燃气轮机特性

第六章燃气轮机变工况单轴燃气轮机的变工况特性环境条件对燃气轮机性能的影响1整理ppt2整理ppt6-1概述研究燃气轮机变工况的目的根本要求及性能指标负荷特性3整理ppt一、燃气轮机的变工况整台机组偏离设计状态下工作的各种工况(1)稳定的非设计工况如局部负荷或环境条件改变时引起的变工况；(2)不稳定的过渡工况如启动、加速等引起的变工况。非常复杂〔三大件+负荷〕4整理ppt二、研究目的分析燃气轮机机组各局部相互联系、相互制约的变化规律，从而掌握燃气轮机的变工况过程及其特性。〔1〕为设计新机组提供选择方案的依据〔2〕为用户提供变工况性能曲线。5整理ppt根本要求及性能指标根本要求:保证在各种负荷下机组能够经济地、可靠地运行，同时有较强的适应外界负荷变化的能力。6整理ppt性能指标:1．经济性机组的效率或耗油率不因功率下降而极度恶化；机组的负荷特性曲线变化得平坦些。2．稳定性在各种负荷下，压气机不喘振、涡轮不超温、燃烧室不熄火；机组能稳定可靠地运行。3．加载性

机组功率能及时适应外界负荷变化的需要。满负荷、局部负荷、低速、启动等7整理ppt8整理ppt三、负荷特性负荷功率PL随负荷转速nL变化的关系

PL=f(nL)1、恒速负荷特性负荷功率PL变化与负荷转速nL无关即nL=constnLPL例子：恒频交流电机9整理ppt2、螺旋桨型负荷特性负荷功率PL与其转速nL的三次方呈正比即PL=cnL3〔c为比例系数〕变速负荷nLPL例子：固定螺距螺旋桨(轮船)叶轮机械〔泵、风机等〕PL=cnL310整理ppt3、调速负荷特性负荷功率PL与其转速nL在一定范围内任意配合，用来带动变速负荷。变频调速负荷nLPL例子：变螺距螺旋桨负荷或机车燃气轮机11整理ppt4、机械牵引负荷特性用机械方式〔如联轴器、齿轮等〕传动各种车辆。启动时有最大扭矩，即nL=0，M=Mmax转速升高时，扭矩减小；nL=nmax，M=Mmin。负荷功率：PL∝MnLPL随nL增加而增大。nLPL12整理ppt13整理ppt平衡工况：稳定运行工况，燃气轮机输出功率等于负载所消耗的功率，即Pe=PL，

两者处于平衡状态。不平衡工况：是从一个平衡工况变化到另一个平衡工况的过渡过程，这时燃气轮机的输出功率与负载所消耗的功率不相同，即Pe≠PL，两者不平衡。14整理ppt四、燃气轮机的平衡运行条件机组在不同负荷下稳定运行时，各部件的参数〔流量、转速、压比、功率〕应满足的相互配合的条件。分析讨论燃气轮机变工况的根底：各部件的特性和平衡运行条件15整理ppt

1、转速平衡每根轴上的转子转速相同。单轴机组：nC=nT=nL分轴机组：nC=nHTnLT=nL2、压比平衡

T=压气机压比透平膨胀比总压保持系数

=

1

2

4平行双轴机组16整理ppt

3、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〔包括压气机耗功〕，即每根轴上的功率应平衡。单轴机组：PT=PC+Pm+PL或PT=PC/m+PL压气机内功率机组附件消耗和机械损失功率涡轮内功率分轴机组：

机械效率PLT=PLC/

m1+PLPHT=PHC/

m2平行双轴机组PHT=PC/

m1PLT=PL/

m217整理ppt

4、流量平衡qT=q+qf-qcl变工况时，可近似认为：qcl

/q≈const粗算时，可取qT

≈q冷却用和泄露的空气量燃气流量燃料消耗量进气量18整理ppt五、平衡运行工况点确实定平衡运行工况点：—压气机、燃烧室和透平协调工作时的平衡运行工况点平衡运行线确实定：—是从各个部件的性能出发，用平衡关系式把它们联系起来而求得。19整理ppt

求解方法〔1〕联合求解法：利用已获得的压气机、燃烧室和透平的特性线，根据平衡运行条件来联合求得。〔2〕近似计算法：假设没有透平特性线，可利用透平的椭圆方程来近似计算获得。〔3〕测试法：利用压气机特性实验装置来测得。20整理ppt测试方法在压气机后面加装一个燃烧室；将燃烧室后面的排气阀固定在某一开度来代替透平。测试时，改变燃气初温和压气机转速，测得不同工况下的流量和压比。

