燃气轮机17

图7-19 输气管线用燃气轮机调节系统方块图
考试
试题类型：
填空+简答题 30~40分 分析图题 ~20分 计算题 30~40分 考试形式：

考试时间：5月5日周六晚

教室：
总结
一、绪论
燃气轮机工作原理、类型、优点及应用
二、热力循环
1、主要指标 定义、计算公式
2、简单循环（主要流程中，只有三大件）
7-2 转速调节装置

在外界负荷经常变化的情况下，保证机 组的转速为一定值； 必须有一套机构随着负荷的变化来增加 或减少喷入燃烧室的燃油量，从而保证 转速保持基本不变。 机械式，全液压式，电液调节式 直接转速调节和间接转速调节


分轴燃机的调节系统 主动力矩=阻力矩 MT=Mf（先不计摩擦力矩）
反馈杠杆 上移 压差作用
反馈套管
回油阀
打开 回油量 燃油量
降低
转速 负荷
7-3 温度控制系统
一、温度控制系统的作用
透平叶轮和叶片在高温、高速下工作，不仅承受高温，而且还承 受巨大的离心应力。 叶片、叶轮的材料的强度随着温度的上升显著降低，对一般现代 的燃气轮机来说，这些受热零部件的强度余量本来就不大，所以 在运行中必需使透平进气温度限制在一定范围内。否则，就会引 起透平叶片烧毁、断裂等的严重事故。 即使叶片，叶轮一时没有破坏，超温也会使透平受热部件的寿命 大大降低。此外，由于超温，会大大加速对叶片的腐蚀。 从各国燃气轮机运行的事故来看，有很多是由于超温引起的。

运行要求
图7-1 多站增压天然气输气管线 1-压气机 2-燃烧室 3-透平 4-天然气压缩机
是在不同供气量qv和不同进气压力p1时保持出站天然气压力p2基本 不变，即根据p2的变化去改变燃烧室的喷油量，从而改变机组的 转速与功率。

例如管线输气量增加，在两个站之间的压降亦相应增加，即进站 压力p1下降，此时若燃气轮机的转速仍保持不变，则出站压力p2 必然低于给定值。
7-4 输气管线用燃气轮机的调节特点 及调节原则方案
增压站采用燃气轮机作为动力，带动压缩机， 输送的天然气是极好的燃料； 燃气轮机-压缩机组造价低、投资小、重量轻、 调节范围大，易于遥控和自动化的特点。


一、压力调节

压力调节是输气管线（或输油泵）用燃气轮机调 节的主要特点。

——在不同供气量Qg和不同进气压力p1时，保持 出站天然气压力p2基本不变；
转速回路只在n>nmax时起作用。
离心调速器把回油口fa打开，使px降低，把燃料阀 关小，以抑制转速的上升。
有差 调节
如果p2由于用户用气量很大而继续下降，已无法 再增加燃料量而去进一步提高机组转速。此时，
机组在最高转速下运行，已不能保持p2在所给定 的范围之内。 （由滑阀1的滑阀套控制）
调速器只起限速作用。
——根据出站压力p2的变化去改变燃烧室的燃料 量，从而改变机组转速和功率。

二、压缩机、管道、燃气轮机 三者的联合运行与匹配
1、天然气压缩机与管道联合运行特性
离心式天然气压缩机特性线： 原则上与轴流式压气机一样，但等转速线比较平坦。 管道特性： 保证出站压力p2=常数绘制的。 二者相交点即为平衡工作点。
回热循环
间冷循环 再热循环
循环组成；p-v图、T-s图；循环性能的分析。 回热度的概念及影响； 间冷循环宜选取较高的压比，压比分配问题； 再热循环宜选取较高的压比，膨胀比分配问题。
4、热力循环的计算
掌握简单循环热力计算的目的、方法和顺序等；
不同轴系燃气轮机的计算步骤。
5、联合循环——余热利用
三、压气机
——对于大多数负载，要求在其工况变化时，运行速 度维持在某一允许值上。转速调节 ——对于输气管线用燃气轮机，带动天然气压缩机， 要求压力调节维持在某一数值。
——机车用燃气轮机则为恒功率调节。
一、转速调节

带动交流发电机 在发电机负荷经常变化的情况下保持机组的转速为一定值
燃气轮机的转速自动调节系统就是完成转速表和操作人员的工 作，只不过反映得更快，动作得更准确而已。
qv
qv
2、压缩机、管道、燃气轮机三者的联合运行
天然气压缩机耗功Pct≈燃气轮机输出功率Pe
k g 1
Pct qg
kg kg 1
ZRgT1 ( π
kg ct
1 1) ct
p2 天然气压缩机的压比 π ct p1
每一个平衡运行点有了功率和转速，可在 燃气轮机外特性线得出相应的运行点。
转速的变化范围下降 （nD~nE）
可调节至MT3=Mf3 新平衡点E， nE稍低于 nA。
直接转速调节系统
1-离心调速器 2-燃气轮机 3-发电机 4-燃油箱 5-燃油泵 6-燃油阀门
直接转速调节系统方块图
间接转速调节
1-调速器 2-油动机 3-燃油阀门 4-滑阀
转速调节过程
外界 负荷
下降 转速 上升 离心力 增大 飞锤 下移 切断高压油路 下移 油动机活塞 高压油路打开 油动机滑阀 张 开
A平衡工况点， 转速nA，MT1=Mf1； 负荷减小， Mf1→Mf2， MT1 较大且不变， 增速，至B新平衡 点，nB>>nA；
转速的变化范围很大 （nB ~ nC）
同理，负荷增大， 减速至C新 平衡点， nC<<nA。
转速调节装置 —离心式调速器
感应速度变化，变为离心力，调节供油量
负荷减小Pe时： Mf ， MT→ ，转速n，离心力 ； 滑阀下移，高压油路打开进入油动机下 方，其上方 压力较低，活塞上移，带动 回油阀 开大，回油量； 供油量，使n，Pe； MT2=Mf2新的平衡点D， nD稍高于nA 。 负荷增加Pe时：

