Ξ第14卷　第2期

2001年6月

《燃　气　轮　机　技　术》GASTURBINETECHNOLOGYVol114　No.2June.,2001

新概念的微型燃气轮机的发展

赵士杭

(清华大学热能工程系,北京　100084)

摘　要:介绍功率为数十至数百kW的、关　键　词:微型燃气轮机;回热器;空气轴承;中图分类号:TK479:(2001)02-0008-06

1　概况

　　功率为数百kW及其以下的燃气轮机在40～60年代就已发展和应用了,当时称为小型或小功率燃气轮机,用于发电和驱动。机组的特点是每分钟数万转的燃气轮机经减速齿轮减速后去驱动负载,压气机用离心式,透平多用轴流式,部分用向心式,用回热时较多用回转式回热器,部分用板式回热器,转子用滚动轴承支承。后来的发展中,主要在提高效率、试验高温陶瓷材料等方面进行努力,其中着力最多的是汽车用燃气轮机,目标是使其能在汽车中获得实用。

到90年代初,出现了不用减速齿轮而由燃气轮机直接带动高速交流发电机的燃气轮机发电机组,发出的高频电流经变频为50 60Hz后去应用,这样不仅大大简化了结构,且使整台发电机组的尺寸显著减少,重量减轻。这是新的设计概念,将燃气轮机与发电机设计成一整体,优点显著,故一出现后即获得强大的生命力,现已有多家公司在研制和生产这种燃气轮机。鉴于20世纪90年代大型燃气轮机最大的容量已从当年的数万kW提高到300MW以上,相对来说数百kW以下的功率较微小,故称微型燃气轮机(microturbine,简称MT),而小型燃气轮机则改为千余至万余kW功率范围的机组。新的微型燃气轮机为全径流式,即用离心压气机和向心透平,在转子上两者叶轮为背靠背结构,所用回热器一般为高效板式。一些机组还采用空气轴

Ξ收稿日期:2000212226

承,这样就不需润滑油系统,结构更趋简化。目前,微型燃气轮机发电机组的发电效率已能达到30%,工作寿命长,运行的维护费用大大低于现广泛应用的柴油机发电机组,已用于分布式供电,热电联供和试用于车辆混合动力等。

2　结构特点

　　图1为一台单轴微型燃气轮机发电机组,28kW,96000r min,压气机叶轮与透平叶轮背靠背,发电机用永久磁铁转子,它与燃气轮机转子连接为一整体,称单转子结构,支承在三个空气轴承上。空气从发电机处流入,流经布有冷却筋片的发电机定子外围,冷却发电机后流入压气机。板式回热器布置在机组外围,压缩后的空气在其中被加热后流入环形燃烧室。燃烧室出口燃气在透平中作功后自中心流出并导流至回热器中,流出回热器后被收集起来从机组上部排出。图中的箭头与数字示意了气流方向和流经部件的顺序。

图2为一台75kW燃气轮机发电机组,85000r min,亦为单轴,转子构成与图1所示相同,但支承在

两个空气轴承上。机组采用单管燃烧室。板式回热器布置在透平排气端,该布置结构不如图1所示机组紧凑,但易于去掉回热器改成无回热机组。图中箭头方向为气体流向。

从图1与图2可看出,机组的转子由压气机叶轮、透平叶轮、发电机永磁转子组成,是一整体。它是整台机组中唯一的运动部件,从而将运动部件的数

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