燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉控制的重要作用

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉控制的重要作用

可萃取變量是發(fā)動(dòng)機(jī)的重要簡單設(shè)備，在大型蒸汽機(jī)中得到了廣泛應(yīng)用。進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的作用主要包括:防止喘振、排氣溫度控制和減少啟動(dòng)時(shí)壓氣機(jī)功耗。為了更好地實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行,必須對(duì)IGV的控制機(jī)理進(jìn)行深入研究。1方案2,根據(jù)一級(jí)動(dòng)葉沖角進(jìn)入主導(dǎo)地位,c靜葉的速度三角形由三個(gè)矢量構(gòu)成:氣流進(jìn)入葉柵的絕對(duì)速度c1、氣流離開靜葉進(jìn)入動(dòng)葉的相對(duì)速度w1和圓周速度u,如圖1(a)所示,矢量c1與u決定了矢量w1。圖1(b)采用了固定進(jìn)口導(dǎo)葉,當(dāng)流量系數(shù)等于設(shè)計(jì)值和固定值時(shí),氣流離開靜葉進(jìn)入動(dòng)葉時(shí)的方向與動(dòng)葉的方向正好相同,即沖角為0°。當(dāng)流量系數(shù)φ小于設(shè)計(jì)值,氣流進(jìn)入動(dòng)葉的沖角大于0°,即正沖角,可能會(huì)在葉背發(fā)生氣流分離,反之,當(dāng)流量系數(shù)φ大于設(shè)計(jì)值,有可能在葉腹產(chǎn)生氣體脫離[1~3]。當(dāng)產(chǎn)生氣體脫離后,就有可能產(chǎn)生失速,甚至喘振。當(dāng)機(jī)組在啟停工況,空氣流量小于設(shè)計(jì)值,或者氣流軸向分速度的增長率小于圓周速度的增長率,或者氣流軸向分速度的減小率大于圓周速度的減小率時(shí),此時(shí)小于設(shè)計(jì)值,產(chǎn)生大的正沖角,使壓氣機(jī)的前幾級(jí)容易進(jìn)入喘振工況。在c1和u的大小保持不變的情況下,w1的角度就只與c1的方向有關(guān)。IGV的主要作用是改變c1的方向,也就改變了進(jìn)氣絕對(duì)速度w1與一級(jí)動(dòng)葉中心線的角度,即沖角。如果根據(jù)的值來改變c1的方向,就可以使沖角維持在0°附近。圖2顯示機(jī)組在啟停過程中u和c1都較小,此時(shí)減小IGV角度,將有利于減小正沖角,從而提高燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。2igv在機(jī)組啟動(dòng)過程中的影響為了保證壓氣機(jī)的正常運(yùn)行,在壓氣機(jī)特性曲線的左側(cè)有一條喘振邊界線,當(dāng)流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量減小到一定程度,就會(huì)使運(yùn)行工況進(jìn)入喘振邊界線的左側(cè),造成整臺(tái)壓氣機(jī)不能穩(wěn)定工作,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)氣流從壓氣機(jī)入口倒流出來的現(xiàn)象。在機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中,絕不能容許壓氣機(jī)運(yùn)行在喘振工況,因?yàn)楫?dāng)壓氣機(jī)產(chǎn)生嚴(yán)重喘振時(shí),往往會(huì)引起壓氣機(jī)葉片斷裂現(xiàn)象的發(fā)生,從而可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生。在軸流壓氣機(jī)的第一級(jí)前安裝了IGV后,在機(jī)組轉(zhuǎn)速較低時(shí),關(guān)小IGV角度,可以減小或消除進(jìn)入第一級(jí)動(dòng)葉的正沖角,從而防止第一級(jí)葉片進(jìn)入喘振工況。同時(shí),減少第一級(jí)葉片的正沖角,可使第一級(jí)動(dòng)葉出口處空氣壓力較低,這樣有助于增大流到其后各級(jí)中的空氣體積流量,減少氣流的正沖角,改善后幾級(jí)的穩(wěn)定工作特性。在GE9E燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)過程中,隨著壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速由0升至約80%轉(zhuǎn)速時(shí),IGV的角度一直保持在34°,當(dāng)轉(zhuǎn)速由約80%轉(zhuǎn)速上升到95%轉(zhuǎn)速過程中,IGV的角度由34°線性增加到57°。從圖2中也可以看出,IGV轉(zhuǎn)角的變化對(duì)w1的方向改變范圍有限,為了進(jìn)一步防止壓氣機(jī)喘振,往往還要配合其他措施,例如中間級(jí)放氣等。3從燃料、空氣量的影響燃?xì)廨啓C(jī)溫度控制是保證燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性的主要參數(shù)之一。