V94.3A燃机喘振保护的探究
安萨尔多AE94.3A燃气轮机控制方式解析
安萨尔多AE94.3A燃气轮机控制方式解析摘要：安萨尔多AE94.3A燃气轮机在结构设计、燃烧方式、最大出力和联合循环效率等方面越来越受到世界F系列燃气轮机的青睐。
介绍了燃气轮机调节控制系统的划分，并在主控制系统的基础上，分析了安萨尔多AE94.3A燃气轮机调节控制逻辑。
为了控制不同运行阶段的燃烧系统，利用IGV控制系统协调燃料在燃烧过程的空气比。
关键词：安萨尔多AE94.3A；燃气轮机；设计；技术特点随着经济快速的发展，燃气轮机需要达到低污染、高效率的技术，引起大家的关注。
燃气轮机控制系统主要由供电系统、保护系统、顺序控制系统以及调节控制系统等部分组成。
本文主要研究并分析调节控制系统，其中调节控制系统分为燃油控制系统、IGV控制系统以及主控制系统。
1 主控制系统解析燃气轮机控制系统的主要组成部分是主控制系统，它是燃气轮机从点火到控制其运行稳定的主要作用。
以及为了控制燃料量的单变量，就是使用最小值选择逻辑（见图1）。
当选择加速控制器时，通过控制燃料量，可以根据特定的启动曲线增加单变量速度。
为了让燃气轮机组控制带额定负荷或者并网转速时，可利用转速负荷控制器。
保证机组运行稳定，排气温度控制器可以让温度低于允许值。
载荷的极限、压力比的极限和冷却空气的极限是控制系统的约束，以确保机组的安全运行。
图１燃气轮机主控制系统示意图1.1 起步升速控制系统当发动机启动时，起步升速控制系统不会直接启动。
燃气轮机的启动依赖于启动变频器燃气轮机在驱动下发出的能量满足燃气轮机系统的能耗时（即压气机产生的空气质量流量和由起步升速控制器调节输出的燃料流量达到足够数量，足以使燃气轮机能够在燃烧做工下实现加速为止），燃气轮机进入独立的运行状态。
同时，由最小值选择器选择起步升速系统的信号，燃气轮机的转速根据一定的提速曲线提高，直到接近额定转速时，最小值合理地选择速度/负荷控制系统。
启动控制系统退出操作。
控制逻辑图如图2所示。
图２起步升速控制系统示意图起步升速系统由起步升速器、跳机逻辑和转速测量模块组成。
探析安萨尔多AE94.3A型燃气机组控制系统 王聪
探析安萨尔多AE94.3A型燃气机组控制系统王聪摘要：安萨尔多AE94.3A型燃气机组是我国当前比较先进的新建联合循环机组主要机型之一，其在正常工况下，包括有燃料量控制系统和干式低氧化氮燃烧控制系统等。
文本主要介绍安萨尔多AE94.3A型燃气机组的主要控制系统，并针对干式低氧化氮燃烧控制系统展开探究和分析，旨在为我国燃气机组的控制、调试以及运行维护等提供借鉴和参考。
关键词:9F级；燃气机组；控制系统前言某公司机组为安萨尔多AE94.3A型燃气-蒸汽联合循环供热机组，全厂配置两套机组，采用分轴联合循环布置。
每套机组由一台燃气轮机、一台余热锅炉、一台蒸汽轮机、一台燃气轮机发电机、一台蒸汽轮机发电机组成。
在将机组投入正式使用之前，需要对其进行控制系统分析，保障其能够正常稳定发挥总体性能。
压气机采用轴流式，共15级，压比为18.9，进口设有可调导叶(IGV)，同时第一级静叶（CV1）可调，主要用于调节透平排气温度和防止压气机喘振。
燃烧室采用环形结构，装有24个混合燃烧器，均匀分布在环形燃烧室圆周上，顺气流方向看为逆时针排列，燃烧室均采用逆流式布置。
1燃气机组主要控制系统1.1主要控制系统燃气机组的主要控制系统一般是依据负荷指令以及排气温度等控制项目的需求，来对燃料量进行有效的调节和调整。
在燃气轮机燃料控制基准（如下图1-1所示）中，含有启动过程控制、转速控制、负荷控制、温度控制、压比限制控制、负荷限制控制、冷却限制控制多个子系统。
