燃气轮机进口可转导叶控制的重要作用

燃气轮机进口可转导叶控制的重要作用

可萃取变量是发动机的重要简单设备，在大型蒸汽机中得到了广泛应用。进口可转导叶的作用主要包括:防止喘振、排气温度控制和减少启动时压气机功耗。为了更好地实现燃气轮机经济和安全运行,必须对IGV的控制机理进行深入研究。1方案2,根据一级动叶冲角进入主导地位,c静叶的速度三角形由三个矢量构成:气流进入叶栅的绝对速度c1、气流离开静叶进入动叶的相对速度w1和圆周速度u,如图1(a)所示,矢量c1与u决定了矢量w1。图1(b)采用了固定进口导叶,当流量系数等于设计值和固定值时,气流离开静叶进入动叶时的方向与动叶的方向正好相同,即冲角为0°。当流量系数φ小于设计值,气流进入动叶的冲角大于0°,即正冲角,可能会在叶背发生气流分离,反之,当流量系数φ大于设计值,有可能在叶腹产生气体脱离[1~3]。当产生气体脱离后,就有可能产生失速,甚至喘振。当机组在启停工况,空气流量小于设计值,或者气流轴向分速度的增长率小于圆周速度的增长率,或者气流轴向分速度的减小率大于圆周速度的减小率时,此时小于设计值,产生大的正冲角,使压气机的前几级容易进入喘振工况。在c1和u的大小保持不变的情况下,w1的角度就只与c1的方向有关。IGV的主要作用是改变c1的方向,也就改变了进气绝对速度w1与一级动叶中心线的角度,即冲角。如果根据的值来改变c1的方向,就可以使冲角维持在0°附近。图2显示机组在启停过程中u和c1都较小,此时减小IGV角度,将有利于减小正冲角,从而提高燃气轮机的运行稳定性。2igv在机组启动过程中的影响为了保证压气机的正常运行,在压气机特性曲线的左侧有一条喘振边界线,当流经压气机的空气流量减小到一定程度,就会使运行工况进入喘振边界线的左侧,造成整台压气机不能稳定工作,严重时甚至会出现气流从压气机入口倒流出来的现象。在机组的实际运行中,绝不能容许压气机运行在喘振工况,因为当压气机产生严重喘振时,往往会引起压气机叶片断裂现象的发生,从而可能会进一步导致灾难性事故的发生。在轴流压气机的第一级前安装了IGV后,在机组转速较低时,关小IGV角度,可以减小或消除进入第一级动叶的正冲角,从而防止第一级叶片进入喘振工况。同时,减少第一级叶片的正冲角,可使第一级动叶出口处空气压力较低,这样有助于增大流到其后各级中的空气体积流量,减少气流的正冲角,改善后几级的稳定工作特性。在GE9E燃气轮机的启动过程中,随着压气机转速由0升至约80%转速时,IGV的角度一直保持在34°,当转速由约80%转速上升到95%转速过程中,IGV的角度由34°线性增加到57°。从图2中也可以看出,IGV转角的变化对w1的方向改变范围有限,为了进一步防止压气机喘振,往往还要配合其他措施,例如中间级放气等。3从燃料、空气量的影响燃气轮机温度控制是保证燃气轮机运行安全性与经济性的主要参数之一。从严格意义上说,T3*是燃气轮机运行过程中需要进行严格控制的参数。但是,T3*温度高,并且燃气轮机的入口流场很不均匀,会使直接测量T3*的值难度加大,精度降低,无法在闭环控制中使用,故一般都采用燃气轮机的排气温度T4*。影响燃气温度的因素主要是燃料量和空气量。燃料量增加,进入燃烧室的能量增加,燃烧后混合气体的焓增加,则烟气温度增加。同理,若空气量增加,则燃烧后烟气的质量增加,而总能量几乎不变,所以燃烧后混合气体的焓降低,则烟气温度降低。所以通过燃料量和空气量的变化都可以控制排烟温度。对于燃气轮机来说,燃料量决定了燃气轮机的做功量,为了减少对功率控制的扰动,控制排烟温度就只能通过空气量的控制进行。燃气轮机的进气体积流量为:其中c1a是气流进入叶栅的绝对速度垂直轴向的速度分量,A是流通面积,是一个常量。IGV转角的变化,将改变管道的流通阻力,IGV转角增加,流通阻力减少,更多的空气进入燃烧室,使T4*减少;反之,IGV转角减少,流通阻力增加,进入燃烧室的空气量减少,使T4*增加。在机组的正常运行过程中,通过IGV角度的调整,可改变进入燃烧室的空气流量,实现对燃气轮机的排烟温度的调整,有助于提高机组的效率与运行安全性。只有当空气量无法实现T4*的控制(超温)后,为了保证运行的安全性,才用燃料量来实现排烟温度的控制。4减少启动装置碳量启动电机的功率还与启动过程中空气量直接相关。从图3中可以看出,机组启动时关小IGV转角,压气机空气流量减少,使机组的启动阻力矩变小,进一步减少了启动过程中压气机的功耗,有利于减少启动装置的配置功率。在启动功率不变的情况下,可以缩短启动加速的时间。5igv角度的影响IGV角度控制是燃气轮机正常运行的基础,燃气轮机IGV角度的控制分为启停工况和正常工况两类进行讨论。在启动过程中,为了提高压气机运行安全性,避免喘振,要求IGV的角度随流体流速及压气机转速的变化而变化。当气体流量低时减少IGV的角度,减少气流冲角。同时,关小IGV角度,有利于缩短启动的时间和启动电机的功率。GE公司的9E燃气轮机由0%转速升至95%转速时,IGV角度从34°线性增加到57°,燃气轮机停机时IGV角度反向变化。在正常运行工况下,此时压气机已远离喘振区域,压气机IGV参与排气温度控制,可保证燃气轮机的运行安全。IGV角度的变化主要用于燃气排气温度T4*的控制,防止燃气轮机超温。9E机组IGV温控的角度变化集中在57°~86°。当IGV角度无法实现燃机排气温度控制时,IGV角度保持在86°,由燃料量来实现排气温度控制。对燃气轮机的控制而言,IGV角度的调整,大大提高了控制系统的灵活性,使燃气轮机运行的安全性与经济性得到了提高,但同时也增大了燃气轮机控制系统设计与整定的难度,对控制系统的无扰切换提出了更高的要求。燃气轮机无法实现自启动。在启动过程中,必须由启动电机带动压气机旋转,知