電站燃?xì)廨啓C(jī)的變工況培訓(xùn)教材

電站燃?xì)廨啓C(jī)的變工況培訓(xùn)教材燃?xì)廨啓C(jī)的變工況及其實(shí)用意義由于外界負(fù)荷或是外界大氣條件的變化，甚至由于透平通流部分結(jié)垢的影響，燃?xì)廨啓C(jī)是經(jīng)常會(huì)處于偏離設(shè)計(jì)工況的條件下工作的。凡是由于各種原因而迫使機(jī)組在非設(shè)計(jì)條件下工作的一切運(yùn)行工況，統(tǒng)稱(chēng)為機(jī)組的變工況。當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)被用來(lái)攜帶輸氣管線(xiàn)上的天然氣壓縮機(jī)工作時(shí)，也會(huì)發(fā)生類(lèi)似的變工況現(xiàn)象。例如隨著天然氣管線(xiàn)輸氣量的改變(它相當(dāng)于外界負(fù)荷的變化)，機(jī)組的Gy、、ε*、t3、B、ηe，乃至機(jī)組的功率Pe和轉(zhuǎn)速n，都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，而且當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速降低到某一程度時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)還有可能出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，以致被迫停止工作。但是，對(duì)于同一臺(tái)機(jī)組來(lái)說(shuō)，當(dāng)它所攜帶的外界負(fù)荷特性不同時(shí)(例如在攜帶恒速運(yùn)行的交流發(fā)電機(jī)負(fù)荷，或是攜帶轉(zhuǎn)速可以變化的壓縮機(jī)負(fù)荷)，在變工況條件下，機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和特性的變化規(guī)律就各不相同。研究表明，這些變化規(guī)律主要于透平、壓氣機(jī)和燃燒室的性能，以及由機(jī)組攜帶的外界負(fù)荷所固有的特性有關(guān)。這正是本章所要討論的中心內(nèi)容。至于機(jī)組是如何實(shí)現(xiàn)具體變工況特性要求的問(wèn)題，則是燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的任務(wù)。那么為什么要研究機(jī)組的變工況呢？如前所述，在設(shè)計(jì)一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，我們總是需要根據(jù)機(jī)組的使用條件和技術(shù)要求，合理地選擇熱力循環(huán)方案及其在設(shè)計(jì)工況下的各項(xiàng)特性參數(shù)，然后按這些特性參數(shù)的要求，分別來(lái)設(shè)計(jì)透平，壓氣機(jī)和燃燒室的具體結(jié)構(gòu)，以保證整臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)能夠達(dá)到設(shè)計(jì)所規(guī)定的技術(shù)特性指標(biāo)。但是，任何一臺(tái)機(jī)組總是會(huì)在偏離設(shè)計(jì)工況的條件下工作的，因而，衡量一臺(tái)機(jī)組的工作性能的優(yōu)劣，不僅要看它在設(shè)計(jì)工況下的工作性能是好還是壞，而且還必須研究它在變工況條件下的工作性能究竟如何？這樣才能對(duì)機(jī)組的總體功能作出全面評(píng)價(jià)，并由此確定出機(jī)組的合理運(yùn)行方式。因而，在設(shè)計(jì)燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)，必須研究機(jī)組的變工況特性問(wèn)題。在研究燃?xì)廨啓C(jī)變工況性能的好壞時(shí)，下面介紹的幾項(xiàng)指標(biāo)可以作為分析比較的出發(fā)點(diǎn)。(1)在變工況條件下機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題：所謂變工況條件下機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性好，就是希望機(jī)組在任何工況下都具有比較高的熱效率。例如一臺(tái)額定功率為20000千瓦的單軸燃?xì)廨啓C(jī)，在標(biāo)準(zhǔn)工況下的熱效率為28%，這就是說(shuō)當(dāng)這臺(tái)機(jī)組在滿(mǎn)負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，每小時(shí)要燃燒柴油5.96噸。