各个子系统的输出经过低选环节，其中最小值做为控制系统的燃料控制基础和标准。
各子系统的启停控制、转速控制在燃气轮机并网之前过程中才会发挥作用。
比如启动过程控制燃气轮机点火到实行并网时的燃料量，在开环控制下，燃料量可以得到有效控制，同时按照启动系统的逻辑信号对燃料值进行相应的设定。
在启动过程中通过SFC控制发电机来拖动燃气轮机完成清吹，具备点火启动条件，此时的燃料量则为点火值。
在燃气轮机启动后，燃料值则会被控制在适当的暖机值，在完成暖机之后，燃料量会根据一定的速率开始不断加大，直到最大值时退出控制系统[1]。
西门子燃机资料2
zz 优优点点
-- 传传递递扭扭矩矩可可靠靠 -- 所所有有转转子子部部件件精精确确定定中中心心,,即即使使
这这些些部部件件径径向向膨膨胀胀量量不不同同时时也也 无无妨妨 -- 若若中中心心拉拉杆杆的的固固紧紧力力有有变变化化,,转转 子子的的轴轴对对称称性性不不受受影影响响 -- 在在现现场场转转子子可可拆拆装装,,而而且且不不需需再再 做做动动平平衡衡 -- 用用液液压压加加载载装装置置可可以以轻轻易易地地施施 加加和和调调整整中中心心拉拉杆杆压压紧紧力力 -- 允允许许快快速速启启动动 -- 临临界界转转速速高高
s
V94.3A 透平第4 级动叶片
空心
Siemens Gas Turbines and Combined Cycle Power Plants
s
先进的透平叶片铸造技术
Poly C多ri晶sta (PC)
Directiona定lly向S凝o固lidified (DS)
Siemens Gas Turbines and Combined Cycle Power Plants
OH = 运行小时数
弹性长度
VX4.3 > 1.322.000 OH VX4.3A > 211.000 OH
弹性长度
总共:
1200万运行小时
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燃烧室金属遮热瓦块
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燃油
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基于V94.3A型燃气轮机排气扩散器数值模拟研究
基于V94.3A型燃气轮机排气扩散器数值模拟研究邹东;刘杨;张喆【摘要】燃气轮机排气扩散器检修,经常发现其内护板脱落现象.应用ANSYS FLUENT流体软件,采用RNGκ-ε湍流模型对燃气轮机排气扩散器内流场进行三维数值模拟.通过对性能保证、ISO、夏季和冬季4种典型工况下速度场变化情况分析,发现燃气轮机排气在排气扩散器内存在卷吸现象.依据工程设备实际状况,提出有效的控制措施.【期刊名称】《电力科学与工程》【年(卷),期】2016(032)004【总页数】4页(P75-78)【关键词】排气扩散器;模型;速度场;卷吸;措施【作者】邹东;刘杨;张喆【作者单位】华能河南中原燃气发电有限公司,河南驻马店463000;华能河南中原燃气发电有限公司,河南驻马店463000;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】TK264随着我国对天然气资源的开发和利用，以及改善电网结构的调峰需求，燃气-蒸汽联合循环发电技术得到快速发展。
燃气-蒸汽联合循环电站指空气在压气机内经等熵压缩与燃料混合在燃烧室中燃烧，燃烧后的排气在透平中做功；燃气轮机排气进入余热锅炉，水经对流换热后变成符合参数的过热蒸汽进入汽轮机做功。
燃气轮机是联合循环电站的主要设备之一，其安全稳定运行对整个电站起决定性作用。
