微小型燃机_燃烧室设计

在微小型燃机中广泛使用单管燃烧室(在中等功率的机组中有部分使用,在大功率的机组中仅BBC的使用),单管燃烧室现在应用的是回流式,使结构布置紧凑。在燃机中的布置方式有下述几种:顶立(主要用于中小型机组中,优点结构简单、缺点机组较高)、顶卧、侧立、倒立和切向。在小功率燃机中燃烧室有多种歪斜布置,都是以符合气流途程短、结构紧凑为原则而设计的。 燃气轮机现状 燃气轮机由压气机、燃烧室和燃气透平等组成。压气机有轴流式和离心式(或斜流式),离心式一级或两级,适合1MW以下小型燃气轮机。轴流式多级,效率较高,流量大,大、中型燃气轮机中普遍应用。重型结构燃气轮机的零件较为厚重,大修周期长,寿命可达10万小时以上。轻型结构燃气轮机紧凑,较好,并以航空发动机最紧凑,但寿命较短,航机改型的燃气轮机都是轻型结构。 10 MW以上燃气轮机多用于发电,30~40 MW以上几乎都用来发电。油田等工业用燃气轮机通常带动各种泵等,石油化工厂可用之发热。一些车辆、舰船、机车、坦克也使用燃气轮机。 我国燃机工业按苏联模式建立,分属机械、航空、造船、兵器、航天等工业部门,50年代仿制测绘与自行研制过数种燃气轮机。轻型燃机集中在航空系统,发展了5大类。 1.航机改工业燃机,有WP6G、WJ5G、WJ6G、WZ6G等。60年代技术水平,已经生产上 百台。 2.专利生产航机改工业燃机,有斯贝和WZ8,其中斯贝两种改型燃机没有完成研制。另有引进生产许可证的GT25000舰用燃气轮机。 3.合作生产燃机,有FT8、QD10B、QY40等。 4.正在改进中的航机改燃机,有QD128、QD70、QD185等。 5.863燃气轮机专项,R0110重型燃机和微型燃机。 燃气轮机制造从50年代末开始,上海汽轮机厂仿制了BBC公司的6200KW列车电站。利用苏联技术,设计制造了R-650-3型3000KW燃气轮机、R-700-6型6000KW燃气轮机、R-750 /750-25型25000KW燃气轮机。南京汽轮机厂仿制苏联燃气轮机制造了R-600-1.5型1500KW燃气轮机和50马力消防用超小型燃气轮机,自行研制了R-700-1型1000KW燃气轮机。70年代开始研制发电用重型燃气轮机,南京汽轮机厂测绘仿制了RG5301,生产了PG5301。1983年引进GE公司燃机技术,南京汽轮机厂可以生产MS6001、MS5001、MS3002等机组。东方汽轮机厂研制过6000KW燃气轮机发电机组,青岛汽轮机厂研制过200KW小型燃气轮机发电机组。1969年大同机车厂试制一台长征一型2205KW燃气轮机铁路机车,长春机车厂1977年试制一台长征二型2940KW机车,株洲电力机车厂1985年试质一台燃气轮机机车。航改燃机从1974年的WJ6G1燃气轮机开始。航改燃机到1990年生产了74台,供油田等使用。东安生产了WJ5G1燃机、黎明生产了WP6G燃机,常州兰翔生产了WZ6G。成都发动机公司1986年联合开发25000KW的FT8燃气轮机,为JT8D-219涡扇发动机改型。 [航改燃机资料 “十五”期间实施市场换技术战略,发改委进行了三次捆绑招标,引进了GE、西门子与三菱3种F级大型燃机54套,直接跨入9F系的生产。其中哈尔滨动力集团与GE共同生产109FA 机,东方电气集团与三菱联合生产M701F机,上海电气集团与西门子联合生产V94.3A机。另外,南京汽轮电机集团与GE启动了9E系列大型燃机的国产化生产,如120MW的MS9001E。 目前有多种航改燃机投入使用或开始研制。昆仑涡喷发动机改QD128燃气轮机借西气东输诞生。QD128由黎明航空发动机公司与沈阳发动机研究所(606所)等联合研制,燃气发生器由昆仑改进,动力涡轮使用成熟技术,利用了90%以上的昆仑部件。机组输出功率12800KW,热效率30%。2003年7月28日建成中原油田采油一厂热电联产示范电站,2006 年第二台发电机组于大庆油田投入使用。 太行涡扇发动机改燃气轮机有数种,7000KW级QD70燃气轮机已在中原油田并网发电。QD70与QD128都力求小技术风险的快速拿到产品,1:1应用太行核心机改型为QD70。太行发动机曾有改为机车动力的设想,铁道部青藏铁路机车论证中淘汰燃气轮机动力,最终引进GE的9系柴油机车,以求稳妥可靠。