燃气轮机发电机组

由燃气轮机和发电机组成的发电动力装置。与汽轮机发电机组相比，这种机组结构比较简单，辅助设备较少，因而投资、占地、发电成本都较前者低。加上燃气轮机体积小，重量轻，起动快，不需要大量用水，所以，70年代以来这种机组在电力工业中的应用发展较快，每年的增长率达14～21％。燃气轮机发电机组的局限性是原则上燃用油和气。80年代中期以来正在研究开发燃用煤等固体燃料的技术。 

　　燃气轮机发电机组的技术特点是：①燃气初参数高，初温可达850～1100℃,压比为8～11。②机组起动快,机动性好。小型机组通常可在15秒到2分钟内冷态起动到满负荷运行;5万千瓦机组也只需要5～8分钟。③运行可靠并且经济性好。机组可靠系数达95.5％以上，热效率为24～30％（简单循环）。基于以上这些特点，燃气轮机发电机组在电力系统中承担调峰和紧急备用。如其容量占系统总容量的15～20％，则基本上能满足系统中尖峰负荷的调峰需要，从而可使系统中承担基荷的机组长期处于经济工况运行。同时，也降低电站的投资、安装、维护和管理等费用。近来还开发了压缩空气蓄能机组。 

　　分类与组成 　燃气轮机发电机组常用类型有两种：单轴机组和分轴机组。单轴机组由压气机、透平、燃烧室和发电机4部分组成;分轴机组由压气机、燃烧室、高压透平、低压透平和发电机组成。分轴机组的压气机、燃烧室及高压透平的安排与单轴机组相同，即高压透平与压气机联在同一根轴上。压气机、燃烧室及高压透平叫做燃气发生器。低压透平称为动力透平，它发出的功率拖动发电机组工作。分轴机组与单轴机组最大的差别是压气机轴与负载轴分开，高、低压透平之间只有气路连接，没有机械联系。 

　　工作原理 　大气中的空气被吸入到压气机中压缩到某一压力（一般不低于0.3MPa），压缩后的空气被送入燃烧室，与喷入的燃料（油或天然气）在一定压力下混合燃烧 ,产生高温燃气（温度通常高于600℃）,高温燃气被送入燃气轮机的透平膨胀做功，直接带动发电机组发电，最后废气被排入大气。机组中，压气机由燃气轮机直接驱动。燃气轮机的总功率减去压气机消耗的功率才是机组的发电功率。随着装置效率的不同，发电机的功率通常为燃气轮机功率的1/3～1/5。 

　　燃气轮机发电机组的热力循环方式有3种:①开放式。这种方式简单、可靠、制作方便，燃气轮机发电机组多采用这种方式。但它的热效率低。②封闭式。特点是工质与大气隔离，工作参数不受大气条件影响。但设备较复杂，一般不适于承担尖峰负荷。③联合循环。即将蒸汽循环和燃气循环予以组合，采用一台增压锅炉代替燃气循环中的燃烧室。增压锅炉产生的燃气到燃气轮机做功，产生的蒸汽到汽轮机做功。由于燃烧是在高压下进行，故燃烧和传热效果都比较好，锅炉体积可以缩小到1/5～1/6，节省大量金属材料。 

　　燃气轮机发电机组的热力循环基本上采用 3种热交换方式：①回热式,即将燃气轮机的排气引入回热器,利用它对进入燃烧室之前的压缩空气进行预热。采用回热的机组一般可节省燃料25～40％。②再热式，即将一台高压燃气轮机的排气引入一台低压燃烧室内重新加热到高温，然后进入另一台低压燃气轮机中膨胀作功。这提高了工质加热的平均温度,增加工质的可用热焓降,同时为燃气轮机装置的分缸和分轴制造提供了有利条件。③中间冷却式，即将一台低压压气机出口的空气引入冷却器冷却到较低温度后，再进入一台高压压气机内继续压缩。在分段压缩过程中采用中间冷却可减少空气在压缩过程中所消耗的功率，因而相应地提高了燃气轮机的输出功率。 

　　再热循环和中间冷却循环通常和回热循环同时采用。这样可有效地提高机组的热效率。 

　　提高热效率的有效途径是：①提高燃气初温，一般每增高10℃,机组的热效率大约提高1.5％。②适当地增大压缩比。③采用多段回热、再热和中间冷却的热力循环方式。④提高设备的内效率。燃气轮机的内效率每变化1％(相对值),整个机组的热效率将变化3～4％（相对值）；压气机的内效率每变化1％,整个机组的热效率将变化2～3％。⑤降低管道的压力损失。在机组结构和其他参数不变时,管道压力损失每增加1％将使整个机组的热效率降低约1.5％,同时还会使机组的有效功率降低约2％。 

