燃气轮机教学课件16-变工况

平行双轴机组 PLT=PLC/m1+PL
PHT=PHC/m2 机械效率
分轴机组：
机组附件消耗和 机械损失功率
PHT=PC/m1
PLT=PL/m2
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4、流量平衡
燃气流量
qT= q+qf - qcl
进气量
燃料消耗量
冷却用和泄 露的空气量
变工况时，近似认为： qcl /q≈const
粗算时，可取 qT ≈q
、C T2*
p2*， p3*，p4*
T
假设一个T3*： 试算法
T3*、T2*和B f qT
压气机
透平
压气机性能曲线图上各点都有相应的T3*值， 把图上各个T3*相同的点连接起来，得到等T3*线。
平衡运行点主要是在压气机和透平性能的基础上求得的。
燃烧室的性能一般可近似认为B和B不变。
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燃气轮机诸部件的平衡运行 可看成主要是压气机和透平的平衡运行。
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
PL
即 nL=const
例子：恒频交流电机
nL
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2、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 = c nL3 （c为比例系数） 变速负荷
PL
例子： 固定螺距螺旋桨(轮船) 叶轮机械（泵、风机等）
如启动、加速等引起的变工况。
非常复杂（三大件+负荷）
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二、研究目的
分析燃气轮机机组各部分相互联系、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。
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基本要求及性能指标
基本要求: 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。
似计算获得。 （3）测试法：利用压气机特性实验装置来测得。
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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，把各转速下燃气初温相 同的点连起来，得到一组等温比线。
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大气参数一定 q，n
平行双轴机组
nLC nMT
nHC nHT
2、压比平衡
T=
压气机压比
透平膨胀比
总压保持系数
单轴 = 1 2 4
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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：
压气机内功率
透平内功率
PT=PC+Pm+PL=PC/m+PL
第六章 燃气轮机变工况
燃气轮机的变工况特性 环境条件对燃气轮机性能的影响
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6-1 概述
研究燃气轮机变工况的目的 基本要求及性能指标 负荷特性
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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
如部分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
=常数 每个T3*时燃气轮机的平衡运行线。
n T1* 不变， （T3* ）
燃气比体积v3 流动阻力增大
p2*
温比增加时，等线 向着左上方移动。
等线的物理实质：
压气机和透平的平衡运行点的连线，是透平性能 在压气机性能曲线图上的描述。
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（=常数）
不变，n T1*
LT Pe
负载规律对单轴燃气轮机变工况性能的影响很大。
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单轴燃气轮机的变工况性能
机组设计点位于最佳工 设计时所选择的压比，由于受压气机设计和运行等
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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。
分析燃气轮机变工况的基础：
各部件的特性和平衡运行条件
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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=nHT nLT=nL
nLT nL
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性能指标:
满负荷、部分负荷、 低速、启动等
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、透平不超温、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。
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三、负荷特性
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五、平衡运行工况点的确定
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
平衡运行线的确定： —从各部件的性能出发，利用平衡关系联系
起来而求得。
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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： 若没有透平特性线，可利用透平的椭圆方程来近
nL=nmax， M=Mmin。
PL
负荷功率：PL∝MnL
PL随nL增加而增大。
nL
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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。
已知压气机转速n T1* 和透平温比 T3* T1*
机组联合运行工况点确定，进行热力循环计算
性能参数（qf 、e、Pe）变工况解
e
Pe qf Hu
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Pe ~ n
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燃气轮机变工况性能的表示
通常用Pe～n为坐标来作图，可通过燃气轮机变工 况计算得到。
具体运行时，燃气轮机还必须与负载平衡运行， 需满足PL= Pe= f (n) 。
将Pe= f (n)画到燃气轮机变工况Pe～n图上，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。
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Pe ~ n 图
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6-2 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：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。
PL = c nL3
nL
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3、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
PL 例子： 变螺距螺旋桨负荷或机车燃气轮机
nL
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4、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；