太行改燃机进一步改进构成18500KW的QD185发电机组。太行改燃机加风扇顶切并用FT8动力透平改型,形成23900KW的QD230先进燃机发电机组。还有一个利用太行核心机构成82MW发电机组的设想,技术难度较大,目前没有进一步消息。该机组单转子,太行高压压气机放大加级,压比18,重新设计燃烧室,采用MS6001FA结构。在这个基础上,可以进一步相似放大,达到200MW。太行改型燃机还可以发展出10MW、15MW、16MW、20MW等型别,适合工业、舰用、坦克、机车等。QD70由黎明公司、中航燃机动力公司、606所等共同开发研制,1996年开始研制。燃气发生器、动力涡轮、点火系统直接取自太行,润滑系统基本继承太行,主要将燃油喷嘴改为烧气喷嘴,利用了90%以上的太行部件。输出功率7060KW,热效率31%。利用太行发动机生产线,年产8台,价格为国外同类产品的四分之三。 QD70改型QD70A燃气轮机发电机组,2006年10月13日交付。QD70A重新设计部分结构,提高热效率3%。7000KW级改型同时适用于气垫船动力,登陆舰用燃机准验证机研制工作已全面启动。舰用燃机曾用QC70编号,目前为GT7000。 QC185船用燃气轮机由太行核心机风扇部件、低压涡轮、后机闸部件略微改装成燃气发生器,压气机加级、提高压比、增加流量。输出功率17780KW,热效率37.2%。QC185在海军2020年舰用动力规划中占有一席之地,可用于护卫舰等。QC185验证机2004年3月点火成功,其发电型号是QD185。 QD230可以改型为舰用燃机,用于护卫舰、驱逐舰,没有正式研制的消息。 QD168燃气轮机借鉴了俄国АЛ-31СТ燃气轮机改进而成,黎明与留里卡设计局、乌发、萨留特联合生产。QD168合作协议1999年签订,动力涡轮使用意大利新比隆技术,美国压缩机控制公司提供控制系统。额定发电功率16800KW,机组热效率36.5%。俄国首台QD168加压机组经过长时间运行。黎明通过制造QD168,逐步实现国产化,最终实现全部国产化。2006年珠海航展上,乌发与黎明签订一份合资企业合同,准备生产燃气轮机、海水淡化器 等更多产品。“QD-168燃气轮机技术引进”项目,2001年以QD168A验证机研制项目正式立项,2004年3月,验证机点火试车成功。QD168A功率16800KW,热效率35%。可用于发电和舰船动力等。 中航世新燃气轮机公司引进GE10-1燃气轮机发电机组。QD100天然气机组输出功率10820 KW,机组热效率30.31%。QD100A焦炉煤气发电机组输出功率11192KW,机组热效率31.01%。 西安航空发动机公司曾经将Spey MK202涡扇发动机改为舰用Marine 401A燃气轮机,410A 机经过鉴定,没有使用。无锡动力厂试制过401舰用燃机,703所设计过401-II舰用燃机。哈尔滨动力集团也曾为A80燃气轮机的生产做过准备。1994年引进乌克兰GT25000舰用燃气轮机生产许可证后,中船703所、西安航空发动机公司、哈尔滨动力集团等参与国产化。GT25000曾有过UGT25000、GT2500等编号。乌克兰编号ГТД-25000,曾用编号Д-801或M-80(或英文编号DA80、DN80等)。ГТД-25000出口8台,装备四条052B/C,输出功率25000KW,热效率37.5%。 GT25000舰用燃机仿制成功将大大提高舰用动力水平,但是其技术起点不高,仅能解决燃眉之急。GT25000由西航发国产化燃气发生器,哈尔滨动力集团制造动力透平,703所负责成套,尚在研制中。西航发正在研制GT25000G舰用燃气轮机,也可作为工业燃气轮机,输出功率24260KW,热效率35%。 GT6000+是哈尔滨航空工业集团与703所、哈工程大学联合开发的舰用与工业用燃气轮机, 2005年签署了国产化设计、开发、制造、试验和产业化协议书。其原型机GT6000输出功率6700KW,热效率31.5%,有多种型号。 株洲南方燃气轮机公司生产QDR20型热电联供机组与DA20集装箱式发电机组,发电功率2000KW,QDR20已经交付40余台套。QY40燃气轮机压缩机组引进ST30(40)燃气轮机, ST30(40)是加拿大普惠公司产品,并引进引进意大利PCL303离心式压缩机,首台机组2004年投入使用。