那么當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷降低到10000千瓦時(shí)，要燒多少柴油呢？如果在變工況條件下，這臺(tái)機(jī)組的熱效率能夠維持不變，顯然，只需燒2.98噸柴油就夠了。實(shí)際上，這些油量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，通常需要燃燒3.5~4.0噸柴油才行。因?yàn)楫?dāng)機(jī)組在低于設(shè)計(jì)工況的情況下運(yùn)行時(shí)，透平前的燃?xì)獬鯗豻*3要比額定設(shè)計(jì)值低，而且透平，壓氣機(jī)、燃燒室等部件都不能在自身效率較高的設(shè)計(jì)點(diǎn)上工作，因而在低負(fù)荷工況下，機(jī)組的熱效率必然會(huì)有所下降。一般來(lái)說(shuō)，燃?xì)廨啓C(jī)在低負(fù)荷工況下的熱效率總是要比設(shè)計(jì)工況下的熱效率低。只有在采取適當(dāng)措施后，才有可能使機(jī)組的熱效率ηe隨負(fù)荷功率Pe的下降而降低得盡量平緩一些而已。在本章中，我們將對(duì)各種燃?xì)廨啓C(jī)方案的變工況性能進(jìn)行分析和比較。那時(shí)將發(fā)現(xiàn)：為了使機(jī)組在變工況條件下，能夠具有比較平坦的熱效率隨功率而變化的關(guān)系曲線(xiàn)ηe=f(Pe)，往往需要使燃?xì)廨啓C(jī)在熱力循環(huán)方案上；在單軸、分軸、雙軸或三軸等軸式布置關(guān)系上，趨于復(fù)雜化。因此，對(duì)于機(jī)組在變工況條件下的經(jīng)濟(jì)性要求問(wèn)題，必須根據(jù)機(jī)組的使用特點(diǎn)進(jìn)行具體分析。(2)在變工況條件下機(jī)組的穩(wěn)定性問(wèn)題：我們知道，當(dāng)壓氣機(jī)的運(yùn)行條件遠(yuǎn)離設(shè)計(jì)工況時(shí)，由于氣流的流動(dòng)方向偏離葉片的幾何進(jìn)氣角，而有可能產(chǎn)生過(guò)大的正沖角，以致會(huì)使壓氣機(jī)進(jìn)入喘振工況。這時(shí)，壓氣機(jī)的壓力和流量都會(huì)發(fā)生較大幅度的波動(dòng)，甚至?xí)箼C(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)而遭破壞。因而，使壓氣機(jī)在喘振工況下運(yùn)行是絕對(duì)不能允許的。通常，燃?xì)廨啓C(jī)是能夠在設(shè)計(jì)工況下，或是在某些工況下不發(fā)生喘振而穩(wěn)定地工作的。但是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到某一程度后，或是在機(jī)組的啟動(dòng)過(guò)程中，由于壓氣機(jī)級(jí)內(nèi)氣流工作的不協(xié)調(diào)性，卻會(huì)使壓氣機(jī)進(jìn)入喘振工況，從而導(dǎo)致整臺(tái)機(jī)組失去穩(wěn)定工作的能力。因而，在研究燃?xì)廨啓C(jī)的變工況性能時(shí)，我們必須通過(guò)分析和試驗(yàn)，弄清楚機(jī)組穩(wěn)定工作的范圍，以便確定正確的運(yùn)行方式，并采取必要的措施，以求擴(kuò)大機(jī)組的穩(wěn)定工作范圍。當(dāng)然，一臺(tái)設(shè)計(jì)良好的機(jī)組應(yīng)該力爭(zhēng)在整個(gè)運(yùn)行范圍內(nèi)，都能避免進(jìn)入喘振工況而使啟動(dòng)失敗，此即所謂熱掛現(xiàn)象。那時(shí)，機(jī)組的轉(zhuǎn)速已不能隨噴油量的增加而繼續(xù)上升，最后將導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生超溫故障而被迫中斷啟動(dòng)。因而研究機(jī)組在變工況條件下的工作穩(wěn)定性問(wèn)題，對(duì)于探討機(jī)組的啟動(dòng)工況也是有很大作用的。(3)在變工況條件下機(jī)組的加載性問(wèn)題：對(duì)于負(fù)荷工況經(jīng)常發(fā)生迅速變動(dòng)的機(jī)組來(lái)說(shuō)(例如機(jī)車(chē)燃?xì)廨啓C(jī))，我們還必須通過(guò)變工況分析，來(lái)考慮和比較機(jī)組的加載性問(wèn)題。所謂加載性好，就是指機(jī)組發(fā)出的功率能夠及時(shí)地適應(yīng)外界負(fù)荷迅速變化的需要。這個(gè)特性對(duì)于運(yùn)輸式機(jī)組來(lái)說(shuō)，是十分重要的。