燃氣輪機特性

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

機組功率能及時適應(yīng)外界負荷變化的需要。滿負荷、局部負荷、低速、啟動等7整理ppt8整理ppt三、負荷特性負荷功率PL隨負荷轉(zhuǎn)速nL變化的關(guān)系

PL=f(nL)1、恒速負荷特性負荷功率PL變化與負荷轉(zhuǎn)速nL無關(guān)即nL=constnLPL例子：恒頻交流電機9整理ppt2、螺旋槳型負荷特性負荷功率PL與其轉(zhuǎn)速nL的三次方呈正比即PL=cnL3〔c為比例系數(shù)〕變速負荷nLPL例子：固定螺距螺旋槳(輪船)葉輪機械〔泵、風機等〕PL=cnL310整理ppt3、調(diào)速負荷特性負荷功率PL與其轉(zhuǎn)速nL在一定范圍內(nèi)任意配合，用來帶動變速負荷。變頻調(diào)速負荷nLPL例子：變螺距螺旋槳負荷或機車燃氣輪機11整理ppt4、機械牽引負荷特性用機械方式〔如聯(lián)軸器、齒輪等〕傳動各種車輛。啟動時有最大扭矩，即nL=0，M=Mmax轉(zhuǎn)速升高時，扭矩減小；nL=nmax，M=Mmin。負荷功率：PL∝MnLPL隨nL增加而增大。nLPL12整理ppt13整理ppt平衡工況：穩(wěn)定運行工況，燃氣輪機輸出功率等于負載所消耗的功率，即Pe=PL，

兩者處于平衡狀態(tài)。不平衡工況：是從一個平衡工況變化到另一個平衡工況的過渡過程，這時燃氣輪機的輸出功率與負載所消耗的功率不相同，即Pe≠PL，兩者不平衡。14整理ppt四、燃氣輪機的平衡運行條件機組在不同負荷下穩(wěn)定運行時，各部件的參數(shù)〔流量、轉(zhuǎn)速、壓比、功率〕應(yīng)滿足的相互配合的條件。分析討論燃氣輪機變工況的根底：各部件的特性和平衡運行條件15整理ppt

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

T=壓氣機壓比透平膨脹比總壓保持系數(shù)

=

1

2

4平行雙軸機組16整理ppt

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

機械效率PLT=PLC/

m1+PLPHT=PHC/

m2平行雙軸機組PHT=PC/

m1PLT=PL/

m217整理ppt

4、流量平衡qT=q+qf-qcl變工況時，可近似認為：qcl

/q≈const粗算時，可取qT

≈q冷卻用和泄露的空氣量燃氣流量燃料消耗量進氣量18整理ppt五、平衡運行工況點確實定平衡運行工況點：—壓氣機、燃燒室和透平協(xié)調(diào)工作時的平衡運行工況點平衡運行線確實定：—是從各個部件的性能出發(fā)，用平衡關(guān)系式把它們聯(lián)系起來而求得。19整理ppt

求解方法〔1〕聯(lián)合求解法：利用已獲得的壓氣機、燃燒室和透平的特性線，根據(jù)平衡運行條件來聯(lián)合求得?！?〕近似計算法：假設(shè)沒有透平特性線，可利用透平的橢圓方程來近似計算獲得。〔3〕測試法：利用壓氣機特性實驗裝置來測得。20整理ppt測試方法在壓氣機后面加裝一個燃燒室；將燃燒室后面的排氣閥固定在某一開度來代替透平。測試時，改變?nèi)細獬鯗睾蛪簹鈾C轉(zhuǎn)速，測得不同工況下的流量和壓比。

在壓氣機特性線上，把各種轉(zhuǎn)速下的燃氣初溫相同的點連起來，得到一組等溫比線。21整理ppt燃燒室的性能，

一般可近似地認為效率

B和壓力保持系數(shù)

2不變，即和設(shè)計工況時一樣，故未畫性能曲線。平衡運行點主要是在壓氣機和透平性能的根底上求得的。實質(zhì)：是壓氣機和透平平衡運行點的連線，是透平性能在壓氣機性能曲線圖上的描述。22整理ppt

