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1、燃气轮机设备及系统,燃气轮机设备及系统,燃气轮机的结构燃烧室的结构及工作原理燃气透平的结构及工作原理燃气轮机变工况联合循环辅助系统与设备,燃气轮机变工况,1.概述2.单轴燃气轮机的变工况性能3.变工况对机组性能的影响4.单轴燃气轮机的加载和减载5.单轴燃气轮机的启动和停机,1.概述,1.1燃气轮机变工况基本概念1.2燃气轮机的轴系方案燃气轮机带动的负载所需功率的变化大气参数的变化部件性能的变化等变工况下要求燃气轮机不超温不超速压气机不喘振燃烧室不熄火、不脉动,燃气轮机偏离设计工况工作,机组功率机组效率转速等参数均发生变化,1.概述1.1基本概念,燃气轮机变工况,平衡工况：参数按各组成部件相互平
2、衡的内在规律而变化的稳态工况。,不平衡工况：从一个平衡工况变至另一个平衡工况的过渡工况，即非稳态工况。,变工况下，各个部件之间应该满足,功率平衡流量平衡压力平衡转速平衡,研究燃气轮机变工况的目的：找出变工况下机组各参数（流量、转速、压比、功率）的变化规律，以便准确分析机组变工况性能。,各部件的特性和平衡运行条件,分析讨论燃气轮机变工况的基础,1.概述1.2燃气轮机的轴系方案,单轴方案（C-T-L）压气机、透平及负荷共用一根轴。宜用于恒速负荷。,1.概述1.2燃气轮机的轴系方案,双轴方案分轴方案 压气机与高压透平共轴(C-HT)和燃烧室一起组成燃气发生器；低压透平与负荷共轴(LT-L)。宜用于变
3、速负荷。,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-LHT-L宜用于恒速负荷。,1.概述1.2燃气轮机的轴系方案,三轴方案,低压透平带动负荷 高压压气机由高压透平带动（HC-HT）；低压压气机由中压透平带动（LC-MT）。低压透平带负荷（LT-L）可用于变速负荷。,中压透平带动负荷（MT-L）高压压气机由高压透平带动（HC-HT）；低压压气机由低压透平带动（LC-LT）；中压透平带负荷（MT-L）宜用于常在部分负荷下工作的高效机组。,2.单轴燃气轮机变工况性能2.1燃机平衡运行条件
4、,平行双轴机组,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,压比平衡,透平膨胀比,T*=C*,压气机压比,总压保持系数=CrT,2.单轴燃气轮机变工况性能2.1燃机平衡运行条件,平行三轴机组,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+Pe或 PT=PC/m+Pe分轴机组：,PLT=Pe/m3,PHT=PHC/m2,透平内功率,压气机内功率,机组附件消耗和机械损失功率,机械效率,PHT=PC/m1,PLT=Pe/m2,PMT=PlC/m2,2.单轴燃气轮机变工况性能2
5、.1燃机平衡运行条件,qT=qC+qf-q变工况时，可近似认为：q/qCconst粗算时，可取 qT qC,流量平衡,燃气流量,进气量,燃料消耗量,冷却用和泄漏的空气量,2.单轴燃气轮机变工况性能2.2性能曲线,*=T3*/T1*,燃气轮机的运行工况点：压气机、燃烧室和透平协调工作时的平衡运行工况点 燃气轮机运行线：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：如果没有透平特性线，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。,2.单轴燃气轮机变工况性能
6、2.2性能曲线,以相对转速n为横坐标以相对功率Pe为纵坐标等温度线簇等相对燃料流量线簇,通过实验，把燃气轮机的主要性能指标，如功率、转速、温度、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。只要已知转速和温度，即可确定功率、燃料消耗量，进而求得效率。,2.单轴燃气轮机变工况性能2.2性能曲线,单轴恒速机组 nc=nT=n=const变工况运行线“O”设计工况点负荷Pe时，保持p1*、T1*不变；调节使nco不变；同时减少燃料，使qf；T3*，即3*新的平衡点“b”运行线ob负荷Pe至零，点c所示，bc“c”空载工况,obc,q,恒速机组,压气机：c*、流量*透平：T*、流量*,整个
7、机组：NebNeo BbBo ebeo,2.单轴燃气轮机变工况性能2.2性能曲线,单轴变速机组 螺旋桨型负荷 P e=cn3变工况运行线负荷Ne时，n nc c*、qc、*新的平衡点b负荷Pe时，nc，qc 首先在第一级发生喘振 点c变工况性能分析经济性较好*慢，较高；处于c*较高区域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,obc,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）,变速机组O-b-c,恒速机组o-b-c,3.变工况对机组性能的影响3.1变几何的影响,3.变工况对机组性能的影响3.2部件性能恶化的影响,3.变工况对机组性能的影响3.2部件性能恶化的影响,3.变工况对机组性能的影响3.3进排气压力损失的影响,3.变工况对机组性能的影响3.4大气参数变化的影响,3.变工况对机组性能的影响3.4大气参数变化的影响,