在压气机特性线上，把各种转速下的燃气初温相同的点连起来，得到一组等温比线。21整理ppt燃烧室的性能，

一般可近似地认为效率

B和压力保持系数

2不变，即和设计工况时一样，故未画性能曲线。平衡运行点主要是在压气机和透平性能的根底上求得的。实质：是压气机和透平平衡运行点的连线，是透平性能在压气机性能曲线图上的描述。22整理ppt

温比增加时，等

线向着左上方移动。

=常数23整理ppt燃气轮机变工况性能的表示通常，用Pe～n为坐标来作图，全面反映单轴燃气轮机的变工况性能。在具体的运行中，燃气轮机还必须与负载平衡运行，要满足PL=Pe=f(n)。当把Pe=f(n)画到燃气轮机变工况计算得到的Pe～n图上后，位于该规律曲线上的诸参数变化情况，就是燃气轮机在该负载规律下的变工况解。24整理ppt25整理ppt6-2单轴燃气轮机的变工况性能最简单的、目前实际应用最多；功率范围由10kW左右至334MW。特点是压气机与负载共轴负载的转速变化规律直接影响压气机转速，即直接影响压气机工况，进而影响燃气轮机的工况。负载规律对单轴燃气轮机变工况性能的影响很大。

26整理ppt一、性能曲线网性能曲线网

平衡运行线Pe=0零功率线〔空载工况〕

运行区〔范围较小〕机组的设计点位于最正确工况线左侧，为什么？P195中27整理ppt二、带动具体负载时的性能1、恒速负载特点是转速不随输出功率的大小而变，始终在设计转速下运行，即沿压气机的no线运行。2、变速负载螺旋桨负载是一种典型的变速负载。它的一个主要特点是在局部负荷下n下降，空气流量q下降，下降且较快。28整理ppt1、恒速负载单轴nc=nT=nL=n0=n①变工况运行线设计工况点—“O〞负荷Pe时，保持p1*、T1*不变：调节使no不变；同时关小油门，使耗油量qf；T3*，即—新的平衡点“b〞运行线o→b负荷Pe至零，点c所示，b→c“c〞空载工况压气机：、流量q(或不变〕透平：T、流量qT整个机组：

Peb<Peo

qfb<qfo

eb<eoo→b→cOCbObC恒速29整理ppt单轴——恒速机组②变工况性能分析⑴经济性较差⑵稳定性好—压气机远离喘振边界—透平不超温⑶加载性好变工况时,空气流量比设计值大〔或不变〕！n不变，增加负荷Pe—qf到设计量而不会引起T3*超温；—PC变化不大，而PT增加；—Pe立即增加。局部负荷下、c、机组效率e空载工况下q压气机耗功燃料耗量qf喘振边界适用：高速下长期运行OC空载工况恒速30整理ppt2、单轴变速机组如螺旋桨型负荷Pe=cn3①变工况运行线负荷Pe时，nLn、q、(较慢〕新的平衡点b’负荷Pe时，n，q首先在第一级发生喘振点c’②变工况性能分析⑴经济性较好慢，较高；处于c较高区域o→b’→c’⑵稳定性变坏—逐渐靠近喘振边界—低负荷时可能进入喘振工况⑶加载性较差空气流量减小较多；增加负荷Pe时，不能急速增加燃料—否那么T3*易超过允许值超温—甚至会使压气机进入喘振工况—缓慢加载〔适应能力差〕不宜用于：车辆等机械牵引负荷Ob’c’喘振点31整理ppt恒速n=noo-b-cPe=n3变速o-b’-c’单轴燃气轮机

32整理ppt

单轴燃气轮机带动负载时的性能——n=n0------，×喘振

空载时，

=0.3～0.45。可见机组在低负荷时的经济性很差。归纳起来，单轴燃气轮机的变工况性能与所带动的负载类型密切有关。单轴燃气轮机最适宜于带动恒速负载。单轴燃气轮机只适用于带动转速变化范围较小〔〕的变速负载。33整理ppt34整理ppt6-3分轴燃气轮机的变工况特点一、优点

