電站燃氣輪機軸流式燃氣透平的特性曲線

電站燃氣輪機軸流式燃氣透平的特性曲線與壓氣機相類似，燃氣透平的級也是一系列基元級疊置而成的。透平級的性能也可以用流經(jīng)透平級的燃氣流量(㎏/s)、膨脹比δ*和等熵膨脹效率η*t(或ηt)等這些參數(shù)來描寫。同理，由許多個級串聯(lián)而成的多級燃氣透平的性能，也必然可以用以上這些參數(shù)的綜合值來表示。當(dāng)燃氣透平在非設(shè)計的工況運行時，流經(jīng)透平的燃氣流量、燃氣初溫T*3和初壓p*3、膨脹比δ*(或δ)、透平的轉(zhuǎn)速nt、效率η*t(或ηt)以及功率，都會發(fā)生相應(yīng)的變化。但是，研究表明；當(dāng)流經(jīng)透平的燃氣參數(shù)、T*3、p*3和δ*已定時，透平的運行工況點也就被完全確定了。那時，透平的轉(zhuǎn)速nt、效率η*t(或ηt)和功率pt，必然也會有一個完全確定的數(shù)值。研究燃氣透平特性曲線的實質(zhì)就是在于：探討在透平變工況的條件下如何正確地確定、T*3、p*3、δ*(或δ)、nt、η*t(或ηt)這些參數(shù)之間的定量關(guān)系問題。圖5-35中給出了一張當(dāng)燃氣的初參數(shù)p*3和T*3恒定不變時，透平的相對體積流量和效率η*t與透平膨脹比δ*和相對轉(zhuǎn)速之間的變化關(guān)系圖。(圖中eq\o(\s\up5(-),\s\do2(Gv))=Gv/Gv0eq\o(\s\up5(–),\s\do2(nt))=nt/nt0下腳“0”表示設(shè)計工況下的參數(shù))圖5-35T3*和p3*=常數(shù)時透平的變工況特性曲線由圖可知，當(dāng)透平轉(zhuǎn)速維持恒定不變時，隨著膨脹比δ*的增高，流經(jīng)透平的燃氣體積流量Gv(m3/s)將隨之增大；透平的效率η*t也有相當(dāng)幅度的變化；當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時，為了流過同量的燃氣體積流量Gv，透平的膨脹比δ*必須有所增大，也就是說，燃氣流經(jīng)透平時所必須克服的阻力加大了。試驗表明：當(dāng)燃氣初溫T*3和轉(zhuǎn)速nt恒定不變時，不論燃氣的初壓p*3如何改變，為了流過同量的燃氣體積流量Gv所必須保證的透平膨脹比δ*將是相同的。這就是說，圖5-35所示的變工況特性曲線，對于T*3=常數(shù)，而p*3不斷改變的運行情況來說，是可以彼此通用的。然而，對于圖5-35那樣的透平變工況特性曲線來說，當(dāng)燃氣的初壓p*3和轉(zhuǎn)速nt恒定不變時，隨著燃氣初溫T*3的增高，為了流過同量的燃氣體積流量Gv所必須保證的透平膨脹比δ*就可以適當(dāng)降低。也就是說：當(dāng)透平的膨脹比δ*相同時，能夠流過透平的Gv就會適當(dāng)增大。這就意味著：圖5-35中nt=常數(shù)的等轉(zhuǎn)速線，將會隨著T*3的增高而向左上側(cè)方向位移。反之，當(dāng)T*3降低時，等轉(zhuǎn)速線將會朝右下側(cè)方向位移。由此可見，圖5-35那樣的透平變工況特性曲線，對于不同的燃氣初溫T*3來說，是不能彼此通用的。經(jīng)過大量的研究和理論分析，人們最終發(fā)現(xiàn)：假如把透平的變工況特性統(tǒng)一地用和。這四個折合參數(shù)來概括，即(5-52)那么，透平的變工況特性曲線就是一組很簡單的曲線族。那時，不論燃氣初溫T*3和初壓p*3如何變化，都可以在同一張?zhí)匦郧€圖上，確定出透平的工況點及其特性參數(shù)。這張?zhí)匦郧€圖一般稱為透平的通用特性曲線。圖5-36中給出了透平通用特性曲線的幾種表示方法，其中以圖5-36c所示的那種曲線形式應(yīng)用得最為廣泛。從這張圖上可以看到透平的變工況特性具有以下一些特點：在表征透平工作特性的四個參數(shù)：和中，當(dāng)和這兩個參數(shù)或者是和這兩個參數(shù)確定后，那么，其他兩個參數(shù)也就相應(yīng)地確定不變了。那時，透平就有一個完全確定不變的運行工況，這就是說，決定透平運行工況點及其工作特性的獨立參變量只有兩個。(2)當(dāng)透平的幾何尺寸已定時，氣流流經(jīng)透平的通流能力(又稱為折合流量)，不僅與透平的膨脹比δ*有關(guān)，而且還與透平的折合轉(zhuǎn)速有密切關(guān)系。(3)當(dāng)透平的折合轉(zhuǎn)速恒定不變時，隨著透平膨脹比δ*的增高，透平的通流能力就會逐漸增大。但是，當(dāng)δ*提高到與臨界流動邊界上的極限膨脹比相同時，由于透平級中氣流的速度達到了聲速條件，透平的通流能力也將達到某個極限值。此后，再也不能隨δ*的增高而繼續(xù)加大了?？墒?，極限膨脹比的數(shù)值卻與透平的折合轉(zhuǎn)速有密切的關(guān)系。在一定的范圍內(nèi)，極限膨脹比將隨著的增大而增高；但當(dāng)超過某個a)常數(shù)時，b)常數(shù)時，，c)通用特性曲線圖5-36透平通用特性曲線的幾種表示方法數(shù)值后，極限膨脹比卻反而會隨的增大而有所下降。造成這個現(xiàn)象的主要原因是：透平級中氣流膨脹過程的反動度Ωt是會隨著的改變而相應(yīng)地有所變化的緣故。(4)當(dāng)δ*恒定不變時，對透平通流能力也是有一定影響的。當(dāng)較小時，隨著的增高，透平的通流能力將逐漸減小，但當(dāng)超過某個數(shù)值后，隨著的進一步提高，反而會有所增大。造成這個現(xiàn)象的主要原因也在于：透平級中氣流膨脹過程的反動度Ωt將會由于值的改變而相應(yīng)地有所變化的緣故。(5)在每一條=常數(shù)的等折合轉(zhuǎn)速線上，透平具有一個最佳效率ηt*的運行點。當(dāng)流經(jīng)透平的折合流量，無論是從增大或是減小的方向偏離最佳效