排气扩散器是燃气轮机排气至余热锅炉过渡段[1]，入口处有金属波纹膨胀节，出口处有非金属膨胀节。
其作用是把燃气轮机排放的温度较高的螺旋状烟气进行扩容降压并导流为具有一定规律的紊流气体进入余热锅炉入口烟道，避免热应力集中产生热变形，提高余热锅炉运行安全性[2]。
其内流场是大尺度运动，考虑平均流动中的旋转及旋流情况和主流时均应变率，根据以往大量算例显示，用RNGκ-ε湍流模型来模拟排气扩散器分离流。
1.1 排气扩散器概况排气扩散器位于燃气轮机尾部，圆筒形卧式容器，其检修时主要检查护板、导流板和保温损坏状况并修复。
v94.2_燃机课件
这些燃烧器称 为混合燃烧器。每 个燃烧器包括一个 扩散燃烧器，一个 预混燃烧器和一个 点火喷燃器。 在任何给定时 刻，只有一种类型 的燃烧器在工作， 不是扩散就是预混。
扩散燃烧
预混燃烧
天然气与空气通 过组合式燃烧器分别 进入燃烧区，一边混 合、一边进行燃烧。
天然气与空气预 先混合后再通过组合 式燃烧器送入燃烧区 域进行燃烧。
天然气压力监视
在燃气轮机燃烧室里燃烧的天然气数量是燃烧室压力、 NG CV和PG CV 的提升程度以及供气的压力和温度的函数。 燃气轮机无故障运行要求。 来自天然气紧急切断阀上游压力变送器的信号输入到信 号处理器以决定压力大小和压力梯度。为了保证燃气轮机在 所有运行模式（扩散，预混）下的可靠运行，需检查天然气 压力有无违反规定的最大和最小极限值。如果违反了这些极 限值就要启动与各个运行模式相关的行动。
2 燃烧方式注意事项
在直接天然气扩散模式中不需 要基于天然气压力进行的控制测量。
天然气扩散模式 (NG DM) 如果在天然气系统中由在NG ESV 上游测得的压力大小低于极限 值，就不准许从扩散模式到预混模式 的转换，因为稳定的燃烧不能由预混 燃烧器保证并可能损坏燃烧器。
如果NG SEV上游天然气压力跌落 到极限值以下，就发出“NG PRESSURE LOW IN PM”（天然气压 力低，在预混模式中）报警。
在燃气轮机长时间运行期间它会遭 受磨损（例如，在燃烧室高温气体外壳 中的间隙增大），其可能的后果就是到 达燃烧器的空气数量减少（由于间隙增 大而漏失）。这又反过来危及到稳定的 预混燃烧。
燃烧室两端之 间的压力降
燃烧室相对压力降通常可看成为燃 烧室冷却空气和助燃空气流动的指示。 它取决于燃烧室的几何形状，但实际上 与燃气轮机的输出无关。由于燃烧器或 燃烧室部件的磨损或损坏（几何形状 的改变，流道截面的改变等），燃烧室 相对压力降会起变化。所以长期对燃烧 室相对压力降进行监测可以有助于评估 燃烧室的状况。
压气机的喘振及防喘
压气机进口可转导叶的示意图
逐步开关式的进口导叶 逐步开关式即通常所说的全程调节，当转速升至某 动作转速时， 进口导叶开始从“关”（34o)的位置随着 转速的升高逐渐开大到“开”(84o)的位置，此后不再随 着转速的进一步升高而开大。当转速下降到一定转速后， 进口导叶开始关小，随着转速的降低逐渐关小至 “关”(34o)的位置，此后不再随着转速的进一步降低而 关小。 逐步开关式更有利于对压气机性能的改善。
当实际工作转速比设计转速低时
这时压气机的压比要下降。这时末几级中的空气压力和密度 降低了。而在前几级中，与设计工况相比较，其压力和密度反 而却均有所提高。因为在大气压力 恒定不变的前提下，随着 空气流量 的减小，这时，气流在压气机进口收敛器中的降压 加速效应减弱了。同时，由于进气流道中（空气过滤器、消声 器）的气流速度的降低，流动的压力损耗又略有所下降，因而， 在压气机的第一级入口处，气流的压力 和密度 ，反而比设计 工况下的数值要高。这样就使轴向分速比增加了。比值 的增加 意味着，当转速下降时，轴向分速 CZZ下降得比轴向分速 C1Z 慢些。在轴流式压气机中，由于各级的直径变化不大，可以近 似地认为各级圆周速度相等。由于cz 和u的变化不协调，结果 使各级中的流量系数 发生变化，流入各级的气流方向就发生变 化。 经验指出：与设计工况偏离最远的是前几级和末几级，而中 间各级相对于设计工况的变化较小。这时，在前几级中的流量 系数减小，而在最后几级中会增加。在中间级中，流量系数变 化很小。
