湖南省优艺模型】燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电系统模拟仿真设备介绍

2021-09-16 10:43

模型简介：燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电系统模拟仿真设备以实际电厂（燃气-蒸汽联合循环单轴布置机组）为原型，按比例制作，主要包含设备为余热锅炉模型，燃气轮机模型，高/中压汽轮机模型，低压汽轮机模型，发电机模型，变压器模型，变电站模块模型。以及各个设备之间连接管组成。流水灯模拟其介质（燃气，冷水，热水，蒸汽）流动。透明结构，电动动态演示。

制作材料：ABS高聚合板材，PVC工程塑料，有机玻璃，有机玻璃管道，高亮LED灯，金属（主要用于传动装置制作，包括铜，铝，不锈钢等），电机，高级汽车无尘喷绘着色，精雕雕刻组件与传统手工打磨工艺方式相结合制作。

制作工艺：

采用高精度激光雕刻切割板材，板材表面工艺采用三维雕刻，单件倒模成型（采用专业软件（solidworks）数字建模，根据数字建模通过数控车间加工内模），通过模具进行倒模压制成型。倒模成型的部件通过人工手工组装，手工打磨优化，PVC有色组件采用无尘喷绘上漆，无尘恒温烤房烘烤。

烤漆工艺：烤漆是在基材上打三遍底漆、四遍面漆，每上一遍漆，都送入无尘衡温烤房，烘烤，优点：颜色艳丽，不易脱落，易清理维护，防潮防腐蚀。

模型底座：镀锌方钢主体支撑，防火板材、白色亚光烤漆。304不锈钢包边，仿大理石（板材纹理可定制）PU板贴面。

模型适用性：适用于高校内实训，教学，培训，以及燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电系统整体结构与工作原理认知学习

控制：采用触屏电脑搭载西门子PLC控制器配合自主研发配套控制软件智能控制模型的动态演示与灯光工艺效果

模型使用参数：

1.模型工作电压220V

2.模型工作电流25A交流

3.模型工作功率10kW

4适于在气温为摄氏-40℃～＋50℃和相对湿度为90％的环境条件下运输和贮存。

5 适于在电源220V（±10％）/50Hz、气温摄氏 15℃～＋30℃和相对湿度小于80％的环境条件下运行。能够连续正常工作。

6 配置符合中国有关标准要求的插头

燃气-蒸汽联合循环单轴发电原理简介：

燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电机组主要包括部件为余热锅炉，燃气轮机，压气机，蒸汽轮机，发电机。其发电流程为：经过加热后的天然气进入燃气轮机的燃烧室，与压气机压入的高压空气混合燃烧，产生高温高压气流推动燃气轮机旋转做功，总燃气轮机排除的高温气体，进入余热锅炉把水加热成高温高压蒸汽，高温高压蒸汽进入蒸汽轮机，推动蒸汽轮机旋转做功，将内能转换成机械能。燃气轮机、蒸汽轮机、发电机的转轴相互连接，通州旋转，实现燃气轮机、蒸汽轮机同时推动发电机旋转发电。

燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电系统模拟仿真设备以实际电厂（燃气-蒸汽联合循环单轴布置机组）为原型，按比例制作，主要包含设备为余热锅炉模型（（NG-V94.3A-R型三压再热无补燃卧式自然循环余热锅炉为原型制作），燃气轮机模型（（西门子燃气轮机SGT5-4000F为原型制作），蒸汽轮机（三压三缸双流式汽轮机为原型制作），发电机模型，变压器模型，变电站模块模型。以及各个设备之间连接管组成。流水灯模拟其介质（燃气，冷水，热水，蒸汽）流动。透明结构，电动动态演示。

燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电系统模拟仿真设备整体布局流程图如图一，燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电纵剖面图（图二）燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电系统模拟仿真设备整体部件布局图（图三）

一，燃气轮机模块制作方案

燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电系统模拟仿真设备燃气轮机模型采用：西门子燃气轮机SGT5-4000F为原型按照比例制作，通过中心轴线四分之一剖视制作，可透过剖面清楚观察到内部结构，采用电动机提供动力带动设备真实运转，模拟整个F级燃气轮机工作流程。通过不同分色管道内过LED灯光流，展示不同原料管道的烟气流动工艺流程。

制作的特点：F级燃气轮机模型全面、准确反映燃气轮机仿真模型整体机构，模拟电动演示；叶片采用全金属制作（铜或铝），轴采用实心不锈钢制作，轴承采用不锈钢制作。其余部件主要采用PVC工程塑料或有机玻璃制作，为了方便教学内部组成部件采用部分结构分色展示

模型控制：采用触屏电脑搭载西门子PLC控制器配合自主研发配套控制软件智能控制模型的动态演示与灯光工艺效果

SGT5-4000F燃气轮机模型燃烧室：燃烧室功能介绍：燃烧室是压气机出来的高压气体与燃料混合和并进行燃烧的装置，燃烧室的功能为将燃料的化学能转变成热能，使气体温度大大增加。燃烧室流出的高温，高压燃气具有很高的能量（模型采用不同灯光流展示不同燃料气体的流向与动态演示）

