燃?xì)廨啓C(jī)特性

第六章燃?xì)廨啓C(jī)變工況單軸燃?xì)廨啓C(jī)的變工況特性環(huán)境條件對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響1整理ppt2整理ppt6-1概述研究燃?xì)廨啓C(jī)變工況的目的根本要求及性能指標(biāo)負(fù)荷特性3整理ppt一、燃?xì)廨啓C(jī)的變工況整臺(tái)機(jī)組偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)下工作的各種工況(1)穩(wěn)定的非設(shè)計(jì)工況如局部負(fù)荷或環(huán)境條件改變時(shí)引起的變工況；(2)不穩(wěn)定的過(guò)渡工況如啟動(dòng)、加速等引起的變工況。非常復(fù)雜〔三大件+負(fù)荷〕4整理ppt二、研究目的分析燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組各局部相互聯(lián)系、相互制約的變化規(guī)律，從而掌握燃?xì)廨啓C(jī)的變工況過(guò)程及其特性。〔1〕為設(shè)計(jì)新機(jī)組提供選擇方案的依據(jù)〔2〕為用戶(hù)提供變工況性能曲線(xiàn)。5整理ppt根本要求及性能指標(biāo)根本要求:保證在各種負(fù)荷下機(jī)組能夠經(jīng)濟(jì)地、可靠地運(yùn)行，同時(shí)有較強(qiáng)的適應(yīng)外界負(fù)荷變化的能力。6整理ppt性能指標(biāo):1．經(jīng)濟(jì)性機(jī)組的效率或耗油率不因功率下降而極度惡化；機(jī)組的負(fù)荷特性曲線(xiàn)變化得平坦些。2．穩(wěn)定性在各種負(fù)荷下，壓氣機(jī)不喘振、渦輪不超溫、燃燒室不熄火；機(jī)組能穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。3．加載性

機(jī)組功率能及時(shí)適應(yīng)外界負(fù)荷變化的需要。滿(mǎn)負(fù)荷、局部負(fù)荷、低速、啟動(dòng)等7整理ppt8整理ppt三、負(fù)荷特性負(fù)荷功率PL隨負(fù)荷轉(zhuǎn)速nL變化的關(guān)系

PL=f(nL)1、恒速負(fù)荷特性負(fù)荷功率PL變化與負(fù)荷轉(zhuǎn)速nL無(wú)關(guān)即nL=constnLPL例子：恒頻交流電機(jī)9整理ppt2、螺旋槳型負(fù)荷特性負(fù)荷功率PL與其轉(zhuǎn)速nL的三次方呈正比即PL=cnL3〔c為比例系數(shù)〕變速負(fù)荷nLPL例子：固定螺距螺旋槳(輪船)葉輪機(jī)械〔泵、風(fēng)機(jī)等〕PL=cnL310整理ppt3、調(diào)速負(fù)荷特性負(fù)荷功率PL與其轉(zhuǎn)速nL在一定范圍內(nèi)任意配合，用來(lái)帶動(dòng)變速負(fù)荷。變頻調(diào)速負(fù)荷nLPL例子：變螺距螺旋槳負(fù)荷或機(jī)車(chē)燃?xì)廨啓C(jī)11整理ppt4、機(jī)械牽引負(fù)荷特性用機(jī)械方式〔如聯(lián)軸器、齒輪等〕傳動(dòng)各種車(chē)輛。啟動(dòng)時(shí)有最大扭矩，即nL=0，M=Mmax轉(zhuǎn)速升高時(shí)，扭矩減?。籲L=nmax，M=Mmin。負(fù)荷功率：PL∝MnLPL隨nL增加而增大。nLPL12整理ppt13整理ppt平衡工況：穩(wěn)定運(yùn)行工況，燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率等于負(fù)載所消耗的功率，即Pe=PL，

兩者處于平衡狀態(tài)。不平衡工況：是從一個(gè)平衡工況變化到另一個(gè)平衡工況的過(guò)渡過(guò)程，這時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率與負(fù)載所消耗的功率不相同，即Pe≠PL，兩者不平衡。14整理ppt四、燃?xì)廨啓C(jī)的平衡運(yùn)行條件機(jī)組在不同負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，各部件的參數(shù)〔流量、轉(zhuǎn)速、壓比、功率〕應(yīng)滿(mǎn)足的相互配合的條件。分析討論燃?xì)廨啓C(jī)變工況的根底：各部件的特性和平衡運(yùn)行條件15整理ppt

