与大型航空发动机齐名的动力设备(精彩不可错过)



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如果说航空发动机是“工业之花”,那么超大型燃气轮机就是工业“皇冠上的明珠”。重型燃气轮机是21世纪动力设备的核心,燃气轮机技术是目前世界公认标志国家工业基础先进程度的关键技术!(超大型燃气轮机通过改装可做大型航母动力,是重型动力设备的基础。超大型燃气轮机也可以连接发电机可以组成循环发电系统)
超大型燃气轮机被世界公认最难造:一片叶片价等同一辆宝马,毫发误差即为报废
传统的火力发电所使用的汽轮机,工作温度最高不过600℃;而直接以天然气为燃料的燃气轮机,高达 1350℃—1500℃。如此高温,寻常钢铁都要融化,而燃气轮机叶片以每分钟最少3000转以上的速度工作,却没有变成一根根“钢铁面条”甩出去!超大型燃气轮机被公认为世界上最难制造的机械装备,被称工业“皇冠上的明珠”。
现在,本人以世界上最大的燃气轮机SGT5-8000H为例子(单独的超大型燃气轮机,不连接发电机),来给大家认识这种陌生而重要的核心动力设备。


超大型燃气轮机SGT5-8000H的运作原理(图片)
SGT5-8000H超大型燃气轮机输出功率达375 MW(不连接发电机单独输出),13米高、444公吨重量等于一架A380的重量。SGT5-8000H超大型燃气轮机连接蒸汽发电机组成的发电机组,创下了60.75%的世界效率纪录,净输出功率达578兆瓦。SGT5-8000H超大型燃气轮机单独输出的功率,相当于13个空客A380喷气式客机的引擎功率的总和。SGT5-8000H超大型燃气轮375MW的功率,等于“尼迷兹”号航母总功率(194MW)的1.93倍!一台SGT5-8000H超大型燃气轮机连接蒸汽发电机,组成的发电机组所发的电量,足够一个工业化大城市用电量!
空客A380大型航空发动机,13个这种大型航天发动机的功率总和等于SGT5-8000H超大型燃气轮机输出功率375MW(单独的超大型燃气轮机的功率,不连接发电机)

“尼米兹”级航空母舰总功率194MW,SGT5-8000H超大型燃气轮机输出功率(单独的超大型燃气轮机,不连接发电机)为航母总功率(194MW)的1.93倍。

SGT5-8000H经过纳米技术处理的高温涡轮叶片(材料与设计比大型航天发动机叶片更严格)
SGT5-8000H的高温涡轮叶片经过纳米技术处理。由于高温,强离心引力和超大输出功率等原因,高温涡轮叶片的材料与设计比大型航空发动机更为严格。SGT5-8000H超大型燃气轮机每片叶片的价格等同于一辆宝马轿车。
250名工程师在内的750多位员工,为SGT5-8000H燃气轮机和其联合循环发电装置的研发、组装和测试付出了巨大的心血。
工程师们提高了轮机的工作温度,改进了压缩机及轮机叶片的材料和几何外形,减少了风冷损耗,改良了锅炉、蒸汽轮机和发电机,以适应超大功率燃气轮机的要求。但在实现该发电装置破纪录的发电效率方面,工程师所做的最大贡献在于,将燃气轮机的燃烧温度从原来的1,400℃提高至现在的1,500℃左右。同时,涡轮叶片的表面温度相应提高了,因此,还需要更好的隔热措施。
由于涡轮叶片超高速旋转,巨大的离心力在起作用。每个刀片一端接触到的10,000倍,地球的引力,这是每个重达这样一个人作为一个成年人多刀片立方厘米当量最大的力量。正由于高温,强离心引力和超大输出功率的原因,SGT5-8000H超大型燃气轮机的高温涡轮叶片的材料与设计比大型航空发动机更为严格。
工程师使用经过纳米处理过的镍合金来制高温涡轮叶片,因为镍合金能够在负荷的方向上固化成单晶体,不易破裂。此外,有一个双层阻热涂层能够起到隔热作用。叶片的风冷特性也被优化了。开发人员还优化了叶片外形,减少了压缩机叶片尖端的涡流造成的损耗。
组装中的SGT5-8000H超大型燃气轮机(不包括发电机)
细致的测试贯穿着SGT5-8000H燃气轮机的整个研发过程。因为和E.ON合作,所以从2007年到2009年的测试都是在伊士尔京发电厂的真实条件下进行的。为了精确地分析该发电装置的行为,试运行期间安装了3,000个传感器。它们测量各种参数,包括气压、温度、旋转叶片的震动、旋转叶片尖端的间距、气流、机械应力以及转速。这些结果被用来微调并优化SGT5-8000H燃气轮机。
SGT5-8000H超大型燃气轮机全程德国SIEMENS公司研制,造价高达5亿欧元,超过了当今世界上最大客机A380的3.753亿美元的造价。目前,除了SIEMENS公司拥有独立制造超大型燃气轮机的能力外,只有美国GE公司有独立研制这个级别的超大型燃气轮机的能力。


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