　　运行 　机组的运行问题包括定速运行要求、变工况运行的稳定性和部分负荷运行时的经济性。 

　　①定速运行要求：为保证发出电能的频率和电压稳定，要求发电设备尽可能维持定速运行。这就要求机组的动力轴在任何情况下都能维持恒定速度。机组的速度调整率通常为4～5％,调速系统迟缓率一般不大于0.05%，即使从满负荷突然减少到空载时，转速的变化率也不得超过5～7％。 

　　②变工况运行稳定性：由于电力负荷经常变动，发电燃气轮机不可能经常在一个工况下运行，特别是一些承担尖峰负荷的机组，大多数在非额定工况和部分负荷情况下需调整运行，因此要求发电燃气轮机具有变工况下的运行稳定性。为此，首先需要解决压气机的喘振现象（即负荷变化引起压气机流量变化的幅度超过了稳定运行范围时，机器产生强烈振动）；其次要解决燃烧室的灭火问题（即负荷变化引起燃烧室燃烧强度的变化而导致灭火）。前者需扩大轴流式压气机的调整幅度；后者需减少燃烧室内一次空气量的比例，或采用具回流方式的燃烧室。 

　　③部分负荷运行时的经济性：燃气轮机的热效率随负荷减小而急剧下降。为了改善这种情况，通常采用多轴结构的方法来提高部分负荷运行时的热效率。一般采用双轴式结构，将发电机配置在一个轴上定速运行，而另一个轴的转速可以随负荷调整。这样基本上可以做到以四分之三额定负荷运行时其热效率接近满负荷时的热效率;带半负荷时仅比满负荷时降低4％左右（绝对值）。设计良好的燃气轮机，其空载时的燃料消耗量约为满负荷的20％。 

　　运行中存在的问题有：①燃用重油引起燃气轮机叶片结垢和腐蚀，以及堵塞流道。②燃气初温的波动导致金属机件内部热应力加大。③开式循环中排气直通大气，其噪声高达120分贝,经过消声仍超过90分贝。④需加装起动电源。 

　　发展动向 　燃气轮机发电机组的发展主要围绕提高机组的经济性、可靠性和机动性三方面展开。具体作法有以下几点。 

　　①燃用多种燃料：有些国家大部分机组都能同时使用气体燃料和液体燃料,并且能在带负荷时自动切换,以提高机组的经济性和机动性。除了积极研究解决重油燃烧上存在的技术性问题外，还正在重点研究发展燃用固体燃料的燃气轮机组的可能性。 

　　②提高初参数：提高燃气轮机装置热效率的最有效的方法是提高燃气的初参数。现已设计制造的10万千瓦机组,燃气轮机进口的燃气初温为1100～1200℃,压比为12～14。它一方面要求研究发展新的耐热金属材料、高温陶瓷材料如氮化硅(Si3N4)和碳化硅(Sic)，在高温条件下，应具有足够的机械强度和抗氧化性能；另一方面还要研究发展叶片的冷却技术，以降低高温部件的局部温度，例如采用空气或其他液体冷却叶片的方式。 

　　③采用新型调节系统：60年代以来，普遍采用新型的电液调节，并与程序自动起动、停机，以及超温、熄火、振动、喘振等保护回路组成完善的控制系统。例如有采用起动、转速、温度 3个主回路的最小量控制系统；有采用起动、转速、温度、压缩机出口压力等 4回路的最小量控制系统；有采用类似汽轮机的功率－频率控制系统。控制系统的功能是把机器的工况控制在安全允许的范围内，以满足负荷方面的要求和机器本身的经济性和使用寿命方面的要求。各类调节控制系统中，电子液压式系统功能强,能完成综合运算、逻辑判断等任务,可以组成高度自动化的复杂系统，并能利用计算机和实现遥控。现代的DEH控制系统及MEH控制系统将广泛用于燃气轮机控制系统。采用最小量控制系统，能保证最小燃料量以避免切断时熄火。还可采用两套回路，其中一套故障时报警，但不影响运行。在起动过程中，普遍采用自动检测方式。 

　　④采用快装式组装机组：除中小容量机组采用快装式外，大容量的快装式燃气轮机电站也有了很快发展。70年代初即已出现了单机容量为 5万千瓦以上的组装式机组。这种机组在制造厂组装，以整台或几个大件的形式提供给用户，可以大大缩短机组的安装时间，降低电站造价,并提高机组的运行可靠性。一座5.8万千瓦的燃气轮机电站,其全套设备共分成6大件，即燃气轮机、辅机设备、控制组件、发电机组、起动组件及进排气部分，以组件形式运输到达现场，从而保证了安装迅速和可靠性高的特点。 

　　⑤发展蒸汽－燃气联合循环装置：经多年研究，基本上分为余热锅炉型、一般锅炉型和增压锅炉型3种。增压锅炉型的联合循环装置中，增压燃烧锅炉既生产蒸汽，又产生燃气，它们分别在蒸汽循环和燃气循环中作为工质做功。这种联合循环装置被认为是近代动力装置的重要发展方向之一。蒸汽－燃气联合循环装置的热效率一般可达34～45％左右，是电力工业中很有发展前途的新型动力装置。 

