GE LM2500+G4航改燃气轮机在舰船和工业上的应用

GER-4250（09/05）

GE公司LM2500+G4航改式燃气轮机在舰船和工业上的应用

作者：Gilbert H. Badeer

LM TM产品销售部部长

工业用航改式燃气轮机

目录

摘要 (3)

引言 (3)

类型 (3)

燃气轮机设计的改进 (5)

可靠性、可利用性和可维修性的趋势分析 (5)

燃料和燃烧室灵活性 (6)

性能 (7)

工厂验证试验 (10)

用户利益 (10)

总结 (10)

摘要

GE公司能源和航空发动机事业部持续改进运行经验丰富、技术先进的航改式燃气轮机LM2500，现在非常自豪的宣布其第四代升级版LM2500+G4。

在功率为20至35MW的燃气轮机中，GE公司研发的燃气轮机功率最大、效率最高。这就意味着用户的运营成本大大降低而收益增加。

航改式燃气轮机由于其设计遗传性，具有某些特征使其最终用户的运营成本显著降低。

本文对GE公司最新的LM2500系列航改式燃气轮机（ISO轴端输出功率34.3MW，效率41.3%）进行全面描述。从本文可以看出，由于其继承了LM2500系列燃气轮机的高可靠性和可用性，使用该型燃气轮机的用户可以获得更大的经济效益。

LM2500+G4的研究资金来源于航空发动机研发基金，在过去十年里每年使用资金超过10亿美元。今天，GE能源的整个燃气轮机产品生产线仍然受益于该稳定的研发基金。不断引入的先进技术使GE燃气轮机用户获得的利益持续提高。

引言

GE公司的工业用航改式燃气轮机事业部总部设在俄亥俄州的辛辛那提市，生产制造工业和舰船用航改式燃气轮机。GE能源和油气事业部负责LMTM燃气轮机系列产品（包括LM1600、LM2000、LM2500、LM2500+、LM6000TM和LMS100○R）

这些燃气轮机的使用方式有单循环、热电联供、联合循环或机械驱动方式，如图1所示。

图1 工业用航改式燃气轮机的应用方式

类型

GE公司航改式LM2500工业有两种类型，如下：

●燃气轮机，包括燃气发生器和动力涡轮，如图2所示

●燃气发生器，可以与OEM-supplied动力涡轮配套

图2 LM2500+DLE燃气轮机w/6级动力涡轮

GE的LM2500+G4型燃气轮机有两种动力涡轮：六级低速型，名义转速3600rpm；二级高速动力涡轮（HSPT）。高速动力涡轮的设计转速为6100rpm，运行转速3050~6400rpm。其用于机械驱动和其他要求连续轴端输入转速为6400rpm的用途。对于机械驱动用途来说，六级和二级动力涡轮均产生立方载荷曲线（over a cubic load curve）。

GE还具有各种on-engine排放控制技术：

●简单环形燃烧室（SAC）w/水喷射

●SAC w/蒸汽喷射

●干燥低排放（DLE）燃烧室

LM2500+G4型燃气轮机的历史沿革

LM2500/+燃气轮机35年的发展史和现在LM2500+G4型燃气轮机如图3所示。功率在20~35MW的航改式燃气轮机中没有一种具有LM2500型燃气轮机总计3.29亿小时的运行经验，且其在工业上仍在广泛应用。LM2500型燃气轮机是航改式燃气轮机中无可争辩的领导者。

图3 LM2500+G4型燃气轮机的历史沿革

母型航空发动机及其工业和舰船用航改式燃气轮机的累积运行经验如图4所示。

图4 截止2005年2月的运行经验

燃气轮机设计的改进

LM2500+G4型燃气轮机是LM2500+的改进型，其增加高压压气机、高压涡轮和低压涡轮的流速。压比从LM2500+的23.6提高到LM2500+G4的24.2。对较小叶片和静叶的型线设计进行了调整，使其能够满足气流增加的要求。HPT调整包括较小叶片冷却系统的改进和经过最近航空技术验证的材料的升级，从而提高了机组的进气温度，也就降低了用户的成本。为了维持转子推力平衡，调整了压气机排压气封的有效面积。

在结构上，所有的框架（比如前端、压气机后端、涡轮中部和涡轮后部框架）都为改变。同样，高压压气机前后气缸也没有变化。油箱硬件和主轴轴承数量也没变。这些都是借鉴了LM2500+的成功经验。

对于用作DLE的燃气轮机，对燃烧室进行了升级，即采用无翼B环隔热罩，去除后A 和C环隔热罩，并采用螺栓固定隔热罩，方便更换，因此，减少了燃烧室的总维修时间。

由于变化有限，LM2500+系列燃气轮机成功的运行经验将证实LM2500+G4将具有同样的效率、可靠性、可利用性、排放和检修间隔。

可靠性、可利用性和可维修性的趋势分析

LM2500+G4型燃气轮机是在LM2500/+的基础上发展起来的，具有很好的可靠性。LM2500+G4采用了先用了很多经过验证的先进技术，并且其大部分零件与LM2500/+具有通用性，因此其具有与LM2500/+同样的优异可靠性。LM2500/+系列燃气轮机的可靠性、可利用性和可维修性（RAM）持续改进。从表5可以看出，LM2500/+系列燃气轮机的RAM 由于其他公司生产的航改式燃气轮机（20~40MW）。GE公司不断对其产品进行改进，采取各种措施减少不必要的错误。

图5 简单循环燃气轮机的可靠性和可利用性

*来源：ORAP○R；所有版权归GE改进SPS○R基础数据所有。数据收集时间截止2005年3月。

排放技术

LM2500+G4将会具有与目前LM2500/+产品一样的排放能力，包括：

●SAC干天然气或液体w/无NOx消除

●SAC天然气w/水或蒸汽下降至25ppmvNOx（15%O2条件下）

●SAC天然气w/水或蒸汽下降至42ppmvNOx（15%O2条件下）

●仅DLE天然气下降至25ppmvNOx（15%O2条件下）

●双重燃料（DF），DLE液体和气体分别下降至100ppmvNOx和25ppmvNOx

（15%O2条件下）

●经验证的极热和冷条件下的DLE能力（运行数据为-45.6℃，起始数据为-40℃）

●全负荷下降/接受能力（SAC和DLE）

●SAC和DLE燃料性能变化灵活

●对于从起始到最大功率的全功率范围，通过倾斜的、预先混合的、分段的燃烧

室进行干的低排放

注意：LM2500DF DLE技术已经发放给客户，计划2006年中期投产2台。首台刚刚完成产品试验，证实功率、热耗率、排放和燃料转换运行非常成功。

燃料和燃烧室灵活性

LM2500+G4基于LM6000航空发动机15ppmv NOx）和LM2500/+技术。LM2500+G4采用单个简单环形燃烧筒，燃料灵活性同LM2500/+，能够采用多种燃料，比如：

●天然气