压气机中防止喘振的措施 在大致了解了发生喘振现象的基本原因之后，就有条 件来讨论压气机中防止喘振的措施。 概括起来说，目前有以下的措施： 1. 设计压气机时，应该合理地选择各级之间的流量系 数的分配关系，力求扩大压气机的稳定工作范围。 2. 采用可转的进口导叶和静叶的防喘措施。 3. 在压气机通流部分的某一个或若干个截面上，安 装防喘放气阀的措施。 4. 用双转子压气机措施。
燃机压气机防喘设备故障探讨
燃机压气机防喘设备故障探讨发表时间：2019-03-12T10:59:14.030Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：李俊澄[导读] 摘要：燃机正常运行的关键在于是确保其防喘系统运行的正常，并确保其防喘系统不发生喘振。
（国华余姚电厂浙江省宁波市 315400）摘要：燃机正常运行的关键在于是确保其防喘系统运行的正常，并确保其防喘系统不发生喘振。
本文将首先对压气机的喘振原理进行简要的介绍，然后笔者将会就机组运行的实际情况结合常见的导动作滞缓情况，对防喘气阀打开延迟等一系列设备故障的原因进行详细的分析并提出具有实际可操作性的处理方案。
关键词：燃机压气机；防喘设备；故障分析；故障处理就燃机压气机的工作原理来讲，它是由轴压气机以从外界吸入大量空气的原理来进行增压并在这个过程中使空气温度得到上升，进而将空气加压输送至燃烧室，并使其与燃油喷嘴喷出的雾化燃油进行混合，在化学作用的推动下会进行燃烧反应形成高温高压的燃气，最终高温高压的燃气会通过涡轮机然后进行膨胀做功。
在燃机的运行过程中常常会出现旋转导叶动作延迟的情况或者是防喘气阀打开延迟的情况，这些故障对燃机本身的工作带来了极大的不良影响，甚至有可能导致跳闸，针对这种情况我们应该采取相应的防范措施和及时的处理措施。
1压气机的喘振我们都知道，一旦在压气机的运行过程中进入其中的空气流量减小到一定数值之后，它便不能再继续稳定工作了。
在这种情况下，压气机中的空气就会开始强烈地脉动随之而来的是压比也会大幅度地进行上下波动，同时还会有频率较低的噪声伴随其中，这就是我们所说的喘振现象。
为什么会出现喘振现象呢？在我们分析压气机的工作状态时就会了解到：当压气机的转速一定时随着流量的减少气流速度就会下降，这样就会导致冲角增大而产生正冲角，而当正冲角过大时就会引起压气机的气流分离现象也就是我们平时所说的失速现象，而在此时由于气流的转折角快速增大扭转速度也会随之增加，这就会导致叶栅中压力梯度大幅增加，这是沿气流方向的增加［1］。
航空发动机的喘振
随着航空工业的快速发展，喘振研究在20世纪中期进入发展阶段，研究重点转向解决实际工程问题，并开始广泛应 用在航空发动机设计、制造和维护中。
深入探索阶段
进入21世纪，喘振研究进入深入探索阶段，研究领域不断拓宽，研究方法不断创新，对喘振的机理和特 性有了更深入的理解，为解决实际工程问题提供了更有效的方案。
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05 航空发动机喘振的实际案 例分析
案例选择的标准和来源
01
案例应具有代表性
选择的案例应能代表航空发动机 喘振的典型情况，以便更好地说 明问题。
02
