燃气轮机测试-第10章 燃气轮机试验规范与整机试验技术

10CHAPTER10第10章

燃气轮机试验规范与整机试验技术试验标准、质量控制与整机性能/排放/噪声/振动试验体系10.1试验概述10.2试验种类10.3标准规范10.4整机试验技术第10章

燃气轮机试验规范与整机试验技术10.1燃气轮机试验概述·意义与流程试验：质量与性能的关键环节试验测试是保证燃气轮机质量和性能的关键环节：通过试验可以验证设计参数、检测制造工艺、评估运行状态、监测和预警潜在问题。试验数据则是维持燃气轮机高效、可靠、清洁运行的重要依据。试验测试的意义（五个方面）1设计优化发现潜在的设计缺陷或改进空间，提高性能、增强可靠性、降低成本。2技术革新验证新材料、新技术或新设计的可行性与性能表现，为商业化提供数据支持。3性能验证验证功率输出、热效率、排气能量等参数是否符合预期，评估实际运行能力。4安全评估评估高/低负荷、起动停机、连续/间歇运行等工况的稳定性和可靠性。5环境影响评估排放物的数量和种类、噪声和振动的危害，确保满足环保法规与标准。试验的一般流程（六个阶段）①规划阶段②试验准备③试验执行④数据分析⑤结果评估⑥报告撰写规划定目标→准备并校准仪器→执行并记录→数据分析→结果评估→报告撰写。结论：试验贯穿燃气轮机设计、制造、运行全过程；具体流程会随试验目的、样品和条件不同而有差异。机械工业出版社·教材配套课件燃气轮机试验与测试技术第10章

燃气轮机试验规范与整机试验技术10.2燃气轮机试验种类·阶段与程序图10-1强制的和任选的运行试验的理想顺序（原书插图）试验种类：本体+辅助系统除本体（压气机、燃烧室、透平）外，还包括辅助系统及设备试验：润滑油、控制、燃料、起动、盘车、冷却与密封空气、加热通风、水洗、进排气、联轴器、管道、罩壳、危险气体监测、电气设备、注水/蒸汽系统等。不同阶段的试验（五个阶段）1设计阶段概念/初步/详细设计，完成压气机、燃烧室、透平与测控系统阶段性试验验证。2制造阶段出厂试验：动平衡与超速试验、热油冲洗与污染度试验、燃料管路强度与严密性试验。3安装调试安全阀调整、调节保护与联锁整定、进排气清洁度与罩壳严密性试验。4验收阶段交付前最重要试验，质量控制符合GB/T14100、GB/T28686。5运行阶段定期试验与实时监控：轴振、轴向位移、胀差、透平排气与轮间温度、燃烧监测。试验程序：确定试验范围、参数定义、指导原则、试验准备、操作条件、测量方法、计算结果与试验报告；试验前后均应进行测量不确定度分析。机械工业出版社·教材配套课件燃气轮机试验与测试技术第10章

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10.2.3验收试验·至少包含的内容与项目交付前的最终测试验收试验是证明燃气轮机组可靠运行并符合其合同性能和环境要求的最终测试。买方和供应商应在合同谈判中确定验收试验的责任和范围。所用测试仪器仪表应校验合格并处于有效期内；试验前应制定试验规程、明确试验边界与参数修正方法。验收试验至少应包括的四项内容性能试验：功率、热耗率、效率环境试验：噪声、振动、排放起动和停机试验电网试验：确保并网成功验收试验的主要项目（共11类）1性能试验2排放试验3噪声试验4振动试验5可靠性试验6起动特性试验7甩负荷试验8保护装置试验9超速保护系统试验10水压试验11燃料系统压力试验依据：简单循环及单独供货的燃气轮机性能试验按GB/T14100—2016；联合循环（CCGT）或热电联产（CHP）中的燃气轮机参照GB/T43318—2023、ISO18888或ASMEPTC46。机械工业出版社·教材配套课件燃气轮机试验与测试技术第10章