例如一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)車(chē)，原先在沒(méi)有坡度的線(xiàn)路上運(yùn)行，后來(lái)遇到了長(zhǎng)大坡道，是否可以盡快地多加燃料，力圖使機(jī)組能夠迅速地發(fā)出最大功率，以適應(yīng)外界阻力矩突然增大的需要呢？實(shí)際上，這一點(diǎn)并不是所有燃?xì)廨啓C(jī)方案都能做到的。這是為什么呢？我們可以設(shè)想，在某些變轉(zhuǎn)速的燃?xì)廨啓C(jī)中，當(dāng)它在低負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)，壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速比較低，從壓氣機(jī)的特性曲線(xiàn)上可以看出，那時(shí)，被壓氣機(jī)吸入、壓縮和輸送到燃燒室中去的空氣流量就很少，當(dāng)急需加大功率，需要向燃燒室多噴燃料時(shí)，由于燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子的慣性影響，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速卻不可能迅速地立即增加上去，也就是說(shuō)，空氣流量不能立即增加上去，這樣就不能允許在燃燒室中噴入更多的燃料，否則就會(huì)使機(jī)組發(fā)生超溫事故，而把透平葉片燒壞，或是使壓氣機(jī)進(jìn)入喘振工況。所以，對(duì)于這種機(jī)組來(lái)說(shuō)，我們只能按照壓氣機(jī)轉(zhuǎn)速的增升程度，逐漸地增加噴油量。很明顯，這種機(jī)組對(duì)于外界負(fù)荷的適應(yīng)性就比較差，或者說(shuō)這種機(jī)組的加載性能比較壞。當(dāng)然，影響加載性能的因素是很復(fù)雜的。除了上述氣動(dòng)原因之外，還有熱應(yīng)力影響的問(wèn)題。對(duì)于重型結(jié)構(gòu)的燃器輪機(jī)來(lái)說(shuō)，加載性能主要取決于熱應(yīng)力這個(gè)因素。在這種機(jī)組中，即使在突然增加負(fù)荷時(shí)，還不至于發(fā)生超溫和喘振現(xiàn)象，但也不能猛增噴油量使燃?xì)鉁囟润E然增高，否則就會(huì)在機(jī)組的受熱部件中產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力，以致影響到整臺(tái)機(jī)組的工作壽命。因而，機(jī)組的加載性能也是研究燃?xì)廨啓C(jī)變工況特性的一項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)。(4)在大氣參數(shù)變化時(shí)，機(jī)組功率和熱效率的變化程度：在燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)的計(jì)算中我們已經(jīng)知道，機(jī)組的功率和熱效率都是在某個(gè)預(yù)先選定的大氣溫度和大氣壓力的條件下計(jì)算求得的。當(dāng)機(jī)組被遷移到高溫地區(qū)或是高海拔地區(qū)工作時(shí)，機(jī)組的功率就會(huì)發(fā)生相當(dāng)程度的變化。不同的燃?xì)廨啓C(jī)，對(duì)于感受外界大氣條件變化的敏感程度是不同的。顯然，這個(gè)特性也是反映燃?xì)廨啓C(jī)變工況特性好壞的一個(gè)技術(shù)指標(biāo)。綜合起來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)上述四個(gè)指標(biāo)的分析和比較，我們能夠?qū)σ慌_(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的性能作出比較全面的評(píng)價(jià)。燃?xì)廨啓C(jī)的聯(lián)合運(yùn)行線(xiàn)族燃?xì)廨啓C(jī)的聯(lián)合運(yùn)行線(xiàn)族在第3、第4和第5章中，我們已經(jīng)分別討論過(guò)壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙降淖児r特性以及這些部件變工性能的表示方法。而燃?xì)廨啓C(jī)的工作點(diǎn)以及它所表示的性能，則是壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙竭@三大部件協(xié)同工作時(shí)聯(lián)合運(yùn)行結(jié)果的具體反映。那么，這三大部件的聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)究竟怎樣表示呢？目前用于發(fā)電目的燃?xì)廨啓C(jī)大都是如圖2-3所示那樣的單軸簡(jiǎn)單循環(huán)方式的燃?xì)廨啓C(jī)，我們就擬以此為例。