关于SGT6-5000F燃机转子冷却空气系统研究

李辉

青岛华丰伟业电力科技工程有限公司 山东青岛 266100

摘要：为了提高燃机转子的冷却效果，本文将从多方面针对SGT6-5000F燃机转子冷却空气系统展开研究，这样既能有效提高燃机冷却效果，还可以减少冷却空气的流量，同时有利于燃机转子冷却空气的余热得到再次回收利用，对机组效率的进一步提高意义重大。

关键词：SGT6-5000F；燃机转子冷却空气系统；研究

前言：西门子能源公司SGT6-5000F（5）燃气轮机包括一个13级高效率轴流式压气机，附带可变入口导板叶片（IGV）和三排可变导板叶片（VGV）。还包括一个燃烧系统，具有先进的冷却和多燃料使用能力。在这一系统中，安装有一个燃烧室，容纳了16个独立的燃烧器。这些燃烧器呈圆形布置，围绕在透平总成周围。针对SGT6-5000F燃机转子冷却空气系统开展研究，对相关工作的顺利开展至关重要。

1燃机转子冷却空气系统

燃气轮机的冷却空气系统，为暴露在气体通路温度下但温度高于材料温度限制的组件提供直接冷却功能。通过转子向燃气轮机的1、2和3号叶片环供应并分配空气。很大比例的冷却空气分配时应满足密封泄漏要求。从燃烧室外壳提取压气机的排气，以冷却转子与1、2和3号旋转叶片。压气机的排气通过空气至空气翅片风机冷却器进行冷却。返回到转子（主轴）处的扭矩管通路之前，空气会穿过一个分离器。对于第1、2和3级，直接冷却发生在燃气轮机主轴叶片基部锯齿。在SGT6-5000F（5）发动机上，不会为第4级冷却。这个冷却系统在透平叶片、透平腔和燃气通道之间提供了一个热屏障。

2系统接口

在系统正常运行期间，冷却空气系统为仪表用气提供了一个压缩空气源。冷却空气系统还为燃烧室排泄阀提供了驱动空气。冷却空气系统连接了仪表空气系统、电气系统和控制系统，以提供动力或控制。

3系统功能

运行系统组件并没有控制转子空气冷却系统的压力与流速。热电偶（MBH50CT003A/B）提供了温度反馈，所有温度控制动作都基于这些反馈。根据此温度反馈来控制连接至翅片风机冷却器（MBH40AC001）的变频驱动器（VFD）电动机（MBH40AN001）速度，以维持系统的设定值温度。返回气体（已冷却）的温度设定值基于发动机负荷。

4系统组件说明

4.1带有空气热交换器MBH40AC001、变频驱动器（VFD）MBH40AN001的转子空气冷却器

翅片风机转子空气冷却器是一个空气热交换器（MBH40AC001），配备有一个VFD电动机（MBH40AN001）。冷却器包含翅片管，接合在进气母管与出气母管之间。VFD驱动风机挤压空气穿过翅片管。根据下游转子空气冷却热电偶来控制风机转速。

4.2转子空气冷却热电偶，MBH50CT003A，B

热电偶MBH50CT003A，B，位于转子空气冷却器的下游侧，用于将冷却空气温度控制在所需的设定值下。基于“控制器设置规范（CSS）”，如果温度超出范围，则控制系统将发出警报。热电偶是一种双工元件，提供冗余功能。

4.3转子空气冷却分离器MBH50AT001

转子空气冷却分离器包含有一个在压力容器内构建的惰性分离器。用于除去较大的颗粒，以便向叶片基部区域提供更清洁的冷却空气。通过自动化的泄放排泄阀，MBH40AA003，分离出的颗粒会从分离器中去除。颗粒会排入高压排气阀（MBH21AA003）下游的高压排气管道，然后排入透平排气废气中。

4.4压气机出口热电偶MBH40CT003A，B

这一组热电偶用于监控压气机的出口温度。

4.5转子空气冷却孔板MBH40BP007

转子空气冷却孔板用作等径孔板（间隔板），位于供气管道（高温侧）中。孔板允许在必要时调整转子空气冷却流速。孔板不得改动，除非在站点特定“控制器设置规范”中另有规定。