　　目前还有一种自由活塞－燃气轮机联合装置，是把燃气轮机的旋转式机械的优点和往复式内燃机的高效率结合起来。自由活塞燃气轮机已在电力工业中得到广泛应用，例如用作650～6500千瓦的固定电站、650～6000千瓦的船舶电站、 650～1500千瓦的卡车电站和3000～6000千瓦的列车电站。这种机组的热效率可达32～36％；能使用廉价的重柴油、燃料油等多种燃料；制造简便、造价低廉。

货车式燃机发电机组的总体布局方案设计，既要确保燃机发电机组的工作性能，又要满足汽车整车的基本动力性能要求，特别是汽车的行驶安全性。因此在确定机组总体布局方案时，在进行各种技术方案的对比、计算与分析的基础上，制定出如下总体设计方案(见附图)。

货车式燃气轮机发电机组主要由燃气轮机、发电机、联轴器、底盘、燃油系统、滑油系统、进气系统、排气系统、机舱通风系统、隔声箱体、交流电气系统、直流电气系统、调节监控系统和货车车体等组成。

机组底盘采用大、小底盘的分体式结构，大底盘作为整个机组的承力构件固定于货车大梁上，小底盘安装固定在大底盘上，发电机和燃机安装在小底盘上组成一个可拆卸的整体单元。长 7.60米、宽 2.40米、高1.70米的隔声箱体与大底盘采用螺栓连接。采用大、小底盘的方式，优点是便于燃机和发电机在小底盘上的安装和调心，作为整体与大底盘固定，也利于燃机与发电机在更换和大修时能方便的从机组后部进出。

在车体底盘下面设置机组支撑装置、动力电缆输出接口、汽车备用轮胎以及汽车和机组共用的燃油箱；燃机排气消音装置和机舱通风排风装置安装在集装箱体的上部；机组其他所有设备均设置在集装箱体内部和壁面上，设备重量通过大底盘传至车体上。将主要设备集中放置在具有隔音功能的密闭集装箱体内，既确保了机组周围的低噪声指标，同时也满足了机组在各种恶劣环境下的正常工作。

隔声箱体后面安装有机舱通风进气消声器，机舱通风通道上安装两个感温式火警探测器，发现火警信号时进行人工灭火，同时机组立即切断燃机的燃油供给，实行连锁保护性停机，通风排气消音器后安装有滑油系统的风冷散热器。

燃机的进气系统在隔声箱体的顶部，采用前面进气、两级消音的方式，燃机所需空气经过一级进气消音器、消音弯头和二级进气消音器进入进气集气箱，进气集气箱与燃气轮机的进气道相连通。

在燃气轮机的排气口和隔声箱体顶棚之间设有波纹管。在隔声箱体顶部安装了排气弯头、金属膨胀节、排气消声器、收缩段和排气段。

在货车驾驶室内设置机组数据存储和显示用手提式计算机。

在主机舱后部小间装有机组辅助控制箱；主机舱内部两端设有照明装置。

4、机组各组成部分的设计方案

4.1 动力装置

货车式燃机发电机组的动力装置采用法国TURBOMECA公司生产的MAKILA TI-1F2B(见图2)型燃气轮机。该燃气轮机改自于直升机“超级美洲豹”的动力装置----MAKILA涡轮轴发动机，为混合增压、分轴、后输出高效率轻型燃机。主要由附件齿轮箱、燃气发生器、两级动力涡轮、两级减速器、排气段以及燃油系统、滑油系统、和电气系统等组成，其中燃气发生器由三级轴流式压气机、一级离心式压气机、环形燃烧室和两级轴流式高压涡轮组成。

图2 MAKILA 1F2B燃气轮机结构简图

1进气道； 2 附件传动机匣； 3 离心式压气机； 4 燃气发生器涡轮； 

5自由涡轮； 6排气段； 7 Ⅱ级减速器； 8 输出轴； 

9 Ⅱ级减速器滑油泵驱动轴； 10 I级减速器； 11燃烧室； 12 轴流式压气机

燃机主要技术数据：

在标准大气（Pa＝101.325kPa，T0＝15℃）条件下

最大输出轴功率…………………………………………1310 kW

压气机增压比……………………………………………………9.6

空气流量…………………………………………………5.45 kg/s

排气流量…………………………………………………5.7 kg/s

排气温度………………………………………………………525℃

燃料品种………………………………0#、-10#、或-35#柴油

燃料消耗量……………………………………………319 g/kWh

滑油消耗量………………………………………………≤0.02 l/h

输出轴转速………………………………………… 1 500 r/min

燃气发生器最大转速………………………………32 000 r/min

自由涡轮名义转速(100%)………………………22 850 r/min

自由涡轮低速 (80%)……………………………18 280 r/min

自由涡轮超速(120%)……………………………27 420 r/min

外廓尺寸…………………2 332 mm×850 mm×1 110 mm

重量(包含两级减速器) ……………………………………950 kg

4.2 交流发电机

货车式燃气轮机发电机组的发电机选用法国LEROYSOMER公司生产的LSA50.1VL10型三相交流同步发电机。该发电机具有无刷励磁、体积小、重量轻、效率高、采用双支点滚动轴承、油脂润滑和操作方便等优点。

