关键词：燃气轮机燃料；阀振荡；影响分析
燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速起动，机动性好，在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用，能较好地保障电网的安全运行，所以应用广泛。在汽车(或拖车)电站和列车电站等移动电站中，燃气轮机因其轻小，应用也很广泛。此外，还有不少利用燃气轮机的便携电源，功率最小的在10千瓦以下。燃烧室和涡轮不仅工作温度高，而且还承受燃气轮机在起动和停机时，因温度剧烈变化引起的热冲击，工作条件恶劣，故它们是决定燃气轮机寿命的关键部件。为确保有足够的寿命，这两大部件中工作条件最差的零件如火焰筒和叶片等，须用镍基和钴基合金等高温材料制造，同时还须用空气冷却来降低工作温度。
1燃气轮机
燃气轮机（Gas Turbine）是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。燃气轮机结构最简单，而且最能体现出燃气轮机所特有的体积小、重量轻、启动快、少用或不用冷却水等一系列优点。
压气机从外界大气环境吸入空气，并经过轴流式压气机逐级压缩使之增压，同时空气温度也相应提高；压缩空气被压送到燃烧室与喷入的燃料混合燃烧生成高温高压的气体；然后再进入到透平中膨胀做功，推动透平带动压气机和外负荷转子一起高速旋转，实现了气体或液体燃料的化学能部分转化为机械功，并输出电功。从透平中排出的废气排至大气自然放热。这样，燃气轮机就把燃料的化学能转化为热能，又把部分热能转变成机械能。通常在燃气轮机中，压气机是由燃气透平膨胀做功来带动的，它是透平的负载。在简单循环中，透平发出的机械功有1/2到2/3左右用来带动压气机，其余的1/3左右的机械功用来驱动发电机。在燃气轮机起动的时候，首先需要外界动力，一般是起动机带动压气机，直到燃气透平发出的机械功大于压气机消耗的机械功时，外界起动机脱扣，燃气轮机才能自身独立工作。
2燃料阀振荡对各个运行阶段的影响
2.1点火阶段
以M701F3 型燃机为例，其点火过程采用开环控制方式。点火时，由 TCS 系统向 DEH 系统下发阀门开度指令，并通过 DEH 系统指挥伺服阀动作。点火时机组的任何状态参数都不用于修正伺服阀开度指令。此时阀门剧烈的振荡可能会造成点火失败。
2.2升速阶段
机组升速控制的算法为CSO = FUELSET － ( SPEED － SPＲEF) × K1
( SPEED ＞ SPＲEF) ( 1)
COS = FUELSET ( SPEED ＜ SPＲEF) ( 2)
式中: CSO 为燃料量控制信号，基本对应总的燃料量; FUELSET 为燃料上限值，防止升速过快导致的机组超温或热悬挂; SPEED 为实际转速值; SPＲEF为转速参考值，根据一定的预设速率逐渐提升; K1为比例系数。
式( 1) 和式( 2) 分别是在不同转速情况下燃料对转速的响应函数。
升速阶段采用比例算法，设定值不断变化。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆燃料量的振荡会造成热能波动，引起动力矩波动，影响转速。式( 1) 中转速反馈与燃料量形成的自循环会进一步放大振荡。但是，在升速过程中，热能不仅转化为机械能用来提升转速，还用来加热燃机部件，因此热能波动仅有部分能引起转速波动。此外，此时IGV 开度约为中间开度，压气机阻力较大，造成转速扰动所需要的动力矩波动较大。由于上述两点原因，在这个阶段阀门振荡所能引起的转速波动相对较小。
2.3定速同期阶段
燃机转速达到额定转速后进入定速同期阶段。其算法为：
CSO = ( SPＲEF － SPEED) × K2 + ＲATSET ( 3)
式中: SPＲEF 为转速参考值，定速阶段为固定值; K2为比例系数，比K1 略大; ＲATSET为额 定转 速( 3 000 r/min) 下的理论燃料量。
本算法模拟燃气轮机的静态特性，具体参数根据厂家试验数据确定。此时，燃机已经完成暖机，热能的波动绝大部分转化为动力矩波动。根据式( 3) ，转速反馈与燃料供应产生控制自循环。此时IGV 开度为最小开度位，压气机阻力最小。三个因素综合起来，这个阶段燃料阀的振荡造成的转速波动相对较大。
2.4带载阶段
带载阶段的算法公式与定速同期阶段完全相同，但是相关的参数意义不同，有区别的内容如下所述。
SPＲEF： 根据负荷指令及反馈变化，并网后超过额定转速，作为负荷指令;
SPEED: 实际转速，并网后完全与电网频率一致。
此时机组转速与电网频率一致，燃料量的变化不引起转速变化。但燃料量波动会影响燃机的负荷输出并引起 SPＲEF 波动，SPＲEF 与燃料量给定值之间产生自循环，放大波动。因为燃机本身有一定的热容量且 SPＲEF 生成过程中有一定的缓冲算法，波动现象会被弱化。对于联合循环机组，余热锅炉的热容量更能缓和负荷波动。综上，带载阶段燃料量的波动对机组造成的负荷波动也很小，尤其对于联合循环机组，可能会小于升速阶段。
总之，由于产生振荡的原因是多方面的，因此具体问题具体分析。调节阀震荡是因为调节阀的弹簧刚度不足，调节阀输出信号不稳定而急剧衬氟衬胶阀变动易引起调节阀振荡。还有说选阀的频率与系统频率相同或管道、基座剧烈振动，使调节阀随之振动。选型不当，调节阀工作在小开度存在着急剧的流阻、流速、压力的变化，当超过阀刚度，稳定性变差，严重时产生振荡。对振动轻微的振动，可增加刚度来消除。陶瓷阀如选用大刚度弹簧，改用活塞执行结构。管道、基座剧烈震动通过增加支撑消除振动干扰;选阀的频率与系统频率相同，则更换不同结构的阀;工作在小开度造成的振荡，则是选型不当流通能力C值选大，必须重新选型流通能力C值较小的或采用分程控制或子母阀以克服调节阀工作在小开度。
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论文作者:李迎宾1, 张建国2,,马然3
论文发表刊物:《科学与技术》2019年14期
论文发表时间:2019/12/5
标签：燃气轮机论文; 燃料论文; 转速论文; 阶段论文; 机组论文; 热能论文; 负荷论文; 《科学与技术》2019年14期论文;