從嚴(yán)格意義上說,T3*是燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行過程中需要進(jìn)行嚴(yán)格控制的參數(shù)。但是,T3*溫度高,并且燃?xì)廨啓C(jī)的入口流場(chǎng)很不均勻,會(huì)使直接測(cè)量T3*的值難度加大,精度降低,無法在閉環(huán)控制中使用,故一般都采用燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度T4*。影響燃?xì)鉁囟鹊囊蛩刂饕侨剂狭亢涂諝饬俊Ｈ剂狭吭黾?進(jìn)入燃燒室的能量增加,燃燒后混合氣體的焓增加,則煙氣溫度增加。同理,若空氣量增加,則燃燒后煙氣的質(zhì)量增加,而總能量幾乎不變,所以燃燒后混合氣體的焓降低,則煙氣溫度降低。所以通過燃料量和空氣量的變化都可以控制排煙溫度。對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)來說,燃料量決定了燃?xì)廨啓C(jī)的做功量,為了減少對(duì)功率控制的擾動(dòng),控制排煙溫度就只能通過空氣量的控制進(jìn)行。燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣體積流量為:其中c1a是氣流進(jìn)入葉柵的絕對(duì)速度垂直軸向的速度分量,A是流通面積,是一個(gè)常量。IGV轉(zhuǎn)角的變化,將改變管道的流通阻力,IGV轉(zhuǎn)角增加,流通阻力減少,更多的空氣進(jìn)入燃燒室,使T4*減少;反之,IGV轉(zhuǎn)角減少,流通阻力增加,進(jìn)入燃燒室的空氣量減少,使T4*增加。在機(jī)組的正常運(yùn)行過程中,通過IGV角度的調(diào)整,可改變進(jìn)入燃燒室的空氣流量,實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的排煙溫度的調(diào)整,有助于提高機(jī)組的效率與運(yùn)行安全性。只有當(dāng)空氣量無法實(shí)現(xiàn)T4*的控制(超溫)后,為了保證運(yùn)行的安全性,才用燃料量來實(shí)現(xiàn)排煙溫度的控制。4減少啟動(dòng)裝置碳量啟動(dòng)電機(jī)的功率還與啟動(dòng)過程中空氣量直接相關(guān)。從圖3中可以看出,機(jī)組啟動(dòng)時(shí)關(guān)小IGV轉(zhuǎn)角,壓氣機(jī)空氣流量減少,使機(jī)組的啟動(dòng)阻力矩變小,進(jìn)一步減少了啟動(dòng)過程中壓氣機(jī)的功耗,有利于減少啟動(dòng)裝置的配置功率。在啟動(dòng)功率不變的情況下,可以縮短啟動(dòng)加速的時(shí)間。5igv角度的影響IGV角度控制是燃?xì)廨啓C(jī)正常運(yùn)行的基礎(chǔ),燃?xì)廨啓C(jī)IGV角度的控制分為啟停工況和正常工況兩類進(jìn)行討論。在啟動(dòng)過程中,為了提高壓氣機(jī)運(yùn)行安全性,避免喘振,要求IGV的角度隨流體流速及壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。當(dāng)氣體流量低時(shí)減少IGV的角度,減少氣流沖角。同時(shí),關(guān)小IGV角度,有利于縮短啟動(dòng)的時(shí)間和啟動(dòng)電機(jī)的功率。GE公司的9E燃?xì)廨啓C(jī)由0%轉(zhuǎn)速升至95%轉(zhuǎn)速時(shí),IGV角度從34°線性增加到57°,燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)時(shí)IGV角度反向變化。在正常運(yùn)行工況下,此時(shí)壓氣機(jī)已遠(yuǎn)離喘振區(qū)域,壓氣機(jī)IGV參與排氣溫度控制,可保證燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行安全。IGV角度的變化主要用于燃?xì)馀艢鉁囟萒4*的控制,防止燃?xì)廨啓C(jī)超溫。9E機(jī)組IGV溫控的角度變化集中在57°~86°。當(dāng)IGV角度無法實(shí)現(xiàn)燃機(jī)排氣溫度控制時(shí),IGV角度保持在86°,由燃料量來實(shí)現(xiàn)排氣溫度控制。對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的控制而言,IGV角度的調(diào)整,大大提高了控制系統(tǒng)的靈活性,使燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性得到了提高,但同時(shí)也增大了燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與整定的難度,對(duì)控制系統(tǒng)的無擾切換提出了更高的要求。燃?xì)廨啓C(jī)無法實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)。在啟動(dòng)過程中,必須由啟動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)壓氣機(jī)旋轉(zhuǎn),知