LSA50.1VL10型发电机的主要技术参数如下：

额定功率： 1 2 kW

额定容量： 1 580 kVA

额定电压： AC 400 V

效 率： 95.7 ％ （满载）

稳态电压调整率： ＜± 0.5％

瞬态电压调整率：　　＜± 12％

电压恢复时间：　　　＜0.5 s

线电压正旋性畸变率：＜3.0％

电压波动率：　　　　＜0.5％

转 速： 1500 r/min

频 率： 50 Hz

功率因数： 0.8（滞后）

冷却风量： 1.6 m3/s

电话干扰： THF≤2%（符合BS4999）

总 长： 2 005 mm（采用带PMG时长度增加110mm）

总 宽： 1 083 mm

总 高： 1 270 mm

总 重： 3 251 kg

4.3 机组底盘

机组底盘采用大、小底盘方案，燃气轮机、联轴器和发电机连成一体固定在小底盘上组成一个可拆装的单元体，便于机组的调心和安装。

4.3.1 小底盘

小底盘主梁高度250毫米，材料16Mn，结构形式为相对内扣槽型钢，中间断续横梁连接，小底盘为刚性。小底盘上安装有编号的电线插拔接头和编号的的快速接口，并采用相对应的管路和线路编号的方法，以适用于小底盘滑动时快速方便装卸管路和电线，减少箱内操作的复杂性。小底盘滑动是采用滑轮滑道结构，滑道考虑到燃气轮机进入工作位置的因素，采取了局部可升降形式。小底盘与大底盘之间用减振连接形式，用以缓解固体噪声的传播。

4.3.2 大底盘

大底盘(见下图)采用16Mn材料，为焊接式一体性底盘，横梁型面采用工字钢型面或钢板冷轧的槽钢一体式型面，中间两主梁高150mm，跨度形式与车体大梁相同，与车大梁连接时作缓冲梁使用。缓冲梁与车底盘大梁之间加10mm厚橡胶减振垫，大底盘的中间梁对于四周梁来说，最大变形可小于2mm，即对箱体产生的冲击变形不大，大底盘下方采用双层钢板夹层式隔声结构。

4.4 车的改装

对车体作如附图所示的改装：底盘上增加两个油箱，每个油箱的有效容积400升，外廓尺寸与原车的油箱相同，原车油箱需要改变位置，排气管口应远离油箱。底盘下方安装4个支腿，支腿为手动升降，供机组运行和停放时使用。车轮安装车轮溅污和飞石防护装置，加设车厢外部照明及信号装置。加设厢式车体的栓系装置，使车能够由公路、水路以及铁路运输。设置上下车厢的梯子，梯子踏板应能防滑，并能承受1.8kN的负载。

4.5 隔声箱体和主机舱通风系统

隔声箱体，外廓尺寸为7600×2400×1450 mm，主要由框架、隔声门和隔声舱板等组成。为便于机组的检修和维护，箱体一侧和发电机端设有活动舱门；箱体的顶盖和舱门均采取消声和隔声措施，箱体的隔声量为≥45 dB(A)。为将机组工作过程中主机舱内的温度控制在一定的范围内，设置了由进风消音器、一台轴流风机和排风消音器组成的机舱通风系统。

货车式燃气轮机发电机组的通风系统主要是由进气百叶窗、进风消音器、通风机、排风消音器、排风消音弯头等组件组成。机舱通风系统的主要作用是利用通风机强迫机舱进风，带走燃机和发电机工作时产生的热量，以保证机组内各元件的正常工作。

为保证机舱内电器元件和滑油散热器正常工作的需要，在设计时，按照机舱40℃进风，55℃排风的要求进行设计。计算出机组的通风量约在12000m3/h，总流阻损失约80mmH2o，据此选择体积小、重量轻的通风机。

排风消音弯头是通风系统的排风通道，考虑到流阻损失和气流出口再生噪声，外面的弯头框架采用外壁锐圆，内壁加圆的形式，以有效的降低弯头的流阻，内部安装穿孔板加上玻璃纤维棉制成的吸声层，以进一步降低噪音。

