【正文】 境壓力 pa 、機組背壓 p4 以及電網(wǎng)頻率ω e ，其中燃料量 Gf 為調(diào)節(jié)量， Ta 、 ta 、 p4 和ω e 為 擾動量， Ne 的變化與 IGV 角度α無直接關系。低值選擇器是溝通控制系統(tǒng)和燃料伺服系統(tǒng)的橋梁 ,因為來自于負荷及轉速控制回路的燃圖 20 燃 氣輪發(fā)電機組主控制系統(tǒng) 14 料指令與來自溫度控制回路的燃料指令只能有一個被燃料伺服系統(tǒng)接納。燃氣輪發(fā)電機組主控制系統(tǒng)通過對機組并網(wǎng)后的實發(fā)功率、轉速和排氣溫度的閉環(huán)調(diào)節(jié) ,使之達到給定要求。 第 1節(jié) 燃氣輪機的主控系統(tǒng) 主控系統(tǒng)是指燃氣輪機的連續(xù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對于并網(wǎng)后的機組 ,主要需監(jiān)控機組的實發(fā)功率、轉速和排氣溫度。這些邏輯信號包括轉速級信號、轉速設定點控制、負荷能力選擇、啟動設備控制和計時器信號等。 順序（程序）控制系統(tǒng)提供了在啟動、運行、停機和冷機期間輪機、發(fā)電機、啟動裝置和輔機的 順序控制。這幾個控制系統(tǒng)都輸入到“最小值選擇門”，該選擇門的輸出作為燃料控制系統(tǒng)的輸入。在上述各功能系統(tǒng)中主控制系統(tǒng)是主要的，它必須完成 4 項基本控制：①設定啟動和正常的燃料極限；②控制燃氣輪機轉子的加速；③控制燃氣輪機轉子的轉速；④限制燃氣輪機的透平進口溫度。這一系列過程必須自動發(fā)生和完成，同時要減小燃氣輪機熱通道部件和輔助部件中的熱應力。其中燃氣速比閥采用 PI 調(diào)節(jié)來控制閥后燃氣壓力 P2 ,3 個燃氣控制閥圖 1－ 6 圖 1－ 14 12 分別控制進入 18 個燃燒室的 D5 、 PM1 和 PM4 的流量。因此 ,燃燒控制系統(tǒng)是整個燃機控制系統(tǒng)中的關鍵和核心。其中 ,D5 為位于燃燒筒后端的擴散噴嘴 ,PM1 和 PM4 是位于前端的預混噴嘴。 針對兩種燃燒方式的不同特點 , GE 公司先后開發(fā)了幾代干式低 NOX (DLN) 燃燒室 :DLN 1 ,DLN 2 ,DLN 2 + ,DLN 2. 6 以及 DLN 2. 5H 等。預混燃燒是預先將燃氣和空氣混和成均相、稀釋的可燃混和體 ,使燃燒在較高的過量空氣系數(shù)下進行 , 降低燃燒溫度 , 從而抑制 NOx 的生成。 傳統(tǒng)的燃燒室采用的是擴散燃燒方式 ,即將燃氣直接噴入燃燒區(qū)域 ,和助燃空氣邊擴散摻混邊燃燒。當只燃用天天然氣時 ,其燃料量就等于 FSR 決定的總燃料量。 為防止燃氣輪機停機后，有一定數(shù)量的天然氣泄漏到燃燒室中去，在啟動過程中沒有排盡，而致使點火后引起爆炸，當機組停運時，上述兩道閥門后的天然氣管道應立即自動地旁通大氣（見圖 1－ 14），即使有泄漏現(xiàn) 象，也只允許把漏氣排向高空，從而嚴防排入燃燒室。液壓泄油閥中的彈簧將會使套筒升起，從而把油動機中的液壓油泄到機組的潤滑油箱中去。當機組在正常情況下運行時（那時跳閘控制油系統(tǒng)中液壓油的油壓正常），液壓泄油 閥所處的位置能夠允許控制伺服閥 90SR 把液壓油輸送給油動機，以此去控制氣體速度比例截止閥的開度大小。 氣體速度比例截止閥與氣體控制閥的動作，可以滿足整臺機組在啟動和正常運行時，氣體燃料流量的控制和調(diào)節(jié)特性的需要。當它們 在其中與標準的燃料輸入信號進行比較后，也能夠產(chǎn)生一個偏差信號。這個閥門的開度大小則可以通過一個線性可變動變壓器 96SR 來感受出一個反饋信號。當這個反饋信號在機組的控制系統(tǒng)中與標準的燃料輸入信號作比較后，就能夠產(chǎn)生一個偏差信號 ，這個信號在經(jīng)過伺服閥驅(qū) 動放大器的放大后，將傳送給 65GC，通過它去操縱油動機動作，最后使氣體控制閥的開度定位。當機組轉速和外界負荷確定不變時，就要求向燃燒室供給一定數(shù)量的氣體燃料，也就是說，在轉速電子調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，就有一個標準的燃料輸入信號。 氣體控制閥的開度（即通 流面積）是由氣體控制閥的控制伺服閥 65GC 通過一個油動機來操縱的。也就是說，當氣體速度 /比例截止閥與氣體控制閥串聯(lián)在一起工作時，可以適應機組轉速和外界負荷變化的需要，來共同調(diào)整供向燃燒室的天然氣流量。