燃气轮机-变工况

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



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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

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
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。
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
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
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）
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
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。
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
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。
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。

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
*=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；