M701F4燃气轮机旋转失速应对措施.doc
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1、M701F4燃气轮机旋转失速应对措施多级轴流压气机作为燃气轮机的三大部件之一,关系着燃气轮机的效率和安全、稳定运行。对多级轴流式压气机气动失稳前的流动特征进行研究,一直是燃气涡轮研究领域的关键课题。一旦出现旋转失速,叶片所承受的长时间振动应力将导致压气机转子叶片寿命降低。旋转失速的发展会导致压气机喘振。喘振时,压气机的出口压力、流量等参数会出现大幅度的波动,机组的转速和功率都不稳定,并伴有强烈的机械振动,对燃气轮机有极大的破坏性。因此有必要分析旋转失速产生的原因,采取积极的应对措施,从而尽量避免旋转失速的发生。 1 M701F4燃气轮机旋转失速现象 M701F4燃机在启动或停机过程中发生旋转失
2、速的现象轴振突变,并伴BPT(叶片通道温度)、燃烧室壳体压力、进气室静压、进气室差压和#1、#2 轴承密封空气压力等参数的异常变化,如图1所示。 2 M701F4燃气轮机旋转失速原因分析 2.1 旋转失速过程 对于M701F4燃气轮机压气机,其通流设计好后,从入口到出口的轴向速度基本确定,以防止流动分离和损失增加。在启动升速期间,由于低转速压缩空气的能力降低,后面级的体积流量和速度增加。然而,每个级都有体积流量的限制,当流量达到限制(堵塞),就会导致入口质量流量降低,如图2所示。进口流量降低会导致进气角变大,机组启动时,气流会在叶背分离产生失速,从而产生旋转失速,如图3所示。 2.2 旋转失速
3、具体原因 压气机发生旋转失速的原因大体上可以归纳为以下两点:压气机性能不足。压气机失速边界线往下偏移,与共同工作线相交而发生旋转失速或喘振。造成此类旋转失速或喘振发生的主要原因是压气机制造、加工、安装的质量不佳以及运行时候进气不均匀。系统匹配问题导致运行压比偏大。共同工作线往上偏移,与失速边界线相交而发生旋转失速或喘振。造成此类旋转失速或喘振发生的主要原因是与压气机共同工作的其他部件,例如SFC、进气过滤器、扩压器、透平等性能不足。 2.2.1 叶片质量的影响 叶片质量的影响主要指叶片的加工制造质量,运行过程中叶片表面脏污等的通流性能恶化。 2.2.2 叶顶间隙的影响 叶顶间隙的大小对燃气轮机
4、的性能影响有如下几点:间隙大会使空气从转子叶片叶尖处泄漏流动,使压气机流量和效率降低。顶部间隙增加1%,压气机流量减少约1%,效率减小约1.3%.在给定转速和流量的条件下,泄漏涡的存在(特定情况下才会发生)会对主流区造成堵塞,改变主流区的流动特征,严重时会导致压气机级间匹配性能变差,使压气机的压比降低,使得喘振线逼近工作线,喘振裕度降低,容易发生旋转失速。 因此,M701F4燃气轮机在机组本体复装时应严格控制通流间隙,尽量将装配值控制在设计值的下偏差。 2.2.3 SFC出力的影响 在M701F4燃气轮机在启动过程中,首先由SFC(静态变频装置)拖动转子旋转达点火转速700 rpm,然后SFC
5、和燃气燃烧产生的热能作功一同将机组转速提升至3 000 rpm,其中,SFC在机组转速2 000 rpm时开始退出。在启动过程中,SFC的容量不足(余量不够),将导致燃机在升速过程中需多喷入燃料,导致BPT温度上升,压气机压比增加,进气流量减小,压气机发生旋转失速,乃至喘振。 2.2.4 IGV和压气机抽气阀的影响 燃气轮发电机组在设计上主要针对机组在额定转速的范围内工作,在启动升速或停机过程中,由于机组转速远低于额定转速,这个过程虽然短暂,但因转速和流量偏离设计工况太大,因此在机组启动或停机过程中就更容易发生旋转失速乃至喘振现象。 为了确保燃机的良好起动,提高气动加速性能、压气机喘振裕度,并
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