圖6-1是某臺(tái)12000hp的單軸簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的通用聯(lián)合運(yùn)行線(xiàn)族圖，平衡運(yùn)行點(diǎn)的參數(shù)應(yīng)該滿(mǎn)足以下三個(gè)條件，即：(1)在任何一個(gè)工況下，透平的轉(zhuǎn)速nt必須與壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速ny彼此相等，并維持恒定不變；(2)在任何一個(gè)工況下，壓氣機(jī)的壓縮比ε*與透平的膨脹比δ*之間，必須滿(mǎn)足δ*=ξyξrξyε的關(guān)系；(3)在任何一個(gè)工況下，由壓氣機(jī)和燃燒室供給燃?xì)馔钙降恼酆狭髁浚仨毰c透平所能允許通過(guò)的折合流量彼此相等，式中是透平的冷卻和泄漏的空氣量，Mf是噴入燃燒室的燃燒量。圖6-1某臺(tái)12000hp的當(dāng)軸簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的通用聯(lián)合運(yùn)行線(xiàn)族圖(1hp=745.7W)在圖6-2中給出了這臺(tái)12000hp燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)和燃?xì)馔钙降耐ㄓ锰匦郧€(xiàn)。a)壓氣機(jī)的通用特性曲線(xiàn)b)燃?xì)馔钙降耐ㄓ锰匦郧€(xiàn)圖6-2已知的壓氣機(jī)和燃?xì)馔钙降耐ㄓ锰匦郧捎跈C(jī)組用來(lái)拖動(dòng)恒速發(fā)電負(fù)荷，因而在變工況條件下，壓氣機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)必定只能沿著常數(shù)的那條等折合轉(zhuǎn)速線(xiàn)移動(dòng)。假如在某個(gè)負(fù)荷工況下，壓氣機(jī)是在圖6-2a中的運(yùn)行點(diǎn)1上工作，那么，在運(yùn)行點(diǎn)1上必定會(huì)有一個(gè)完全確定的燃?xì)獬鯗乇扰c之相對(duì)應(yīng)，當(dāng)然，在這個(gè)運(yùn)行點(diǎn)上壓氣機(jī)的工作參數(shù)：壓縮比ε*1、折合流量和效率η*y1，必定也是一個(gè)完全確定的數(shù)值。顯然，為了保證壓氣機(jī)能夠穩(wěn)定地在運(yùn)行點(diǎn)1工作，燃?xì)獾某鯗乇圈?必須從壓氣機(jī)和燃?xì)馔钙降奶匦郧€(xiàn)上，根據(jù)以上三個(gè)必須滿(mǎn)足的參數(shù)條件來(lái)加以確定，即：我們可以先假定一個(gè)初溫T*3，根據(jù)δ*1=ξyξrξyε*1和兩值，在圖6-2b上確定出相應(yīng)的值，由此可以求得。進(jìn)而在壓氣機(jī)特性曲線(xiàn)上求得。隨后根據(jù)和燃燒室的變工況曲線(xiàn)求得噴入燃燒室的燃燒量。只有當(dāng)時(shí)，那么，計(jì)算起始時(shí)所假定的T*3值(也就是τ1)才是正確的，通過(guò)反復(fù)試算，我們總是可以正確地確定出保證壓氣機(jī)能夠穩(wěn)定地在運(yùn)行點(diǎn)1上工作的T*3或τ1值。這樣，我們就求得了壓氣機(jī)穩(wěn)定在工作點(diǎn)1上運(yùn)行時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的平衡工況參數(shù)ε*1、η*y1、δ*1、η*t1、ηr、ξ、、，以及機(jī)組的功率Pgtl和凈效率ηNc。當(dāng)然，隨著機(jī)組負(fù)荷的改變，透平、壓氣機(jī)和燃燒室的聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)必然要發(fā)生相應(yīng)地變化。由于機(jī)組用來(lái)拖動(dòng)恒速發(fā)電負(fù)荷。因而隨著負(fù)荷的變化，機(jī)組的聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)在壓氣機(jī)的通用特性曲線(xiàn)上，將沿著=常數(shù)的等折合轉(zhuǎn)速線(xiàn)位移。那時(shí)，燃?xì)獾某鯗乇圈泳鸵l(fā)生變化，也就是說(shuō)，機(jī)組的所有運(yùn)行參數(shù)和特性參數(shù)都會(huì)相應(yīng)地發(fā)生變化。至于這些新的平衡運(yùn)行工況點(diǎn)的位置，及其運(yùn)行參數(shù)和特性參數(shù)的具體數(shù)據(jù)，則可以重復(fù)上述步驟求解之。不難理解，重復(fù)以上各步驟，我們就能進(jìn)一步求得：在不同的壓氣機(jī)等折合轉(zhuǎn)速線(xiàn)上，使透平、壓氣機(jī)和燃燒室達(dá)到一系列平衡運(yùn)行工況時(shí)所對(duì)應(yīng)的各個(gè)τ值。