燃气轮机-变工况
燃气轮机的变工况及其实用意义
燃气轮机的变工况及其实用意义燃气轮机是一种广泛应用于电力、化工、航空等领域的机械设备，其关键性能往往取决于变工况下的工作状况。
变工况是指在不同操作状态下，燃气轮机所需的工作参数和性能产生变化。
了解燃气轮机的变工况及其实用意义，对于优化运行、提高效率和降低能耗具有重要的指导意义。
下面将详细介绍燃气轮机的变工况及其实用意义。
首先，燃气轮机的变工况包括几个主要参数：环境温度、环境湿度、进口空气流量、燃气燃料组分和质量流量、烟气组分和质量流量等。
这些变工况对燃气轮机的效率、功率输出、运行稳定性以及耐久性等方面产生直接影响。
其次，燃气轮机的变工况对其性能参数的变化具有重要的实用意义。
例如，环境温度的变化会导致燃气轮机的燃烧温度发生变化，从而影响燃料的燃烧效率和排放特性。
进口空气流量的变化会直接影响燃气轮机的功率输出和效率，过高或过低的进口空气流量都会导致性能下降。
燃气燃料组分和质量流量的变化会影响燃烧过程和燃气轮机的功率输出和效率，不同组分和质量流量的燃气燃料对燃烧过程和排放特性都有不同的影响。
再次，燃气轮机的变工况对其运行的优化和性能的改善具有重要的实用意义。
通过对燃气轮机的变工况进行深入研究和分析，可以实现燃气轮机在不同工况下的最佳工作状态，提高运行的稳定性和效率。
例如，在变工况下，可以通过调整燃气轮机的进口空气流量和燃料供给量，优化燃烧过程，从而提高燃气轮机的功率输出和效率。
同时，通过对其他参数的优化和调整，也可以降低燃气轮机的排放量，减少对环境的污染。
最后，燃气轮机的变工况对于实际应用中的能源供应和经济效益具有重要的实用意义。
对于电力系统而言，燃气轮机是一种重要的备用电源，能够在短时间内应对电力供应紧张的情况。
此时，燃气轮机需要能够快速启动和达到额定负荷，变工况对于燃气轮机的启动时间和工作效率都有重要的影响。
另外，在能源领域，燃气轮机的效率直接关系到能源的利用效率和经济效益。
通过对燃气轮机的变工况进行优化，可以提高燃气轮机的效率，减少能源的浪费，降低能耗成本，提高经济效益。
第三章 汽轮机的变工况讲诉
• 忽略温度的影响
G01 p01 G0 p0
G0 G1 p1 p0
• 可利用调节级后蒸汽压力作为测量蒸汽流量的 信号或机组功率的信号
三、各级组的 p0 G 曲线
1、凝汽式汽轮机非调节级各级组
对于凝汽式级组，可将包括末级在内的各级作为一个级组，该 级组后压力为汽轮机排汽压力 pg，当级数较多时，级组前压力 p0 pg ，这样： pg1 2 级组 pg p0 2
– 调节级后压力增加，但流量不增加。不正常！根据计算公式 得出：a<1 – 通流面积减小：非调节级通流部分堵塞！ – 稳定增加：不是机械损坏！ – 通流部分结垢→高压效率大为降低→高压缸流通部分结垢！
汽轮机的负荷特性举例
• 3、某机三年运行数据表明，在调节汽门的同一开度（各个调节 汽门开度均是）下，功率是渐渐增加的，三年前后的同一调节气 门开度下的运行数据之差如下：同时，在发现上述问题后，曾进 行实验，证明在各个调节汽门的不同开度下，功率都变大。 功率 调节级后 中间再热后压力 高压缸 压力 效率 +11.0% +11.0% +10.2% -1.8%
① 凝汽式汽轮机 调节级、中间级、末级的情况不同，分别讨论。 a) 中间级(除调节级与末级以外)
G1 p01 p21 p2 p21 G p0 p2 p0 p01
得
ht1 T01 ht T0
在 T01 T0 ht1 ht
结论：凝汽式汽轮机中间级,流量变化时级的理想比 焓降基本不变。
二、级组压力与流量的关系
流量相等而依次串联的排列的若干级称为级组。 级组的亚临界工况：各级气流速度均小于临界速度 级组的临界工况：级组内至少有一列叶栅的出口流速 达到或超过临界流速
燃气轮机教学课件16-变工况
27
Pe ~ n 图
28
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。
6
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。
7
8
三、负荷特性
=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。
24
（=常数）
不变，n T1*
LT Pe