超速保护、 超温保护、振动保护、熄火保护、调 节系统故障保护。此外还有润滑油压过低、润滑 油温度过高等保护。
四、调节系统的主要组成部分

（1）敏感元件。 敏感元件的任务就是把被调节的参数（如转速，也可以是压 力或温度）感受出来，并输出一个与之相应的信号。 （2）信号运算与放大。 往往从敏感元件输出的信号比较微弱。不足以直接带动燃油 阀门，需要经过一级或几级中间放大。 （3）执行机构。 任务就是迅速、准确、平稳地按照已放大后的信号去带动燃 油阀门或是某个能改变燃料量的机构。 （4）燃油系统（燃料供给系统） 它中间的某个环节是由调节系统控制的，从而达到增加或减 少进入燃烧室燃料量的目的。 （5）一系列保护系统。 （6）一系列逻辑电路。 用逻辑电路来保证过程或某些保护动作按事先编排好的程序 进行。
为了使p2保持为一定值，装在出站管线上感受p2的压力敏感元件 给出信号，通过放大、运算去增加燃烧室的喷油量，使机组转速 增加，从而保持p2基本不变。

三、恒功率调节（机车用燃气轮机）






单轴燃气轮机带动主发电机，发出的电引向各轮对的牵引电 机，使机车行进。 从部分负荷的经济性出发，希望燃气轮机机组在不同输出功 率时有不同的运行转速。 这条运行线必须由相应的调节系统来保证，究竟机组在运行 线上哪一点运行则由司机手柄的位置来决定。 此外，当司机手柄放在某一位置后，则不管外界条件如何， 机组总是保持一定的功率和转速。 但当外界变化会给牵引电机一系列扰动，这个扰动必然通过 牵引电机的电流、电压的改变反映到主电机上去，从而引起 发电机的工况变化。但要求维持恒功率，即燃气轮机转速不 变，喷油量也不变，这只能靠调节系统来完成。
天然气压 缩机效率
单轴燃气轮机
分轴燃气轮机
图6-31 燃气轮机、压缩机与管道的平衡运行图
输气管线用燃气轮机调节
总的要求：
（1）在各个不同工况和调节方式下，保证各 站的燃气轮机与天然气压缩机能稳定工作， 不超温、不超速、不喘振。 （2）在各个不同的供气量情况下，保证增压 输气用的燃料消耗量尽可能小、机组在效率 尽可能高的条件下运行。
温度控制是燃气轮机调节的主要特点之一。
7-3 温度控制系统 一、温度控制系统的作用



（1）在燃气温度超过允许值时，发出信号去减少喷油量，使其 不超过允许值。 （2）在机组起动时把温度限制值压下167～278℃，以减少机组 受热部件在起动过程中的热应力，这个压下值在暖机阶段结束后 以2.8℃/s（正常起动）或以8.3℃/s（快速起动）的速度取消。 （3）在必要时（尖峰运行和尖峰超载运行）可以提高温度的限 制值。但这个限制值的提高是逐渐引入的，使机组的受热部件有 较小的热应力。 （4）和超温保护系统一起，在各通道所测的温度值的差额超过 某一定值时发出警报。
（一）基本概念
轴流式压气机级、气体流动参数变化规律、 基元级、反力度、预旋等
（1）理想简单循环 循环组成； 循环比功、热效率的计算公式、影响因素及变化规律。 （2）实际简单循环
与理想简单循环的主要区别——存在能量损失： 压力损失、绝热压缩效率C 、绝热膨胀效率T； 实际循环比功、热效率的计算公式、影响因素及变化规律。 最佳压比的问题。
总结
3、复杂循环——改进循环本身，提高热效率
3 输气用燃气轮机的调节方案
单轴机组
滑阀3上端油压作 用面积为其下端 面积的一半。 平衡工况：
站出口压力
反馈油口
调速器
脉冲 油压
油动机4 上行， 燃料阀5 打开， ff增大。
节流油口
px=px0=0.5p0
滑阀3受力平衡， 油动机4不动作。
压力油 输气用燃气轮机调节原则方案（I） 1-滑阀 2-滑阀 3-滑阀 4-油动机 5-燃料阀
图7-15 输气管线用燃气轮机调节系统方块图
f p2 f f
f1 0
1 px px 0 p0 2
燃料量qf、转速n都有了变化。