1、轉(zhuǎn)速平衡每根軸上的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同。單軸機(jī)組：nC=nT=nL分軸機(jī)組：nC=nHTnLT=nL2、壓比平衡

T=壓氣機(jī)壓比透平膨脹比總壓保持系數(shù)

=

1

2

4平行雙軸機(jī)組16整理ppt

3、功率平衡機(jī)械聯(lián)系的各部件的驅(qū)動(dòng)力矩，應(yīng)等于總的阻力矩〔包括壓氣機(jī)耗功〕，即每根軸上的功率應(yīng)平衡。單軸機(jī)組：PT=PC+Pm+PL或PT=PC/m+PL壓氣機(jī)內(nèi)功率機(jī)組附件消耗和機(jī)械損失功率渦輪內(nèi)功率分軸機(jī)組：

機(jī)械效率PLT=PLC/

m1+PLPHT=PHC/

m2平行雙軸機(jī)組PHT=PC/

m1PLT=PL/

m217整理ppt

4、流量平衡qT=q+qf-qcl變工況時(shí)，可近似認(rèn)為：qcl

/q≈const粗算時(shí)，可取qT

≈q冷卻用和泄露的空氣量燃?xì)饬髁咳剂舷牧窟M(jìn)氣量18整理ppt五、平衡運(yùn)行工況點(diǎn)確實(shí)定平衡運(yùn)行工況點(diǎn)：—壓氣機(jī)、燃燒室和透平協(xié)調(diào)工作時(shí)的平衡運(yùn)行工況點(diǎn)平衡運(yùn)行線(xiàn)確實(shí)定：—是從各個(gè)部件的性能出發(fā)，用平衡關(guān)系式把它們聯(lián)系起來(lái)而求得。19整理ppt

求解方法〔1〕聯(lián)合求解法：利用已獲得的壓氣機(jī)、燃燒室和透平的特性線(xiàn)，根據(jù)平衡運(yùn)行條件來(lái)聯(lián)合求得?！?〕近似計(jì)算法：假設(shè)沒(méi)有透平特性線(xiàn)，可利用透平的橢圓方程來(lái)近似計(jì)算獲得。〔3〕測(cè)試法：利用壓氣機(jī)特性實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)得。20整理ppt測(cè)試方法在壓氣機(jī)后面加裝一個(gè)燃燒室；將燃燒室后面的排氣閥固定在某一開(kāi)度來(lái)代替透平。測(cè)試時(shí)，改變?nèi)細(xì)獬鯗睾蛪簹鈾C(jī)轉(zhuǎn)速，測(cè)得不同工況下的流量和壓比。

在壓氣機(jī)特性線(xiàn)上，把各種轉(zhuǎn)速下的燃?xì)獬鯗叵嗤狞c(diǎn)連起來(lái)，得到一組等溫比線(xiàn)。21整理ppt燃燒室的性能，

一般可近似地認(rèn)為效率

B和壓力保持系數(shù)

2不變，即和設(shè)計(jì)工況時(shí)一樣，故未畫(huà)性能曲線(xiàn)。平衡運(yùn)行點(diǎn)主要是在壓氣機(jī)和透平性能的根底上求得的。實(shí)質(zhì)：是壓氣機(jī)和透平平衡運(yùn)行點(diǎn)的連線(xiàn)，是透平性能在壓氣機(jī)性能曲線(xiàn)圖上的描述。22整理ppt

