第七章燃氣輪機設(shè)備及系統(tǒng)710燃氣輪機變工況

1、 燃氣輪機設(shè)備及系統(tǒng)燃氣輪機設(shè)備及系統(tǒng)燃氣輪機設(shè)備及系統(tǒng)l燃氣輪機的結(jié)構(gòu)l燃燒室的結(jié)構(gòu)及工作原理l燃氣透平的結(jié)構(gòu)及工作原理l燃氣輪機變工況l聯(lián)合循環(huán)輔助系統(tǒng)與設(shè)備燃氣輪機變工況l1.概述l2.單軸燃氣輪機的變工況性能l3.變工況對機組性能的影響l4.單軸燃氣輪機的加載和減載l5.單軸燃氣輪機的啟動和停機1.概述l1.1燃氣輪機變工況基本概念燃氣輪機變工況基本概念l1.2燃氣輪機的軸系方案燃氣輪機的軸系方案l燃氣輪機帶動的負載所需功率的變化燃氣輪機帶動的負載所需功率的變化l大氣參數(shù)的變化大氣參數(shù)的變化l部件性能的變化等部件性能的變化等變工況下要求燃氣輪機變工況下要求燃氣輪機不超溫不超溫不超速不超

2、速壓氣機不喘振壓氣機不喘振燃燒室不熄火、不脈動燃燒室不熄火、不脈動燃氣輪機偏離設(shè)計工況工作機組功率機組功率機組效率機組效率轉(zhuǎn)速等參數(shù)轉(zhuǎn)速等參數(shù)均發(fā)生變化1.概述1.1基本概念燃氣輪機變工況平衡工況：參數(shù)按各組成部件相互平衡的內(nèi)在規(guī)律而變化的穩(wěn)態(tài)工況。平衡工況：參數(shù)按各組成部件相互平衡的內(nèi)在規(guī)律而變化的穩(wěn)態(tài)工況。不平衡工況：從一個平衡工況變至另一個平衡工況的過渡工況，即非穩(wěn)態(tài)工況。變工況下，各個部件之間應該滿足功率平衡功率平衡流量平衡流量平衡壓力平衡壓力平衡轉(zhuǎn)速平衡轉(zhuǎn)速平衡研究燃氣輪機變工況的目的目的：找出變工況下機組各參數(shù)（流量、轉(zhuǎn)速、壓比、功率）（流量、轉(zhuǎn)速、壓比、功率）的變化規(guī)律，以便準確

3、分析機組變工況性能。各部件的特性和平衡運行條件分析討論燃氣輪機變工況的基礎(chǔ)分析討論燃氣輪機變工況的基礎(chǔ)1.概述1.2燃氣輪機的軸系方案單軸方案（單軸方案（c-t-l）n壓氣機、透平及負荷共用一根軸。壓氣機、透平及負荷共用一根軸。n宜用于恒速負荷。宜用于恒速負荷。1.概述1.2燃氣輪機的軸系方案雙軸方案雙軸方案n分軸方案分軸方案 n壓氣機與高壓氣機與高壓透平共壓透平共軸軸(c-ht)和燃和燃燒室一起組成燃氣發(fā)生器；燒室一起組成燃氣發(fā)生器；n低低壓透平與壓透平與負荷共軸負荷共軸(lt-l)。n宜用于變速負荷。宜用于變速負荷。n平行雙軸方案平行雙軸方案n高壓壓氣機由高壓渦輪帶動（高壓壓氣機由高壓渦輪

4、帶動（hc-ht）；）；n低壓壓氣機由低壓渦輪帶動（低壓壓氣機由低壓渦輪帶動（lc-lt）。n負荷的帶動有兩種形式：負荷的帶動有兩種形式：ht-l或或lt-l以高壓軸帶動負荷以高壓軸帶動負荷hc-lht-l宜用于恒速負荷。宜用于恒速負荷。1.概述1.2燃氣輪機的軸系方案三軸方案三軸方案低壓透平帶動負荷低壓透平帶動負荷 n高壓壓氣機由高高壓壓氣機由高壓透平帶壓透平帶動（動（hc-hc-htht）；）；n低壓壓氣機由中低壓壓氣機由中壓透平帶壓透平帶動（動（lc-lc-mtmt）。）。n低壓透平帶負荷（低壓透平帶負荷（lt-llt-l）n可可用于變速負荷。用于變速負荷。中中壓透平帶壓透平帶動負荷動負

5、荷 （mt-l）n高壓壓氣機由高高壓壓氣機由高壓透平帶壓透平帶動（動（hc-ht）；）；n低壓壓氣機由低低壓壓氣機由低壓透平帶壓透平帶動（動（lc-lt）；）；n中中壓壓透平帶負荷透平帶負荷（mt-lmt-l）n宜用于常在部分負荷下工作的高效機組。宜用于常在部分負荷下工作的高效機組。 2.單軸燃氣輪機變工況性能2.1燃機平衡運行條件燃機平衡運行條件平行雙軸機組平行雙軸機組轉(zhuǎn)速平衡轉(zhuǎn)速平衡n每根軸上的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同。每根軸上的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同。n單軸機組：單軸機組：n nc c= =n nt t=n=nn分軸機組：分軸機組：n nc c= =n nhtht n nltlt=n=n壓比平衡壓比平衡透平膨