案例应具有实际应 用价值
所选案例应来源于实际运行的航 空发动机，以便更好地反映实际 情况。
03
案例应具有广泛性
为了全面了解航空发动机喘振的 情况，所选案例应涵盖不同类型 的航空发动机。
喘振的预防措施
定期维护和检查
按照制造商推荐的维护计划，定期对发动机进行维护和检查，确 保发动机处于良好的工作状态。
控制燃油流量
根据飞行条件和发动机状态，合理控制燃油流量，避免燃油过多或 过少导致喘振。
调整发动机进气口角度
根据飞行高度和速度，适时调整发动机进气口角度，优化进气气流， 防止喘振发生。
喘振的控制技术
从案例中获得的启示与建议
启示一
航空发动机喘振的原因多种 多样，需要针对具体情况进 行分析和解决。
启示二
进气道、压气机和进口温度 等因素都可能引发航空发动 机喘振，需要在设计和使用 过程中充分考虑这些因素。
建议一
加强航空发动机喘振的监测 和预警，以便及时发现和解 决问题。
建议二
在设计和制造过程中要充分 考虑各种可能引发喘振的因 素，并采取相应的预防措施。
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V94.3A燃机喘振保护的探究
赵占峰 高 帅 李小煜
郑州燃气发电有限公司,河南 郑州 450000
摘要：分析探讨西门子V94.3A燃机所用压气机的喘振保护原理；保护安全裕度的监视办法，
在保护安全裕度不合适时候采用的预防措施。
关键词： V94.3A燃机 喘振保护 压气机 安全裕度
Abstract: Analysis of Siemens V94.3A used in gas turbine compressor surge protection
principle; the protection of safety redundancy monitoring approach,preventive
measure when inappropriate degree of protection of the safe。
key word: Siemens V94.3A ；surge protection ；compressor ； redundancy monitoring
inappropriate degree
0 引言
喘振是透平式压缩机(也叫叶片式压缩机)在流量减少到一定程度时所发生的一
种非正常工况下的震动。轴流式压缩机是透平式压缩机的一种形式，喘振对于轴流式
压缩机有着很严重的危害，西门子V94.3A燃机是目前世界上单机容量最大,技术最先进的
燃气机组之一,作为电网安全运行的重要调峰机组,目前在国内已经引进安装了十几台机组,
压气机是该机组重要设备,关于喘振原理的相关理论研究很多,本文不再赘述,为了保护压气
机不发生喘振,该机组采用了3个差压开关监视压气机进气段压差变化来保护设备,当进气
段压差过小时,保护采用3取2动作,打开防喘放气阀,保护设备,本文主要分析探讨如何监视
喘振保护的安全裕度,通过对安全裕度的监视,当发现裕度不合适时候,探讨采用适当的措施
防止喘振的发生.
1 西门子V94.3A燃机防喘放气系统简介
燃气轮机的轴流式压气机用于在透平发电机额定转速下运行.在低于额定转速的某个转
速范围内,压气机前几级受到较高的空气动力负荷,以至于过度减速而在压气机翼型表面出
现脱流现象.结果,受到过负荷的压气机就不在能够生成必须的升压,会出现称作压气机喘振
的现象,并且输送速率也变的不稳定.气流的破坏引起周期性倒流,客观上表现为压气机出口
压力产生周期性波动,同时燃气发电机发生严重震动,以及与这些压力波动出现脉动噪声,轻
则引起压气机叶片受到交变弯曲应力破坏,严重的会出现使叶片断裂的设备损坏事故.
