dòng)葉2-第一級(jí)護(hù)環(huán)3-第二級(jí)靜葉4-第二級(jí)動(dòng)葉5-第二級(jí)護(hù)環(huán)6-第三級(jí)靜葉7-氣封8-轉(zhuǎn)子9-氣缸圖7-12MS9001FA機(jī)組中透平動(dòng)葉的頂部結(jié)構(gòu)圖7-13MS6001B型機(jī)組中透平動(dòng)葉和靜葉的配置關(guān)系燃?xì)馔钙降睦鋮s結(jié)構(gòu)。目前使用的燃?xì)廨啓C(jī)都采用從壓氣機(jī)中抽取空氣，來冷卻透平的靜子、轉(zhuǎn)子和葉片的方法。由于燃?xì)獬鯗氐牟粩嘣龈撸鋮s空氣量已增大到壓氣機(jī)進(jìn)口空氣量的10%以上，這對(duì)于改善燃?xì)廨啓C(jī)的效率有負(fù)面作用，因而今后有采用水蒸氣來冷卻燃?xì)馔钙降内呄?。首先，讓我們討論一下透平轉(zhuǎn)子和靜子的冷卻問題。圖7-14上給出了MS6001B型機(jī)透平的冷卻系統(tǒng)圖，它可以幫助我們舉一反三地來理解GE公司生產(chǎn)的其他機(jī)組的冷卻結(jié)構(gòu)。圖7-14MS6001B型燃?xì)馔钙降睦鋮s系統(tǒng)按照透平冷卻部位所需壓力的不同，冷卻空氣將從壓氣機(jī)的不同級(jí)中抽取。其中有兩股抽氣是用來冷卻氣缸和靜葉的，另外的三股則用來冷卻轉(zhuǎn)子。冷卻靜子的第一股空氣是取自壓氣機(jī)的出口，它經(jīng)過燃燒室過渡段周圍的空腔引來，其中較多的部分流入第一級(jí)靜葉的持環(huán)，再流入一級(jí)靜葉內(nèi)部的冷卻流道，在冷卻靜葉后，從靜葉出氣尾緣的小孔中排至主燃?xì)饬髦腥?。另一部分空氣則經(jīng)一級(jí)護(hù)環(huán)去冷卻第二級(jí)靜葉，其中有一部分再經(jīng)第二級(jí)護(hù)環(huán)去冷卻第三級(jí)靜葉。流入第二級(jí)靜葉的空氣在冷卻葉片后，有一部分從靜葉的出氣邊排到主燃?xì)庵腥?，另一部分則從內(nèi)環(huán)前端的孔流出，去冷卻第一級(jí)葉輪的出氣側(cè)和第二級(jí)葉輪的進(jìn)氣側(cè)。第二股冷卻空氣是從壓氣機(jī)的第5級(jí)中引出的，它經(jīng)氣缸上均布的一圈孔道在冷卻氣缸后，進(jìn)入排氣擴(kuò)壓殼與擴(kuò)壓器之間的外腔，再經(jīng)擴(kuò)壓機(jī)殼上肋板處的流道流入內(nèi)腔，最后從第三級(jí)葉輪的出氣側(cè)流入擴(kuò)壓器中。因而，第二股空氣兼有冷卻擴(kuò)壓機(jī)殼和第三級(jí)葉輪出氣側(cè)的功效。冷卻轉(zhuǎn)子的第一股空氣是從壓氣機(jī)出口處的氣封部位流過來的，到轉(zhuǎn)子的進(jìn)氣側(cè)去冷卻第一級(jí)葉輪的進(jìn)氣側(cè)。第二股空氣則是從壓氣機(jī)的第16級(jí)經(jīng)轉(zhuǎn)子內(nèi)部的流道引來的，其中大部分空氣流入第一級(jí)動(dòng)葉的內(nèi)部去進(jìn)行冷卻，然后從葉頂排到主燃?xì)饬髦腥?；其余的一部分空氣則用來冷卻第二級(jí)動(dòng)葉，另外一部分卻流至第三級(jí)葉輪的出氣側(cè)，對(duì)二級(jí)葉輪的出氣側(cè)和第三級(jí)葉輪的進(jìn)氣側(cè)進(jìn)行冷卻。此外，從壓氣機(jī)第五級(jí)引入后軸承密封的空氣，有一部分要漏入轉(zhuǎn)子的出氣側(cè)，對(duì)其進(jìn)行冷卻。由此可見，MS6001B型機(jī)組的氣缸和轉(zhuǎn)子都冷卻良好。由于每級(jí)葉輪的進(jìn)氣側(cè)面和出氣側(cè)面都有冷卻空氣流過，可以使這些金屬表面與高溫燃?xì)馔耆糸_，冷卻效果顯然是良好的。因而，燃?xì)廨啓C(jī)可以在燃?xì)獬鯗睾芨叩那闆r下長(zhǎng)期安全運(yùn)行。下面，讓我們討論一下透平葉片的冷卻問題。眾所周知：為了提高燃?xì)廨啓C(jī)的初溫，需要從改善高溫合金材料的性能，以及提高葉片的冷卻效果這兩方面著手。據(jù)統(tǒng)計(jì)：近30年來高溫材料的工作溫度，平均每年提高10℃左右，因而冷卻葉片的效果所致的燃?xì)獬鯗刂岣叱潭?，則要比由于材料改進(jìn)所獲得的效果大兩倍，其研究費(fèi)用僅為開發(fā)新材料費(fèi)用的四分之一。因而冷卻葉片的應(yīng)用是燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)發(fā)展中的突破性進(jìn)步。圖7-15MS6001B機(jī)組中第一級(jí)靜葉的冷卻結(jié)構(gòu)圖7-15MS6001B機(jī)組中第一級(jí)靜葉的冷卻結(jié)構(gòu)為了強(qiáng)化透平靜葉的冷卻，人們往往把幾種冷卻方式一起使用，稱之為綜合冷卻方式。圖7-15中給出了MS6001B型機(jī)組中第一級(jí)靜