ST40燃气轮机输出功率4039 KW,热效率33%。 哈尔滨东安公司1975 年研制生产HD-750 型燃气轮机发电机组,1980 年研制生产了 HD-1250 型燃气轮机发电机组,以后陆续研制了QD系列燃气轮机发电机组。目前有QD6、QD8、QD10、QD12、QD16、QD18、QDA20、QD30C 等燃气轮机。 QD10B车载式燃气轮机发电机组主要作为野战电源与民用移动电站使用,采用法国透博梅卡公司的Makila- 1F2B燃机,改装自超美洲豹的MAKILA涡轴发动机,国内配套。功率1000kW,热效率27%。东安公司与加拿大大诚电讯公司间接合作,引进多种燃机,有合资生产、国内配套和纯进口等多种商业合作形式,能够获得先进野战移动燃气轮机电站装备。可以提供美国 5.2MW舱式移动电站、国内配套的美国30KW、60KW车载移动微燃机电站、美国ALTERDYEN 200KW/225KW车载电站、CAPSTONE C30 微型燃气轮机发电机组等。 “十五”期间,863燃气轮机专项有微型燃气轮机课,东安与中科院工程热物理研究所、西安交通大学等联合研制,项目预算3000万。100kW燃气轮机为动力的微型燃气轮机发电机组以及微型冷、热、电联供系统将伴随发动机研制而问世,为今后分布式供能系统应用打下基础,产品编号为WDR100。我国微型燃气轮机有过一些研制,都没有商业应用,863希望达到国际2000年先进水平,并获得产业化发展。 目前,北京理工大学、装甲兵装备技术研究所等也在研究微型燃气轮机。运载火箭技术研究院有微燃机电热冷联供方舱问世,发电功率29KW。黎明公司微型燃机项目2001年启动,与沈阳工业大学、西安交通大学等联合研制。应用于分布式供电系统中,作为宾馆、医院等的备用电源,希望能应用于坦克、自行火炮等军用装备领域。WD095微型燃气轮机发电机组为可移动独立电源,发电功率95KW,热效率26~29%,燃料为天然气、石油伴生气、煤油和柴油等。 R0110重型燃气轮机是“十五”期间863重大专项,“官产学研”联合模式发展。项目预算5亿。黎明与606所、清华大学、中科院工程热物理研究所、上海交通大学等单位组成设计研制项目联合体,借鉴国外技术,引进国外智力。R0110技术水平在E级与F级之间。预期输出功率114500KW,热效率36%。在RO110母型机基础上,可以实现60MW、160MW与200MW以上系列燃机。R0110舰用型号论证工作已经开展。 中国燃气轮机工业起步很早,应用范围很广,从电站燃机、移动电源、机车动力到消防装备都有生产,但是装备数量很少。80年代以来,燃机发展势头萎缩,仅有航改燃机得到较大 发展。“十五”期间,燃机工业迎来蓬勃发展的局面。发改委三捆招标装机容量等于一个三峡电站,单纯进口不合时宜。市场换技术战略扶植国内制造业,替代进口。但是市场换技术也是有限的,主要获得先进制造技术,核心技术和研发技术均不可能获得。燃机市场两极化趋势明显,重型发电燃机与中小型燃机市场广阔。中国燃机应用主要局限在电站、石化和管道运输等狭窄的领域,市场开拓难度很高,因为燃机装备类型具有很大的可替代性。中小型燃机有各种本土化制造模式,从技术引进到为了打开市场而进行的国内简单配套。燃机自主知识产权提到重要地位,863计划主要投向重型燃机,核心突破,全面掌握先进研发制造技术。863微型燃机立足于产业化,在分布式供能领域和国防领域有所作为。机车与坦克领域燃机动力的前景并不明朗,只有野战移动能源供应合适燃机发展。 航改燃机随着先进航空发动机技术的核心突破与西部大开发的良机得以破土而出,燃气轮机工业自主知识产权也主要集中在航改燃机领域。航改燃机的国防应用前景广阔,为此引进了QD168和GT25000制造技术,解决急需。航改燃机主要由太行核心机担纲,小步快跑,逐步突破技术难关,达成功率级别完整、体系配套的工业与舰船燃机,可用于油田、石化、发电、管道运输、舰船、铁路机车等领域。自行研制产品通常走产学研联合发展模式,以我为主,引进局部先进技术与国外人才。除太行以外,高推比40号试验机也有改燃机打算,随着高推比WS15发动机投入研制,未来航改燃机将会继续保持高速发展格局,并为满足海军燃气轮机化打下扎实基础。