假如把每條等折合轉(zhuǎn)速線(xiàn)上τ值彼此相同的點(diǎn)聯(lián)成軌跡，那么，就可以在壓氣機(jī)的通用特性曲線(xiàn)上，作出如圖6-1那樣的一組τ=常數(shù)的等燃?xì)獬鯗厍€(xiàn)族。很明顯，這組τ=常數(shù)的等燃?xì)獬鯗厍€(xiàn)族的形狀和位置，與透平通流部分的尺寸有密切關(guān)系(透平通流部分尺寸的改變，正意味著透平通用特性曲線(xiàn)的變化)。當(dāng)透平的通流面積越小時(shí)，同一數(shù)值的等τ線(xiàn)就會(huì)更加趨近于壓氣機(jī)的喘振邊界線(xiàn)。由此可見(jiàn)，我們可以用圖6-1那樣的通用聯(lián)合運(yùn)行線(xiàn)族，來(lái)描寫(xiě)燃?xì)廨啓C(jī)的平衡運(yùn)行工況。在這張曲線(xiàn)族上只要，τ這兩個(gè)參數(shù)確定了，那么，該燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行工況參數(shù)和特性參數(shù)和都完全確定了。此外，我們還可以把圖6-1上各運(yùn)行工況點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的運(yùn)行工況參數(shù)和特性參數(shù)，改畫(huà)成圖6-3那樣的燃?xì)廨啓C(jī)的變工況特性線(xiàn)網(wǎng)。該圖的橫坐標(biāo)是機(jī)組的轉(zhuǎn)速n；縱坐標(biāo)是機(jī)組的有效輸出功率Pgt；實(shí)線(xiàn)t*3=常數(shù)的等溫線(xiàn)；虛線(xiàn)是B=常數(shù)的等燃料消耗量線(xiàn)。由此，利用這張圖我們就可以確定出機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)、功率和效率。同時(shí)可以獲得這樣一個(gè)基本概念，即單軸燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行工況及其特性參數(shù)(Pgt和ηNc)，應(yīng)該是機(jī)組的轉(zhuǎn)速n和燃?xì)獬鯗豑*3(或燃料消耗量B)這兩個(gè)獨(dú)立參變量的函數(shù)。當(dāng)這兩個(gè)參數(shù)確定后，機(jī)組的工況點(diǎn)及其一切特性和運(yùn)行參數(shù)也就完全確定了。下面，讓我們利用圖6-1和圖6-3所示的聯(lián)合運(yùn)行線(xiàn)族和特性線(xiàn)網(wǎng)，來(lái)討論一下單軸簡(jiǎn)單循環(huán)的燃?xì)廨啓C(jī)在拖動(dòng)恒速發(fā)電機(jī)負(fù)荷時(shí)的變工況特性。圖6-3當(dāng)大氣參數(shù)恒定時(shí)，單軸簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)的變工況特性線(xiàn)網(wǎng)例如：在圖6-1上我們?nèi)」r點(diǎn)“0”為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，它的τ=3.66，=292(或=1.0)。那時(shí)，能發(fā)出額定功率Pgt0=12000hp，噴入的燃料流量B0=3600=3.5t/h。此后，在大氣壓力和溫度均不變化的前提下，假如由于外界用電情況的變化，致使發(fā)電機(jī)的負(fù)荷減小了。那么，在噴到燃燒室中去的燃料流量B0尚未發(fā)生變化的時(shí)候，燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)逐漸增高。為了確保發(fā)電機(jī)的頻率恒定不變，機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)就要起作用，以求減少燃料的噴入量B0。其結(jié)果將會(huì)導(dǎo)致透平前的燃?xì)獬鯗豻*30降低，并使機(jī)組發(fā)出的凈功率恰好能與新要求的負(fù)荷功率相平衡；同時(shí)，使機(jī)組的轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定到ny=ny0=常數(shù)的水平上去工作。