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
9
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）
11燃气-蒸汽联合循环发电设备的变工况运行
24
§15.2 余热锅炉的变工况运行
单压余热锅炉滑压运行变工况性能：
25
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燃气－蒸汽联合循环发电设备的变工况运行
燃气轮机的变工况运行 余热锅炉的变工况运行 联合循环变工况运行特性 环境参数变化对联合循环性能的 影响 燃气轮机性能老化的影响
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§15.1 燃气轮机的变工况运行
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§15.1 燃气轮机的变工况运行
每一条等Gf线上有 一个最高点，它是 在该Gf下输出功率 最大的、效率最高 的工况点。将各等 Gf线上的最高点连 接起来，就得到了 在变负载下最经济 的运行线，此即最 佳工况。
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二、燃气轮机带动发电机时的性能
电站燃气轮机负载的特点是 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n＝n0线运行。 从图中可看出，在部分负载 下的运行点远离喘振边界， 喘振裕度增加，机组在整个 运行范围内（自空载至设计 工况）都能良好地运行。
其次是空气流量G随着PGT的降 低略有增加。通常可将燃气 轮机的G视为不变来进行分析。
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12
二、燃气轮机带动发电机时的性能
T3*随PGT降低而 下降较快，且大 体呈直线状。这 是由于机组的G 不变。 ηGT在部分负载 下，随T3*下降比 较快，对于机组 的经济性不利。
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§15.3 联合循环变工况运行特性
燃气一蒸汽联合循环的供电效率主要取 决于燃气轮机的效率，我们不仅希望联 合循环在设计工况下具有很高的效率， 而且期望它在部分负载工况下，也必须 具有尽可能高的效率。
03-4燃气轮机变工况
（VCE为电压信号，与燃料量相关）
27
nig点火转速 =（15%～ 20%） n0
ns 自持转速 <nb
nb 脱扣转速 =（45%～ 60%） n0
ni 空载（慢车） 转速
<n0 n0 额定转速
28
29
冷加速 热加速
继续热加速
M 启动扭矩
st
M 涡轮输出扭矩
T
M 压气机需要扭矩
C
M 静摩擦力矩
第三部分
第五章 燃气轮机变工况
1
简例：直接转速调节系统
2
1. 燃机联合运行线族 2. 单轴燃机的变工况性能 3. 分轴燃机 4. 多分轴燃机 5. 可调静叶的影响 6. 部件性能的恶化的影响 7. 大气参数变化的影响 8. 燃机的加载和减载 9. 燃机的启动与停机
3
1、燃机联合运行线族
4
某台12000hp （马力）约 9MW单轴简单 循环燃机运行 线族
32
END
33
20
21
8、燃机的加载和减载
22
转速增加滞后于T3* 的增加，故沿着平 衡线更高的线加速。 燃料增量大，加速 快，但更靠近喘振 边界，而且有超温 度问题，并有暂时 热应力限制。
23
转速降低滞后于T3* 的降低，故沿着平 衡线更低的线减速。 燃料减量大，减速 快，但更靠近熄火 极限，并受暂时热 应力限制。
5
考虑因素 • 负载（典型有两种） • 转速、流量、温度 • 喘振边界、熄火极限、
T3max、nmax
6
2、单轴燃机变工况特性
当负载功率或大气参数等变化时，燃机偏 离设计工况点下工作，为燃机变工况。 参数按组成部件相互平衡的内在规律而变 的稳定工况，为平衡工况。
chapter 6.变工况
c
T
转速平衡方程：每一根轴上的转速相同；
单轴：
nc nT ne 分轴：
nLT ne ;nHT nC