5系统控制保护说明

转子的冷却温度由双工热电偶监测。只要输入信息的质量表明为优质，应选择最高的压力读数。如果输入信号之间存在偏差，或者如果任何一个输入信号质量不好，将产生报警。对选定的温度进行监测，以确定温度是否高到需要报警、自动卸载、甩负荷或跳闸，并确定温度读数是否有效。

在负荷水平为0%到85%时，冷却器出口的冷却空气的温度被限制为200℃（392°F）。负荷水平为85%到90%时，冷却器出口温度限定为233℃（442˚F），负荷水平为90%到100%时，温度限定为256℃（492°F）。

5.1报警基于下列条件产生

断路器闭合后冷却器温度下降到192℃（378˚F）以下（警报显示“RAC分离器故障”）。

冷却器出口温度在85%负荷时达到205℃（401˚F），在85%至90%负荷时达到233℃（452˚F），在90%以上负荷时达到261℃（502°F）。

如果冷却器出口温度在85%负荷时达到218℃（425˚F），在85%至90%负荷时达到246℃（475˚F），在90%以上负荷时达到271℃（520°F），则发动机降负荷。如果负荷降低时故障清除，发动机的负荷将保持在稍低于等待操作员操作的负荷水平上。如果达到最小负荷时导致降负荷的故障已清除，发动机负荷会保持在等待操作员操作的最小负荷水平上。如果故障没有清除，正常关机顺序将被启动。

5.2发生RAC故障时发动机降负荷，RAC故障是由任何下列条件定义：

冷却器出口温度低（正常范围内传感器故障检测）。

装置联机时温度持续12小时低于192℃（378˚F）。

两个热电偶的读数均为劣质。

温度在85%负荷时达到224℃（435˚F），在85%至90%负荷时达到252℃（485˚F），在90%以上负荷时达到277℃（530˚F），燃气轮机降负荷将启动。

温度在85%负荷时达到232℃（450˚F），在85%至90%负荷时达到260℃（500˚F），在90%以上负荷时达到282℃（540˚F），燃气轮机跳闸将启动。

对于负荷降低，应采用设定点转换使时间延迟120秒，以便在返回到较低的转子空气冷却器温度设定时允许进程滞后，同时还应采用5%的死区（转换分别发生在80%和85%负荷水平上）。

5.3空对空转子空气冷却器（散热片风扇）

使用转子冷却空气模块与变频驱动风扇冷却转子的冷却空气。转子冷却空气温度超过177℃（350˚F）时，启动RAC风扇变频驱动器（VFD）。然后，调节VFD来控制转子的空气冷却温度，使其在低于85%负荷时为200℃（392˚F），在85%到90%负荷时为228℃（442˚F），在90%以上负荷时为256℃（492˚F）。如果出现任何以下情况，同时将启用高速旁路电路执行控制：

两个转子冷却温度读数均为劣质。

转子冷却温度在负荷低于85%时超过216℃（420˚F），在负荷为85%到90%时为243℃（470˚F），在负荷超过90%时为268℃（515°F）。

VFD状态处于报警状态。

转子的冷却温度低于93℃（200˚F）且发电机断路器失灵。

结束语：

综上所述，本文针对SGT6-5000F燃机转子冷却空气系统展开了深入研究，分别从燃机转子冷却空气系统、系统接口、系统功能、系统组件说明几方面进行了论述，旨在为燃机转子冷却空气系统效用的充分发挥奠定基础。

参考文献：

[1]DL/T5174-2003，燃气－蒸汽联合循环电厂设计规定[S]．

[2]彭志平．三菱M701F燃机透平冷却系统典型故障分析及处理[J]．装备制造技术，2004，(6)．

[3]梁珊珊，等．M701F4燃气轮机新型空气冷却器及其系统介绍和优化方案比较[J]．东方汽轮机，2014，3(9)．