4.6 燃油系统

货车式机组的燃油系统由主燃油系统和辅助燃油系统组成。主燃油系统由细油滤、溢流阀、压力传感器、排气测压接头、防火阀、连接管路等组成；辅助燃油系统由燃油供油泵、油箱进油泵、手摇计量加油泵、液位液温计、液位元控制继电器、燃油粗油滤、进油网式过滤器、燃油箱、单向阀及连接管路等组成。

4.6.1 原理

辅助燃油系统的原理图如图所示：

主燃油系统的原理图如图所示：

图中“1”是燃机进油入口的接口，“4”、“5”、“7”是燃机余油出口的接口。

4.6.2 工作过程：

4.6.2.1 主燃油系统：

燃油从辅助燃油系统的粗油滤流出，经过细油滤、溢流阀、压力传感器（压力表）、排气测压接头、防火阀接入燃机入口“1”，从燃机出口“4”、“5”、“7”流出的余油直接流回汽车本身自带的油箱内。

4.6.2.2 辅助燃油系统 ：

由油箱进油泵从外界抽油注入燃油箱，当液位达到规定要求时，液位元控制继电器发出信号，由电器系统控制油箱进油泵停止注油，进油网式过滤器安放在油箱进油口处，用以滤去燃油中较大杂质颗粒。单向阀安装在油箱进油泵出口处，用以防止注完油后，管路中的残留油液倒流出来。整个机组工作时，燃油经过燃油粗油滤，由燃油供油泵从油箱中抽油供给机组使用，燃油粗油滤布置在燃油供油泵前部。手摇计量加油泵的作用是在油箱进油泵发生故障时，用此泵手动向燃油箱注油。为此，油箱进油泵出口处使用一段软管进行连接，用堠箍固定，当需要用手摇泵注油时，将此段软管远离泵的一端拔下来，将手摇泵上的软管接头安上去，即可向燃油箱注油。

4.7 滑油系统

货车式机组滑油系统采用的是开式循环，即：燃机—油箱—散热器—油箱—燃机。主要包括：

燃机及一级减速器滑油系统、二级减速器滑油系统、滑油箱和冷却系统。滑油系统原理如下图所示

燃机及一级减速器滑油系统由供、回、旁通回、两个排气管、油滤、回油温度传感器、压力传感器、金属屑探测器组成。循环路线为：油箱—供油泵—油滤—燃机—回油泵—油箱。供油泵和回油泵由燃机自带。滤芯材料为金属丝网，过滤精度为10μm。带压差发讯器和旁通阀，压差发讯器发讯值为0.1MPa，旁通阀开启压力为0.15MPa。压力传感器安装在小底盘的侧面。金属屑探测器安装在回和油箱的连接处。两个排气管直接接到滑油箱上，将燃机的油气排到滑油箱中，再由滑油箱的排气管排到大气中去。这样可使油气中的一部分油滴回收到滑油箱中。

二级减速器滑油系统由供、回、溢流阀回、溢流阀、油滤、压力传感器组成。循环路线为：油箱—供油泵—油滤—二级减速器—回油泵—油箱。供油泵和回油泵由燃机自带。油滤技术参数同上，安装在小底盘的侧面，压力传感器安装在油滤的出口。溢流阀开启压力设定在0.35 MPa，安装在油滤的入口。

两个系统共用一个滑油箱和冷却系统。滑油箱总容积150L，（850mm×450mm×400mm）装油115L。滑油箱装有液位计、液位控制继电器、温度传感器、空气滤清器、排污阀、通气管。三个供入口都装有60目的粗滤网，以保护油泵。通气管直接接到机组箱体外部，将油气直接排到大气中去。温度传感器用来测量燃机和二级减速器的滑油入口温度。液位计作用是目示观察滑油液位高度。当滑油液位降低到65 L时液位控制继电器自动发出报警信号，这时应立即向滑油箱加油。空气滤清器既可过滤进入油箱的空气又可作为加油口。当需更换滑油时，可通过排污阀先将旧滑油放出。滑油箱安装在小底盘的侧面。

冷却系统由冷却循环泵、溢流阀、温控阀、换热器及连接管路组成。冷却循环泵将滑油箱中的热油送往散热器进行冷却，冷却后的滑油直接回到滑油箱，由温控阀控制滑油温度稳定在60℃～70℃。溢流阀可防止管路堵塞时压力过高破坏元件。冷却循环泵放在滑油箱的箱盖上，立式安装,由380V交流电机驱动。溢流阀和温控阀也安放在滑油箱的箱盖上以减化管路。换热器放在机舱通风的排气通道中，利用机舱排气冷却滑油。冷却循环泵流量为70L/min，驱动功率750W。换热器选用烟台冰轮换热器有限公司生产的板翅换热器，在环境温度为55℃时，散热功率为30kW。这种换热器用铝合金制成，具有体积小、重量轻、传热能力强的优点。