利用各部件特性，应用平衡方程，联系不同的轴系方案， 求解变工况性能参数;
试凑法：求各负荷下同时能满足各部件特，性及各平衡方 程的工况点参数→计算各负荷下工况点的效率、油耗率 →绘制变工况性能曲线。
由上，等温比线实际上是压气机和透平平衡运行点的连线， 是透平特性在压气机性能曲线上的描述—等温比线的实质； 如无透平的性能曲线，可用弗留盖尔公式来近似代表透平的 流量特性； 共同工作点的求解实际上就是变工况计算，但它未完成整个 变工况计算，还未得到燃气轮机的输出功率和效率等参数， 未解决燃气轮机与负载平衡运行的问题。 得到等温比线后，可对各点进行热力循环计算，求得各点的 功率、燃料流量、机组效率等，从而得到机组的变工况解， 通常，用Pe—n为坐标来作图，得到图5－10（P122）所示的 变工况性能网。
第六章 燃气轮机的变工况
③ 假设A点的温比为τ（即假定T3）。
④ ⑤
T由在2与流T上假量确定平定T衡3另的求外一取两道qT个，，参利从数用而。燃得烧到室qT的p3*T热3及平衡nTT3*求。f。
⑥ 计算T c。
⑦ 校验T（与步骤2的计算值比较），若不相等
重新确定τ。
③~⑦为试凑的过程，需反复循环迭代。
向用户及运行部门提供机组特性曲线，使他们熟悉机组的 变工况性能，能针对具体情况选用适当机组或在运行中采 取现场措施。
Xi’an Jiaotong University
第六章 燃气轮机的变工况
变工况性能的影响因素 热力循环的类型； 各部件的变工况特性； 负荷特性； 轴系方案。
船用汽轮机变工况技术
•船用汽轮机变工况技术概述•船用汽轮机变工况技术原理•船用汽轮机变工况技术实验研究•船用汽轮机变工况技术优化设计目•船用汽轮机变工况技术发展趋势与挑战•船用汽轮机变工况技术案例分析录概述船用汽轮机变工况技术是指汽轮机在运行过程中，通过改变其工作参数（如压力、温度、流量等），以适应不同环境条件和运行需求的技术。
定义具有较高的灵活性和适应性，能够满足船舶在不同航速、不同负荷和不同环境条件下的运行需求。
同时，变工况技术可以提高汽轮机的运行效率和经济性，减少能源消耗和排放。
特点定义与特点变工况技术的历史与发展历史船用汽轮机变工况技术自20世纪中期开始发展，早期主要通过手动调节汽轮机的工作参数来适应不同的运行条件。
随着技术的发展，自动调节和控制系统逐渐应用于船用汽轮机，使得变工况技术更加精确和高效。
发展目前，船用汽轮机变工况技术正朝着数字化、智能化和高效化的方向发展。
新型的控制系统和调节方法不断涌现，使得变工况技术的响应速度、准确性和稳定性得到进一步提高。
同时，与其它先进技术的融合，如人工智能、大数据等，也为船用汽轮机变工况技术的发展提供了新的机遇。
船舶动力系统船用汽轮机变工况技术广泛应用于船舶动力系统，以适应船舶在不同航速、不同负荷和不同环境条件下的运行需求。
例如，在船舶低速航行时，通过变工况技术降低汽轮机的进汽量和压力，提高其运行效率和经济性。
船舶热力系统船用汽轮机变工况技术也可应用于船舶热力系统，如蒸汽轮机发电厂。
在发电过程中，根据电力需求的变化，通过变工况技术调节汽轮机的进汽参数，以满足电力负荷的需求。
船舶辅助系统船用汽轮机变工况技术还可应用于船舶的辅助系统，如中央冷却系统、燃油供给系统等。
在这些系统中，变工况技术可根据环境条件和运行需求的变化，对工作参数进行精确调节，提高系统的稳定性和经济性。
变工况技术的应用场景原理汽轮机的转速是调节系统的主要参数，通过改变汽轮机的进汽量或进汽参数来调节转速。
转速调节压力调节温度调节通过改变汽轮机的进汽压力来调节功率输出，通常与转速调节配合使用。
燃气轮机变工况适应性优化控制研究
燃气轮机变工况适应性优化控制研究随着全球能源需求的增长和环保意识的不断提高，燃气轮机成为了越来越重要的能源设备。
而在燃气轮机运行过程中，面临的变工况问题则成为了制约其性能和可靠性的重要因素。
为了提高燃气轮机的适应性和控制性能，各种研究都在不断进行当中，本文就探讨一下燃气轮机变工况适应性优化控制研究的一些进展。
一、燃气轮机变工况的概念和类型燃气轮机在运行过程中面临的工况变化非常复杂，涉及到多种参数的变化，比如空气、燃料、负荷、速度等。
其中常见的变化类型有以下几种：1. 负荷变化：燃气轮机在实际运行中负荷是比较波动的，随着用电负荷的变化，燃气轮机负荷也发生相应变化。
