第七章燃气轮机设备及系统710燃气轮机变工况

1、 燃气轮机设备及系统燃气轮机设备及系统燃气轮机设备及系统l燃气轮机的结构l燃烧室的结构及工作原理l燃气透平的结构及工作原理l燃气轮机变工况l联合循环辅助系统与设备燃气轮机变工况l1.概述l2.单轴燃气轮机的变工况性能l3.变工况对机组性能的影响l4.单轴燃气轮机的加载和减载l5.单轴燃气轮机的启动和停机1.概述l1.1燃气轮机变工况基本概念燃气轮机变工况基本概念l1.2燃气轮机的轴系方案燃气轮机的轴系方案l燃气轮机带动的负载所需功率的变化燃气轮机带动的负载所需功率的变化l大气参数的变化大气参数的变化l部件性能的变化等部件性能的变化等变工况下要求燃气轮机变工况下要求燃气轮机不超温不超温不超速不超

2、速压气机不喘振压气机不喘振燃烧室不熄火、不脉动燃烧室不熄火、不脉动燃气轮机偏离设计工况工作机组功率机组功率机组效率机组效率转速等参数转速等参数均发生变化1.概述1.1基本概念燃气轮机变工况平衡工况：参数按各组成部件相互平衡的内在规律而变化的稳态工况。平衡工况：参数按各组成部件相互平衡的内在规律而变化的稳态工况。不平衡工况：从一个平衡工况变至另一个平衡工况的过渡工况，即非稳态工况。变工况下，各个部件之间应该满足功率平衡功率平衡流量平衡流量平衡压力平衡压力平衡转速平衡转速平衡研究燃气轮机变工况的目的目的：找出变工况下机组各参数（流量、转速、压比、功率）（流量、转速、压比、功率）的变化规律，以便准确

3、分析机组变工况性能。各部件的特性和平衡运行条件分析讨论燃气轮机变工况的基础分析讨论燃气轮机变工况的基础1.概述1.2燃气轮机的轴系方案单轴方案（单轴方案（c-t-l）n压气机、透平及负荷共用一根轴。压气机、透平及负荷共用一根轴。n宜用于恒速负荷。宜用于恒速负荷。1.概述1.2燃气轮机的轴系方案双轴方案双轴方案n分轴方案分轴方案 n压气机与高压气机与高压透平共压透平共轴轴(c-ht)和燃和燃烧室一起组成燃气发生器；烧室一起组成燃气发生器；n低低压透平与压透平与负荷共轴负荷共轴(lt-l)。n宜用于变速负荷。宜用于变速负荷。n平行双轴方案平行双轴方案n高压压气机由高压涡轮带动（高压压气机由高压涡轮

4、带动（hc-ht）；）；n低压压气机由低压涡轮带动（低压压气机由低压涡轮带动（lc-lt）。n负荷的带动有两种形式：负荷的带动有两种形式：ht-l或或lt-l以高压轴带动负荷以高压轴带动负荷hc-lht-l宜用于恒速负荷。宜用于恒速负荷。1.概述1.2燃气轮机的轴系方案三轴方案三轴方案低压透平带动负荷低压透平带动负荷 n高压压气机由高高压压气机由高压透平带压透平带动（动（hc-hc-htht）；）；n低压压气机由中低压压气机由中压透平带压透平带动（动（lc-lc-mtmt）。）。n低压透平带负荷（低压透平带负荷（lt-llt-l）n可可用于变速负荷。用于变速负荷。中中压透平带压透平带动负荷动负

5、荷 （mt-l）n高压压气机由高高压压气机由高压透平带压透平带动（动（hc-ht）；）；n低压压气机由低低压压气机由低压透平带压透平带动（动（lc-lt）；）；n中中压压透平带负荷透平带负荷（mt-lmt-l）n宜用于常在部分负荷下工作的高效机组。宜用于常在部分负荷下工作的高效机组。 2.单轴燃气轮机变工况性能2.1燃机平衡运行条件燃机平衡运行条件平行双轴机组平行双轴机组转速平衡转速平衡n每根轴上的转子转速相同。每根轴上的转子转速相同。n单轴机组：单轴机组：n nc c= =n nt t=n=nn分轴机组：分轴机组：n nc c= =n nhtht n nltlt=n=n压比平衡压比平衡透平膨