溫比增加時(shí)，等

線(xiàn)向著左上方移動(dòng)。

=常數(shù)23整理ppt燃?xì)廨啓C(jī)變工況性能的表示通常，用Pe～n為坐標(biāo)來(lái)作圖，全面反映單軸燃?xì)廨啓C(jī)的變工況性能。在具體的運(yùn)行中，燃?xì)廨啓C(jī)還必須與負(fù)載平衡運(yùn)行，要滿(mǎn)足PL=Pe=f(n)。當(dāng)把Pe=f(n)畫(huà)到燃?xì)廨啓C(jī)變工況計(jì)算得到的Pe～n圖上后，位于該規(guī)律曲線(xiàn)上的諸參數(shù)變化情況，就是燃?xì)廨啓C(jī)在該負(fù)載規(guī)律下的變工況解。24整理ppt25整理ppt6-2單軸燃?xì)廨啓C(jī)的變工況性能最簡(jiǎn)單的、目前實(shí)際應(yīng)用最多；功率范圍由10kW左右至334MW。特點(diǎn)是壓氣機(jī)與負(fù)載共軸負(fù)載的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律直接影響壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速，即直接影響壓氣機(jī)工況，進(jìn)而影響燃?xì)廨啓C(jī)的工況。負(fù)載規(guī)律對(duì)單軸燃?xì)廨啓C(jī)變工況性能的影響很大。

26整理ppt一、性能曲線(xiàn)網(wǎng)性能曲線(xiàn)網(wǎng)

平衡運(yùn)行線(xiàn)Pe=0零功率線(xiàn)〔空載工況〕

運(yùn)行區(qū)〔范圍較小〕機(jī)組的設(shè)計(jì)點(diǎn)位于最正確工況線(xiàn)左側(cè)，為什么？P195中27整理ppt二、帶動(dòng)具體負(fù)載時(shí)的性能1、恒速負(fù)載特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速不隨輸出功率的大小而變，始終在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，即沿壓氣機(jī)的no線(xiàn)運(yùn)行。2、變速負(fù)載螺旋槳負(fù)載是一種典型的變速負(fù)載。它的一個(gè)主要特點(diǎn)是在局部負(fù)荷下n下降，空氣流量q下降，下降且較快。28整理ppt1、恒速負(fù)載單軸nc=nT=nL=n0=n①變工況運(yùn)行線(xiàn)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)—“O〞負(fù)荷Pe時(shí)，保持p1*、T1*不變：調(diào)節(jié)使no不變；同時(shí)關(guān)小油門(mén)，使耗油量qf；T3*，即—新的平衡點(diǎn)“b〞運(yùn)行線(xiàn)o→b負(fù)荷Pe至零，點(diǎn)c所示，b→c“c〞空載工況壓氣機(jī)：、流量q(或不變〕透平：T、流量qT整個(gè)機(jī)組：

Peb<Peo

qfb<qfo

eb<eoo→b→cOCbObC恒速29整理ppt單軸——恒速機(jī)組②變工況性能分析⑴經(jīng)濟(jì)性較差⑵穩(wěn)定性好—壓氣機(jī)遠(yuǎn)離喘振邊界—透平不超溫⑶加載性好變工況時(shí),空氣流量比設(shè)計(jì)值大〔或不變〕！n不變，增加負(fù)荷Pe—qf到設(shè)計(jì)量而不會(huì)引起T3*超溫；—PC變化不大，而PT增加；—Pe立即增加。局部負(fù)荷下、c、機(jī)組效率e空載工況下q壓氣機(jī)耗功燃料耗量qf喘振邊界適用：高速下長(zhǎng)期運(yùn)行OC空載工況恒速30整理ppt2、單軸變速機(jī)組如螺旋槳型負(fù)荷Pe=cn3①變工況運(yùn)行線(xiàn)負(fù)荷Pe時(shí)，nLn、q、(較慢〕新的平衡點(diǎn)b’負(fù)荷Pe時(shí)，n，q首先在第一級(jí)發(fā)生喘振點(diǎn)c’②變工況性能分析⑴經(jīng)濟(jì)性較好慢，較高；處于c較高區(qū)域o→b’→c’⑵穩(wěn)定性變壞—逐漸靠近喘振邊界—低負(fù)荷時(shí)可能進(jìn)入喘振工況⑶加載性較差空氣流量減小較多；增加負(fù)荷Pe時(shí)，不能急速增加燃料—否那么T3*易超過(guò)允許值超溫—甚至?xí)箟簹鈾C(jī)進(jìn)入喘振工況—緩慢加載〔適應(yīng)能力差〕不宜用于：車(chē)輛等機(jī)械牽引負(fù)荷Ob’c’喘振點(diǎn)31整理ppt恒速n=noo-b-cPe=n3變速o-b’-c’單軸燃?xì)廨啓C(jī)