2. 温度变化：环境温度和燃气轮机进气温度的变化都会对燃气轮机产生影响，甚至对轮机的性能产生重要影响。
3. 燃料变化：供给燃料流量和燃料特性的变化会对轮机出力和排放产生影响，特别是火电厂燃料的不确定性和不稳定性可不容忽视。
二、燃气轮机变工况适应性控制的研究现状在燃气轮机变工况控制方面，传统的控制方法往往是基于单一模型或是经验规律建立，其具有可实现性的同时，也存在一定的局限性。
由于燃气轮机运行过程中涉及到的参数较多，对其进行全面分析和建模比较困难，所以一些新型的方法受到了越来越广泛地关注，比如基于神经网络、支持向量机、模糊控制等的变工况适应性控制方法。
1. 基于神经网络的变工况控制神经网络因其具有高度非线性、自适应和学习能力等特点，能够很好地处理燃气轮机变工况控制问题。
现在，基于神经网络的变工况控制研究已经很成熟了，一些经典的方法已经被应用到工程实践中。
2. 基于支持向量机的变工况控制支持向量机是一种借助于核函数实现的非线性分类方法，其优点在于泛化能力强、局部最优和参数选择简单等。
在燃气轮机变工况控制研究中，支持向量机被广泛应用于模型预测和预测控制中，目前已经形成了一些有价值的研究成果。
3. 基于模糊控制的变工况控制模糊控制是一种基于模糊集合理论的控制方法，其优点在于能够将知识和经验转化为控制规则，实现了对燃气轮机变工况的适应性控制。
汽轮机原理 变工况——【汽轮机原理】
1
7.5 15.88
0.47
cr
10 0.630
15.88
2
1
1
cr cr
0.982
调节级的临界流量：
G
Gcr 305.5t / h
单个喷嘴的临界流量：Gcrs
8
Gcr 64
4
13.886t
/
h
Gcr1 8Gcrs 111.09t / h
各 喷 嘴 组 的 临 界 流 量 ：GGccrr32
1
p41 0.3646 MPa
• 调节级后压力变p化p441很小pp56： 128 .9%
•
问题：调节级后压力降低，如何维持原流量？
p01 p0 1.7%
p0
19
• 3喷、嘴调配节汽和调方节级式变和工况调节级变工况
• 喷嘴配汽
20
喷嘴配汽
21
喷嘴配汽
22
喷• 调嘴节级配的汽热力过程线
• 调节级汽室参数 • 调节级的相对内效率
• （1）各调门的流量分配； • （2）部分开启调门后的压力； • （3）调节级后蒸汽状态点。
36
（1）当进汽量从300t/h降 为225t/h时，调节级后压 力降低：
此时，全开调门后调节级 喷嘴的流动状态：
而设计工况调节级喷嘴压 比：
设计工况喷嘴流量比：
37
p21 G1 p2 G p21 225 10 300 p21 7.5MPa
本节内容结束
第三章 汽轮机在变工况下的工作
1、渐缩喷嘴的变工况 2、级与级组的变工况 3、配汽方式和调节级变工况 4、焓降、反动度的变化 5、轴向推力的变化 6、凝汽式汽轮机的工况图 7、初终参数对功率的影响
PG9171E型燃气轮机变工况特性研究
关分析 , 就可以进行燃机变工况性能热耗率的计 算
[ 1]
。
( 1) 计算现场 条件下机 组满负荷 输出 GO 0 和热耗率 HR 0 GO 0 = GO 0 ! K 1 H R 0 = HR 0 ! K 2
式中 GO 0 H R0 K1 K2 标准工况下 机组出力 ; 标准工况下 机组热耗率 ; 以上各因素 对 出力 的总 修 正系 数 , 由 各相 以上各因素 对 热耗 率的 总 修正 系数 , 由各
大气压力的变化会直接影响空气的密度, 进 而影响进入燃气轮机的空气质量流量 , 最终影响 到燃气轮机的功率。但对于既定地区的机组, 其 所在地的大气压力常年变化不大 , 其影响一般不 为人们关注。
图 3 海拔 图 1 出力 热耗量估计性能曲线
出力等修正因子估计性能曲线
如图 1 所示 GE PG9171( E )型燃气轮机估算 性能曲线 ( 天然气机组 ), 其压气机进气 条件为: 15 , 相对湿度 60 % , 大气压力 101 . 3 kPa 。由图 1 可以看出, 燃气轮机热耗量与出力近似成线性 关系。 ( 2) 大气温度影响 大气温度对于燃气轮机及其联合循环的功率 和效率有相当大的影响, 这是由于以下两方面的 原因造成的 , 即: 1)随着大气温度的升高 , 空气的 密度变小, 致使吸入压气机的空气的质量流量减 少 , 机组所发出的功率减小 , 热耗率上升 , 效率下 降 ; 2)燃机运行时 , 周围的空气被吸入压气机, 压 缩后进入燃烧室 , 因此燃气轮机所发出功的一部 分用于驱动压气机。而压气机的耗功量是随吸入 空气的热力学温度成正比变化的 , 即大气温度升 高时, 压气机耗功量增加 , 压缩比下降 , 燃气轮机 的净出力减小 (见图 2)。