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10.3燃气轮机试验标准规范国际标准体系1国际标准化组织（ISO）ISO2314《燃气轮机验收试验》、ISO11042《燃气轮机排放测量》等。2美国机械工程师协会（ASME）ASMEPTC22《燃气轮机性能试验》、ASMEPTC19.1《测量不确定度性能试验》等。3其他国家德国的DIN标准、英国的BS标准、法国的NF标准、日本的JIS标准等。国内标准体系国家标准（GB）已形成较完整体系，涉及采购、质量控制、验收、性能、排放、噪声、振动、运行监测和燃料规范等；全国燃气轮机标准化技术委员会归口，中国机械工业联合会为主要提报单位。行业标准电力行业（DL）与机械行业（JB），涉及烟气排放测量与评估、油系统清洁度测量与评估等。地方标准北京（DB11）与江苏（DB32）分别制定《固定式燃气轮机大气污染物排放标准》。团体标准中国质量检验协会（CAQI）《燃气轮机进气过滤器试验装置》。标准化进程与未来发展1.标准体系的统一和完善消除碎片化与不一致，加强国际协作，促进各国标准对齐。2.标准内容的更新和拓展面向新能源/微型燃气轮机、环保与可持续发展、智能化与物联网融合。3.标准与技术创新的结合加强标准机构与科研机构、企业合作，建立技术创新评估机制。4.标准执行和监督的强化健全执行与监督机制，加强监管审核、人员培训与违规处罚。机械工业出版社·教材配套课件燃气轮机试验与测试技术第10章

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10.4.1燃气轮机热力性能试验图10-2用于发电的开式循环燃气轮机的典型试验边界（原书插图）图10-2中的测点及测量参数（表10-1摘）a—空气过滤器b—压气机c—燃烧室d—透平e—发电机f—用于发电的试验边界主要测点：大气（温度/压力/湿度）；压气机进、出口（温度/压力）；燃料+注入流体（流量/温度/压力/燃料性质）；透平排气（温度/压力）；烟囱排气（温度）；电功率（有功功率/功率因数/频率/电压/电流）；轴功率（扭矩/转速）；损耗（热/机械/电气）。试验目的与准备目的确定或验证电功率、机械功率、热效率、透平排气能量等性能参数，也可验证改造、升级或大修前后的性能差别（主要参考GB/T14100—2016）。准备制定试验目标、明确试验边界与测点布置、确认仪器与测量方法、明确参考条件和试验程序，以及准确度、校准、记录与布置要求。关键精度要求（表10-2/表10-3摘）大气压±0.05%进口温度±0.2K电功率±0.2%机械功率(扭矩)±1.0%透平排气温度±3K进/排气压损±50Pa电功率稳态±1%转速稳态±1%透平排气温度稳态±2K结果计算式（原书公式编号）Pₑ₉=(Uₛ·Kᵤ·Iₛ·Kᵢ·cosφ)·i（10-1）Qₐ₁+Qf₄+Qw₄=Qg₈+Pₑ₉+Qₗₐ（10-4）式中Uₛ/Iₛ为互感器二次电压/电流，Kᵤ/Kᵢ为电压/电流互感器变比，cosφ为功率因数。热效率η（10-2）与热耗率HR（10-3）由上述量算出，结果均需修正到参考条件。机械工业出版社·教材配套课件燃气轮机试验与测试技术

第10章

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10.4.2燃气轮机排放试验图10-3气体组分测量系统示意图（原书插图）图10-4

NOx和NH3浓度测量的转换系统示意图（原书插图）测量系统配置与测量要求配置应考虑采样探头、输送与处理系统、分析仪器与数据采集三部分：建议使用取平均值的多孔探头，其孔在排气道横截面内分布应有相等采样面积；气体组分与烟气、固体颗粒应采用分开的输送管线；应加热整个采样管线及其上设备，温度至少比烟气凝结点高10℃；样品输送时间最好小于30s；分析仪器试验前后均须校准，接触样品的材料应为不锈钢或加碳聚四氟乙烯；仅在分析器给出稳定数据时才可多次测量（至少3次），每次采样时间至少1min。表10-4组分测量用的分析仪器类型变量主要采用的分析仪器类型NOx化学发光法(CL)、NDIR、NDUVCO、CO₂非色散红外法(NDIR)SO₂NDIR、NDUV、脉冲紫外荧光法(PUVF)UHCs火焰离子化检测器(FID)VOCs气相色谱(GC)NH₃化学发光法(氨氧化后)、分光光度(靛酚)法烟气按ISO5063巴克拉奇数法、不透光法固体颗粒重量法、光学法O₂顺磁电池法(PMC)、电化学电池法、氧化锆电池法关键要点：NOx常用化学发光技术，一条气路直接测NO，另一条经钼转化法或光解转化法将NO₂转为NO后测总NO，两次相减得NO₂浓度。O₂采用顺磁原理（图10-5），标准气与样品气氧含量差引起微流量信号；烟浓度等级按ISO5063的巴克拉奇数表征，标度0~9共10个等级。机械工业出版社·教材配套课件燃气轮机试验与测试技术第10章