溫比增加時，等

線向著左上方移動。

=常數(shù)23整理ppt燃氣輪機變工況性能的表示通常，用Pe～n為坐標來作圖，全面反映單軸燃氣輪機的變工況性能。在具體的運行中，燃氣輪機還必須與負載平衡運行，要滿足PL=Pe=f(n)。當把Pe=f(n)畫到燃氣輪機變工況計算得到的Pe～n圖上后，位于該規(guī)律曲線上的諸參數(shù)變化情況，就是燃氣輪機在該負載規(guī)律下的變工況解。24整理ppt25整理ppt6-2單軸燃氣輪機的變工況性能最簡單的、目前實際應(yīng)用最多；功率范圍由10kW左右至334MW。特點是壓氣機與負載共軸負載的轉(zhuǎn)速變化規(guī)律直接影響壓氣機轉(zhuǎn)速，即直接影響壓氣機工況，進而影響燃氣輪機的工況。負載規(guī)律對單軸燃氣輪機變工況性能的影響很大。

26整理ppt一、性能曲線網(wǎng)性能曲線網(wǎng)

平衡運行線Pe=0零功率線〔空載工況〕

運行區(qū)〔范圍較小〕機組的設(shè)計點位于最正確工況線左側(cè)，為什么？P195中27整理ppt二、帶動具體負載時的性能1、恒速負載特點是轉(zhuǎn)速不隨輸出功率的大小而變，始終在設(shè)計轉(zhuǎn)速下運行，即沿壓氣機的no線運行。2、變速負載螺旋槳負載是一種典型的變速負載。它的一個主要特點是在局部負荷下n下降，空氣流量q下降，下降且較快。28整理ppt1、恒速負載單軸nc=nT=nL=n0=n①變工況運行線設(shè)計工況點—“O〞負荷Pe時，保持p1*、T1*不變：調(diào)節(jié)使no不變；同時關(guān)小油門，使耗油量qf；T3*，即—新的平衡點“b〞運行線o→b負荷Pe至零，點c所示，b→c“c〞空載工況壓氣機：、流量q(或不變〕透平：T、流量qT整個機組：

Peb<Peo

qfb<qfo

eb<eoo→b→cOCbObC恒速29整理ppt單軸——恒速機組②變工況性能分析⑴經(jīng)濟性較差⑵穩(wěn)定性好—壓氣機遠離喘振邊界—透平不超溫⑶加載性好變工況時,空氣流量比設(shè)計值大〔或不變〕！n不變，增加負荷Pe—qf到設(shè)計量而不會引起T3*超溫；—PC變化不大，而PT增加；—Pe立即增加。局部負荷下、c、機組效率e空載工況下q壓氣機耗功燃料耗量qf喘振邊界適用：高速下長期運行OC空載工況恒速30整理ppt2、單軸變速機組如螺旋槳型負荷Pe=cn3①變工況運行線負荷Pe時，nLn、q、(較慢〕新的平衡點b’負荷Pe時，n，q首先在第一級發(fā)生喘振點c’②變工況性能分析⑴經(jīng)濟性較好慢，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—低負荷時可能進入喘振工況⑶加載性較差空氣流量減小較多；增加負荷Pe時，不能急速增加燃料—否那么T3*易超過允許值超溫—甚至?xí)箟簹鈾C進入喘振工況—緩慢加載〔適應(yīng)能力差〕不宜用于：車輛等機械牽引負荷Ob’c’喘振點31整理ppt恒速n=noo-b-cPe=n3變速o-b’-c’單軸燃氣輪機

32整理ppt

單軸燃氣輪機帶動負載時的性能——n=n0------，×喘振

空載時，

=0.3～0.45。可見機組在低負荷時的經(jīng)濟性很差。歸納起來，單軸燃氣輪機的變工況性能與所帶動的負載類型密切有關(guān)。單軸燃氣輪機最適宜于帶動恒速負載。單軸燃氣輪機只適用于帶動轉(zhuǎn)速變化范圍較小〔〕的變速負載。33整理ppt34整理ppt6-3分軸燃氣輪機的變工況特點一、優(yōu)點

1變工況外界負荷的變化對壓氣機的工作影響較小

2可帶動各種負荷，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C2-高壓透平HT

3-動力透平PT4-發(fā)電機燃氣發(fā)生器35整理ppt二、分軸燃氣輪機的性能曲線網(wǎng)

