四海一心 - 美国LM2500舰船燃气轮机

采用了具有蜂窝结构可容损材料制成的衬里,减小了泄漏。因为级数多,采用了两端支承结构,设置了两个专门的承力支承部件——前支架和后支架。

前支架又称为涡轮中机匣,前安装边与燃气发生器的后安装边联接,后安装边则与动力涡轮的静子机匣相连接。前支架主要由内座圈、外壳体和联接二者的整流支板组成,是一个整体传力元件。涡轮第1级导向器叶片环固定于其内,内座圈处安装前轴承组合体。

后支架又称为涡轮后机匣,前安装边与动力涡轮静子机匣相联接,后安装边与排气涡壳联接。后支架也是整体传力元件,主要由内座圈、外壳体和联接二者的整流支板组成,内座圈处安装后轴承组合件。

动力涡轮静子为水平剖分式结构,第2到第6级导向器叶片环固定在静子机匣的环槽中。在各级静子叶片环之前,机匣的内壁面处以及叶片环内环壁面处,均嵌装蜂窝结构可容损材料制成的密封装置,以减少动力涡轮工作叶片与机匣之间的径向减小,以及减小叶片环内环壁面与转子之间的级间密封间隙,从而提高动力涡轮的效率。

动力涡轮转子为短螺栓联接、盘鼓混合式结构。锥形前鼓轴固定在第3级轮盘之前,锥形后鼓轴固定在第6级轮盘之前,使得转子支点间距大大缩短,结构紧凑,增强了转子的抗弯刚性。这种由短螺栓联接的多级盘鼓式结构的优点是简单、重量轻、联接刚性好,而且布局灵活,拆装、更换损坏的元件也比较方便。动力涡轮的6级工作叶片全部为带冠结构,抗振性能好,效率高,用耐腐蚀材料Rene77合金制造,前3级工作叶片表面还涂有防腐蚀涂层。导向器叶片的前3级也是用Rene77合金制造,后3级则改为用Rene41合金制造。 二、 附件传动装置

在舰船燃气轮机上,有许多需要由燃气发生器转子带动的附属系统以及设备的附件,如滑油泵、燃油泵、燃油自动调节器等。而另外一些附属系统以及设备的附件,又用来带动燃气轮机转子转动,如起动机、盘车装置等。为了实现燃气轮机转子和这些附件间的传动,需要设置专门的传动装置,即附件传动装置。 附属系统和设备中的附件一般都装在附件传动机构的机匣上,其中装有若干组齿轮组以及离合器等。只要燃气轮机转动这个附件的传动机构,被带动的附件即可投入运转,燃气轮机的各个附属系统和设备就能进入正常工作。同样地,起动机、

盘车装置等附件工作时,也可以拖动燃气轮机转子转动。

附属系统、设备的工作可靠性直接影响燃气轮机的性能和工作可靠性,因此,一方面要求附属系统和设备具有较高的性能,另一方面,也要求附件传动装置结构可靠,能在各种工况下保证所有附件的转速、转向、功率传递等方面的技术要求,同时,还要求附件传动装置尺寸、重量小,使用、维护和更换都要比较方便。 LM2500燃气轮机的附件传动装置位于压气机前机匣处,主要由输入齿轮箱、径向传动轴和传动齿轮箱等部件组成。(图21)

输入齿轮箱装置由铸铝壳体、轴、一对圆锥齿轮、轴承以及滑油喷嘴等构成。径向传动轴是空心轴,轴的两端用花键分别与输入齿轮箱以及转换齿轮箱内的圆锥齿轮相联接,其作用是将功率由输入齿轮箱传至转换齿轮箱的前部。

转换齿轮箱则由两个铝制壳体、一个油气分离器、齿轮、轴承、密封件、滑油喷嘴以及附件联系器等部分组成。壳体底部有个入口盖,为径向传动轴的安装提供了方便。在后面部分的所有附件联接器和惰轮,均采用“插入式”齿轮的设计思想,这样在进行齿轮、轴承、密封件、联接器组件等进行拆卸或更换时,就不用对齿轮箱进行分解。安装在转换齿轮箱上的附件有:燃气轮机起动机、滑油供油泵和回油泵、燃油泵以及主燃油控制器。油气分离器安装在转换齿轮箱前部,并作为齿轮箱的一部分而存在。

三、 起动系统

燃气轮机不能依靠自身投入工作,需要外界能源来帮助起动,经过一个预先设定的起动过程,才能使主机进入稳定的工作状态。通常把提供能量、拖动燃气轮机旋转的辅助机械称为起动机,使燃气轮机从静止状态起动加速到慢车工况的过程称为起动过程,而用于完成燃气轮机起动过程的各个工作部分,如起动机、起动燃油供给系统、点火系统、自动控制装置等在内的一整套装置、系统称为燃气轮机起动系统。

在燃气轮机起动系统中,起动机用于拖动燃气发生器转子转动,使之加速到一定转速,从而使进入燃烧室的空气具有足够压力,保证燃烧室内混合气可靠点火燃烧,使燃气轮机进入自主运行状态,是起动系统中的核心部件。现代燃气轮机常用的起动机有电起动机、燃气涡轮起动机(其实就是一台小型涡轮轴发动机)和空气

