04_02_电站燃气轮机的运行特性

已知： T1* Ta =273+15=288K，
p1* pa =0.1013MPa， n =6000r/min， =4，qm =17kg/s， C =0.82， B =0.97， c c t 0
求： （1） T3* =？ （2） Pgt =？， gt =？
解： （1） T = =4
[补充习题 3] 设某单轴燃气轮机所配置的 压气机和燃气透平的工作特性分别如图， 并 已 知 在 环 境 温 度 为 15 ℃ ， 压 力 为 0.1013MPa ， 转 速 为 8000r/min ， 流 量 为 21.8kg/s 时，其压气机的压比为 5.5，效 率为 0.82。假设其进气道、燃烧室、排气 道的压力损失均可以忽略不计， （1）试问 在此条件下，燃气透平的进口温度应为多 少？（2）假设在此条件下，燃烧室的效率 为 96%， 试通过计算确定燃气轮机的功率和 效率（计算 时，取 k a 1.4 ， k g 1.33 ， 。 c pa =1.005kJ/kg， c pg =1.156kJ/kg）
（6）排气温度：升高 （7）喘振裕度：变小
TC
TC
1 a b s
T
（5）效率：降低
3
TT
[例题4-2]
已知：设计工况（ A 点）的参数为： 点）的参数为： 已知：设计工况（A * K T1* 293 2 9. .3 2 K T 2
1 * * 1 1 * * 3 3
MPa p 0 0. .1013 1013 MPa p K T 1073 1073 K T n 5000 5000 rpm rpm n 6 6. .1 1 kg/s qm 65 65. .1 1 kg/s q m * * * 现假定 T 由 293.2K 升高到 ， T1* T 11 =313.2K 现假定 由 293.2K 升高到 T 1 11 =313.2K， * * * 、 T * 、 n 均保持不变， 而 p 1 、 T3 、 n 均保持不变， 而 p1 3 求： 求： 1 ? ? 1 q m1 ? ? q
n T
* 3
=200.0 （ r / m im K

1 2
）
查图：
q m T3*
* p3
=125.8
1 1 kg s K 2 Pa 1 105
而由 T3* =900K 计算得：
q m T3*
* p3
=125.9
1 1 kg s K 2 Pa 1 105
一、燃气轮机的联合运行线
燃气轮机运行时，其压气机、燃烧室、燃气透平之 间必须满足以下三个条件： （1）压气机和透平的转速一致； （2）压气机的压比和透平的膨胀比之间存在着关系式：
T 1 c 1 b 1 t 1
qmgs （ 1 f cl )qm
假设温度基本正确，其误差在可接受 的范围内。
（2）以 T =4，
T2*S T1*
n T
k a 1 ka
* 3
=200 查图得 T 0.85
=428.0 K
TCs = T2*s T1* =428.0－288=140.0 K
TC TCs
C

140.0 =170.7 K 0.82
=212.1
1 1 kg s K 2 Pa 1 105
而由 T3* =800K 计算得：
q m T3*
* p3
=118.7
1 kg s 1 K 2 Pa 1 105
假设温度过低
再设 T3* =900K，则
（3）压气机的流量、燃烧室的流量和透平的流量之间存 在着关系式：
这就决定了压气机、燃烧室、燃气透平的工作状况 必须一一对应，整台燃气轮机的工作状况与燃气透平或 压气机的工作状况也一一对应。
举例来说：
[例题 4-1] 设某单轴燃气轮机所配置的 压气机和燃气透平的工作特性分别如 图，并已知在环境温度为 15℃，压力为 0.1013MPa，转速为 6000r/min，流量为 17kg/s 时，其压气机的压比为 4，效率 为 0.82。假设其进气道、燃烧室、排气 道的压力损失均可以忽略不计， （1）试 问在此条件下，燃气透平的进口温度应 为多少？（2）假设在此条件下，燃烧室 的效率为 97%，试通过计算确定燃气轮 机的功率和效率 （计算时，取 k a 1.4 ， k g 1.33， 。 c pa =1.005kJ/kg， c pg =1.156kJ/kg）
T * T3
3
TC
TC
1 a b s
T
T
* 4s
T3*
k g 1