2 西门子V94.3A燃机喘振保护的控制方案
西门子V94.3A燃机压气机为15级轴流风机,与燃机同轴,同转速,机组启动方式为SFC
拖动变把机组转速带到一定转速后燃机点火升速,为了防止工况变化时,空气流量减小或机
组在启机和停机低转速下发生喘振现象,在压气机的五级设有2个防喘放气阀,9级设有1个
防喘放气阀，3个喘振保护压力开关定值为3KPa，下降动作，常闭接点，逻辑简图如下（附
图1）：
附图1:逻辑简图
有两种保护动作方式：一是当机组启动时，3个差压开关接点为断开状态，当燃机转
速达到大约38赫兹时接点闭合，此时差压值约为3.8~4.0KPa，若当燃机转速达到42
赫兹时候，如果有2个以上的差压开关接点没有闭和，燃机跳机，防喘放气阀打开；
另一种保护动作方式为：当机组正常运行时候，3个差压开关接点闭合，当差压值降
到3.0KPa时候，有2个以上差压开关接点断开，保护动作，机组跳机，防喘放气阀
打开。
3、对保护安全裕度的监视
V94.3A燃机喘振保护是通过对3个差压开关低值动作来实现的,因为喘振现象一
旦发生对设备危害性很大,为了尽量避免喘振现象的发生,我们在这里引入了喘振安
全裕度监视的概念,实现办法就是通过对喘振保护差压开关低值动作的回差值监视，
根据上面对保护逻辑原理的分析，知道要监视保护动作的安全裕度，如果能通过监视
3个差压开关的差压值是最好的，但是因为差压开关是开关量，在机组设计时，只有
第一个开关进入了事故记录仪，为了尽量避免在机组并网运行时候的喘振保护动作，
我们监视喘振保护裕度就选在机组启动过程中的保护方式：即当燃机转速达到38赫
兹时候3个差压开关接点闭合，把燃机转速和喘振差压开关做到一个曲线内，监视每
次机组启动时候，差压开关接点闭合时候的对应转速，分析曲线如下（附图2）,根据
郑州燃气电站2台机组的运行经验，当触点闭合转速在35~40赫兹之间就表明喘振保
护安全裕度合理，如果触点闭合转速在35赫兹以下，则说明安全裕度过大，可能造
成保护延迟动作或拒动的安全隐患，就应该检查差压开关测量回路，校验保护定值，
很可能是保护定值偏小，需重新对保护定值整定。如果触点闭合转速在40赫兹以上，
说明保护安全裕度过小，存在保护提前动作或误动的安全隐患，应对保护定值进行校
验整定，检查测量管路，并和机务专业一块分析压气机效率降低原因，对压气机首级
叶片进行清洗。
差压开关1<3.0KPa
差压开关2<3.0KPa
差压开关3<3.0KPa
2/3
逻
辑
燃机转速≧42赫兹
&
喘振保
护动作
附图2:差压开关接点闭合与转速曲线图.
4、结论
依据郑州燃气发电有限公司2台机组近3年的运行经验和几次喘振保护的动作情
况,得出如下判断喘振保护安全裕度是否合适的办法和安全裕度调整的措施:
⑴、判定安全裕度是否合适的方法：查看每次机组启动过程中喘振差压开关接点
闭合时候对应的燃机转速值。
⑵、喘振安全裕度合适的推荐经验值：机组启动过程中差压开关接点闭合时燃机
转速在35~40赫兹，安全裕度是合适的。
⑶、当安全裕度不合适时候推荐采用的预防措施：①、当机组启动过程中差压开
关接点闭合时燃机转速在35赫兹以下时，应复核差压开关定值看是否偏小，并检查
测量管路是否有漏气等现象。②机组启动过程中差压开关接点闭合时燃机转速在40
赫兹以上时，应复核差压开关看定值是否偏大，并检查测量管路是否有漏气堵塞现象，
确认是否要清洗压气机首级叶片。
[参考文献]
[1] 余勇。压缩机喘振主动控制理论摸化与喘振先兆实验研究[A]。西安交通大学19
98。
[2] V94.3A燃机的控制系统说明及操作手册.SIEMENS
[3] 翁史烈．燃气轮机[M]．北京：机械工业出版社，l987．
[4] 变进口参数压气机运行的防喘振保护措施--《燃气轮机技术》1989年03期
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作者简介：
赵占峰（1975～），男，河南平顶山市人，工程师，毕业于郑州电力高等专科学校热与
燃
机
转
速
H
Z
时 间
转速曲线
接点闭合转速
接点闭合曲线
10
20
30
40
50
动力工程，设备部热控专业工程师。
高帅（1978～），男，河南平顶山市人，工程师，毕业于郑州电力高等专科学校热力过
程自动化专业，设备部热控专业班长。
高帅（1976～），男，河南鹤壁市人，工程师，毕业于长沙电力学院热力过程自动化专
业，设备部热控专业班长。