燃气轮机发电机组

用燃气轮机联轴驱动发电机的成套设备。

中文名称：燃气轮机发电机组；英文名称：gasturbinegeneratorset；

一、燃气轮机的工作原理

以QD10B车载机组的发动机为例加以说明。

发动机将周围空气（G）及燃料（Q）中的能量转化为机械能提供给输出轴。

功率（W）通过压缩、燃烧、膨胀和排气四个阶段的热循环产生。

燃气轮机工作过程如下：

外界大气经过进气道进入发动机，在轴流式压气机内进行第一次压缩。转子对空气做功，动能在叶栅通道内转变成内能，气流压力和温度上升，轴向速度下降。经过第一次压缩后的空气进入离心式压气机。

空气在离心式压气机内被第二次压缩。转子对空气做功，气流高速离开转子叶片叶尖，流过放射状叶片和扩压器，在扩压器内动能被转化为压力能。经过两次压缩后的高压空气进入燃烧室。

高压气流进入环形燃烧室后被分成两股：第一股气流（流经前后涡流片）与经喷油系统雾化的燃油混合，燃油在合适的油气混合比条件下充分燃烧，使燃烧区内保持不间断的火焰和很高的温度；第二股气流（流经掺混器）与第一股燃气流相混合对其进行稀释并使其降温。从燃烧室出来的燃气在燃气发生器涡轮内发生第一次膨胀，燃气在涡轮导向叶片通道内被加速，并被引向涡轮叶片，作用在涡轮叶片上的气流所产生的气动力引起涡轮旋转，从而提供驱动压气机所必需的能量。燃气在动力涡轮内发生第二次膨胀，由动力涡轮将剩余能量转换成由输出轴输出的机械能。最后燃气经排气管排出。

二、燃气轮机发电机组的优点

以QD16型燃气轮机发电机组为例加以说明。

1．发电品质好

燃气轮机发电机组工作时只有旋转运动，电调反应速度快，工作平稳，使发电机组输出电压和频率稳定、输出精度高、波形失真小。

2．抗过载能力强

燃气轮机是高速旋转运动，所以可依其惯性来应付过载。

3．自动化程度高

燃气轮机发电机组的电调系统对机组的待起动状态、起动、带载运行及停机的全部过程实行自动调节和监控，机组的所有运行参数均由计算机控制。

4．起动可靠

燃气轮机是对已雾化的燃料点火，所以点火可靠，具有良好的低温起动性能，即使在寒冷的气象条件下，起动的成功率也在99.5%以上。

5．加载时间快

燃气轮机发电机组的起动时间尽管比柴油机长，但起动后可以立即加载100%的额定负荷，这样可以消除暖机的时间，以便及时供电。

6．噪声低

由于燃气轮机工作时只有高速旋转，所产生的噪声为高频噪声，易于减弱，因此吸声箱体的结构简单。

7．震动小

由于燃气轮机工作时只有高速旋转，故产生的震动很小，其静态震动为柴油机的1/4，动态重量约为柴油机的1/2。

8．体积小、重量轻

燃气轮机的零件只有柴油机的十分之一，因此燃气轮机发电机组比柴油机发电机组的体积小、重量轻。如WJ5AIG2A发动机重量只有600kg，故可以安装于屋顶和做成移动式发电机组，固定式发电机组的厂房可以减少50%的面积。