6、脹比透平膨脹比 t*= c*壓氣機壓比壓氣機壓比總壓保持系數(shù)總壓保持系數(shù)=c r t2.單軸燃氣輪機變工況性能2.1燃機平衡運行條件燃機平衡運行條件平行三軸機組平行三軸機組功率平衡功率平衡機械聯(lián)系的各部件的驅(qū)動力矩，應等于總的阻力矩機械聯(lián)系的各部件的驅(qū)動力矩，應等于總的阻力矩（包括壓氣機耗功），即每根軸上的功率應平衡。（包括壓氣機耗功），即每根軸上的功率應平衡。n單軸機組：單軸機組： pt=pc+pm+pe或或 pt=pc/ m+pen分軸機組：分軸機組：plt=pe/ m3pht=phc/ m2透平內(nèi)功率透平內(nèi)功率壓氣機內(nèi)功率壓氣機內(nèi)功率機組附件消耗和機械機組附件消耗和機械損失功率損失功率機

7、械效率機械效率pht=pc/ m1plt=pe/ m2pmt=plc/ m22.單軸燃氣輪機變工況性能2.1燃機平衡運行條件燃機平衡運行條件qt= qc+qf - q變工況時，可近似認為：變工況時，可近似認為： q/qcconst粗算時，可取粗算時，可取 qt qc流量平衡流量平衡燃氣流量燃氣流量 進氣量燃料消耗量冷卻用和泄冷卻用和泄漏的空氣量漏的空氣量2.單軸燃氣輪機變工況性能2.2性能曲線 *= t3*/t1* 燃氣輪機的運行工況點：壓氣機、燃燒室和透平協(xié)調(diào)工作時的平衡運行工況點 燃氣輪機運行線：在壓氣機特性線上繪出的等溫（比）曲線族求解方法求解方法l（1 1）聯(lián)合求解法：）聯(lián)合求解法：l

8、利用已獲得的壓氣機、燃燒室和渦輪的特性線，根據(jù)平衡運行條件來聯(lián)合求得。利用已獲得的壓氣機、燃燒室和渦輪的特性線，根據(jù)平衡運行條件來聯(lián)合求得。l（2 2）近似計算法：）近似計算法：l如果沒如果沒有透平特有透平特性線，可利性線，可利用透平的用透平的橢圓方程來近似計算獲得。橢圓方程來近似計算獲得。l（3 3）測試法：利用壓氣機特性實驗裝置來測得。）測試法：利用壓氣機特性實驗裝置來測得。2.單軸燃氣輪機變工況性能2.2性能曲線以相對轉(zhuǎn)速以相對轉(zhuǎn)速n為橫坐標為橫坐標以相對功率以相對功率pe為縱坐標為縱坐標等溫度線簇等溫度線簇等相對燃料流量線簇等相對燃料流量線簇通過實驗，把燃氣輪機的主要性能指通過實驗，把

9、燃氣輪機的主要性能指標，如功率、轉(zhuǎn)速、溫度、燃料消耗量標，如功率、轉(zhuǎn)速、溫度、燃料消耗量（或耗油率）在變工況時的相互關(guān)系繪（或耗油率）在變工況時的相互關(guān)系繪制在一張圖上。制在一張圖上。只要已知轉(zhuǎn)速和溫度，即可確定功率、只要已知轉(zhuǎn)速和溫度，即可確定功率、燃料消耗量，進而求得效率。燃料消耗量，進而求得效率。2.單軸燃氣輪機變工況性能2.2性能曲線單軸恒速機組單軸恒速機組 nc = nt = n = const變工況運行線變工況運行線 “o”設(shè)計工況點設(shè)計工況點負荷負荷pe 時，時， 保持保持p1*、t1*不變；調(diào)節(jié)使不變；調(diào)節(jié)使nco不變；不變； 同時減少燃料，使同時減少燃料，使qf ； t3*

10、，即，即 3* 新的平衡點新的平衡點“b” 運行線運行線ob負荷負荷pe至零，點至零，點c所示，所示， bc “c”空載工況空載工況 obcq恒速機組 壓氣機：壓氣機： c* 、流量、流量* 透平透平： t* 、流量、流量* 整個機組：整個機組： nebneo bbbo eb eo2.單軸燃氣輪機變工況性能2.2性能曲線單軸變速機組單軸變速機組 螺旋槳型負荷螺旋槳型負荷 p e= cn3變工況運行線變工況運行線負荷負荷ne 時，時，n nc c* 、qc 、 * 新的平衡點新的平衡點b負荷負荷pe時，時，nc ，qc 首先在第一級發(fā)生喘振首先在第一級發(fā)生喘振 點點c變工況性能分析變工況性能分析經(jīng)濟性較好經(jīng)濟性較好 * 慢，較高；處于慢，較高；處于 c*較高區(qū)域較高區(qū)域穩(wěn)定性變壞穩(wěn)定性變壞逐漸靠近喘振邊界逐漸靠近喘振邊界低負荷時可能進入喘振工況低負荷時可能進入喘振工況obc加載性較差加載性較差 空氣流量減小較多；空氣流量減小較多；增加負荷增加負荷 ne時，時，不能急速增加燃料不能急速增加燃料 否則否則t3*易易超過允許值超過允許值超溫超溫 甚至會使壓氣機進入喘振工況甚至會使壓氣機進入喘振工況 緩慢加載（適應能力差）緩慢加載（適應能力差）變速機組變