4.8 燃机进气系统

燃机进气系统的作用为向燃机提供流场均匀的空气，同时降低燃机进口向外部辐射的噪声。QD12B燃气轮机发电机组进气系统的进气量约为5.45kg/s。主要由进气百叶窗、第一、二级进气消音器、消音弯头、软连接、进气箱等组成。

4.8 .1进气百叶窗 

进气百叶窗为外界大气进入进气系统的入口，为了控制进气系统的总流阻损失，在设计时，将百叶窗的进气速度控制在5m/s以下。百叶窗采用单面进气的形式，全部为钢结构。具有强度高、外型美观的特点。百叶窗采用活动的形式，并且具有手动控制和电动控制的功能，以保证机组工作时的可靠性及防雨、防尘的要求。

4.8.2 进气消音器

为保证机组进气口处的噪音小于75dBA，燃机整个进气系统设计有两级消音器,分别放置在百叶窗和消音弯头的后面，采用阻性消音器，具有体积小、重量轻、消音频谱宽、消音量大及流阻损失小等特点。内部结构主要由吹塑成型的穿孔塑料管，塑料管周围覆以吸音材料,外部框架由优质钢板机加成型。为防止机组在工作时吸入较大的灰尘颗粒，在进气百叶窗和第一级消音器之间设有钢丝网。

4.8.3消音弯头

消音弯头是气流进入燃机的通道，考虑到其消音要求，主要框架均由钢板焊接而成。内部安装穿孔板加上玻璃纤维棉制成的吸声层，以进一步降低噪音，其连接法兰盘由钢板机加成型。气流在弯头进口的流速约为5.5m/s左右。

4.8.4 软连接

由于进气箱固定于机组底盘，机组箱体也固定在机组底盘上，为解决尺寸连接及变形影响，在箱体内顶部安装面及进气箱之间设置了软连接。软连接在三自由度上均有一定的活动余量，使上述问题得到解决。而且，软连接的设置也避免了燃机振动由进气箱传递到箱体。软连接主要结构由角钢及铝塑薄膜组成。角钢焊接构成联接于箱体顶部及进气进气箱的法兰，同时，它又做为安装铝塑薄膜的支架。铝塑薄膜加工后形成方筒状套接在支架上，用压板及螺栓固定。为防止在燃机工作时螺栓振动脱落，采用双重螺母紧固。软连接在垂直方向和水平方向的设计活动余量为15mm。

4.8.5进气箱

进气箱的设计要求流阻损失小、气流均匀、畸变小。参照法国机组的尺寸要求，将进气箱设计为由5mm厚的钢板焊接而成的方形箱体，箱体上部的法兰盘与软连接相连，为保证燃机工作时气流均匀和防止异物，在进气箱燃机进气的一侧，安装有钢丝网防护罩。为降低燃机振动对进气箱体的影响，燃机与箱体之间采用软连接，软连接由橡胶制成，其厚度足以隔住向外辐射的噪声，安装时，由压板将其固定于配套部件上。进气箱固定在机组的大底盘上，用螺栓在箱体内部固定。由于箱体较大，为防止燃机产生的噪音在箱体内共振，在箱体内的壁面上设计有共振腔结构，由钢板骨架和微穿孔板构成。

进气系统的综合流阻损失（百叶窗、进气消音器、转接弯头、集气箱）约为25mmH2O。

4.9燃机排气系统

4.9.1 概述

排气系统是将燃机排气排入外界大气的通道。主要由波纹补偿器、转接段、扩压弯头、矩形波纹补偿器、排气出口段、排气门等组成。扩压弯头至排气出口段之间的管道，采取了隔声和隔热措施,出口噪声值<75dB(A)。

4.9.2 构造说明

排气系统如图示:

扩压弯头、矩形波纹补偿器、排气出口段、排气门座落在箱体上，波纹补偿器放在箱体内。波纹补偿器进口端

通过卡箍与燃机排气出口端相联接。波纹补偿器出口端与转接段通过螺钉联接到箱体上，其上面焊有两个圆筒，圆筒与箱体之间装有隔热棉，箱体上安装一薄板来固定隔热棉。扩压弯头及薄板通过螺钉固定联接在箱体上面，扩压弯头出口端与矩形波纹补偿器及放在矩形波纹补偿器中的导流段通过内六角螺钉联接，在矩形波纹补偿器出口端装有扩压导流段，并使用螺钉与消音器相联接。消音器后联接排气出口段，排气出口段上安装有能手动和电动的排气门。在消音器出口端处采用固定支撑。在消音器进口端处、扩压弯头出口处、及排气出口段均设有如图所时的辅助支撑，使排气系统的扩压弯头、矩形波纹补偿器、消音器、排气出口段受热膨胀时能在沿车体长度和宽度方向上自由滑动。