况模型。选取了 3 个可表征燃气轮机变工况特性的 典型变量 , 即燃气耗量、 排气温度和排气流量 , 并对影响这 3 个变量的多个相关因素进行了详尽分析 , 最终确立 了燃气轮 机变工 况数学 模型。研究 表明 , 燃气轮 机的工 况主要由大气温度、 大气压力和燃气轮机的输出功率决定 , 该研究对深入探讨天然气机组燃气轮机的特性 , 进 一步提高燃气 蒸汽联 合循环机组的经济性有重要的参考价值。 关键词 : 燃气轮机 ; 变工况 ; 运行特性 作者简介 : 陈永刚 ( 1974 ), 男 , 工程硕士 , 从事燃机电厂热控技术管理工作。 中图分类号 : TM 611. 31 文献标志码 : A 文章编号 : 1001 9529( 2009) 08 1422 04
燃气轮机的变工况及其实用意义
燃气轮机的变工况及其实用意义由于外界负荷或是外界大气条件的变化，甚至由于透平通流部分结垢的影响，燃气轮机是经常会处于偏离设计工况的条件下工作的。
凡是由于各种原因而迫使机组在非设计条件下工作的一切运行工况，统称为机组的变工况。
当燃气轮机被用来携带输气管线上的天然气压缩机工作时，也会发生类似的变工况现象。
例如随着天然气管线输气量的改变(它相当于外界负荷的变化)，机组的G y、、ε*、t3、B、ηe，乃至机组的功率Pe和转速n，都会发生相应的变化，而且当机组转速降低到某一程度时，燃气轮机还有可能出现喘振现象，以致被迫停止工作。
但是，对于同一台机组来说，当它所携带的外界负荷特性不同时(例如在携带恒速运行的交流发电机负荷，或是携带转速可以变化的压缩机负荷)，在变工况条件下，机组的运行参数和特性的变化规律就各不相同。
研究表明，这些变化规律主要于透平、压气机和燃烧室的性能，以及由机组携带的外界负荷所固有的特性有关。
这正是本章所要讨论的中心内容。
至于机组是如何实现具体变工况特性要求的问题，则是燃气轮机调节系统的任务。
那么为什么要研究机组的变工况呢？如前所述，在设计一台燃气轮机时，我们总是需要根据机组的使用条件和技术要求，合理地选择热力循环方案及其在设计工况下的各项特性参数，然后按这些特性参数的要求，分别来设计透平，压气机和燃烧室的具体结构，以保证整台燃气轮机能够达到设计所规定的技术特性指标。
但是，任何一台机组总是会在偏离设计工况的条件下工作的，因而，衡量一台机组的工作性能的优劣，不仅要看它在设计工况下的工作性能是好还是坏，而且还必须研究它在变工况条件下的工作性能究竟如何？这样才能对机组的总体功能作出全面评价，并由此确定出机组的合理运行方式。
因而，在设计燃气轮机时，必须研究机组的变工况特性问题。
在研究燃气轮机变工况性能的好坏时，下面介绍的几项指标可以作为分析比较的出发点。
(1)在变工况条件下机组的经济性问题：所谓变工况条件下机组的经济性好，就是希望机组在任何工况下都具有比较高的热效率。
燃气—蒸汽联合循环机组变工况运行性能及影响因素分析
燃气—蒸汽联合循环机组变工况运行性能及影响因素分析摘要为适应负荷的快速变化，燃气—蒸汽联合循环机组必须具备变工况运行能力。
在简述燃气—蒸汽联合循环基本工作原理的基础上，对联合循环的三大部件，即燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机的变工况运行性能进行了分析，论述了相应的影响因素，有利于全面掌握燃气—蒸汽联合循环机组的工作性能。
关键词燃气—蒸汽联合循环；变工况运行；性能0 引言经济发展，电力先行。
现代社会中，能源是一国经济发展的基础，而电力则是能源利用最为重要的方式。
据统计，截至2012年，我国电力装机容量突破11亿千瓦，其中，传统火力发电81，917万千瓦（含煤电75811万千瓦、气电3827万千瓦），占全部装机容量的71.5%。
可见，以煤为主要原料的蒸汽轮电站仍是我国发电的主力，由此将带来两大不容忽视的问题，首先，需要不断增大燃煤机组单机容量、提高发电效率；第二，燃煤引起了全球变暖、温室效应等环境问题。
