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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,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。,具体的组合方式,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。,
2、3三轴方案,3.1 低压涡轮带动负荷 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。,LT-L,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工作的高效机组。,MT-L,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,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 n
3、LT=n 2、压比平衡 T*=C*,压气机压比,涡轮膨胀比,总压保持系数=CBT,平行双轴机组,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：NT=NC+Nm+Ne或 NT=NC/m+Ne,压气机内功率,机组附件消耗和机械损失功率,涡轮内功率,分轴机组：,机械效率,NLT=NLC/m1+Ne,NHT=NHC/m2,平行双轴机组,NHT=NC/m1,NLT=Ne/m2,4、流量平衡,GT=GC+Gf-G变工况时，可近似认为：G/GCconst粗算时，可取 GT GC,冷却用和泄露的空气量,燃气流量,燃料消耗量,进气量,二、单轴燃机
4、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：在压气机特性线上绘出的等温比曲线族,*=T3*/T1*,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
5、比曲线。,温比增加时，等温线向着左上方移动。,*=常数,*,三、单轴燃机的变工况特性,1、单轴恒速机组 nc=nT=n=const变工况运行线“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；T3*，即3*新的平衡点“b”运行线ob负荷Ne至零，点c所示，bc“c”空载工况,压气机：c*、流量*涡轮：T*、流量*,整个机组：NebNeo BbBo ebeo,obc,恒速机组,单轴恒速机组,变工况性能分析 经济性较差 稳定性好压气机远离喘振边界涡轮不超温 加载性好 变工况时空气流量增大 nc不变，增加负荷 NeB到设计量而不会引起超温；Nc变化不大，NT增
6、加；NT立即增加。,“O”设计工况,“C”空载工况,部分负荷下 c*、c*、*e 空载工况下 Gc压气机耗功,喘振边界,恒速机组,适用：高速下长期运行,2、单轴变速机组 螺旋桨型负荷 N e=cn3变工况运行线负荷Ne时，n nc c*、Gc、*新的平衡点b负荷Ne时，nc，Gc 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,obc,变速机组,设计工况,喘振点,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 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）,O
7、,恒速机组,不宜用于：车辆等机械牵引负荷,恒速机组o-b-c,变速机组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。,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 恒速机组 变速机组经济性 好些 差稳定性 差些 好加载性 差不多 差不多,