32整理ppt

單軸燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)負(fù)載時(shí)的性能——n=n0------，×喘振

空載時(shí)，

=0.3～0.45?？梢?jiàn)機(jī)組在低負(fù)荷時(shí)的經(jīng)濟(jì)性很差。歸納起來(lái)，單軸燃?xì)廨啓C(jī)的變工況性能與所帶動(dòng)的負(fù)載類(lèi)型密切有關(guān)。單軸燃?xì)廨啓C(jī)最適宜于帶動(dòng)恒速負(fù)載。單軸燃?xì)廨啓C(jī)只適用于帶動(dòng)轉(zhuǎn)速變化范圍較小〔〕的變速負(fù)載。33整理ppt34整理ppt6-3分軸燃?xì)廨啓C(jī)的變工況特點(diǎn)一、優(yōu)點(diǎn)

1變工況外界負(fù)荷的變化對(duì)壓氣機(jī)的工作影響較小

2可帶動(dòng)各種負(fù)荷，應(yīng)用廣泛

恒速、變速、牽引等

3兩軸轉(zhuǎn)速不同

nC=nHT>nPT

C和HT體積小，節(jié)省耐高溫材料

4在HT和PT之間可采用再熱

1-壓氣機(jī)C2-高壓透平HT

3-動(dòng)力透平PT4-發(fā)電機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器35整理ppt二、分軸燃?xì)廨啓C(jī)的性能曲線(xiàn)網(wǎng)

和平衡運(yùn)行帶1、性能曲線(xiàn)網(wǎng)

近似拋物線(xiàn)

虛線(xiàn)等弧線(xiàn)

機(jī)組的設(shè)計(jì)點(diǎn)是否位于最正確工況線(xiàn)上，取決于動(dòng)力透平設(shè)計(jì)點(diǎn)的選擇。當(dāng)動(dòng)力透平設(shè)計(jì)點(diǎn)選在最正確速比時(shí)，PT最高，使機(jī)組的設(shè)計(jì)點(diǎn)位于最正確工況線(xiàn)上。36整理ppt二、分軸燃?xì)廨啓C(jī)的性能曲線(xiàn)網(wǎng)

和平衡運(yùn)行帶2、平衡運(yùn)行帶在壓氣機(jī)的性能曲線(xiàn)上，分軸的平衡運(yùn)行區(qū)是一條狹長(zhǎng)的窄帶。它是動(dòng)力透平轉(zhuǎn)速變化對(duì)流量的影響所致?！灿绊懖皇呛艽蟆吃撨\(yùn)行帶的上限即動(dòng)力透平通流能力最小點(diǎn)的連線(xiàn)，下限即動(dòng)力透平通流能力最大點(diǎn)的連線(xiàn)。當(dāng)不計(jì)及動(dòng)力透平轉(zhuǎn)速變化對(duì)通流能力的影響，等nc線(xiàn)上只有一個(gè)運(yùn)行點(diǎn)，把諸等nc線(xiàn)上的運(yùn)行點(diǎn)連起來(lái)得到了一條運(yùn)行線(xiàn)。37整理ppt二、分軸燃?xì)廨啓C(jī)的性能曲線(xiàn)網(wǎng)

和平衡運(yùn)行帶3、機(jī)組的運(yùn)行區(qū)

、、但不受壓氣機(jī)喘振的限制。

M≤Mmax

運(yùn)行區(qū)：寬廣，nPT=0~nPTmax。因而很適宜于帶動(dòng)轉(zhuǎn)速變化范圍很大的負(fù)載，克服了單軸機(jī)組的缺乏，這是分軸燃?xì)廨啓C(jī)的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。38整理ppt三、帶動(dòng)具體負(fù)載時(shí)的性能