第一个问题的解决需要不断探求高效率的燃烧方式，使主蒸汽参数向亚临界、超临界乃至超超临界迈进，同时，积极采用再循环和联合循环机组。
解决第二个问题，则需要探究更为清洁的燃烧方式。
而与传统燃煤机组相比，燃气—蒸汽联合循环机组无论是供电效率，投资费用、建设周期，还是用地用水都更有优势，并且，由于采用天然气或者液体燃料，排放物中SOx和NOx都更低，大大减轻了环境压力。
为此，研究燃气—蒸汽联合循环机组具有十分重要的现实意义。
在实际运行中，由于负荷是实时变化的，为了追随和跟踪负荷的变化，燃气—蒸汽联合循环机组的出力也将不断发生改变，换句话说，机组不是始终运行于额定工况，而是处于变工况的工作状态，这就要求燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机所对应的各类参数，如燃气初温、压比、空气流量、燃料流量等都将随运行工况而发生变化，这就需要探讨变工况状态下机组的运行性能，找出其响应的影响因素，以全面掌握燃气—蒸汽联合循环机组的工作性能。
1 燃气—蒸汽联合循环基本工作原理从上世纪60年代开始，燃机技术历经了四代发展历程，至90年代，鉴于燃气轮机联合循环机组投资小、建设周期短、运行效率高、排放低等优点，国外企业推出了高效率大功率机组，燃气初温1300℃，效率36%～38%，单机功率200MW的装置相继投入运行。
燃气轮机-变工况
二、单轴燃机联合运行线（等温比线）
燃机的联合运行工况点：
—压气机、燃烧室和涡轮协调工作时的平衡
运行工况点
燃机的联合运行线：
*= T3*/T1*
—在压气机特性线上绘出的等温比曲线族
求解方法
（1）联合求解法： 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。
（2）近似计算法：
恒速机组
压气机： c*、流量* 涡轮： T*、流量*
T3*，即3* —新的平衡点“b” 运行线o→b 负荷Ne至零，点c所示， b→c “c”空载工况
整个机组： Neb<Neo Bb<Bo eb<eo
单轴恒速机组
②变工况性能分析
⑴经济性较差
喘振边界
“O”设计工况
恒速机组
“C”空载工况
⑵稳定性好
—压气机远离喘振边界 —涡轮不超温
⑶加载性好
变工况时空气流量增大
nc不变，增加负荷 Ne
—B到设计量而不会引起超温；
部分负荷下 c*、c*、* e 空载工况下 Gc压气机耗功 适用：高速下长期运行
—Nc变化不大，NT增加； —NT立即增加。
设计工况
O
2、单轴变速机组
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
具体的组合方式
五、燃气轮机的轴系方案
1．单轴方案（C-T-L）
压气机、涡轮及负荷共用一根轴。 宜用于恒速负荷。
2．双轴方案
2.1 分轴方案
压气机与高压涡轮共轴
汽轮机原理-第三章变工况
第三章汽轮机在变工况下的工作汽轮机的热力设计就是在已经确定初终参数、功率和转速的条件下，计算和确定蒸汽流量、级数、各级尺寸、参数和效率，得出各级和全机的热力过程线等。
汽轮机在设计参数下运行称为汽轮机的设计工况。
由于汽轮机各级的主要尺寸基本上是按照设计工况的要求确定的，所以一般在设计工况下汽轮机的内效率达最高值，因此设计工况也称为经济工况。
汽轮机在实际运行中，因外界负荷、蒸汽的状态参数、转速以及汽轮机本身结构的变化等，均会引起汽轮机级内各项参数以及零部件受力情况的变化，进而影响其经济性和安全性。
这种偏离设计工况的运行工况叫做汽轮机的变工况。
研究变工况的目的，在于分析汽轮机在不同工况下的效率、各项热经济指标以及主要零部件的受力情况。
以便设法保证汽轮机在这些工况下安全、经济运行。
本章主要讨论电厂使用的等转速汽轮机在不同工况下稳态的热力特性，即讨论汽轮机负荷的变动、蒸汽参数的变化以及不同调节方式对汽轮机工作的影响。
同研究设计工况下的特性一样，分析汽轮机的变工况特性也应从构成汽轮机级的基本元件一一喷嘴和动叶开始。
喷嘴和动叶虽然作用不同，但是如果对动叶以相对运动的观点进行分析，则喷嘴的变工况特性完全适用于动叶。
第一节渐缩喷嘴的变工况研究喷嘴的变动工况，主要是分析喷嘴前后压力与流量之间的变化关系，喷嘴的这种关系是以后研究汽轮机级和整个汽轮机变工况特性的基础。
喷嘴又分渐缩喷嘴和缩放喷嘴两种型式。
本节主要分析渐缩喷嘴的变工况特性。