6、胀比透平膨胀比 t*= c*压气机压比压气机压比总压保持系数总压保持系数=c r t2.单轴燃气轮机变工况性能2.1燃机平衡运行条件燃机平衡运行条件平行三轴机组平行三轴机组功率平衡功率平衡机械联系的各部件的驱动力矩，应等于总的阻力矩机械联系的各部件的驱动力矩，应等于总的阻力矩（包括压气机耗功），即每根轴上的功率应平衡。（包括压气机耗功），即每根轴上的功率应平衡。n单轴机组：单轴机组： pt=pc+pm+pe或或 pt=pc/ m+pen分轴机组：分轴机组：plt=pe/ m3pht=phc/ m2透平内功率透平内功率压气机内功率压气机内功率机组附件消耗和机械机组附件消耗和机械损失功率损失功率机

7、械效率机械效率pht=pc/ m1plt=pe/ m2pmt=plc/ m22.单轴燃气轮机变工况性能2.1燃机平衡运行条件燃机平衡运行条件qt= qc+qf - q变工况时，可近似认为：变工况时，可近似认为： q/qcconst粗算时，可取粗算时，可取 qt qc流量平衡流量平衡燃气流量燃气流量 进气量燃料消耗量冷却用和泄冷却用和泄漏的空气量漏的空气量2.单轴燃气轮机变工况性能2.2性能曲线 *= t3*/t1* 燃气轮机的运行工况点：压气机、燃烧室和透平协调工作时的平衡运行工况点 燃气轮机运行线：在压气机特性线上绘出的等温（比）曲线族求解方法求解方法l（1 1）联合求解法：）联合求解法：l

8、利用已获得的压气机、燃烧室和涡轮的特性线，根据平衡运行条件来联合求得。利用已获得的压气机、燃烧室和涡轮的特性线，根据平衡运行条件来联合求得。l（2 2）近似计算法：）近似计算法：l如果没如果没有透平特有透平特性线，可利性线，可利用透平的用透平的椭圆方程来近似计算获得。椭圆方程来近似计算获得。l（3 3）测试法：利用压气机特性实验装置来测得。）测试法：利用压气机特性实验装置来测得。2.单轴燃气轮机变工况性能2.2性能曲线以相对转速以相对转速n为横坐标为横坐标以相对功率以相对功率pe为纵坐标为纵坐标等温度线簇等温度线簇等相对燃料流量线簇等相对燃料流量线簇通过实验，把燃气轮机的主要性能指通过实验，把

9、燃气轮机的主要性能指标，如功率、转速、温度、燃料消耗量标，如功率、转速、温度、燃料消耗量（或耗油率）在变工况时的相互关系绘（或耗油率）在变工况时的相互关系绘制在一张图上。制在一张图上。只要已知转速和温度，即可确定功率、只要已知转速和温度，即可确定功率、燃料消耗量，进而求得效率。燃料消耗量，进而求得效率。2.单轴燃气轮机变工况性能2.2性能曲线单轴恒速机组单轴恒速机组 nc = nt = n = const变工况运行线变工况运行线 “o”设计工况点设计工况点负荷负荷pe 时，时， 保持保持p1*、t1*不变；调节使不变；调节使nco不变；不变； 同时减少燃料，使同时减少燃料，使qf ； t3*

10、，即，即 3* 新的平衡点新的平衡点“b” 运行线运行线ob负荷负荷pe至零，点至零，点c所示，所示， bc “c”空载工况空载工况 obcq恒速机组 压气机：压气机： c* 、流量、流量* 透平透平： t* 、流量、流量* 整个机组：整个机组： nebneo bbbo eb eo2.单轴燃气轮机变工况性能2.2性能曲线单轴变速机组单轴变速机组 螺旋桨型负荷螺旋桨型负荷 p e= cn3变工况运行线变工况运行线负荷负荷ne 时，时，n nc c* 、qc 、 * 新的平衡点新的平衡点b负荷负荷pe时，时，nc ，qc 首先在第一级发生喘振首先在第一级发生喘振 点点c变工况性能分析变工况性能分析经济性较好经济性较好 * 慢，较高；处于慢，较高；处于 c*较高区域较高区域稳定性变坏稳定性变坏逐渐靠近喘振边界逐渐靠近喘振边界低负荷时可能进入喘振工况低负荷时可能进入喘振工况obc加载性较差加载性较差 空气流量减小较多；空气流量减小较多；增加负荷增加负荷 ne时，时，不能急速增加燃料不能急速增加燃料 否则否则t3*易易超过允许值超过允许值超温超温 甚至会使压气机进入喘振工况甚至会使压气机进入喘振工况 缓慢加载（适应能力差）缓慢加载（适应能力差）变速机组变