1变工况外界负荷的变化对压气机的工作影响较小

2可带动各种负荷，应用广泛

恒速、变速、牵引等

3两轴转速不同

nC=nHT>nPT

C和HT体积小，节省耐高温材料

4在HT和PT之间可采用再热

1-压气机C2-高压透平HT

3-动力透平PT4-发电机燃气发生器35整理ppt二、分轴燃气轮机的性能曲线网

和平衡运行带1、性能曲线网

近似抛物线

虚线等弧线

机组的设计点是否位于最正确工况线上，取决于动力透平设计点的选择。当动力透平设计点选在最正确速比时，PT最高，使机组的设计点位于最正确工况线上。36整理ppt二、分轴燃气轮机的性能曲线网

和平衡运行带2、平衡运行带在压气机的性能曲线上，分轴的平衡运行区是一条狭长的窄带。它是动力透平转速变化对流量的影响所致。〔影响不是很大〕该运行带的上限即动力透平通流能力最小点的连线，下限即动力透平通流能力最大点的连线。当不计及动力透平转速变化对通流能力的影响，等nc线上只有一个运行点，把诸等nc线上的运行点连起来得到了一条运行线。37整理ppt二、分轴燃气轮机的性能曲线网

和平衡运行带3、机组的运行区

、、但不受压气机喘振的限制。

M≤Mmax

运行区：宽广，nPT=0~nPTmax。因而很适宜于带动转速变化范围很大的负载，克服了单轴机组的缺乏，这是分轴燃气轮机的一个显著优点。38整理ppt三、带动具体负载时的性能

----—

在局部负荷下T3*高的e未必一定高.在带动各种不同负载时的平衡运行线都是很靠近的。带动恒速负荷，分轴的加载性能不如单轴的；其次是分轴甩负荷时动力透平超速问题较严重。39整理ppt分轴的变工况性能与单轴比较恒速负载经济性好些稳定性差些加载性差些负荷Pe时，T3*、nc均会下降。单轴恒速单轴变速分轴

变速负载差些好些差不多〔缓和〕分轴燃气轮机宜用于机械传动变速负载，如螺旋桨、车辆等。目前发电用的燃气轮机主要是单轴方案。

40整理ppt41整理ppt6-4

环境条件对燃气轮机性能的影响1、大气温度对机组功率和效率的影响明显大气温度Ta升高时，功率和效率都降低；大气温度Ta降低时，功率和效率都增加。42整理ppt2、大气压力对机组功率和效率的影响pa升高时，功率Pe增加，效率e根本不变；pa降低时，功率Pe降低、效率e根本不变。43整理ppt3、海拔的影响对燃气轮机的性能有很大影响。随着海拔的升高，大气Ta和pa都在下降:比体积增加，流量q和功率Pe下降;当燃气轮机保持T3*=T30*

运行时，温比

随着海拔的升高而增加，故

e提高，减少了Pe下降的幅度。44整理ppt二、大气参数变化时常用的修正曲线

ab大气参数对电站单轴燃气轮机最大出力和效率的影响制造厂给出机组的最大出力和效率〔或热耗率〕随大气参数变化的修正曲线，供用户备查。设计值最大值高海拔地区使用虚线(1)单个变化直接读出

(2)

同时改变Pe=(Pe/Pe0)p(Pe)t

45整理ppt修正系数的形式

Pe=Kp1

Kp2

Pe0

e=K

e0

ab电站单轴燃气轮机最大出力和效率修正系数随大气参数的变化46整理ppt电站分轴燃气轮机最大出力和效率随大气参数的变化47整理ppt三、燃气轮机的通用性能曲线

与压气机、透平一样，燃气轮机用相似参数来绘制性能曲线。单轴燃气轮机分轴燃气轮机48整理ppt燃气轮机运行区随大气温度的变化单轴燃气轮机分轴燃气轮机----ta<15℃——ta=15℃

—-—ta>15℃49整理ppt大气温度变化时机组运行线的变化

----ta<15℃——ta=15℃—-—ta>15℃各种燃气轮机通用性能曲线上的负载规律线随大气温度的变化都相同。〔图b所示〕单轴燃气轮机

分轴燃气轮机：由于平衡运行带不随大气温度变化，运行带又很窄，使大气温度变化后的平衡运行线变化很微小，可视为不变。

50整理ppt51整理ppt6-5燃气轮机的过渡工况不平衡工况：一般Pe≠PL

—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、加载与减载、停机等—其好