燃气轮机试验规范与整机试验技术10.4.3燃气轮机噪声试验图10-6燃气轮机主要噪声源（原书插图）燃气轮机与机组的噪声源机器自身表面噪声燃气轮机或机组设备表面向大气传播的噪声（1—燃气轮机）。进气系统入口噪声由进气系统入口向大气传播的噪声（3—进气系统入口）。压气机进口噪声由压气机向进气系统传播的噪声（2—压气机进口）。透平排气噪声由透平向排气系统传播的噪声（4—透平排气口）。排气道出口噪声排气道出口向大气传播的噪声（5—排气道出口）。总噪声机器自身表面、进气系统与排气系统发出的噪声总量（6—消声器）。基本概念与计量（GB/T14098—2020工程法/简易法）声压与声压级声压p是瞬时压强与静态压强之差；声压级Lp=10lg(p²/p₀²)（10-5），基准声压p₀=20μPa（1000Hz时人耳听阈声压），评价接受者在特定环境、距离的声音感受。声功率与声功率级声功率P是声源单位时间内辐射的总能量（W）；声功率级是P与基准值P₀之比取以10为底对数的10倍。LW=10lg(P/P₀)（10-6），P₀=1pW；声功率级用于评价声源本身，与测试位置或距离无关。声级计由电容式传声器、前置放大器、衰减器、放大器、频率计权网络及有效值指示表头组成，测量A计权时间平均声压级。测量面与测点基准面是正好围绕声源并止于反射面的最小矩形六面体表面，包络形成基准体；基准体至测量面距离1m（图10-8），传声器均布于测量面，式（10-7）用于叠加各部分声功率。精度等级与环境要求一般目标是获得2级（工程法）结果；背景噪声修正超过1.3dB但低于3dB、或环境噪声修正超过4dB但低于7dB时，为3级（简易法），见表10-5。表10-6以标准偏差表示的声功率级不确定度（2级）：31.5~63Hz5dB、125Hz3dB、250~500Hz2dB、1000~4000Hz1.5dB、8000Hz2.5dB、A计权2dB。背景噪声应至少比实测噪声低6dB，最好低10dB以上（2级）或至少低3dB（3级）；风速高于1m/s应使用风屏，风速应小于5m/s。机械工业出版社·教材配套课件燃气轮机试验与测试技术第10章

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10.4.4燃气轮机振动试验图10-11二阶（二节点）振动模态（原书插图）旋转机械扭振现象当轴系以其固有频率振动时形成的扭转振型称为扭振固有模态（图10-11为二阶或二节点振动模态）。由发电机、励磁机或其他从动部件引起、且能激发轴系扭振的扭转及力矩称为激励扭矩：电力系统出现瞬态扰动或不对称稳态扰动→发电机气隙磁场变化→电磁扭矩变化，轴系扭振大多由气隙里的机电扭矩变化激起。叶片-叶轮耦合与非旋转部件的测量所有叶片间以同一特定阵列同步振动形成的模态称为同相模态；转子叶轮与叶片动态耦合（图10-12）时组合系统产生新的“同相”频率，即零节径模态或“伞形”模态，轴系扭振能激起这些振型的切向分量。测量在轴承、轴承座或其他有明显动力响应并能表示机器整体振动特性的结构部件上进行，须在三个相互垂直方向测量（图10-13~图10-15）；运行监测通常在一个或两个径向方向测量。主要参考GB/T33199、GB/T6075、GB/T11348。振动特性的评估安装叶片后的耦合轴系扭振特性，可通过计算最大频率避开裕度或动态应力来分析：应保证电网线路激振频率附近及2倍线路激振频率附近转子的扭振不会激起轴系任何一阶模态振动。允许的扭振频率边界限值见图10-16和表10-7（A1、A2、B、C、D、E