進口燃氣輪機國產化配套電站技術研究及應用

勞新力中海石油(中國)有限公司湛江分公司 廣東湛江 524057

引言

中海油湛江分公司利用東方終端自備電站項目，大膽采用進口烏克蘭燃氣輪機UGT6000核心，依靠國內技術力量進行輔助、配套設備系統的研發(fā)，技術創(chuàng)新和機組配套系統的制造和總裝調試。實現了進口燃氣輪機國產化配套電站關鍵技術研究及在東方終端生產中的成功應用。

一、進口燃氣輪機國產化配套電站關鍵技術研究

1.燃氣輪機與發(fā)電機連接軸系轉子動力學技術研究

燃氣輪機和發(fā)電機分別由國內和國外的制造商生產，二者沒有配套先例，執(zhí)行標準不一。為避免軸系連接后產生超扭和共振現象，需要對其進行詳細的動力學分析。

動力學分析首先著重于模態(tài)分析技術，以便確定結構、部件的振動特性，包括固有頻率和振型，這對于動態(tài)載荷結構設計非常關鍵。由于該型烏克蘭燃氣輪機為三軸型，其動力輸出軸系為自由軸系，和其他兩軸沒有機械連接，其額定轉速3000rpm，相較于高、低壓氣機和透平軸系該轉速較低；在軸系連接設計上對其連接特性進行了建模、加載及求解和擴展模態(tài)，取得了較全面的分析結果。

除了上述的燃氣輪機、發(fā)電機對連接軸系的動力特性分析（即固有頻率和振型的求解），另外一方面是對受到一定載荷時的動力響應分析。考慮到該軸系特點，應用該動力響應特性分析結果，對于進行聯軸節(jié)的改型具有指導意義。

對連接軸系設計上，對燃氣輪機和被驅動設備的連接軸動力學機械特性，采用軟件計算模擬，是較為經濟和通用的方法。考慮到該驅動軸系類似轉子運動，可以使用轉子分析的方法和軟件進行建模分析。

首先根據連接軸系的尺寸標準，和初步設計的改型聯軸節(jié)的尺寸進行三維立體建模。利用數據網格劃分工具，進行模型網格劃分，根據軸系的轉子動力學邊界條件和材料參數，進行有限元分析，得到了較詳細的分析結果。

根據計算分析結果，對燃氣輪機和發(fā)電機連接軸的動力學參數進行了驗證，提出了對其配套尺寸和動平衡參數要求，并要求連接軸分別在燃氣輪機和發(fā)電機出廠前進行動平衡試驗，從而確保了現場裝配一次成功。進口燃氣輪機國產化配套電站建設投產后，現場實測驅動軸系運行振動參數遠低于限制值。

2.燃氣輪機箱裝體設計要求和模態(tài)分析研究

燃氣輪機作為高速動力設備，其振動情況對機組核心的壓氣機、動靜葉片、和轉子軸承等都有重大影響。燃氣輪機一般情況下，通過減震彈簧、或減震拉桿、支撐板等連接到機組箱裝體支撐上。在機械連接機構中，主動部件和從動部件、支持結構的特性頻率不能接近，防止產生共振現象，造成機組或其他設備在大振幅的共振中造成損傷。

該UGT6000燃氣輪機箱裝體采用自主技術設計制造。為了避免燃氣輪機與箱裝體成套后產生共振，進行了箱裝體固有頻率和模態(tài)變形計算。

由計算結果可知箱裝體振動頻率值遠離燃氣輪機的最低工作頻率，因此不會與燃氣輪機產生共振現象。

根據海洋石油平臺的空間限制，借鑒船用箱裝體的設計技術，箱裝體尺寸進行減小，并采用輕型壁板結構，在保持足夠結構強度的同時降低箱裝體重量。

同時由于燃氣輪機流道內的空氣動力學特性，機組產生的噪聲很大，機組箱裝體必須能夠進行良好的隔音。一般是在箱壁上設計消音孔板和吸音材料。本箱體隔音設計中采用帶微消聲孔的薄不銹鋼板，內部填充吸聲材料，吸收聲能。各隔音機構均通過柔性連接和鋼絲固定，防止剛性連接，出現聲橋，造成結構噪聲傳入箱裝體，減弱隔音效果。箱體空間結構、形狀必須合理。防止駐波效應。

改進設計后的燃氣輪機箱裝體，同樣具有隔熱、降噪和戶外防護功能，箱體配備通風系統、照明系統、消防系統以及監(jiān)測系統等。

二、實際應用和技術推廣情況

東方終端自備電站從2009年5月12日投入運行至今，機組已經運轉超過33000小時，其間運行穩(wěn)定，到達了最初設計的要求和效果。該型進口燃氣輪機國產化配套電站技術的研究和應用中，采用了多項創(chuàng)新性的關鍵設計技術，選型了多項國內燃氣輪機配套產品。其價值體現在：

1.打破了歐美燃氣輪機壟斷，引入了競爭機制。

2.提高了我國燃機裝備制造業(yè)的技術水平和國際競爭力。

3.降低了機組的購置、運行費用。

東方終端自備電站項目UGT6000燃氣輪機發(fā)電機組經過國內成套后，與歐美同功率的機組價格相比，降低了約39.1%。對第三方進口燃氣輪機國產化配套電站建設的成功經驗，也將使得中海油在與歐美燃氣輪機供貨商的價格談判上取得更多的主動權。

4.培養(yǎng)提高了國內燃氣輪機相關企業(yè)技術能力

由于機組是國內成套，憑借國內相關企業(yè)的長期從事燃氣輪機研制和維護的經驗，機組的日常維護保養(yǎng)和年度維護完全可以由國內技術力量來組織實施。

5.起到了良好的示范效應

由于中海油東方終端廠進口燃氣輪機國產

化配套電站建設項目的成功投用，并且發(fā)揮了燃氣輪機國產化配套建設的諸多優(yōu)勢，依托我國天然氣管線建設的時機，中石油也開展了燃氣輪機壓縮機組國產化項目研究，并在“西氣東輸”淮陽站進行首臺國產化成套壓縮機組的嘗試。

[1]李作琨、王大勇等《燃氣輪機在海洋石油平臺上的應用》中國修船2008.08.

[2]郭磊《燃氣輪機系統建模與性能分析》中國科學院研究生院（工程熱物理研究所）2009.05.

[3]俞谷穎《發(fā)電設備裝備業(yè)技術發(fā)展及需要突破的技術難題》發(fā)電設備2010.01.

[4]《UGT6000燃氣輪機組技術手冊》東方終端自備電站項目組2009.04.

[5]《東方終端自備電站設計報告》東方終端自備電站項目組2009.04.