9．无需冷却水

燃气轮机发电机组采用风冷散热器，无冷却水系统，可以免除水系统的故障（泄漏、冷却、沸腾、污水），使系统更加可靠，可在低温下正常工作。

10．操作简单，维护方便

燃气轮机发电机组采用电调自动控制，装有自动报警和自动保护系统，可确保发电机组的安全运行，操作简单、维护方便。

11．燃料多样化

燃气轮机发电机组可使用多种燃料，如柴油、煤油、天然气、煤气都可使用，用户可任选燃料。

12．尾气排放

燃气轮机因为燃烧效率高，所以一般不会产生黑烟。而柴油机在启动时，由于燃烧不充分，会产生柴油特有的黑烟。

13．机动、灵活

由于燃气轮机特有的工作原理，故可做成移动式发电机组，根据需要可随意到达任何区域进行供电。如QD10B型移动式发电机组，就具有很强的机动性。

14．输出额定功率大小可改变

QD30C双燃机并车发电机组可根据实际需要，分别单机或双机运行输出1600kW或3200kW的额定功率，一机多用。

三、燃气轮机发电机组的缺点

（1）燃气轮机的燃油消耗量大，在经常使用情况下，运转费用很高。

（2）由于燃气轮机采用耐高温高压不锈钢材料制成，机器成本高，价格昂贵。

（3）燃气轮机运转时需要大量的空气，在厂房内安装时必须认真考虑进、排气的措施。

（4）大气温度的变化对燃气轮机输出功率的影响较大，低温时燃气轮机输出功率大，当进气温度高时则输出功率低。

四、燃气轮机发电机组的组成

燃气轮机发电机组由燃气轮机、发电机、弹性轴、控制保护系统、电气系统、燃油系统、润滑油系统、底盘、隔声箱体、进气系统、燃机排气引射段、机舱通风系统组成。

机组底座是整体式底盘，燃机安装在机组底座的燃机支撑装置上，发电机安装在机组底座的发电机安装座上，燃机输出轴通过联轴器与装在发电机输出轴上的转接轴相连接。控制保护系统、电气系统、燃油系统、滑油系统等部分的核心部件如电气和燃油调节系统、起动箱、交直流柜等也装在机组底座上，集中设置在机组的一侧。在机组底座上安装了一个隔声箱体，与底盘等一同构成了发电机组的核心部分——主机舱。位于隔声箱体发电机端的一侧安装有机舱进风消声器，在隔声箱体位于燃气轮机端顶部安装有机舱排风消声器。在该消声器后部安装了滑油系统的风冷散热器。在隔声箱体的顶部安装了机组进气系统，进气消声器和带隔声措施的弯头安装在主机舱的顶部。进气系统的转接段、软连接、进气蜗壳位于隔声箱体内，进气蜗壳与燃气轮机的进气道相连通。在燃气轮机的排气端和隔声箱体靠燃气轮机端的机舱壁之间设有燃机排气引射段。

燃机发电机组的动力装置采用燃气轮机。机组的发电机选用三相交流同步发电机。在燃机输出轴与发电机输入轴之间采用圆柱销式弹性联轴器连接，在符合跳动不大于0.15mm对中要求条件下，该弹性联轴器能保证正常工作。

燃机发电机组的控制保护系统主要由数字式电子控制器、辅助控制箱、主控制柜、笔记本电脑、信号采集元件和各执行元件等组成。其控制功能较为完善，具有较高的可靠性，并具有抗电磁干扰和抗振能力。主控制器对机组的起动、带载运行及停机的各个状态实行自动控制，并具有停机期间对主要设备的定期巡检功能。对机组的主要运行参数设有报警和紧急停机两级保护，并通过显示器显示出所有报警和紧急停机的具体原因。当规定的运行参数达到第一级设定值时，控制保护系统发出声光报警信号；当运行参数达到对机组安全性受到威胁的第二级设定值时，实行保护性紧急停机，并向中心控制室发出停机信号。同时，控制保护系统按每秒记录一次自动记录停机前最后3min内的运行参数。

电气系统主要由交直流柜、起动箱、联络电缆及主机舱外的组合电源柜等组成，其中包括蓄电池组、充电器、转换开关等。主要完成机组发出的交流电的外供和机组自用电的输入、输出以及机组交流用电器的控制功能。

机组的燃油系统主要由日用燃油箱、燃油粗细过滤器、防火阀、电液调节系统、截止阀、余油箱及连接管路等组成，完成机组工作所需燃油的输运、过滤和流量调节等功能。

滑油系统主要由滑油箱、过滤器、管路和风冷散热器等组成，完成燃机所需润滑油的储存、供给、过滤和散热等功能。

机组底座采用整体式底盘，主要由槽钢、工字钢和钢板等焊接而成，底盘上设有燃机支撑装置和发电机安装座；燃、滑油系统的管路、电气导线以及其他辅助设备的安装固定装置。

发电机的冷却进风从主机舱内直接吸入，排风口位于发电机的两侧，散热后的热空气经导风罩引向主机舱燃机端上部，与燃气轮机及其他辅助设备的散热空气一道由轴流风机排出主机舱外。主机舱排风消声器出口与二次消声管道连接，并将散热后的热空气排至厂房外。

燃机进气系统主要由进气消声器、弯头、转接段、软连接和进气蜗壳等组成。燃机的进气直接从厂房内吸入，空气中的含尘较少。在燃机进气口部位设置了由进气内、外导流罩和壳体组成的进气蜗壳，以使燃机进气流畅均匀并减少进气流阻损失。蜗壳与燃机和蜗壳与固定在隔声箱体上部的转接段之间的连接均采用“软连接”方式。蜗壳壳体采用了分瓣形式，以满足拆卸燃机的安装要求。

五、燃气轮机发电机组与柴油机发电机组的综合比较

燃气轮机发电机组与柴油机发电机组的综合比较见表1。

表1 燃气轮机发电机组与柴油发电机组的综合比较

六、燃气轮机发电机组与柴油发电机组的性能参数比较

燃气轮机发电机组与柴油发电机组性能参数比较见表2。

表2 燃气轮机发电机组与柴油发电机组的性能参数比较（以1600kVA机组为例）

七、燃气轮机发电机组与柴油发电机组的维护工作量比较

燃气轮机发电机组与柴油发电机组的维护工作量比较见表3。

表3 燃气轮机发电机组与柴油发电机组的维护工作量比较

八、燃气轮机发电机组的维护保养

为使燃气轮机发电机组保持正常运行，延长使用时间，除了按操作规程进行正常操作外，还必须定期对机组各部件进行系统的检查、调整和清洗，按照机组的使用说明和技术规范进行保养，为机组的正常运转提供良好的保障维护。燃气轮机发电机组的维护项目和维护周期见表4。

表4 燃气轮机发电机组维护项目及周期表