4.10燃机支承

燃机支承不仅作为承力件支承燃机，还具有调节燃机与发电机同心的功能。主支承采用刚性支承，为整体式，如下图：

辅助支承采用连杆式，考虑到燃机机匣受热膨胀，向进气边预摆1.5mm。如下图：

调心方式采用推拉螺杆调燃机径向、轴向位置，用调整垫配合调高螺钉来调整主、辅支点的高度。

4.11 联轴器

货车式燃气轮机发电机组采用叠片式联轴器来传递扭矩。叠片式联轴器具有结构简单、维护简便、位移补偿量大、吸振、隔振等特点。货车式机组联轴器传递的功率及转速为：1200kW，1500rpm，其连接形式为两端采用法兰盘的形式，利用精密螺栓连接，以进一步减小轴向尺寸。

4.12 调节与监控系统

控制、测量及显示系统(原理图如下 )由可编程控制器（PLC）、数字电子控制单元（DECU）、机旁操作盘、遥控箱（置于驾驶室内）、各种传感器、变送器、互感器、信号器、各执行元件等组成。

控制系统的核心部件是数字电子控制单元（DECU）和可编程控制器（PLC），DECU和PLC通过机组内各传感器、变送器等采集温度、压力、转速、振动、电流、电压等模拟量，通过信号器采集液位、油滤压差、金属屑等开关量，并结合两个操作盘上按钮或旋钮的操作，来判断机组所处的状态，并据此通过执行元件发出各种动作指令，并在各种参数越限时及时报警或保护停机，达到冷转、起动、运行、停机等全过程控制，并通过显示器显示、记录所有数据（类似飞机设置的黑匣子功能）。通过驾驶室内遥控箱也可实现起动、停机、紧急停机等遥控动作，通过两个显示盘显示主要参数和工作状态。

4.12.1 控制方案

4.12.1.1 待起动状态

接通电源，没有任何报警信号和保护停机信号，非起动过程,非停机过程定义为起动准备状态 

4.12.1.2 允许起动条件

接通电源，没有任何报警信号和保护停机信号，允许起动。

4.12.1.3 起动过程

燃机处在允许起动状态，自接到起动信号到n=100%定义为起动过程,冷转时起动10-20秒后停机（由DECU决定）。

4.12.1.4 运行状态

n=100%RPM，非起动过程，非停机过程定义为运行状态。在此状态下，满足下列任何一项条件时，运行状态结束，燃机转到停机过程， 停机原因如下：

正常停机（手动）； 

紧急停机（手动）； 

火警信号； 

转速超出范围 n＞120%； 

排气温度高； 

机舱温度高（T1>79oC）; 

燃机及一级减速器滑油压力低（P≤0.15MPa）； 

二级减速器滑油压力低（P≤0.10MPa）； 

滑油箱滑油温度高；

三相电压超出范围 （V≥440V，V≤340V持续2秒）；

过载（有功功率≥1344kW 112%P）；

过电流（I≥2500A 1.732UICOSF=P）；

4.12.1.5 停机过程

停机过程分为正常停机过程和紧急停机过程。

正常停机过程：接到正常停机信号，PLC发出停机指令，执行正常停机程序。

紧急停机过程：在起动过程或在运行状态满足停机保护条件，或在上述两个过程中，接到紧急停机信号，或由正常停机转为紧急停机时，PLC发出紧急停机指令，关断防火阀和燃料截止阀、切断励磁。 紧急停机指令如下：

PLC发出的紧急停机指令包括：

·分断励磁开关；

·切断防火阀、截止阀；

·10分钟后停机舱通风机

·如在起动期间，切断所有与起动有关的接点。

4.12.2 显示

PLC通过串行口将机组所有数据传送给上位机，其显示器显示所有输入模拟量、输出模拟量数据，所有输入、输出开关量信息、所有停机原因、报警原因、不允许起动原因，以及机组运行时间、起动次数等数据。