和平衡運行帶1、性能曲線網(wǎng)

近似拋物線

虛線等弧線

機組的設(shè)計點是否位于最正確工況線上，取決于動力透平設(shè)計點的選擇。當動力透平設(shè)計點選在最正確速比時，PT最高，使機組的設(shè)計點位于最正確工況線上。36整理ppt二、分軸燃氣輪機的性能曲線網(wǎng)

和平衡運行帶2、平衡運行帶在壓氣機的性能曲線上，分軸的平衡運行區(qū)是一條狹長的窄帶。它是動力透平轉(zhuǎn)速變化對流量的影響所致?！灿绊懖皇呛艽蟆吃撨\行帶的上限即動力透平通流能力最小點的連線，下限即動力透平通流能力最大點的連線。當不計及動力透平轉(zhuǎn)速變化對通流能力的影響，等nc線上只有一個運行點，把諸等nc線上的運行點連起來得到了一條運行線。37整理ppt二、分軸燃氣輪機的性能曲線網(wǎng)

和平衡運行帶3、機組的運行區(qū)

、、但不受壓氣機喘振的限制。

M≤Mmax

運行區(qū)：寬廣，nPT=0~nPTmax。因而很適宜于帶動轉(zhuǎn)速變化范圍很大的負載，克服了單軸機組的缺乏，這是分軸燃氣輪機的一個顯著優(yōu)點。38整理ppt三、帶動具體負載時的性能

----—

在局部負荷下T3*高的e未必一定高.在帶動各種不同負載時的平衡運行線都是很靠近的。帶動恒速負荷，分軸的加載性能不如單軸的；其次是分軸甩負荷時動力透平超速問題較嚴重。39整理ppt分軸的變工況性能與單軸比較恒速負載經(jīng)濟性好些穩(wěn)定性差些加載性差些負荷Pe時，T3*、nc均會下降。單軸恒速單軸變速分軸

變速負載差些好些差不多〔緩和〕分軸燃氣輪機宜用于機械傳動變速負載，如螺旋槳、車輛等。目前發(fā)電用的燃氣輪機主要是單軸方案。

40整理ppt41整理ppt6-4

環(huán)境條件對燃氣輪機性能的影響1、大氣溫度對機組功率和效率的影響明顯大氣溫度Ta升高時，功率和效率都降低；大氣溫度Ta降低時，功率和效率都增加。42整理ppt2、大氣壓力對機組功率和效率的影響pa升高時，功率Pe增加，效率e根本不變；pa降低時，功率Pe降低、效率e根本不變。43整理ppt3、海拔的影響對燃氣輪機的性能有很大影響。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;當燃氣輪機保持T3*=T30*

運行時，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)變化時常用的修正曲線

ab大氣參數(shù)對電站單軸燃氣輪機最大出力和效率的影響制造廠給出機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，供用戶備查。設(shè)計值最大值高海拔地區(qū)使用虛線(1)單個變化直接讀出

(2)

同時改變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電站單軸燃氣輪機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電站分軸燃氣輪機最大出力和效率隨大氣參數(shù)的變化47整理ppt三、燃氣輪機的通用性能曲線

與壓氣機、透平一樣，燃氣輪機用相似參數(shù)來繪制性能曲線。單軸燃氣輪機分軸燃氣輪機48整理ppt燃氣輪機運行區(qū)隨大氣溫度的變化單軸燃氣輪機分軸燃氣輪機----ta<15℃——ta=15℃

—-—ta>15℃49整理ppt大氣溫度變化時機組運行線的變化

----ta<15℃——ta=15℃—-—ta>15℃各種燃氣輪機通用性能曲線上的負載規(guī)律線隨大氣溫度的變化都相同。〔圖b所示〕單軸燃氣輪機

分軸燃氣輪機：由于平衡運行帶不隨大氣溫度變化，運行帶又很窄，使大氣溫度變化后的平衡運行線變化很微小，可視為不變。

50整理ppt51整理ppt6-5燃氣輪機的過渡工況不平衡工況：一般Pe≠PL

—從一個平衡工況向另一個平衡工況的過渡過程—不穩(wěn)定工況，如起動、加載與減載、停機等—其好