涡轮起动机等三类,不管哪种,都要求有足够的功率来拖动主机转动。

LM2500燃气轮机采用了同时具有液压油马达起动机和空气涡轮起动机(图22)的双重动力源起动系统,但由于舰船上的高压空气获取比较方便,一般以空气涡轮起动机为主用起动机。该机由进气装置、涡轮装置、减速齿轮、切断开关、超速离合器以及花键输出轴组成。其中涡轮为单级轴流式涡轮,减速齿轮为带有一个转动齿环的复合式行星齿轮系统,超速离合器为棘爪-棘轮式,在起动期间可以保证可靠接合,而主机起动后,能保证起动机的顺利脱开。

四、 燃油系统

燃油系统是燃气轮机各系统中最复杂的部分。其功用是保证向燃气轮机的燃烧室可靠地供给一定压力和流量的燃油,依靠燃油系统中自动调节器的调节作用,按照一定规律控制、调节燃气轮机的供油量,使燃气轮机在任何运行工况下,都能够高效、安全可靠地工作。

燃油系统可以分为供油和调节两大部分,通常由燃油箱、燃油过滤器、低压燃油泵、燃油加温器(有时兼作滑油冷却器)、高压燃油泵、燃油自动调节器、燃油分配器、燃油总管、燃油喷嘴等组成。在管理中,也经常以高压油泵为界,将燃油系统划分为低压燃油部分和高压燃油部分。

在LM2500燃气轮机的燃油系统中(图23),通过调节和分配喷射到燃烧室中的燃油数量,可以控制燃气发生器的转速。动力涡轮的转速是无法直接控制的,但可以根据燃气发生器产生的燃气流能量大小来确定。为了防止动力涡轮超速,由安装在电子控制箱里的电子超速开关来保护,当动力涡轮转速偏高时,自动减小燃烧室供油量,以保证动力涡轮的安全。

来自舰船油舱的燃油,流经燃气轮机底座处的燃油进口接头,进入主燃油泵增压部分进行初步加压,然后再进入燃油泵的高压部分。高压燃油流经燃油过滤器,然后进入燃油控制器。如果燃油过滤器堵塞,可以使用过滤器旁通阀使燃油绕过过滤器。舰船燃气轮机通常只使用高质量的轻柴油,燃油中细小杂质的含量相对较少,只用过滤器就可以满足燃油清洁的要求。

为了保障燃气轮机的正常运行,必须保证供给充足的燃油,所有燃油泵的流量要高于燃气轮机的最大燃油消耗率,燃油在燃油控制器里被分为计量(供油)流量

和旁通(回油)流量,超出需要的部分燃油通过旁通阀回流到燃油泵高压部分的进口。

安装在燃油控制器出口处的增压阀可以保持一定的背压,保证有足够的燃油压力,使燃油控制器可以正常工作。串联布置的两个电控燃油停车阀,保证了燃油供应的可靠切断。当停车阀开启时,燃油从燃油控制器流出,经过增压阀、燃油停车阀、燃油总管输送到燃油喷嘴,30个燃油喷嘴经压气机后机匣伸进燃烧室,将燃油雾化喷出,维持正常的燃烧。当停车阀关闭时,燃油停止向燃油总管供应,旁通回流到燃油泵进口,此时,停车阀的残油泄放口开启,将燃油总管、支管和喷嘴中的残油泄出,防止因为刚停机时部件的高温导致残余燃油结焦,堵塞油路。 燃油和转速调节系统可以控制可转叶片(进口导叶和前6级静叶可以转动),以保证在整个运行工况的范围内,使压气机保持良好的工作性能,防止燃气轮机出现喘振。

五、 滑油系统

滑油系统就是保证燃气轮机各支承和传动元件润滑、冷却的滑油储存、供油和回油系统。其功用是向轴承、齿轮等摩擦部件的工作表面供应滑油,起到液体润滑的作用,减少这些工作表面的磨损和摩擦损失,同时带走摩擦表面的热量,维持轴承、齿轮等工作温度的正常。由此可见,燃气轮机的工作可靠性,很大程度上取决于滑油系统的工作可靠性。

舰船燃气轮机的滑油系统通常设计为两个独立的系统:燃气发生器部分的前滑油系统,以及动力涡轮、推进系统主传动装置部分的后滑油系统。但也可以将前、后滑油系统合并为一个系统,特别是在燃气发生器和动力涡轮都使用滚动轴承支承的情况下,这种统一的滑油系统比较简单、可靠,实用性强。

LM2500燃气轮机的滑油系统,就是燃气发生器和动力涡轮一体化的润滑、冷却系统。该系统包括了滑油供油、滑油回油以及回油池通风等三个分系统。滑油从储油箱里靠重力供给安装在主机上的滑油供油-回油泵,滑油泵的供油部分将流入的滑油加压,输送到要求润滑、冷却的部件和区域。滑油供油的过滤是由安装在箱装体内的双联式滑油过滤器来保证的。供油管路末端的滑油喷嘴直接将滑油喷进轴承、齿轮和花键等部位进行润滑、冷却。经过使用的滑油流到4个回油池和转换齿轮箱底部,分别被回油泵抽出,返回滑油储存、调节油箱,并进行

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