一、電力行業(yè)設(shè)備管理創(chuàng)新成果概況

天然氣余壓透平發(fā)電機(jī)組，在天然氣管道上替代調(diào)壓閥，回收管道中天然氣的壓力能，將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能對(duì)外輸出，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，天然氣在膨脹過(guò)程中產(chǎn)生的冷能可供電廠使用。本項(xiàng)目透平發(fā)電機(jī)組采用可調(diào)噴嘴結(jié)構(gòu)的徑向透平，整機(jī)采用撬裝結(jié)構(gòu)，布置緊湊、安裝便捷；額定發(fā)電功率2500kW，額定效率不低于89%，功率范圍500～5600kW，流量范圍50%～140%，性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。系統(tǒng)由透平膨脹機(jī)、齒輪箱和發(fā)電機(jī)以及輔助系統(tǒng)構(gòu)成，輔助系統(tǒng)包含控制系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)、干氣密封系統(tǒng)等。

天然氣余壓透平發(fā)電機(jī)組是天然氣余壓綜合利用系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，屬于能量回收裝置，有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和能源綜合利用；具有投資回收期短、運(yùn)行維護(hù)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，擁有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。本項(xiàng)目完成了國(guó)產(chǎn)化研制工作，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的天然氣余壓透平發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和運(yùn)維技術(shù)，能夠?yàn)殡姀S、門站等提供節(jié)能減排的系統(tǒng)解決方案。項(xiàng)目打破了國(guó)外該產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)的壟斷局面，實(shí)現(xiàn)了天然氣余壓節(jié)能設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化替代，助力國(guó)家雙碳政策的實(shí)施。

二、電力行業(yè)設(shè)備管理創(chuàng)新成果主要做法

項(xiàng)目進(jìn)行了兆瓦級(jí)的天然氣余壓透平發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)，開展的工作有：

（1）突破高效寬負(fù)荷氣動(dòng)設(shè)計(jì)

通過(guò)進(jìn)行徑向透平熱力設(shè)計(jì)計(jì)算、氣動(dòng)計(jì)算分析、設(shè)計(jì)點(diǎn)性能分析、優(yōu)化葉型和通流部分幾何尺寸，達(dá)到設(shè)計(jì)點(diǎn)效率不低于89%的性能要求，同時(shí)采用可調(diào)噴嘴設(shè)計(jì)，適應(yīng)在不同壓力和流量下的寬范圍高效率運(yùn)行。

（2）一體化系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

采用葉輪與齒輪箱高速軸同軸設(shè)計(jì)，同時(shí)采用干氣密封固定在高速軸上，執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，底座與油系統(tǒng)集成，整體采用一體化撬裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。齒輪箱作為傳遞動(dòng)力的部件，在運(yùn)行期間同時(shí)承受動(dòng)、靜載荷,其動(dòng)載荷部分取決于透平膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)的特性和傳動(dòng)軸、聯(lián)軸器的質(zhì)量、剛度、阻尼值以及發(fā)電機(jī)的外部工作條件,建立整個(gè)機(jī)組的動(dòng)態(tài)仿真模型，對(duì)啟動(dòng)、運(yùn)行、空轉(zhuǎn)、停機(jī)和緊急剎車等各種工況進(jìn)行模擬，針對(duì)不同的入口氣流條件得出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)功率曲線。

（3）整機(jī)制造

依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定編制完成《兆瓦級(jí)天然氣徑向透平零部件制造過(guò)程質(zhì)量驗(yàn)收檢驗(yàn)大綱》，加工按照此大綱執(zhí)行，保證加工質(zhì)量，加工過(guò)程中開展噴嘴調(diào)節(jié)試驗(yàn)、蝸殼水壓試驗(yàn)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣密性試驗(yàn)、干氣密封試驗(yàn)及高速軸動(dòng)平衡試驗(yàn)等。

（4）整機(jī)性能試驗(yàn)

在試驗(yàn)條件下，以壓縮空氣為介質(zhì)開展天然氣徑流透平整機(jī)?；囼?yàn)，完成了以下試驗(yàn)驗(yàn)證：恒轉(zhuǎn)速試驗(yàn)、轉(zhuǎn)速控制試驗(yàn)、負(fù)荷控制試驗(yàn)、壓力控制試驗(yàn)、流量控制試驗(yàn)、瞬間甩負(fù)荷控制試驗(yàn)、超速跳機(jī)保護(hù)試驗(yàn)、超速控制試驗(yàn)等。

三、電力行業(yè)設(shè)備管理創(chuàng)新成果亮點(diǎn)

（1）高效寬負(fù)荷設(shè)計(jì)。通常燃?xì)廨啓C(jī)電廠調(diào)峰和城市門站用氣量隨時(shí)變化，為了適應(yīng)流量和壓力的變化，采用可調(diào)噴嘴設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整葉片頭部型線和喉部位置達(dá)到設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的高效運(yùn)行。可調(diào)噴嘴的結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)：良好的密封性能；旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié)的高靈敏性、高精確性和同步性。

（2） HIRTH同軸設(shè)計(jì)。葉輪與齒輪箱高速軸同軸設(shè)計(jì)，采用HIRTH齒配合中心拉桿連接，簡(jiǎn)化透平膨脹機(jī)整體結(jié)構(gòu)，降低組裝的難度，保證軸系具有良好的動(dòng)力學(xué)特性，降低氣流流出透平時(shí)的阻力，減少工質(zhì)做功流動(dòng)損失，提高機(jī)組效率。

（3）撬裝緊湊一體化設(shè)計(jì)。機(jī)組采用油系統(tǒng)為底座的撬裝設(shè)計(jì)，便于運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)組裝，占地面積小，密封形式采用干氣密封，固定在高速軸上，整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊。

（4）無(wú)人值守。預(yù)設(shè)控制邏輯，自動(dòng)調(diào)節(jié)適應(yīng)流量和壓力變化，操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)并網(wǎng)及保護(hù)。