氣體流出噴管后，在管外自由膨脹，降壓至 bp ，情況與漸縮噴管相似，也稱為膨脹不足。 若降低背壓 bp ，使之小于原出口截面設計壓力 2p ，此時喉部截面處的氣流仍為臨界狀態(tài)，故噴管流量不變。 在設計工況下，漸縮漸放噴管的喉部截面處的氣流達到臨界狀態(tài)，氣流速度在收縮段是亞聲速的，到最小截面處等于當?shù)芈曀?，在擴張段達到超聲速 。降低背壓，最小截面處壓力及流速不變，所以雖然出口截面的壓力下降，出口截面面積增大，出口流速也增大，但流量保持不變，如圖中曲線 bc 所示。 將此時之壓力比，即臨界壓力比代人式 (1— 6)，即得 圖 1－ 9 ??????????????????????kkm ppvpkkAq 112020 11200cr,2 12 vpk kcc ff ???（ 1－ 6） （ 1－ 6） 9 如噴管為縮放噴管，在正常工作條件下 bp crp ，在噴管最小截面處壓力為 crp ，流速為當?shù)芈曀?crfc, 。若 bp 繼續(xù)下降， 2p 不隨之下降，而仍維持等于 crp ， mq 也保持不變，為 b 點的值。 ffcdcMaAdA )1( 2 ??氣流截面擴張。各種噴管的形狀如圖 1－ 8 所示。 氣體控制閥為一個漸縮漸擴形的拉法爾噴管： 流體在噴管內(nèi)流動，流速增加，壓力降低。 氣體速度比例截止閥和氣體控制閥串聯(lián)在一起，安裝在同一個殼體中，氣體控制閥的作用是，根據(jù)透平轉速和外界負 荷變化的要求，不斷地改變氣體控制閥的開度（即氣閥的通流面積），調(diào)整送入燃燒室的天然氣流量，氣體控制閥的閥芯是一個設計成為帶有裙邊的碟形體，閥座則設計成為漸縮漸擴型的拉伐爾管。過濾器下方裝有排污閥，要求定期開啟，以保持濾網(wǎng)清潔。圖 1－ 6中給出了氣體燃料的系統(tǒng)圖。 在寒冷地區(qū)，如我國新疆有的地區(qū)冬季最低氣溫達 39℃左右，在這種地區(qū)，燃氣供應系統(tǒng)配備燃料加熱裝置（如蒸汽加熱器等）來提高燃燒器入口的燃氣溫度。 如果燃氣供應壓力高于燃機燃燒器入口的燃氣要求壓力，則需要設置減壓裝置降低壓力。 氣體燃料調(diào)壓裝置 燃氣輪機燃燒器對入口燃料的壓力有一個要求范圍（約 左右），燃料供應系統(tǒng)應能滿足這一壓力要求。在燃燒室調(diào)試過程中，一般希望熄火極限在壓氣機性能曲線上的位置盡可級地低些，以確保燃燒室在機組可能出現(xiàn)的任何工況下，都不會發(fā)生 熄火，而且在負荷驟增或驟減的動態(tài)過程中，也不至于有熄火的任何危險。amax 與 amax 之間差值越大，燃燒的穩(wěn)定性越好。另一種熄火情況發(fā)生在 ? 大到一定程度以后，這時空氣供應過量，燃料過少，造成所謂“貧油熄火”。此時，燃料過濃，空氣不足，這稱為“富油熄火”。 在燃燒室的變工況性能中，必須充分注意的另一個指標是熄火極限問題，這個指標對于機組的安全運行有直接影響，這個指標也只能通過燃燒室的試驗測得。 燃燒室中的壓力損失與燃燒室中的流動情況和燃燒溫升的變化有關，它在變工況下的變化也需通過燃燒室實驗來得到。再 考慮到 B? 主要影響 Gf 和η GT，對燃氣輪機的其他參數(shù)影響很小，因而可假定 B? 不變來進行燃氣輪機的變工況計算，這是目前普遍采用的辦法。目前 B?的變化只能通過燃燒室的實驗來得到（見圖 1－7）。其中，反映空氣與燃料配合關系的過量空氣系數(shù) ? 的變 化對 B? 有較大的影響，? 在設計值附近時 B? 最高。 描述燃燒室性能的指標有多個，其中與燃氣輪機變工況性能密切有關的是燃燒室效率 B? 、壓力損失系數(shù) B? 和熄火極限，前兩者影響到燃氣輪機的性能參數(shù)，而熄火極限圖 1－ 5 圖 1－ 6 5 主要影響到燃氣輪機的運行范圍。那時，流經(jīng)燃燒室的空氣流量、溫度、壓力、速度以及燃料消耗量都會發(fā)生變化，相應地，燃燒室的工作性能，如燃燒效率 B? 、壓力損失系數(shù) B? 、壁面溫度、出口溫度場等，都會發(fā)生一定的變化。這時不僅進口需要導葉可調(diào)，且前幾級靜葉亦要求可調(diào)，它們除啟動時關小外，在帶負荷的情況下也需調(diào)節(jié)， 一直到較高的負荷如 60%～ 70%的額定功率時，這些葉片才轉至設計的安裝角。 近年來，為獲得高效率的簡單循環(huán)燃氣輪機，其壓比不斷地提高。 圖 1－ 5說明了壓氣機入口導葉恒定不動和圖 1－ 3 多級軸流式壓氣機的通用特性線 圖 1－ 4 進口導葉旋轉時，工作葉輪入 口氣流沖角的變化 4 可以旋轉時，氣流速度三角形的變化情況。