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1、第六章 燃气轮机的变工况,6-1 概述,燃气轮机的变工况研究目的 基本要求及性能指标 负荷特性 不同的轴系方案,6-2 单轴燃气轮机变工况特性,一、燃机平衡运行条件 转速平衡 压比平衡 功率平衡 流量平衡,二、单轴燃机联合运行线（等温比线）,*= T3*/T1*,*=常数,*,三、单轴燃机的变工况特性,恒速机组 o-b-c,变速机组 O-b-c,经济性较差 稳定性好 加载性好,经济性较好 稳定性变坏 加载性较差,四、单轴燃气轮机变工况特性曲线,变速负荷,最佳运行线 变频调速,恒 速 负 荷,超 速 边 界,6-3 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
2、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=nHTnLT C和HT体积小，节省耐高温材料 4 在HT和LT之间可采用再热,二、分轴燃气轮机的平衡运行带 及其变工况性能分析,1、平衡运行带 转速平衡 nC=nHT nLT=n 外界负荷变化引起转速n变化， 直接影响到nLT，进而影响LT 的工作特性； LT性能变化影响到HT时，使 压气机C的工作也受到一定影响 。 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带；其流量和压力可在较小范围内变化。,2、变工况性能分析,与单轴相比 恒速负荷 变速负荷 经济性 好些 差些 稳定性 差些 好些 分轴机组易起动
3、，但动力涡轮易超速 加载性 差些 差不多（缓和） 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Ne时，T3*、nc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,明显,大气温度T0升高时，机组功率和效率都降低；,大气温度T0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,p0升高时，机组功率Ne增加而效率不变；,p0降低时，机组功率Ne降低而效率不变。,三、机组性能修正,非设计大气条件时,大气温度和压力对机组功率的影响比较明显。,生产厂家提供,6-5 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 不稳定工
4、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,一、燃气轮机的起动,特点 1 需要起动机 2 起动过程大致经过三个阶段 （1）冷态加速(0- n1) （2）热态暖机(n1 - n2 - n3) （3）热态加速(n3 - n4) 要求 1 起动时间越短越好 2 起动机功率尽量小些 3 起动过程要安全稳定 4 加热速度尽量快慢一致,起动过程 任一转速下，同一根轴上的涡轮和起动机发出的扭矩、功率，应大于压气机和摩擦等消耗的扭矩、功率，机组才能加速。,n1-点火转速 1015% n2-自持转速 MT=Mc n3-脱扣转速 3060% n4-空载转速,二、起动过程中的防喘,若燃料控制不好，
5、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： （1）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 ，使喘振边界向小流量方向移动。 （2）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，减少压气机高压级和涡轮的流量 ，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情况，否则将导致燃烧室因贫油而熄火。,加速（逐步加速过程）,减速（逐步减速过程）,可转导叶安装角减小后，喘振边界线。,燃料突然加入过多，易导致喘振。,燃料突然减少过多，易导致熄火。,第七章 燃气轮机调节,7-1 燃气轮机调节的基本原理,燃气轮机
6、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。 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。 基本工作原理： 当燃气轮机的工况变化时，通过调节进入燃烧室的燃料量，来满足不同负载的要求。,燃气轮机调节的目的,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） 大多数负载，要求在其工况变化时，运行速度维持在某一允许值上。 输气管线用燃气轮机，带动天然气压缩机，要求压力调节维持在某一数值。,分轴燃机的调节系统,主动力矩=阻力矩 MT=Mf（不计摩擦力矩） A平衡工况点， 转速nA，MT1=Mf1； 负荷减小， Mf1Mf2， MT1较大不变， 增速，
7、至B新平衡点，nBnA； 同理，负荷增大， 减速至C新平衡点， nCnA。,机组转速的变化范围很大 （nB nC）,7-2 转速调节装置,在外界负荷经常变化的情况下，保证机组的转速为一定值； 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，从而保证转速保持基本不变。,转速调节装置 离心式调速器 感应速度变化，变为离心力，调节供油量,负荷减小即Ne时： Mf ， MT ，转速n，离心力 ； 滑阀下移，高压油路打开进入油动机下方，其上方 压力较低，活塞上移，带动回油阀 开大，回油量； 供油量，使n，Ne； MT2=Mf2新的平衡点D， nD稍高于nA 。 负荷增加Ne时： 可调节至MT
8、3=Mf3 新平衡点E， nE稍低于 nA。,机组转速的变化范围下降 （nDnE）,外界 负荷,下降,转速,转速调节过程,上升,离心力,增大,飞锤,张开,油动机滑阀,下移,高压油路打开,油动机活塞,压差作用,上移,回油阀,打开,燃油量,降低,回油量,转速,负荷,反馈杠杆,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 及调节原则方案,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； 燃气轮机-压缩机组造价低、投资小、重量轻、调节范围大，易于遥控和自动化的特点。,一、压力调节,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。 在不同供气量Qg和不同进
9、气压力p1时，保持出站天然气压力p2基本不变； 根据出站压力p2的变化去改变燃烧室的燃料量，从而改变机组转速和功率。,二、压缩机、管道、燃气轮机三者 的联合运行与匹配,1 天然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： 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： 保证出站压力p2=常数绘制的。 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,天然气压缩机耗功Nct燃气轮机输出功率Ne,天然气压 缩机效率,每一个联合运行点有了功率和转速，可在燃气轮机外特性线得出相应的运行点。 P150 图7-6,输气管线用燃气轮机调节,总的要求： （1）在各个不
10、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，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。,3 输气用燃气轮机的调节方案,单轴机组，P152 图7-7 用户用气量Qg增大时： p2降低滑阀2向上移fp2 关小 px增加 滑阀3向上移油口打开，压力油进入油动机4下腔 油动机活塞上行打开燃料阀5 燃料量功率，转速 同时， ff 增大 px降低滑阀3向下移回位！,平衡条件： f1 = f10 fp2 + ff = const,用户用气量Qg减少时： p2缓慢增加 滑阀2向下移fp2 开大 px降低 滑阀3向下移动，油动机4下腔与回油相通 油动机活塞下行 燃料量减少 功率，转速,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A4纸（正反面写）。,考试时间： 待定 第十五周 周六晚 或 第十六周 周六晚 周日下午、晚上,