顯然，經(jīng)過(guò)這番變動(dòng)后，機(jī)組的運(yùn)行工況參數(shù)將會(huì)發(fā)生如下一些變化：(1)機(jī)組對(duì)外界發(fā)出的凈功率Pgt0減少了，但是由于調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用，機(jī)組的轉(zhuǎn)速將基本上維持不變；(2)既然機(jī)組轉(zhuǎn)速保持不變，鑒于軸流式壓氣機(jī)的特性曲線(xiàn)一般都很陡，因而當(dāng)外界負(fù)荷降低時(shí)，流經(jīng)機(jī)組的空氣流量變化得少，實(shí)際上稍有增大的趨勢(shì)；(3)既然空氣流量變化很少，而噴到燃燒室中去的燃料流量去減少了，那么，必然會(huì)導(dǎo)致透平前的燃?xì)獬鯗豻*30有相當(dāng)幅度的降低；(4)既然變化很少，而t*30卻降低了，也就是說(shuō)，需要流過(guò)透平流道的燃?xì)獾捏w積流量減小了。這對(duì)于氣流所施加的阻力減小了。由此可見(jiàn)，這將使壓氣機(jī)的壓縮比ε*0相應(yīng)地有所降低；(5)由于ε*0和t*30的降低，必然將使機(jī)組的效率ηNc0有所下降。注：圖中的、、均以設(shè)計(jì)工況下的B0、ηc0N、Pe0的相對(duì)值來(lái)表示圖6-4單軸恒速燃?xì)廨啓C(jī)變工況參數(shù)的變化關(guān)系根據(jù)上述變化關(guān)系，我們不難從圖6-1上看清：當(dāng)機(jī)組的負(fù)荷下降時(shí)，壓氣機(jī)、透平和燃燒室的聯(lián)合工作點(diǎn)將從“0”點(diǎn)開(kāi)始，沿著=常數(shù)的等折合轉(zhuǎn)速線(xiàn)，逐漸朝著空氣的流略有增大，而壓縮比ε*0略有下降的方向移動(dòng)，最后將穩(wěn)定到一個(gè)新的工況點(diǎn)“b”上去工作。那時(shí)，整臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)應(yīng)該在一個(gè)完全確定的新的工況參數(shù)——注：圖中的、、均以設(shè)計(jì)工況下的B0、ηc0N、Pe0的相對(duì)值來(lái)表示圖6-4單軸恒速燃?xì)廨啓C(jī)變工況參數(shù)的變化關(guān)系當(dāng)我們重復(fù)上述過(guò)程而把機(jī)組的功率降低到Pgtc=0時(shí)，不難推論，整臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的工況將會(huì)沿著=常數(shù)的等折合轉(zhuǎn)速線(xiàn)，位移到一個(gè)新的工況點(diǎn)c上去工作。對(duì)于拖動(dòng)恒速發(fā)電負(fù)荷的單軸燃?xì)廨啓C(jī)來(lái)說(shuō)，燃?xì)廨啓C(jī)變工況點(diǎn)的軌跡線(xiàn)(人們通稱(chēng)為“變工況運(yùn)行線(xiàn)”)就是燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)用聯(lián)合運(yùn)行線(xiàn)族中的從“0”到“c”的那段等折合轉(zhuǎn)速線(xiàn)。這種燃?xì)廨啓C(jī)的變工況參數(shù)的變化關(guān)系，大體上可以用圖6-4所示的曲線(xiàn)來(lái)表示。下面，讓我們進(jìn)一步分析一下這種機(jī)組變工況特性的某些優(yōu)缺點(diǎn)，即：(1)機(jī)組的工作穩(wěn)定性是很好的。顯然，只要使設(shè)計(jì)工況下的運(yùn)行點(diǎn)位置“0”選得恰當(dāng)，即：使“0”點(diǎn)離壓氣機(jī)的喘振邊界有一定的防喘安全裕度，那么，除了起動(dòng)工況外，機(jī)組在任何負(fù)荷工況下，是絕無(wú)發(fā)生喘振現(xiàn)象的危險(xiǎn)的。(2)由于在整個(gè)變負(fù)荷范圍內(nèi)空氣流量的變化幅度較小，因而當(dāng)燃料快速增大到B0設(shè)計(jì)值時(shí)，透平前的機(jī)組的加載性是比較可靠的。(3)隨著負(fù)荷的下降，機(jī)組的效率ηNc有較大幅度的惡化。這是由于在整個(gè)負(fù)荷變化范圍內(nèi)，空氣流量變化不大，致使透平前燃?xì)獬鯗囟萾*30降低很多，而且壓縮比ε*也有相當(dāng)幅度下降的緣故。(4)當(dāng)機(jī)組的輸出功率Pgt下降到零時(shí)(這個(gè)工況一般稱(chēng)為怠速工況或空載工況)，這種機(jī)組所需消耗的空載燃料量Bc必然是很高的，這是由于在怠速工況下空氣流量甚至要比設(shè)計(jì)工況時(shí)的還要大一些的緣故。最后應(yīng)該指出：圖6-1和圖6-3所示的曲線(xiàn)族還能用來(lái)分析單軸燃?xì)廨啓C(jī)在攜帶其他類(lèi)型負(fù)荷(如Pgt=cn3的不變節(jié)距的螺旋槳負(fù)荷)時(shí)的變工況特性，讀者可自行分析之。單軸恒速燃?xì)廨啓C(jī)變工況的實(shí)例分析為了加深對(duì)于機(jī)組變工況性能的了解，下面對(duì)機(jī)組運(yùn)行中可能出現(xiàn)的一個(gè)變工況實(shí)例進(jìn)行分析。