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1、第六章第六章 燃气轮机的变工况燃气轮机的变工况6-1 概述概述n燃气轮机的变工况研究目的燃气轮机的变工况研究目的n基本要求及性能指标基本要求及性能指标n负荷特性负荷特性n不同的轴系方案不同的轴系方案6-2 单轴燃气轮机变工况特性单轴燃气轮机变工况特性一、燃机平衡运行条件一、燃机平衡运行条件转速平衡转速平衡 压比平衡压比平衡功率平衡功率平衡 流量平衡流量平衡二、单轴燃机联合运行线（二、单轴燃机联合运行线（等温比线等温比线）*=T3*/T1*=常数*三、单轴燃机的变工况特性三、单轴燃机的变工况特性恒速机组恒速机组o-b-c变速机组变速机组O-b-c经济性较差经济性较差稳定性好稳定性好加载性好加载性
2、好 经济性较好经济性较好稳定性变坏稳定性变坏加载性较差加载性较差 四、单轴燃气轮机变工况特性曲线四、单轴燃气轮机变工况特性曲线变速负荷变速负荷最佳运行线最佳运行线 变频调速变频调速恒恒速速负负荷荷超超速速边边界界6-3 分轴燃气轮机的变工况特点分轴燃气轮机的变工况特点一、优点一、优点 1 变工况外界负荷的变化对压变工况外界负荷的变化对压气机的工作影响较小气机的工作影响较小 2 可带动各种负荷，应用广泛可带动各种负荷，应用广泛 恒速、变速、牵引等恒速、变速、牵引等 3 两轴转速不同两轴转速不同 nc=nHTnLT C和和HT体积小，节省耐高温材料体积小，节省耐高温材料 4 在在HT和和LT之间可
3、采用再热之间可采用再热 二、分轴燃气轮机的平衡运行带二、分轴燃气轮机的平衡运行带 及其变工况性能分析及其变工况性能分析 1、平衡运行带平衡运行带n转转速平衡速平衡 nC=nHT nLT=nn外界负荷变化引起转速外界负荷变化引起转速n变化，变化，直接影响到直接影响到nLT，进而影响，进而影响LT 的工作特性；的工作特性；nLT性能变化影响到性能变化影响到HT时，使时，使 压气机压气机C的工作也受到一定影响的工作也受到一定影响。n压气机特性图上，同一个转速下，机组运行区域是一条压气机特性图上，同一个转速下，机组运行区域是一条窄的运行窄的运行带；其流量和压力可在较小范围内变化。带；其流量和压力可在较
4、小范围内变化。2、变工况性能分析、变工况性能分析n与单轴相比与单轴相比 恒速负荷恒速负荷 变速负荷变速负荷n经济性经济性 好些好些 差些差些n稳定性稳定性 差些差些 好些好些n 分轴机组易起动分轴机组易起动 ，但动力涡轮易超速，但动力涡轮易超速 n加载性加载性 差些差些 差不多差不多（缓和）（缓和）n分轴燃气轮机宜用于机械传动变速负荷，如螺旋桨、车辆等。分轴燃气轮机宜用于机械传动变速负荷，如螺旋桨、车辆等。负荷负荷Ne 时，时，T3*、nc均会下降。均会下降。6-4 环境条件对燃气轮机性能的影响一、大气温度对机组功率和效率的影响一、大气温度对机组功率和效率的影响明显明显大气温度大气温度T0升高
5、时，机组功率和效率都降低；升高时，机组功率和效率都降低；大气温度大气温度T0降低时，机组功率和效率都增加。降低时，机组功率和效率都增加。二、大气压力对机组功率和效率的影响二、大气压力对机组功率和效率的影响p0升高时，机组功率升高时，机组功率Ne增加而效率不变；增加而效率不变；p0降低时，机组功率降低时，机组功率Ne降低而效率不变。降低而效率不变。三、机组性能修正三、机组性能修正非设计大气条件时非设计大气条件时大气温度和大气温度和压力对机组压力对机组功率的影响功率的影响比较明显。比较明显。生产厂家提供生产厂家提供6-5 燃气轮机的过渡工况燃气轮机的过渡工况从一个平衡工况向另一个平衡工况的过渡过程
6、从一个平衡工况向另一个平衡工况的过渡过程不稳定工况，如起动、加速与减速、停机等不稳定工况，如起动、加速与减速、停机等其好坏对运输式燃气轮机很重要其好坏对运输式燃气轮机很重要一、燃气轮机的起动一、燃气轮机的起动特点特点 1 需要起需要起动动机机 2 起起动过动过程大致程大致经过经过三个三个阶阶段段 （1）冷）冷态态加速加速(0-n1)（2）热态热态暖机暖机(n1-n2-n3)（3）热态热态加速加速(n3-n4)要求要求 1 起动时间越短越好起动时间越短越好 2 起动机功率尽量小些起动机功率尽量小些 3 起动过程要安全稳定起动过程要安全稳定 4 加热速度尽量快慢一致加热速度尽量快慢一致起动过程起动