前幾級出現(xiàn)過大的正沖角，如果減小導葉的安裝角，使動葉柵進口的絕對速度流入角得以減小，那么就可以消除偏離設計值的正沖角，從而擴大了壓氣機在低速區(qū)的穩(wěn)定工作范圍。 圖 14 所示為旋轉導葉及其安裝角改變前后的速度三角形。 壓氣機效率特性曲線的分布規(guī)律表明，在每一條等 *1/ Tc? 線上，都有一個最佳效率 *c? 運行點，而且各轉速下的最佳較率值是不同的，當流經(jīng)壓氣機的 *1*1 / pTGc 偏離了該運行點所對應的折合流量時，壓氣機的 *c? 會降低下來。喘振時，氣流沿壓氣機軸 線方向?qū)l(fā)生低頻率、高振幅的氣流振蕩現(xiàn)象，并伴有強烈的機械振動，甚至會引起壓氣機工作葉片的折斷。 3 喘振邊界線又稱為穩(wěn)定工作邊界線，壓氣機在喘振邊界線右側工作時，其工作是穩(wěn)定的；而在喘振邊界線左側工作時，壓氣機的工作就是不穩(wěn)定了。 圖 13 給出了用相似參數(shù)（如 *1*1 / pTGc 、 *1/ Tc? 等）表示的軸流式壓氣機通用特性曲線示意圖，以下來分析通用特性曲線的變化特點。 軸流式壓氣機通用特性曲線 壓氣機的工作特性還可以用 *c? 、 *1*1 / pTGc 、 *1/ Tc? 和 *c? 等四個參數(shù)間的關系來表示。在圖 12中，在效率特性圖上畫出 *c? ＝常數(shù)的曲線，求出它和各轉速下效率曲線的交點，在壓比特性圖上找出上述交點的對應點并作連線，于是就得到壓比特性圖上的等效率線。在相同條件下，壓氣機的設計壓升比越高，特性線就越陡。這種現(xiàn)象首先發(fā)生在多級壓氣機的末級，因為在這些級中，由于壓氣機各級的壓頭下降，容積流量的增長最大。這時，其余各級還在特性曲線的右支部分工作，即在空氣流量減少、壓氣機壓比增加的部分工作。 （ 2）多級軸流式壓氣機中的喘振可以在壓比特性曲線的右支 上發(fā)生，實驗時得不到這些曲線的左支。也就是說，在轉速不變的情況下，按空氣流量來說，多級軸流式壓氣機的工作范圍較?。s為 15%）。在不同的轉速下，發(fā)生“阻塞”的 Gv 是不同的。 （ 4）在一定的轉速下，當 Gv 增加到某一值時，壓比和效率均急劇下降。各轉速下喘振流量點之聯(lián)線稱為喘振邊界線。右支對應隨 Gv 減少時壓比增加的情況，左支則對應隨 Gv減少時壓比下降的情況。 從壓氣機的流量特性可以看出以下幾個特點： （ 1）隨著壓氣機流量 Gv 的減少，π c*起初升高，然后下降。圖中縱坐標表示壓氣機的壓比π c*（或π c）和效率η c*（或η c），橫坐標表示壓氣機的容積流量 Gv。用曲線表示這些參數(shù)之間的關系稱為特性曲線。 1 電廠 大型機組檢修與管理核心技術 培訓專用系列教材 MARK VI 系統(tǒng)及維護技術 電廠 2 目 錄 第 1 章 壓氣機特性、燃燒室的變工況特性及燃料供給 系統(tǒng) .................................................................. 1 第 1 節(jié) 壓氣機的特性曲線 ............................................................................................................................. 1 軸流式壓氣機特性曲線 ..................................................................................................................... 1 軸流式壓氣機通用特性曲線 ............................................................................................................ 2 壓氣機防喘振的措施 ......................................................................................................................... 3 第 2 節(jié) 燃燒室的變工況特性 .............................................................................................