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(nèi)技術(shù)力量進行輔助、配套設(shè)備系統(tǒng)的研發(fā)，技術(shù)創(chuàng)新和機組配套系統(tǒng)的制造和總裝調(diào)試。實現(xiàn)了進口燃氣輪機國產(chǎn)化配套電站關(guān)鍵技術(shù)研究及在東方終端生產(chǎn)中的成功應(yīng)用。

一、進口燃氣輪機國產(chǎn)化配套電站關(guān)鍵技術(shù)研究

1.燃氣輪機與發(fā)電機連接軸系轉(zhuǎn)子動力學(xué)技術(shù)研究

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

動力學(xué)分析首先著重于模態(tài)分析技術(shù)，以便確定結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)設(shè)計非常關(guān)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(zhuǎn)速3000rpm，相較于高、低壓氣機和透平軸系該轉(zhuǎn)速較低；在軸系連接設(shè)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(jié)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(yīng)分析?？紤]到該軸系特點，應(yīng)用該動力響應(yīng)特性分析結(jié)果，對于進行聯(lián)軸節(jié)的改型具有指導(dǎo)意義。

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

首先根據(jù)連接軸系的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，和初步設(shè)計的改型聯(lián)軸節(jié)的尺寸進行三維立體建模。利用數(shù)據(jù)網(wǎng)格劃分工具，進行模型網(wǎng)格劃分，根據(jù)軸系的轉(zhuǎn)子動力學(xué)邊界條件和材料參數(shù)，進行有限元分析，得到了較詳細的分析結(jié)果。

根據(jù)計算分析結(jié)果，對燃氣輪機和發(fā)電機連接軸的動力學(xué)參數(shù)進行了驗證，提出了對其配套尺寸和動平衡參數(shù)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(xiàn)場裝配一次成功。進口燃氣輪機國產(chǎn)化配套電站建設(shè)投產(chǎn)后，現(xiàn)場實測驅(qū)動軸系運行振動參數(shù)遠低于限制值。

2.燃氣輪機箱裝體設(shè)計要求和模態(tài)分析研究

燃氣輪機作為高速動力設(shè)備，其振動情況對機組核心的壓氣機、動靜葉片、和轉(zhuǎn)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(gòu)中，主動部件和從動部件、支持結(jié)構(gòu)的特性頻率不能接近，防止產(chǎn)生共振現(xiàn)象，造成機組或其他設(shè)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(shù)設(shè)計制造。為了避免燃氣輪機與箱裝體成套后產(chǎn)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(jié)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(chǎn)生共振現(xiàn)象。

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

同時由于燃氣輪機流道內(nèi)的空氣動力學(xué)特性，機組產(chǎn)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(shè)計消音孔板和吸音材料。本箱體隔音設(shè)計中采用帶微消聲孔的薄不銹鋼板，內(nèi)部填充吸聲材料，吸收聲能。各隔音機構(gòu)均通過柔性連接和鋼絲固定，防止剛性連接，出現(xiàn)聲橋，造成結(jié)構(gòu)噪聲傳入箱裝體，減弱隔音效果。箱體空間結(jié)構(gòu)、形狀必須合理。防止駐波效應(yīng)。

改進設(shè)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(fēng)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及監(jiān)測系統(tǒng)等。

二、實際應(yīng)用和技術(shù)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(jīng)運轉(zhuǎn)超過33000小時，其間運行穩(wěn)定，到達了最初設(shè)計的要求和效果。該型進口燃氣輪機國產(chǎn)化配套電站技術(shù)的研究和應(yīng)用中，采用了多項創(chuàng)新性的關(guān)鍵設(shè)計技術(shù)，選型了多項國內(nèi)燃氣輪機配套產(chǎn)品。其價值體現(xiàn)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(shù)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(jīng)過國內(nèi)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(chǎn)化配套電站建設(shè)的成功經(jīng)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(quán)。

4.培養(yǎng)提高了國內(nèi)燃氣輪機相關(guān)企業(yè)技術(shù)能力

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

5.起到了良好的示范效應(yīng)

由于中海油東方終端廠進口燃氣輪機國產(chǎn)

化配套電站建設(shè)項目的成功投用，并且發(fā)揮了燃氣輪機國產(chǎn)化配套建設(shè)的諸多優(yōu)勢，依托我國天然氣管線建設(shè)的時機，中石油也開展了燃氣輪機壓縮機組國產(chǎn)化項目研究，并在“西氣東輸”淮陽站進行首臺國產(chǎn)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(yīng)用》中國修船2008.08.

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

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

[4]《UGT6000燃氣輪機組技術(shù)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(shè)計報告》東方終端自備電站項目組2009.04.