4.12.2.1 机侧控制箱 

机侧控制箱显示下列数据：

三相输出电压、三相输出电流、频率、输出有功功率、起动、控制电池电压、燃机转速、排气温度、滑油压力、滑油温度、供油压力、环境温度等等。

通过指示灯显示下列信息：

电源指示、起动准备指示、冷转运行指示、系统运行指示、报警指示、报警原因指示、保护停机指示、保护停机原因指示。

4.12.2.2 遥控箱（RCP）

遥控箱适当位置配备RS-232C串行口，可连接笔记本电脑，以便随时查看有关设备状态信息。

通过指示灯显示下列信息：

电源指示、运行指示、报警指示。

4.12.3 报警原因

运行时，燃机排气温度高；

转速超出范围 n＞120%，n＜80%（由DECU控制）；

金属屑；

燃油箱液位高、低；

燃油箱油滤堵塞（压差信号器）；

燃机滑油滤堵塞（压差信号器1/2）；

滑油箱液位低；

燃机机舱燃油滤堵塞；

（燃机水平、垂直振动大（V≥2g））；

输出有功功率大(P≥1300kW)；

机舱温度高(≥70℃)；

频率高（≥50Hz+6%）；

发电机绕组温度高(≥165℃)；

火警；

其它。

4.12.4 各状态下燃机供油方案

在系统运行的全过程中，由DECU根据各状态特性自动调节燃油调节阀的开度，在正常运行状态下，DECU根据负载变化，实现恒转速闭环控制。

冷转时，供油量为零。

4.13 电气系统

货车式燃气轮机发电机组电气系统分为交流供电系统和直流供电系统，方案图见下图 。

4.13.1． 交流供电系统

交流供电系统分两部分：即市电供电和机组供电。

机组运行前，由市电供电，将50Hz、三相380V交流电源通过20A断路器引入机组。在机组运行前的准备过程，交流供电分三路，分别为700VA起动电源充电器，400VA控制电源充电器和500W电阻加热器供电。

机组运行时，市电已断开。当机组发出50Hz三相400V交流电后，20A接触器kM得电吸合，机组供电回路有电，风机、滑油泵以及两组充电回路均可工作。5.5kW风机采用16A断路器、接触器和热继电器送电，1.0kW滑油泵采用4A断路器、接触器和热继电器送电，两路充电器采用4A断路器送电，550W燃油泵用变压整流电源通过KA继电器送电。

机组的接地地线从底盘引出，与用户用电器地线连接。

4.13.2．直流供电系统

直流供电系统主要由起动电源和控制电源两部分组成。

起动电源由200AH24V蓄电池组组成，由600A直流接触器MZJ—600B通过0.01Ω起动限流电阻为起动机供电。在机舱箱体顶棚前后各安装一只机舱照明灯，也由起动电源供电。控制电源由65AH24V蓄电池组组成，分别为控保系统、油箱供油燃油泵（180W、24V）和机组供油燃油泵（550W、24V）供电。机组供油泵在起动过程中，由蓄电池通过可控硅供电，其触发电路通过继电器kA的常闭触点和电制，电调发出信号使可控硅导通，油泵工作；起动几秒后，电调使触发电路断开，机组发电后kA也使触发电路断开，变压整流器输出24V直流脉动电压，其峰值远超过蓄电池电压，可控硅断开，油泵由变压整流器供电。

4.14整车动力特性

4.14.1机组重心的计算

根据GJB235-87《工、中频移动电站通用技术条件》的要求，移动电站（即车载机组）的重心位置应满足下式，不发生倾复：

L/H>θ， B/2H>θ

式中：θ----附着系数，取θ=0.5～0.6；

H----重心高度，mm；

b----轮距，mm；

L----重心到后轴中心线的水平距离，mm。

4.14.1.1机组轴向的重心计算

以汽车后轴中心线为原点建立坐标系，各个质点分别对原点在轴线方向上取转矩，其矢量和（逆时针为正，顺时针为负）为∑M，各部分(汽车除外)的质量和为∑m=11.5吨，则 X=∑M/∑m=786.5，即机组轴向的重心应在汽车后轴轴线向前786.5mm。

与汽车重心合成后整个机组轴向重心位置L=1363.9~1208.9

L/H=0.88~0.78

4.14.1.2机组高度方向的重心计算

设沿机组底盘长度方向为x轴，沿底盘的高度方向为y轴。对于机组来说，机组的各部件对于原点的力矩之和应等于机组的总重量在重心处对于原点的力矩。设机组高度方向的重心到原点的距离为y。M1为各部件对于原点的力矩之和，M2为机组总重量在重心处对于原点的力矩。求得机组高度方向的重心位置在机组底盘底部向上824mm处。与汽车重心合成后整个机组重心高度H=1547.2

B/2H=0.582

4.14.1.3机组左右方向的重心计算

以汽车的对称中线为轴线，不对称质量分别对轴线取转矩，转矩的矢量和（逆时针为正，顺时针为负）为∑M，各部分(汽车除外)的质量和为∑m，重心距轴线的距离为Z，求得Z=-1.7，即重心向左（从车头方向看）偏移1.7mm.。

4.14.2机组拐弯特性的计算

在临界状态对汽车进行受力分析如图。

F------离心力 G--------重力 N--------支撑力 f-------摩擦力

所谓临界状态就是指汽车在一侧车轮受地面的支撑力为零时的状态。计算如下(力分解如图)：

（车的最小拐弯半径为10.9m，最高时速为40km/h）

F=mv2/r G=mg

FHcosα+(Fbsinα)/2+GHsinα=(Gbcosα)/2，即(v2 Hcosα)/r +( v2b sinα)/2r +gHsinα=(gbcosα)/2

当α=0，rmin=10.9m时，即在平地以车的最小拐弯半径拐弯时，

当α=0，v=40km/h时，即在平地以车的最大速度40km/h拐弯时，

h其他参数时的计算: