燃气轮机特性学习教案.pptx
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1、会计学1燃气轮机燃气轮机(rnqlnj)特性特性第一页,共50页。6-1 概述概述(i sh)n n研究燃气轮机研究燃气轮机(rnqlnj)变工况变工况的目的的目的n n基本要求及性能指标基本要求及性能指标n n负荷特性负荷特性第1页/共50页第二页,共50页。一、燃气轮机一、燃气轮机一、燃气轮机一、燃气轮机(rnqlnj)(rnqlnj)(rnqlnj)(rnqlnj)的变工况的变工况的变工况的变工况n n整台机组偏离设计状态下工作整台机组偏离设计状态下工作整台机组偏离设计状态下工作整台机组偏离设计状态下工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)的各种的各种的各种的各种工况
2、工况工况工况n n (1)(1)(1)(1)稳定的非设计工况稳定的非设计工况稳定的非设计工况稳定的非设计工况n n如部分负荷或环境条件改变时引起的变工况;如部分负荷或环境条件改变时引起的变工况;如部分负荷或环境条件改变时引起的变工况;如部分负荷或环境条件改变时引起的变工况;n n (2)(2)(2)(2)不稳定的过渡工况不稳定的过渡工况不稳定的过渡工况不稳定的过渡工况n n如启动、加速等引起的变工况。如启动、加速等引起的变工况。如启动、加速等引起的变工况。如启动、加速等引起的变工况。n n 非常复杂(三大件非常复杂(三大件非常复杂(三大件非常复杂(三大件+负荷)负荷)负荷)负荷)第2页/共50
3、页第三页,共50页。二、研究二、研究二、研究二、研究(ynji)(ynji)目的目的目的目的n n分析燃气轮机机组分析燃气轮机机组(jz)(jz)各部分相互联系、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。变工况过程及其特性。n n(1 1)为设计新机组)为设计新机组(jz)(jz)提供选择方案的依提供选择方案的依据据n n(2 2)为用户提供变工况性能曲线。)为用户提供变工况性能曲线。第3页/共50页第四页,共50页。基本基本基本基本(jbn)(jbn)要求及性能指标要求及性能指标要求及性能指标要求及性能指标基本要求基本要求
4、:保证在各种负荷下机组能够保证在各种负荷下机组能够经济地、可靠地运行,同时经济地、可靠地运行,同时有较强的适应有较强的适应(shyng)外外界负荷变化的能力。界负荷变化的能力。第4页/共50页第五页,共50页。性能指标性能指标性能指标性能指标:1 1 1 1经济性经济性经济性经济性机组的效率或耗油率不因功率下降而极度恶化;机组的效率或耗油率不因功率下降而极度恶化;机组的效率或耗油率不因功率下降而极度恶化;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。机组的负荷特性曲线变化得平坦些。机组的负荷特性曲线变化得平坦些。机组的负荷特性曲线变化得平坦些。2 2 2 2稳定性稳
5、定性稳定性稳定性在各种负荷下,压气机不喘振、涡轮不超温、燃烧室不熄火;在各种负荷下,压气机不喘振、涡轮不超温、燃烧室不熄火;在各种负荷下,压气机不喘振、涡轮不超温、燃烧室不熄火;在各种负荷下,压气机不喘振、涡轮不超温、燃烧室不熄火;机组能稳定可靠地运行机组能稳定可靠地运行机组能稳定可靠地运行机组能稳定可靠地运行(ynxng)(ynxng)(ynxng)(ynxng)。3 3 3 3加载性加载性加载性加载性 机组功率能及时适应外界负荷变化的需要。机组功率能及时适应外界负荷变化的需要。机组功率能及时适应外界负荷变化的需要。机组功率能及时适应外界负荷变化的需要。满负荷、部分满负荷、部分(b fen)
6、负荷、低速、启动等负荷、低速、启动等第5页/共50页第六页,共50页。三、负荷三、负荷三、负荷三、负荷(fh)(fh)特性特性特性特性n n负荷负荷(fh)(fh)功率功率PLPL随负荷随负荷(fh)(fh)转速转速nLnL变化的关系变化的关系n n PL=f(nL)PL=f(nL)n n1 1、恒速负荷、恒速负荷(fh)(fh)特性特性n n负荷负荷(fh)(fh)功率功率PLPL变化与负荷变化与负荷(fh)(fh)转转速速nLnL无关无关n n即即 nL=const nL=const nLPL例子例子(l zi):恒频交流电机:恒频交流电机第6页/共50页第七页,共50页。2 2 2 2、
7、螺旋桨型负荷、螺旋桨型负荷、螺旋桨型负荷、螺旋桨型负荷(fh)(fh)(fh)(fh)特性特性特性特性n n负荷功率负荷功率负荷功率负荷功率PLPLPLPL与其与其与其与其(yq)(yq)(yq)(yq)转速转速转速转速nLnLnLnL的三次方呈正比的三次方呈正比的三次方呈正比的三次方呈正比n n即即即即 PL=c nL3 PL=c nL3 PL=c nL3 PL=c nL3 (c c c c为比例系数)为比例系数)为比例系数)为比例系数)n n变速负荷变速负荷变速负荷变速负荷 nLPL例子例子(l zi):固定螺距螺旋桨固定螺距螺旋桨(轮船轮船)叶轮机械(泵、风机等)叶轮机械(泵、风机等)P
8、L=c nL3第7页/共50页第八页,共50页。3 3、调速负荷、调速负荷(fh)(fh)特性特性n n负荷功率负荷功率负荷功率负荷功率PLPLPLPL与其转速与其转速与其转速与其转速nLnLnLnL在一定范围内任意配合,用在一定范围内任意配合,用在一定范围内任意配合,用在一定范围内任意配合,用来带动来带动来带动来带动(didng)(didng)(didng)(didng)变速负荷。变速负荷。变速负荷。变速负荷。n n变频调速负荷变频调速负荷变频调速负荷变频调速负荷 nLPL例子例子(l zi):变螺距螺旋桨负荷或机车燃气轮机变螺距螺旋桨负荷或机车燃气轮机 第8页/共50页第九页,共50页。4
9、 4 4 4、机械、机械、机械、机械(jxi)(jxi)(jxi)(jxi)牵引负荷特性牵引负荷特性牵引负荷特性牵引负荷特性n n用机械用机械用机械用机械(jxi)(jxi)方式(如联轴器、齿轮等)传动各方式(如联轴器、齿轮等)传动各方式(如联轴器、齿轮等)传动各方式(如联轴器、齿轮等)传动各种车辆。种车辆。种车辆。种车辆。n n启动时有最大扭矩,即启动时有最大扭矩,即启动时有最大扭矩,即启动时有最大扭矩,即 nL=0 nL=0,M=Mmax M=Mmax n n转速升高时,扭矩减小;转速升高时,扭矩减小;转速升高时,扭矩减小;转速升高时,扭矩减小;n nnL=nmaxnL=nmax,M=Mm
10、in M=Mmin。n n负荷功率:负荷功率:负荷功率:负荷功率:PLPLMM nLnLn nPLPL随随随随nLnL增加而增大。增加而增大。增加而增大。增加而增大。nLPL第9页/共50页第十页,共50页。n n平衡工况:稳定运行工况,燃气轮机输平衡工况:稳定运行工况,燃气轮机输平衡工况:稳定运行工况,燃气轮机输平衡工况:稳定运行工况,燃气轮机输出功率等于负载出功率等于负载出功率等于负载出功率等于负载(fzi)(fzi)所消耗的功率,所消耗的功率,所消耗的功率,所消耗的功率,即即即即Pe=PLPe=PL,两者处于平衡状态。两者处于平衡状态。两者处于平衡状态。两者处于平衡状态。n n不平衡工况
11、:是从一个平衡工况变化到不平衡工况:是从一个平衡工况变化到不平衡工况:是从一个平衡工况变化到不平衡工况:是从一个平衡工况变化到另一个平衡工况的过渡过程,这时燃气另一个平衡工况的过渡过程,这时燃气另一个平衡工况的过渡过程,这时燃气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轮机的输出功率与负载轮机的输出功率与负载轮机的输出功率与负载(fzi)(fzi)所消耗所消耗所消耗所消耗的功率不相同,即的功率不相同,即的功率不相同,即的功率不相同,即PePLPePL,两者不平衡。,两者不平衡。,两者不平衡。,两者不平衡。第10页/共50页第十一页,共50页。四、燃气轮机的平衡运行四、燃气轮机的平衡
12、运行(ynxng)条件条件机组在不同负荷下稳定运行时,各部件的参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)应满足的数(流量、转速、压比、功率)应满足的相互配合的条件相互配合的条件(tiojin)(tiojin)。分析讨论燃气轮机变工况的基础: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各部件的特性和平衡运行条件(tiojin)(tiojin)第11页/共50页第十二页,共50页。1 1、转速、转速、转速、转速(zhun s)(zhun s)平衡平衡平衡平衡n n每根轴上的转子转速每根轴上的转子转速每根轴上的转子转速每根轴上的转子转速(zhun(zhun(zh
13、un(zhun s)s)s)s)相同。相同。相同。相同。n n 单轴机组:单轴机组:单轴机组:单轴机组:nC=nT=nLnC=nT=nLnC=nT=nLnC=nT=nLn n 分轴机组:分轴机组:分轴机组:分轴机组:nC=nHT nC=nHT nC=nHT nC=nHT nLT=nLnLT=nLnLT=nLnLT=nLn n 2 2 2 2、压比平衡、压比平衡、压比平衡、压比平衡n n T=T=T=T=压气机压比压气机压比透平透平(tu pn)膨胀比膨胀比总压保持系数总压保持系数 =1 2 4平行双轴机组平行双轴机组第12页/共50页第十三页,共50页。3、功率、功率(gngl)平衡平衡n n
14、机械联系的各部件的驱动力矩,应等于总机械联系的各部件的驱动力矩,应等于总机械联系的各部件的驱动力矩,应等于总机械联系的各部件的驱动力矩,应等于总的阻力矩(包括的阻力矩(包括的阻力矩(包括的阻力矩(包括(boku)(boku)(boku)(boku)压气机耗功),压气机耗功),压气机耗功),压气机耗功),即每根轴上的功率应平衡。即每根轴上的功率应平衡。即每根轴上的功率应平衡。即每根轴上的功率应平衡。n n 单轴机组:单轴机组:单轴机组:单轴机组:n n PT=PC+Pm+PL PT=PC+Pm+PL PT=PC+Pm+PL PT=PC+Pm+PLn n或或或或 PT=PC/PT=PC/PT=PC
15、/PT=PC/m+PLm+PLm+PLm+PL压气机内功率压气机内功率(gngl)机组附件消耗和机械机组附件消耗和机械损失功率损失功率涡轮内功率涡轮内功率分轴机组分轴机组:机械效率机械效率PLT=PLC/m1+PLPHT=PHC/m2平行双轴机组平行双轴机组PHT=PC/m1PLT=PL/m2第13页/共50页第十四页,共50页。4 4、流量、流量、流量、流量(liling)(liling)平衡平衡平衡平衡qT=q+qf-qcl变工况时,可近似变工况时,可近似(jn s)认认为:为:qcl/qconst粗算时,可取粗算时,可取 qT q冷却冷却(lngqu)用和泄露用和泄露的空气量的空气量燃气
16、流量燃气流量 燃料消耗量进气量第14页/共50页第十五页,共50页。五、平衡五、平衡五、平衡五、平衡(pnghng)(pnghng)运行工况点的确定运行工况点的确定运行工况点的确定运行工况点的确定平衡运行工况点:平衡运行工况点:平衡运行工况点:平衡运行工况点:压气机、燃烧室和透平协调工作时压气机、燃烧室和透平协调工作时压气机、燃烧室和透平协调工作时压气机、燃烧室和透平协调工作时的平衡运行工况点的平衡运行工况点的平衡运行工况点的平衡运行工况点平衡运行线的确定:平衡运行线的确定:平衡运行线的确定:平衡运行线的确定:是从各个部件是从各个部件是从各个部件是从各个部件(bjin)(bjin)(bjin)
17、(bjin)的性能出发,的性能出发,的性能出发,的性能出发,用平衡关系式把它们联系起来而求用平衡关系式把它们联系起来而求用平衡关系式把它们联系起来而求用平衡关系式把它们联系起来而求得。得。得。得。第15页/共50页第十六页,共50页。求解求解(qi ji)方法方法(1 1 1 1)联合求解法:)联合求解法:)联合求解法:)联合求解法:利用已获得的压气机、燃烧室和透平的特性线,根利用已获得的压气机、燃烧室和透平的特性线,根利用已获得的压气机、燃烧室和透平的特性线,根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。据平衡运行条件来联合求得。据平衡运行条件来联合求得。据平衡运行
18、条件来联合求得。(2 2 2 2)近似计算法:)近似计算法:)近似计算法:)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似若没有透平特性线,可利用透平的椭圆方程来近似若没有透平特性线,可利用透平的椭圆方程来近似若没有透平特性线,可利用透平的椭圆方程来近似计算获得。计算获得。计算获得。计算获得。(3 3 3 3)测试法:利用压气机特性实验)测试法:利用压气机特性实验)测试法:利用压气机特性实验)测试法:利用压气机特性实验(shyn)(shyn)(shyn)(shyn)装置装置装置装置来测得。来测得。来测得。来测得。第16页/共50页第十七页,共50页。测试方法测试方法 在压气机后面加装