一、渐缩喷嘴的流量关系式本书第一章已指出，对渐缩喷嘴，在定熵指数k和流量系数μn都不变的条件下，当其初参数p*0、ρ*0及出口面积A n不变时，通过喷嘴的蒸汽流量G与喷嘴前、后压力比εn的关系可用流量曲线(如图3-1中曲线ABC)表示。
当εn εc时，其流量为(3-1)当εn ≤εc，时，其流量为(3-2)显然，对应另一组初参数(p*10、ρ*01)，可得到另一条相似的流量曲线A1B1C1(p*01p*0)，此时通过该喷嘴的临界流量亦相应地改变为由于初参数不同的同一工质具有相同的临界压力比，故各条流量曲线的临界点B、B1…均在过原点的辐射线上，如图3-1所示。
燃气轮机变工况方式
燃气轮机变工况方式1. 燃气轮机变工况方式啊，那可真是个有趣的事儿。
就像汽车换挡改变速度一样，燃气轮机也有自己的办法来应对不同的工况。
比如说，通过改变燃料的流量。
嘿，这就好比人吃饭，吃得多力气就大，燃料流量大了，燃气轮机就能输出更大的功率呢。
2. 还有调整进气量这种变工况方式。
你想啊，就像人呼吸，空气吸得多了，身体里的氧气就足。
燃气轮机进气量改变了，它内部的燃烧情况也就跟着变了。
我有个朋友在发电厂工作，他就说啊，有时候就靠调整进气量来让燃气轮机适应不同的发电需求呢。
3. 改变压气机的转速也是一种方式哦。
这压气机就像是燃气轮机的心脏起搏器似的。
转速一变，整个燃气轮机的工况就不一样了。
打个比方，就像风扇，转得快了，风就大，压气机转速提高，燃气轮机的性能就变啦。
4. 喷水量调节你知道吗？这就跟给热得发烫的人泼水降温似的。
往燃气轮机里喷水，可以改变它的温度和压力，从而改变工况。
我曾听一个工程师说，在某些高温环境下，喷水调节可帮了大忙啦。
5. 调节燃烧室的温度也是个关键的变工况方式。
这燃烧室啊，就像一个大火炉。
温度不同，产生的能量就不同。
就像做饭时，火大了饭熟得快，燃烧室温度改变，燃气轮机的工况也随之改变。
我问过一个技术人员，他说这是很精细的操作呢。
6. 燃气轮机还可以通过改变涡轮的导向叶片角度来变工况。
这就好比调整帆船的帆的角度，不同的角度就能让船在不同的风向和风速下航行。
我跟一个搞燃气轮机维修的师傅聊天时，他说这可需要丰富的经验才能调好呢。
7. 控制燃气轮机的排气压力也是一种办法。
你想啊，排气就像人呼气，压力不同，身体的状态也不同。
燃气轮机排气压力变了，它的运行工况就会跟着变。
我见过的一个燃气轮机操作员就很擅长这个操作。
8. 改变燃气轮机的负载也能让它处于不同工况。
这就像人背的东西不一样，走路的状态就不同。
轻负载的时候轻松，重负载的时候就得更努力。
在一些工厂里，他们会根据生产需求改变燃气轮机的负载，就像我的邻居在工厂里看到的那样。
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工作的高效机组。
6-2 单轴燃气轮机变工况特性
一、燃机平衡运行条件
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基础：
各部件的特性和平衡运行条件
平行双轴机组
1、转速平衡
每根轴上的转子转速相同。
单轴机组：nC=nT=n 分轴机组：nC=nHT nLT=n
2、变工况性能分析
与单轴相比
经济性 稳定性 加载性
恒速机组 好些 差些 差不多
变速机组 差 好 差不多
二、单轴燃机联合运行线（等温比线）
燃机的联合运行工况点：
—压气机、燃烧室和涡轮协调工作时的平衡
运行工况点
燃机的联合运行线：
*= T3*/T1*
—在压气机特性线上绘出的等温比曲线族
求解方法
（1）联合求解法： 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。
（2）近似计算法：
组成燃气发生器；
低压涡轮与负荷共轴
(LT-L)。
宜用于变速负荷。
2.2 平行双轴方案
高压压气机由高压涡轮 带动（HC-HT）； 低压压气机由低压涡轮
带动（LC-LT）。
负荷的带动有两种形式： HT-L或LT-L
以高压轴带动负荷HC-HT-L 宜用于恒速负荷。
ห้องสมุดไป่ตู้
以低压轴带动负荷LC-LT-L，宜用于变速负荷。
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。