SGT5-4000F燃气轮机模型燃烧室采用环型燃烧室，在燃烧室内壳，外壳（采用透明有机玻璃制作，全透明结构）体所形成的环形空腔内（采用LED灯模拟燃烧），有一个由内，外环构成的火焰管道（采用分色玻璃管道制作），在环形火焰管头部沿周向均匀布置诺干喷嘴和旋流器（采用PVC工程塑料制作，高级汽车烤漆着色）

SGT5-4000F燃气轮机模型燃烧室模型主要体现部件：压气机排出空气用环形空间，燃烧器组件，斜旋旋式式喷嘴，燃烧室耐火砖，外气缸，人孔，外壳层，当热板，高温气体出口，轮毂，所有体现的部件根据功能不同选择性的采用有机玻璃或PVC工程塑料制作，并搭配LED灯模拟燃烧室燃烧，通过分色管道内的LED灯光流模拟各种不同管道与不同燃料管道的流向与工艺流程。

GT5-4000F燃气轮机模型透平部件：

燃气透平是燃气轮机的一个主要部件，主要功能是把高温，高压燃气中的能量转变为机械工，越有三分之二的机械工用以带动压气机压缩空气，其余的则作为燃气轮机的输出功率以带动负载。

透平模型结构介绍：透明部件模型主要包含静子和转子两部分构成。静子部分包括气缸，静叶（喷嘴）及支撑和传力系统等部件组成，透平由转子和气缸组成，透平转子制作3级，气缸分为上气缸和下气缸，气缸的内部圆周上安装静止叶片，气缸上的静叶片组分别和转子的动叶组构成一级。

SGT5-4000F燃气轮机模型压气机部件介绍：

压气机部件为轴流压气机，压气机部件传动部件采用不锈钢制作，叶轮与叶片采用PVC工程塑料，高级汽车烤漆无尘着色，

压气机工作原理介绍：气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导叶使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使压力有所提高。转子在外力作用下作告诉转动，装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。告诉气流进入导叶，气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管，气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高。

压气机第一级动叶前有一列静止固定的叶片，称为进口导流叶片，用来控制进入第一级动叶前的气流方向，此列静止固定叶片模型设计成动态可调，通过调节叶片的角度变化限制进入压气机的空气流量。

SGT5-4000F燃气轮机模型转子部件说明： 转子将压气机和透平端连接在单个轴上（轴与轴承为铝合金制作），并支撑在两端的轴承（铝合金制作）上，转子由前后轴头，一个中空端以及19组轮盘以及起连接作用的中心螺栓组成，空心轴和轮盘用一个中心拉杆拉紧在一起，转盘与轮盘之间通过端面齿对中，在机组正常工作时通过端面齿来传递扭矩，各级叶轮可以拆卸安装，模型设计为有一级叶片可以轴向拆卸安装。

【湖南省优艺模型】燃气轮机模型

二，余热锅炉模块制作方案

三压再循环型余热锅炉原理介绍：

三压再热循环余热锅炉，汽水系统主要由低压、中压、高压三部分组成，可同时产生低压过热蒸汽、中压过热蒸汽、高压过热蒸汽，分别驱动低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机，可最充分的把燃气的热能转换成机械功。

低压部分由低压省煤器、低压汽包、低压蒸发器、低压过热器组成。从凝结水泵来的冷水，通过低压省煤器预热后输入低压汽包，汽包下面连接着蒸发器，水在低压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到低压汽包。饱和蒸汽从低压汽包输出再通过低压过热器加热，产生低压过热蒸汽，用来驱动低压蒸汽轮机旋转做功

中压部分由中压省煤器、中压汽包、中压蒸发器、中压过热器、再热器组成。通过低压汽包出来的水由中压给水泵注入中压省煤器继续加热，然后进入中压汽包，在中压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到中压汽包。从中压汽包输出的饱和蒸汽通过中压过热器加热，然后再与高压汽轮机排出来的蒸汽混合，一同经过再热器加热，产生中压再热蒸汽，用来驱动中压蒸汽轮机旋转做功。

高压部分由高压省煤器、高压汽包、高压蒸发器、高压过热器组成。通过低压汽包出来的水由高压给水泵注入高压省煤器加热，然后进入高压汽包，在高压蒸发器内加热成饱和蒸汽上升到高压汽包。从高压汽包输出的饱和蒸汽通过高压过热器加热，产生高压过热蒸汽，用来驱动高压蒸汽轮机旋转做功，余热锅炉结构如图一，余热锅炉汽水流程图见图二，余热锅炉在整个燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电系统汽水流程图见图三