圖6-5單軸恒速燃?xì)廨啓C(jī)的變工況運(yùn)行線(xiàn)圖6-5中給出了一臺(tái)在使用的6000千瓦單軸恒速燃?xì)廨啓C(jī)的變工況運(yùn)行線(xiàn)(當(dāng)T1*恒定不變時(shí)，它就是=常數(shù)的那條等折合轉(zhuǎn)速線(xiàn))，其中A點(diǎn)表示機(jī)組在滿(mǎn)負(fù)荷工況下的運(yùn)行點(diǎn)。當(dāng)這臺(tái)機(jī)組在燃燒重油時(shí)，由于未對(duì)重油中所含的大量鈉鹽進(jìn)行處理，因而在運(yùn)行一階段后，在透平葉片的表面上發(fā)生了結(jié)垢現(xiàn)象，致使透平的通流面積減小了。假如使這臺(tái)機(jī)組仍然在額定轉(zhuǎn)速ny0和額定燃?xì)獬鯗豻30*的情況下運(yùn)行，機(jī)組的工作情況將發(fā)生什么變化？圖6-5單軸恒速燃?xì)廨啓C(jī)的變工況運(yùn)行線(xiàn)我們知道，當(dāng)透平通流部分的面積由于葉片表面的結(jié)垢而減小時(shí)，必然會(huì)引起壓氣機(jī)排氣側(cè)流動(dòng)阻力增高，換句話(huà)說(shuō)，在t30*=常數(shù)的情況下，為了使透平的通流部分能夠流過(guò)同樣的容積流量，就需要提高壓氣機(jī)的出口壓力(也就是使壓比ε*增高)。由此可見(jiàn)，當(dāng)T1*恒定不變時(shí)，壓氣機(jī)和透平的平衡運(yùn)行點(diǎn)A，將沿著=常數(shù)的等折合轉(zhuǎn)速線(xiàn)，朝著壓比增高的方向發(fā)展，最后會(huì)移到B點(diǎn)上去工作。顯然，這將引起流經(jīng)機(jī)組的空氣流量My和機(jī)組的有效輸出功率Pe逐漸減小，而機(jī)組的工作穩(wěn)定性卻逐漸惡化。從圖6-5中還可以進(jìn)一步看出：當(dāng)同一臺(tái)壓氣機(jī)配以通流面積不同的透平工作時(shí)，t30*=常數(shù)的等溫線(xiàn)的位置必然也是不同的。透平的通流面積越小時(shí)，等溫線(xiàn)的位置就越高，機(jī)組就越容易進(jìn)入喘振區(qū)。由此可見(jiàn)，當(dāng)透平葉片上的結(jié)垢越來(lái)越多時(shí)，為了保證機(jī)組不至于進(jìn)入喘振工況，就應(yīng)該不斷地降低透平前的燃?xì)獬鯗?。這樣必然會(huì)引起機(jī)組的有效輸出功率Pe進(jìn)一步減小。大氣參數(shù)的變化對(duì)整臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)性能的影響大氣溫度ta的影響大氣溫度對(duì)于簡(jiǎn)單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的功率和有相當(dāng)大的影響，這是由于以下三方面原因造成的，即：①隨著大氣溫度的升高，空氣的密度變小，致使吸入壓氣機(jī)的空氣的質(zhì)量流量減少，機(jī)組的作功能力隨之變??；②壓氣機(jī)的耗功量是隨吸入的空氣的熱力學(xué)溫度成正比關(guān)系變化的，即大氣溫度升高時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的凈出力減??；③當(dāng)大氣溫度升高時(shí)，即使機(jī)組的轉(zhuǎn)速和燃?xì)馔钙角暗娜細(xì)獬鯗乇３趾愣?，壓氣機(jī)的壓縮比將有所下降，這將導(dǎo)致燃?xì)馔钙阶鞴α康臏p少，而燃?xì)馔钙降呐艢鉁囟葏s有所增高。這樣就會(huì)使得燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的效率和凈功率，如圖6-6和圖6-7所示的那樣關(guān)系發(fā)生變化。圖6-6燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的相對(duì)效率與大氣溫度ta的變化關(guān)系（冷卻水溫恒定為20℃)圖6-7燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的相對(duì)輸出功率與大氣溫度t+的變化關(guān)系（冷卻水溫恒定為20℃)由圖6-7可知：隨著大氣溫度ta的升高，燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的相對(duì)輸出功率都是會(huì)下降的，但是，聯(lián)合循環(huán)的相對(duì)輸出功率減小得要比燃?xì)廨啓C(jī)平緩。這是由于燃?xì)馔钙降呐艢鉁囟嚷杂性龈?，可以在余熱鍋爐中獲取更多的能量，到蒸汽輪機(jī)中去作出更大數(shù)量的機(jī)械功的緣故。當(dāng)然反之，當(dāng)大氣溫度下降時(shí)，聯(lián)合循環(huán)的相對(duì)輸出功率增大的程度則要比燃?xì)廨啓C(jī)少。這是由于當(dāng)機(jī)組的轉(zhuǎn)速和燃?xì)馔钙角暗娜細(xì)獬鯗乇３趾愣〞r(shí)，壓氣機(jī)的壓縮比略有增高，致使燃?xì)馔钙降呐艢鉁囟扔兴陆?，最后?dǎo)致蒸汽透平的作功量有所減少的緣故。由圖6-6中可以看出：隨著大氣溫度ta的升高，燃?xì)廨啓C(jī)的相對(duì)效率是下降的，但其聯(lián)合循環(huán)的相對(duì)效率卻反而略有增高的趨勢(shì)。這是由于當(dāng)大氣溫度升高時(shí)，隨著燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度的增高致使Cηst增大，足以補(bǔ)償燃?xì)廨啓C(jī)效率ηst的降低。從物理意義上講，這是由于當(dāng)大氣溫度升高時(shí)，壓氣機(jī)的出口溫度相應(yīng)地也會(huì)增高。為了保證燃?xì)馔钙角暗娜細(xì)獬鯗睾愣?，噴入燃燒室的燃料消耗量就可以減少，其減少的程度將比聯(lián)合循環(huán)總輸出功率減小程度更加多一些，致使總的熱效率反而略有增大的趨勢(shì)。當(dāng)然，隨著大氣溫度的下降，聯(lián)合循環(huán)的效率反而會(huì)有略微減小的趨勢(shì)。但是必須指出：圖6-6和圖6-7所示的變化關(guān)系，是以供給直流冷卻式凝汽器的冷卻水溫恒定(保持為20℃)，即凝汽器的背壓恒定不變?yōu)榍疤岬?。顯然，這并不符合實(shí)際情況。眾所周知，隨著大氣溫度的變化，河水的溫度也是會(huì)相應(yīng)變化的。一般來(lái)說(shuō)，河水溫度總是要比大氣溫度略低幾度(ta≤0℃時(shí)不適用)。這就是說(shuō)，隨著大氣溫度的變化，即使是直流冷卻式的凝汽器的背壓也要發(fā)生變化的。大氣溫度較高時(shí)，凝汽器的背壓就高，大氣溫度降低時(shí)，凝汽器的背壓則較低。這種情況對(duì)于采用直接空氣冷卻式的凝汽器以及濕式冷卻塔的凝汽器的機(jī)組來(lái)說(shuō)更是如此。圖6-8中給出了冷卻介質(zhì)(空氣或冷卻水)的溫度對(duì)于凝汽器壓力的變化關(guān)系，可以顯示其影響程度。因而大氣溫度ta對(duì)于聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的相對(duì)功率(Pe/Pe0)和相對(duì)效率(PccN/Pcc0N)的影響關(guān)系應(yīng)該用圖6-9來(lái)表示，在該圖中引入了對(duì)直流冷卻水溫tcw影響關(guān)系的修正?！?，—·—·功率圖6-8河水冷卻、濕式冷卻塔和空氣直接冷卻的凝氣器壓力的近似值（空氣的相對(duì)濕度為60%)圖6-9單壓聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的相對(duì)功率（Pe/Pe0)以及相對(duì)效率（ηNcc/ηNcc0)與大氣溫度ta和冷卻水溫tcw的關(guān)系曲線(xiàn)總之，在考慮了冷卻水溫隨大氣溫度的變化關(guān)系后，燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)的相對(duì)效率和相對(duì)功率隨大氣溫度的變化而相互偏離的程度，就會(huì)比圖6-6和圖6-7所示的減小一些。V94.2燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率與環(huán)境溫度的關(guān)系見(jiàn)圖6-10。按θamb查得的PGT對(duì)大氣壓力可按下式修正：圖6-10輸出功率與環(huán)境溫度的關(guān)系大氣壓力pa和海拔高度的影響圖6-11相對(duì)大氣壓力與海拔高度的關(guān)系大氣壓力pa的較大幅度的變化，主要是由于機(jī)組所在地海拔高度的變遷造成的。圖6-11中給出了相對(duì)大氣壓力與海拔高度的關(guān)系曲線(xiàn)。圖6-11相對(duì)大氣壓力與海拔高度的關(guān)系通常，燃?xì)廨啓C(jī)都是按大氣壓力pa=0.1013Mpa的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。如圖6-11所示，不同的海拔高度將導(dǎo)致不同的平均大氣壓力。研究表明：如果大氣的溫度保持恒定不變，那么，大氣壓力的變化不會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)效率的增或減，即：大氣壓力對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)效率的影響為零。但是，燃?xì)廨啓C(jī)的功率則與吸入的空氣壓力有密切關(guān)系，因?yàn)槿細(xì)廨啓C(jī)的功率與所吸入的空氣的質(zhì)量流量成