19、一个燃烧室;将燃烧室后面在压气机后面加装一个燃烧室;将燃烧室后面在压气机后面加装一个燃烧室;将燃烧室后面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。的排气阀固定在某一开度来代替透平。的排气阀固定在某一开度来代替透平。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,测得不测试时,改变燃气初温和压气机转速,测得不测试时,改变燃气初温和压气机转速,测得不测试时,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。同工况下的流量和压比。同工况下的流量和压比。同工况下的流量和压比。在压气机特性在压气机特性在压气机特性在压气机特性(txng)(txng)
20、(txng)(txng)线上,把各种转速下的线上,把各种转速下的线上,把各种转速下的线上,把各种转速下的燃气初温相同的点连起来,得到一组等温比线。燃气初温相同的点连起来,得到一组等温比线。燃气初温相同的点连起来,得到一组等温比线。燃气初温相同的点连起来,得到一组等温比线。第17页/共50页第十八页,共50页。燃烧室的性能,燃烧室的性能,燃烧室的性能,燃烧室的性能,一般可近似地认为一般可近似地认为一般可近似地认为一般可近似地认为(rnwi)(rnwi)效率效率效率效率 B B和压力保持系数和压力保持系数和压力保持系数和压力保持系数 2 2不变,不变,不变,不变,即和设计工况时一样,故未画性能曲线
21、。即和设计工况时一样,故未画性能曲线。即和设计工况时一样,故未画性能曲线。即和设计工况时一样,故未画性能曲线。n n平衡运行点主要是在压气机和透平平衡运行点主要是在压气机和透平平衡运行点主要是在压气机和透平平衡运行点主要是在压气机和透平(tu pn(tu pn)性性性性能的基础上求得的。能的基础上求得的。能的基础上求得的。能的基础上求得的。实质:是压气机和透平平衡运行点的连线实质:是压气机和透平平衡运行点的连线(lin xin),是透平性能在压气机性能曲线图上的描述。,是透平性能在压气机性能曲线图上的描述。第18页/共50页第十九页,共50页。温比增加温比增加(zngji)(zngji)时,等
22、时,等 线向着左上方移动。线向着左上方移动。=常数(chngsh)第19页/共50页第二十页,共50页。燃气轮机变工况性能燃气轮机变工况性能燃气轮机变工况性能燃气轮机变工况性能(xngnng)(xngnng)的表示的表示的表示的表示n n通常,用通常,用通常,用通常,用PePen n为坐标来作图,全面反映单为坐标来作图,全面反映单为坐标来作图,全面反映单为坐标来作图,全面反映单轴燃气轮机的变工况性能。轴燃气轮机的变工况性能。轴燃气轮机的变工况性能。轴燃气轮机的变工况性能。n n在具体的运行中,燃气轮机还必须与负载平在具体的运行中,燃气轮机还必须与负载平在具体的运行中,燃气轮机还必须与负载平在具
23、体的运行中,燃气轮机还必须与负载平衡运行,要满足衡运行,要满足衡运行,要满足衡运行,要满足PL=Pe=f(n)PL=Pe=f(n)。n n当把当把当把当把Pe=f(n)Pe=f(n)画到燃气轮机变工况计算得到的画到燃气轮机变工况计算得到的画到燃气轮机变工况计算得到的画到燃气轮机变工况计算得到的PePen n图上后,位于图上后,位于图上后,位于图上后,位于(wiy)(wiy)该规律曲线上的该规律曲线上的该规律曲线上的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诸参数变化情况,就是燃气轮机在该负载规诸参数变化情况,就是燃气轮机在该负载规诸参数变化情况,就是燃气轮机在该负载规律下的变工况解。
24、律下的变工况解。律下的变工况解。律下的变工况解。第20页/共50页第二十一页,共50页。6-2 6-2 单轴燃气轮机单轴燃气轮机单轴燃气轮机单轴燃气轮机(rnqlnj)(rnqlnj)的变工况性能的变工况性能的变工况性能的变工况性能n n最简单的、目前实际应用最多;最简单的、目前实际应用最多;最简单的、目前实际应用最多;最简单的、目前实际应用最多;n n功率范围由功率范围由功率范围由功率范围由10kW10kW左右至左右至左右至左右至334MW334MW。n n特点是压气机与负载共轴特点是压气机与负载共轴特点是压气机与负载共轴特点是压气机与负载共轴n n负载的转速变化规律直接影响负载的转速变化规
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