900 4
1.331 1.33
=638.1 K
T * T3
3
TT
2 2s 4 4s
TC
T
kg
TTs = T3* T4*s =900－638.1=261.9 K TT T TTS =0.85×261.9=222.6 K
（3）流量：减小； （4）功率：降低。
*（5）效率：不变?
T * T3 3
*（6）排气温度：不变?
2s
TT
2 4 4s
TC
TC
1 a b s
T
4、压气机叶片积垢 等折合转速线向左下 方移动，喘振边界向下 移动，当初温不变时： （1）温比：不变； （2）压比：降低；
（3）流量：减小； （4）功率：降低。
—— 由此可见，环境温度升高了 20 度，该台燃机的压比下降了 6%左右，流量减少了8%左右。功率下降了多少呢？
T
根据“一一对应”的特点，人们可在压气机特性 线图上表示出透平的特性线，也可在透平特性线图上 表示出压气机的特性线所得的结果即燃气轮机的联合 运行线族图。 通常，人们习惯在压气 机的特性线图上表示燃气 轮机的工作特性线。 该图上的每一个点，就 是燃气轮机的一个稳定工况 点，而在每一个稳定工况点 上，燃气轮机的各种工作参 数都有其确定的值。
第四章 电站燃气轮机的 结构特点与运行特性
第一节 第二节 第三节 第四节 电站燃气轮机的整机结构特点 电站燃气轮机的运行特性 电站燃气轮机的调节方式 燃气轮机高温部件的材料
电站燃气轮机发电机组的工作示意图
Siemens V94.3A燃气轮机结构示意图
第二节 电站燃气轮机的运行特性
一、燃气轮机的联合运行线 二、电站燃气轮机的变工况运行特性
* * = p1 =4×1.013× 105 p3
=4.05× 105 Pa 设 T3* =1000K，则
n T
* 3
=189.7 （ r / min K

1 2
）
查图得：
q m T3* p
* 3
=126.3
1 kg s 1 K 来自 Pa 1 105
而由 T3* =1000K 计算得：
q m T3*
* p3
=132.7
1 kg s 1 K 2 Pa 1 105
因此假设的温度过高。
再设 T3* =800K，则
n T
* 3
=212.1 （ r / m im K

1 2
）
查图：
q m T3*
* p3
在调整燃料，从而维 持初温不变时：
（1）温比：降低； （2）压比：降低；
（3）流量：减小； （4）功率：降低。
*（5）效率：降低；
T * T3 3
*（6）排气温度：一般 略有升高。
TT
2 2s 4 4s
TC
TC
1 a b s
T
3、大气压力降低时的运行特性分析
在调整燃料，从而维 持初温不变时：
（1）温比：不变； （2）压比：不变；
m1
解： * 解： T31 1 ** =1073/313.2=3.43 T T 31 =1073/313.2=3.43 1 11 * n T11 =282.5 * n T11 =282.5 * T11 查图得： 1 5.7 查图得： 1 5.7 * q m1 T11 * =1050 q m1 * T11 p1* =1060 p1 由此得： q m1 =60.1 kg/s 由此得： q m1 =60.6 kg/s
TC
1 a b s
T4* T3* － TT =900－222.6=677.4 K wT c pg TT =1.156×222.6=257.3 kJ/kg
wn wT wc =257.3-171.5=85.8 kJ/kg
Pgt = q m wn =17×85.8=1458kW w w 0.97 85.8 gt n b n 0.144 14.4% fH u qB 579.4
二、电站燃气轮机的变工况 运行特性
1、降负荷运行特性分析 在旋转导叶不动时： （1）温比：必须降低； （2）流量：略有增大； （3）压比：降低； （4）喘振裕度：增大。
*（5）效率：降低；
*（6）排气温度：一般 降低。
T * T3 3
TT
2 2s 4 4s
TC
TC
1 a b s
T
2、大气温度升高时的运行特性分析
（5）效率：降低 （6）排气温度：升高 （7）喘振裕度：变小
T * T3 3
TT
2 2s 4 4s
TC
TC
1 a b s
T
5、透平叶片积垢 同样的初温、折合转 速线下，流过透平的燃 气轮机流量减小： （1）温比：不变； （2）压比：升高；
（3）流量：减小； （4）功率：降低。
2 2s 4 4s T * T3