采用全透明分色结构展示，主要采用高透进口亚克力有机玻璃制作，采用分色结构展示（不同部件采用不同颜色的亚克力有机玻璃制作，区分各个部件，更利于教学培训）模型主要展现结构：省煤器、低压汽包、低压蒸发器、低压过热器，模型主要展示工艺流程为余热锅炉汽水流程，采用不同颜色高透亚克力有机玻璃管道内过高亮LED灯光流模拟介质流向工艺（蒸汽：红色管道，热水：黄色管道，冷水：绿色管道，空气（或燃气）为蓝色管道，管道内LED灯流向演示汽水工艺流程。

机组整体采用单轴布置，燃机和余热锅炉间采用了中通烟道，所有受热面均有有顺列管(分色展示)排组成。

烟气处理：燃气压缩机入口布置湿式电除尘器模型，电除尘模型为分色结构展示。

【湖南省优艺模型】余热锅炉模型

三，蒸汽轮机制作方案

三压三缸双流式蒸汽轮机结构与工艺流程介绍

燃气-蒸汽联合循环单轴布置发电系统中采用三压三缸双流式蒸汽轮机，包含高压汽轮机、中压汽轮机（模型采用中高压合缸结构）、低压轮机

（1）中高压汽轮机模型采用高中压合缸汽轮机结构，在一个外缸内有高压汽缸（内缸）与中压汽缸（内缸），左边是高压汽缸，内装有高压汽轮机；右边是中压汽缸，内装有中压汽轮机，高压汽轮机与中压汽轮机共用同一根转轴。模型结构图如图一，

进入高压汽轮机的蒸汽压，从高压蒸汽入口进入高压汽缸，推动动叶，使转子旋转，作功后的蒸气再从高压缸出口排出，通向再热器

（2）低压汽轮机采用双分流结构，在一个外壳（汽缸）内装有对称的两个低压汽轮机。每个汽轮机的转子有多级叶片（动叶加静叶），。低压汽轮机工作原理与高中压汽轮机一样，低压汽轮机结构图如图一

三压三缸双流式蒸汽轮机模型制作方案

汽轮机模型模拟设备主要通过静态结构展示与动态演示部件组成

静止部件：主要部件有汽缸、隔板、喷嘴、汽封、轴承等；

转动部件：主要部件有转子（主轴、叶轮）、联轴器等

（1）气缸：

气缸模型制作：气缸采用二分之一透明结构，上部分采用透明有机玻璃制作，可通过透明玻璃直观管看到气缸内部结构，下半部分采用工程塑料，高级汽车烤漆着色。采用倒模一次成型制作

（2）隔板：

隔板模型制作：采用水平对分形式，隔板采用PVC工塑料制作，高级汽车烤漆着色，可从透明气缸直观观看到，反动式汽轮机采用鼓式转子，动叶片直接装在转鼓上。

（3）喷嘴〈静叶喷嘴模型制作：喷嘴采用PVC工程塑料制作，外形结构展示。

（4）汽封

汽轮机工作时，转子高速旋转而静子部分不动，动、静部分之间必

须留有定的间隙，避免相互碰撞或摩擦。而间隙两侧般都存在压差，

这样就会有部分蒸汽通过间隙泄露，造成能量损失

汽封模型制作：采用橡胶制作。可从透明气缸看到

（5）轴承：轴承模型制作：采用不锈钢滑动轴承制作。

（6）转子转子模型制作：转子主轴采用实心铝棒制作，叶轮采用工程塑料，叶片（可展示出叶型，叶根，叶顶三部分）采用工程塑料或有机玻璃制作，高级汽车烤漆喷绘着色

（7）联轴器

联轴器又称靠背轮，它的作用是连接汽轮机的各转子及发电机转子，并传递转子上的扭矩

（8）汽轮机汽流向工艺，采用亚克力有机玻璃管道内过LED灯光，流动灯光模拟气流流向。

凝汽器制作方案：

凝汽器原理介绍：低压汽轮机排出的蒸汽已释放了绝大部分能量，但它来自高纯度的除盐水，不能排放浪费，在凝汽器把这些蒸汽冷却成凝结水，通过凝结水泵送往锅炉再利用。凝汽器就在蒸汽轮机下方，外壳与低压汽轮机汽缸连为一体。在凝汽器中排列着冷却水管，从一端到另一端，密集的冷却水管称为管束。管束的左端连通进口水室，右端连通出口水室。冷却水从进水管到进口水室，再进入管束，从管束中出来后通过出口水室的出水管流出。按一定规律排列的管束构成凝结区，低压汽轮机排出的蒸汽碰到管束凝结成水，流到下方热井，由凝结水泵送往锅炉，凝汽器模型结构图如图一

凝汽器模型为半透明结构展示，外壳为亚克力有机玻璃制作，可看到冷却水管（小型PVC塑料棒制作），进水管与出水管以及凝结水出口采用有机玻璃管道制作内部过LED灯光流模拟水流方向工艺。

【湖南省优艺模型】汽轮机模型