大型燃气轮机技术都掌握在哪些企业手中?

国际金属加工网 2018年05月29日

大型燃气轮机是典型的高端工业产品,是国家高端装备制造能力的体现,其结构及原理与先进航空发动机相似,因此也同样被誉为制造业“皇冠上的明珠”。

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西门子H级大型燃气轮机转子

燃气轮机主要由压气机、燃烧室和燃气透平这三大部件组成燃气轮机循环,通称为简单循环。大多数燃气轮机均采用简单循环方案,只有重型燃机使用联合循环方案。由于不同的历史背景,燃气轮机不同技术道路发展,用航空发动机改型而形成的工业和船用航改轻型燃气轮机(俗称“航改机”);遵循传统的蒸汽轮机理念发展起来的工业重型燃气轮机(俗称“工业机”),主要用于机械驱动和大型电站。

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燃气轮机工作原理与航空发动机相同

全世界从事燃气轮机研究、设计、制造、企业有数十家,其中比较著名的三大巨头分别是美国通用电气(GE)、德国西门子、日本三菱。

代表产品分别为西门子SGT5-8000H超级燃气轮机,重390吨(相当于一架加满油的空客A380),长13.1米,宽4.9米,高4.9米 ,联合循环功率为595MW。1台SGT5-8000H的发电量,足够1个工业化大城市用电量,它的涡轮叶片,要承受超过1500°C的高温,超过了GE90涡扇航空发动机与F404喷气发动机的涡轮进口温度。由于涡轮叶片叶尖转速超过1700公里/小时,巨大的离心力使每个刀片一端接触到的10,000倍地球的引力。叶片不能有任何瑕疵,误差仅为几十微米,否则就算报废。因此有说法是一片叶片等价于一辆宝马。

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SGT5-8000H超级燃气轮机

三菱公司最新型号则为M701J型超级燃机,联合循环功率650MW。配备压比为23:1的15级轴流压气机,燃烧器和4级轴流透平都采用空气冷却,并且前3级采用了最新高温保护涂层,陶瓷热障涂层和高性能气膜冷却等高技术,在拥有全球最高的燃机入口温度1600℃的情况下,仍能保证高温部件的长期寿命。

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日本三菱公司的M701J型燃气机

尽管上述两家企业均宣称自己的超级燃气轮机为世界之最,不过完实际上真正的第一如今确是美国通用电气的9HA系列重型燃气轮机,作为世界上效率最高的联合循环燃机,其最新型的9HA.02重型燃气轮机,不仅联合循环效率超过64%,而且它的功率输出高达826MW。这两项关键指标均大幅超越它的两大竞争对手,并且使用了目前最为前沿的3D打印技术制造关键部件。

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通用电气9HA重型燃气轮机

目前世界上的火力发电厂大多数都在使用上述3大厂家的产品或技术转让产品。国内的东方电气引进日本三菱、哈电集团引进GE、上海电气引进的西门子技术,引进技术均为次一级的F系列,最大功率不超过400MW。而在舰船用燃气轮机上,最知名的当属美国LM2500燃气轮机,最大功率接近4万马力,不仅美舰艇如伯克级驱逐舰全面装备,包括我国在内的其他国家海军的舰艇也大量采用LM2500作为推进动力。

到上世纪末,LM2500燃气轮机的总装机数已经超过1800台,近30个国家的海军共350多艘各类舰艇装备了870多台舰用LM2500,累计海上运行时间超过600万小时,总运行时间超过了1800万小时。

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装备LM-2500燃气轮机的我国舰艇

当然我国还有引进乌克兰技术转化生产的GT25000以及QC280系列燃气轮机。最大功率达到30MW级别,目前已广泛应用于各领域,不过奇怪的是,日本三菱民用燃气轮机虽然领先,但舰用轮机依旧是美国LM2500系列。可见军用与民用产品在设计与工艺上还是存在一定差别的。



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