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
具体的组合方式
五、燃气轮机的轴系方案
1．单轴方案（C-T-L）
压气机、涡轮及负荷共用一根轴。 宜用于恒速负荷。
2．双轴方案
2.1 分轴方案
压气机与高压涡轮共轴
(C-HT)和燃烧室一起
e
3600N e BHu
变速负荷 恒 速 负 荷 超 速 边 界
最佳运行线 变频调速
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>nLT 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
螺旋桨型负荷 N e= cn3 ①变工况运行线 o→b’→c’
负荷Ne时，n nc
新的平衡点b’
c*、Gc、*
变速机组 喘振点
恒速机组
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
负荷Ne时，nc ，Gc 首先在第一级发生喘振 点c’
⑶加载性较差
空气流量减小较多；增加负荷 Ne时，不能急速增加燃料 — 否则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）
2、压比平衡 T*= C*
压气机压比 涡轮膨胀比
总压保持系数 =CBT
3、功率平衡
平行双轴机组 NLT=NLC/m1+Ne
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
NHT=NHC/m2
涡轮内功率
或
NT=NC+Nm+Ne NT=NC/m+Ne
机组附件消耗和 机械损失功率 机械效率 NLT=Ne/m2
分轴机组：
NHT=NC/m1
4、流量平衡 GT= GC+Gf - G
燃气流量
冷却用和泄 露的空气量
进气量
燃料消耗量
变工况时，可近似认为： G/G ≈const C
粗算时，可取
GT ≈GC
恒速机组
压气机： c*、流量* 涡轮： T*、流量*
T3*，即3* —新的平衡点“b” 运行线o→b 负荷Ne至零，点c所示， b→c “c”空载工况
整个机组： Neb<Neo Bb<Bo eb<eo
单轴恒速机组
②变工况性能分析
⑴经济性较差
喘振边界
“O”设计工况
恒速机组
“C”空载工况
3．三轴方案
3.1 低压涡轮带动负荷
LT-L
高压压气机由高压涡轮 带动（HC-HT）； 低压压气机由中压涡轮
带动（LC-MT）。
可用于变速负荷。
3.2 中压涡轮带动负荷 （MT-L）
高压压气机由高压涡轮
带动（HC-HT）； 低压压气机由低压涡轮 带动（LC-LT）。 宜用于常在部分负荷下 MT-L
*=常数 *
温比增加时，等 温线向着左上方 移动。
* ,T3*
燃气比体积v3 （阻力增大）
* p 2 C
三、单轴燃机的变工况特性
1、单轴恒速机组
nc = nT = n = const ①变工况运行线 o→b→c
“O”设计工况点
负荷Ne时，
保持p1*、T1*不变；调节使nco不变； 同时关小油门，使B；
如果没有涡轮特性线，可利用涡轮的椭圆方程来 近似计算获得。
（3）测试法：利用压气机特性实验装置来测得。
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涡轮。 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，得到一组等温比曲线。
⑵稳定性好
—压气机远离喘振边界 —涡轮不超温
⑶加载性好
变工况时空气流量增大
nc不变，增加负荷 Ne
—B到设计量而不会引起超温；
部分负荷下 c*、c*、* e 空载工况下 Gc压气机耗功 适用：高速下长期运行
—Nc变化不大，NT增加； —NT立即增加。
设计工况
O
2、单轴变速机组
②变工况性能分析 ⑴经济性较好
* 慢，较高；处于c*较高区域
不宜用于：车辆等机械牵引负荷
变速机组 O-b’-c’
恒速机组 o-b-c
四、单轴燃气轮机变工况特性曲线的应用
——通过实验，把燃气轮机的主 要性能指标，如功率、转速、 温比、燃料消耗量（或耗油率） 在变工况时的相互关系绘制在 一张图上。 ——只要已知转速和温比，即可 确定功率、燃料消耗量，进而 求得有效效率。 ——P137 图6-4 采用设计参数的相对值。