7、过程 任一转速下，同一根轴任一转速下，同一根轴上的涡轮和起动机发出的扭上的涡轮和起动机发出的扭矩、功率，应大于压气机和矩、功率，应大于压气机和摩擦等消耗的扭矩、功率，摩擦等消耗的扭矩、功率，机组才能加速。机组才能加速。n1-点火点火转转速速 1015%n2-自持自持转转速速 MT=Mcn3-脱扣脱扣转转速速 3060%n4-空空载转载转速速二、起动过程中的防喘二、起动过程中的防喘若燃料控制不好，可导致压气机进入喘振工况；转速较低，多级压气机容易发生喘振(首先第一级)。防喘方法：防喘方法：（1 1）在压气机第一级加装可转导叶）在压气机第一级加装可转导叶 通过减小叶片的安装角来减小通流面积通过减小
8、叶片的安装角来减小通流面积，使喘振边界向，使喘振边界向小流量方向移动。小流量方向移动。（2 2）在压气机中间级放气）在压气机中间级放气 在压气机低压级后安装放气阀；起动时打开，减少压气机在压气机低压级后安装放气阀；起动时打开，减少压气机高压级和涡轮的流量高压级和涡轮的流量，而相应增加了低压级流量，而相应增加了低压级流量 当燃气轮机减速时，应避免燃料突然减少过多的当燃气轮机减速时，应避免燃料突然减少过多的情况，否则将导致燃烧室因贫油而熄火。情况，否则将导致燃烧室因贫油而熄火。加速（逐步加速过程）加速（逐步加速过程）减速（逐步减速过程）减速（逐步减速过程）可转导叶安装可转导叶安装角减小后，喘角减小
9、后，喘振边界线。振边界线。燃料突然加燃料突然加入过多，易入过多，易导致喘振。导致喘振。燃料突然减燃料突然减少过多，易少过多，易导致熄火。导致熄火。第七章第七章 燃气轮机调节燃气轮机调节7-1 燃气轮机调节的基本原理燃气轮机调节的基本原理 燃气轮机是一种原动力机，可带动很多不燃气轮机是一种原动力机，可带动很多不同形式的负载；需要建立相应的调节装置。同形式的负载；需要建立相应的调节装置。不同形式的负载和不同类型的燃气轮机，不同形式的负载和不同类型的燃气轮机，其调节装置不一样。其调节装置不一样。基本工作原理：基本工作原理：当燃气轮机的工况变化时，通过调节进入当燃气轮机的工况变化时，通过调节进入燃烧室
10、的燃料量，来满足不同负载的要求。燃烧室的燃料量，来满足不同负载的要求。燃气轮机调节的目的燃气轮机调节的目的使机组在运行过程中保持某一参数基本不变。使机组在运行过程中保持某一参数基本不变。（如转速、压力、燃气温度等）（如转速、压力、燃气温度等）大多数负载，要求在其工况变化时，大多数负载，要求在其工况变化时，运行速度运行速度维维持在某一允许值上。持在某一允许值上。输气管线用燃气轮机，带动天然气压缩机，要求输气管线用燃气轮机，带动天然气压缩机，要求压力调节压力调节维持在某一数值。维持在某一数值。分轴燃机的调节系统分轴燃机的调节系统主动力矩主动力矩=阻力矩阻力矩 MT=Mf（不计摩擦力矩）（不计摩擦力
11、矩）A平衡工况点，平衡工况点，转速转速nA，MT1=Mf1；负负荷减小，荷减小，Mf1Mf2，MT1较较大不大不变变，增速，至增速，至B新平衡点，新平衡点，nBnA；同理，同理，负负荷增大荷增大，减速至减速至C新新平衡点，平衡点，nCnA。机机组转组转速的速的变变化范化范围围很大很大 （nB nC）7-2 转速调节装置转速调节装置n在外界负荷经常变化的情况下，保证在外界负荷经常变化的情况下，保证机组的转速为一定值；机组的转速为一定值；n必须有一套机构随着负荷的变化来增必须有一套机构随着负荷的变化来增加或减少喷入燃烧室的燃油量，从而加或减少喷入燃烧室的燃油量，从而保证转速保持基本不变。保证转速保
12、持基本不变。转速调节装置转速调节装置 离心式调速器离心式调速器 感应速度变化，变为离心力，调节供油量感应速度变化，变为离心力，调节供油量负负荷减小即荷减小即Ne 时时：Mf ，MT，转转速速n，离心力，离心力 ；滑滑阀阀下移，高下移，高压压油路打开油路打开进进入入油油动动机机下方，其上方下方，其上方 压压力力较较低，低，活塞活塞上移，上移，带动带动回油回油阀阀 开大，回油量开大，回油量；供油量供油量，使，使n，Ne；MT2=Mf2新的平衡点新的平衡点D，nD稍高于稍高于nA。负负荷增加荷增加Ne 时时：可可调节调节至至MT3=Mf3 新平衡点新平衡点E，nE稍低于稍低于 nA。机机组转组转速的