----—

在局部負(fù)荷下T3*高的e未必一定高.在帶動(dòng)各種不同負(fù)載時(shí)的平衡運(yùn)行線(xiàn)都是很靠近的。帶動(dòng)恒速負(fù)荷，分軸的加載性能不如單軸的；其次是分軸甩負(fù)荷時(shí)動(dòng)力透平超速問(wèn)題較嚴(yán)重。39整理ppt分軸的變工況性能與單軸比較恒速負(fù)載經(jīng)濟(jì)性好些穩(wěn)定性差些加載性差些負(fù)荷Pe時(shí)，T3*、nc均會(huì)下降。單軸恒速單軸變速分軸

變速負(fù)載差些好些差不多〔緩和〕分軸燃?xì)廨啓C(jī)宜用于機(jī)械傳動(dòng)變速負(fù)載，如螺旋槳、車(chē)輛等。目前發(fā)電用的燃?xì)廨啓C(jī)主要是單軸方案。

40整理ppt41整理ppt6-4

環(huán)境條件對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響1、大氣溫度對(duì)機(jī)組功率和效率的影響明顯大氣溫度Ta升高時(shí)，功率和效率都降低；大氣溫度Ta降低時(shí)，功率和效率都增加。42整理ppt2、大氣壓力對(duì)機(jī)組功率和效率的影響pa升高時(shí)，功率Pe增加，效率e根本不變；pa降低時(shí)，功率Pe降低、效率e根本不變。43整理ppt3、海拔的影響對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的性能有很大影響。隨著海拔的升高，大氣Ta和pa都在下降:比體積增加，流量q和功率Pe下降;當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)保持T3*=T30*

運(yùn)行時(shí)，溫比

隨著海拔的升高而增加，故

e提高，減少了Pe下降的幅度。44整理ppt二、大氣參數(shù)變化時(shí)常用的修正曲線(xiàn)

ab大氣參數(shù)對(duì)電站單軸燃?xì)廨啓C(jī)最大出力和效率的影響制造廠(chǎng)給出機(jī)組的最大出力和效率〔或熱耗率〕隨大氣參數(shù)變化的修正曲線(xiàn)，供用戶(hù)備查。設(shè)計(jì)值最大值高海拔地區(qū)使用虛線(xiàn)(1)單個(gè)變化直接讀出

(2)

同時(shí)改變Pe=(Pe/Pe0)p(Pe)t

45整理ppt修正系數(shù)的形式

Pe=Kp1

Kp2

Pe0

e=K

e0

ab電站單軸燃?xì)廨啓C(jī)最大出力和效率修正系數(shù)隨大氣參數(shù)的變化46整理ppt電站分軸燃?xì)廨啓C(jī)最大出力和效率隨大氣參數(shù)的變化47整理ppt三、燃?xì)廨啓C(jī)的通用性能曲線(xiàn)

與壓氣機(jī)、透平一樣，燃?xì)廨啓C(jī)用相似參數(shù)來(lái)繪制性能曲線(xiàn)。單軸燃?xì)廨啓C(jī)分軸燃?xì)廨啓C(jī)48整理ppt燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行區(qū)隨大氣溫度的變化單軸燃?xì)廨啓C(jī)分軸燃?xì)廨啓C(jī)----ta<15℃——ta=15℃

—-—ta>15℃49整理ppt大氣溫度變化時(shí)機(jī)組運(yùn)行線(xiàn)的變化

----ta<15℃——ta=15℃—-—ta>15℃各種燃?xì)廨啓C(jī)通用性能曲線(xiàn)上的負(fù)載規(guī)律線(xiàn)隨大氣溫度的變化都相同?！矆Db所示〕單軸燃?xì)廨啓C(jī)

分軸燃?xì)廨啓C(jī)：由于平衡運(yùn)行帶不隨大氣溫度變化，運(yùn)行帶又很窄，使大氣溫度變化后的平衡運(yùn)行線(xiàn)變化很微小，可視為不變。

50整理ppt51整理ppt6-5燃?xì)廨啓C(jī)的過(guò)渡工況不平衡工況：一般Pe≠PL

—從一個(gè)平衡工況向另一個(gè)平衡工況的過(guò)渡過(guò)程—不穩(wěn)定工況，如起動(dòng)、加載與減載、停機(jī)等—其好