13、速的变变化范化范围围下降下降 （nDnE）外界外界负荷负荷下降转速转速转速调节过程转速调节过程上升离心力离心力增大飞锤飞锤张开油动机滑阀油动机滑阀下移高压油路打开油动机活塞油动机活塞压差作用上移回油阀回油阀打开燃油量燃油量降低回油量转速负荷负荷 反馈杠杆反馈套管反馈套管下移切断高压油路7-3 输气管线用燃气轮机的调节特点输气管线用燃气轮机的调节特点及调节原则方案及调节原则方案n增压站采用燃气轮机作为动力，带动压缩机，增压站采用燃气轮机作为动力，带动压缩机，输送的天然气是极好的燃料；输送的天然气是极好的燃料；n燃气轮机燃气轮机-压缩机组造价低、投资小、重量轻、压缩机组造价低、投资小、重量轻、调节
14、范围大，易于遥控和自动化的特点。调节范围大，易于遥控和自动化的特点。一、压力调节一、压力调节n压力调节是输气管线（或输油泵）用燃气轮机调压力调节是输气管线（或输油泵）用燃气轮机调节的主要特点。节的主要特点。n在不同供气量在不同供气量Qg和不同和不同进进气气压压力力p1时时，保持，保持出站天然气出站天然气压压力力p2基本不基本不变变；n根据出站根据出站压压力力p2的的变变化去改化去改变变燃燃烧烧室的燃料量，室的燃料量，从而改从而改变变机机组转组转速和功率。速和功率。二、压缩机、管道、燃气轮机三者二、压缩机、管道、燃气轮机三者 的联合运行与匹配的联合运行与匹配1 天然气压缩机与管道联合运行特性天然
15、气压缩机与管道联合运行特性离心式天然气压缩机特性线：离心式天然气压缩机特性线：原则上与轴流式压气机一样，但等转速线比较平坦。原则上与轴流式压气机一样，但等转速线比较平坦。管道特性：管道特性：保证出站压力保证出站压力p2=常数绘制的。常数绘制的。二者相交点即为联合工作点。二者相交点即为联合工作点。2 压缩机、管道、燃气轮机三者的联合运行压缩机、管道、燃气轮机三者的联合运行 天然气压缩机耗功天然气压缩机耗功Nct燃气燃气轮轮机机输输出功率出功率Ne天然气压缩机效率 每一个联合运行点有了功率和转速，可在每一个联合运行点有了功率和转速，可在燃气轮机外特性线得出相应的运行点。燃气轮机外特性线得出相应的运
16、行点。P150 图图7-6输气管线用燃气轮机调节输气管线用燃气轮机调节总的要求：总的要求：（1）在各个不同工况和调节方式下，保证各）在各个不同工况和调节方式下，保证各站的燃气轮机与天然气压缩机能稳定工作，站的燃气轮机与天然气压缩机能稳定工作，不超温、不超速、不喘振。不超温、不超速、不喘振。（2）在各个不同的供气量情况下，保证增压）在各个不同的供气量情况下，保证增压输气用的燃料消耗量尽可能小、机组在效率输气用的燃料消耗量尽可能小、机组在效率尽可能高的条件下运行。尽可能高的条件下运行。3 输气用燃气轮机的调节方案输气用燃气轮机的调节方案 单轴机组，单轴机组，P152 图图7-7 用用户户用气量用气
17、量Qg增大增大时时：np2降低降低滑滑阀阀2向上移向上移fp2 关小关小 px增加增加n滑滑阀阀3向上移向上移油口打开，油口打开，压压力油力油进进入油入油动动机机4下腔下腔n油油动动机活塞上行机活塞上行打开燃料打开燃料阀阀5n燃料量燃料量功率功率，转转速速 n同同时时，ff 增大增大 px降低降低滑滑阀阀3向下移向下移回位！回位！平衡条件：平衡条件：f1=f10 fp2 +ff =const用用户户用气量用气量Qg减少减少时时：n p2缓缓慢增加慢增加 滑滑阀阀2向下移向下移fp2 开大开大 px降低降低n滑滑阀阀3向下移向下移动动，油油动动机机4下腔与回油相通下腔与回油相通n油油动动机活塞下行机活塞下行n燃料量减少燃料量减少n功率功率，转转速速 考试试题类型：填空题 25分 简答题 25分 作图题 20分 计算题 30分考试形式：闭卷：教材、笔记、作业不能带；可携带不超过两张不超过两张A4纸（正反面写）（正反面写）。n考试时间：待定待定n 第十五周 周六晚n n 或 第十六周n 周六晚n 周日下午、晚上