燃气轮机发电实验.docx

燃气轮机发电系统

一套完整的涡轮轴发动机发电机组，用以表证电力生产过程，热力学循环及质量与能量守恒。
概 述
• 燃气轮机驱动的发电机组
• 轻便，完备且即到即用
• NI数据采集系统（DAQ），并具有可扩展的LabVIEW™显示界面
• 完整的热力学教学方案
• 开放式设计，满足 ABET 3a,b,c,d,e,k 和 4 标准
• 即到即用，无需再增加或购置其它设备
• 配有整套用户操作手册、主要运行指令列表与安全手册
• 为最终用户提供符合最高要求的质量保证
• 设备全部在美国设计与加工制造
用途及特点
青铄鑫业科技提供的燃气轮机发电系统是一套完整的用以教学用途的仪表化涡轮轴发动机发电机组实验系统，其核心的紧凑式喷气式发动机燃气发生器是所有主流燃气轮机类型的代表；并配置有一级轴流式透平、回流环形燃烧室和一级径流压气机，这使其能直接演示教科书中的空气当量布雷顿循环。此外，学生还能将流体力学、热力学、燃烧和燃气轮机循环等理论知识应用于实际的发动机操作过程当中。
发电部分组件的一大特点是将由推力驱动的无约束动力透平直接与液体冷却的三相交流发动机连接在一起，发电电路采用一个完整的定值电阻单元作为基本负荷供电方式。在发电系统的全速度范围内，采用控制器调整励磁电流比率，能够满足很宽范围的交流发电机和负载。 该发电系统可以生产高达14.4V，最大额定功率为2.1KW的电能，排气推力驱动的排气扇可有效疏散发动机及发电机机舱的热量和废气。
该机组还包括一套全自动化发动机启动装置及正常运行监测系统，可通过液晶屏显示状态，并内置测量运行时间及循环次数的仪表。
15个传感器直接连接到National Instruments™DAQ （NI数据采集系统）平台，可通过根据用户定制的LabVIEW™显示数据（详见下面描述）。通过配置可以输出多种格式的数据报表，如.txt和.csv文件类型。
该燃气轮机发电系统旨在为上述一系列应用而设计，其发动机所有部件及大部分发电系统都由美国燃机公司（TTL）生产及装配。这是一款真正的原设备生产商（OEM）制造的设备，物美价廉，即到即用，是一套性价比极高的教学用解决方案。

主要技术参数及配置
体积： 40 x 42 x 62 英寸 (102 x 107 x 158 cm) (不带包装)
48 x 54 x 70 英寸 (122 x 137 x 178 cm) (带包装)
重量： 460 磅 (208kg) (不带包装)
614 磅 (276kg) (带包装)
配置：
可以用户定制数据输出的数据采集软件
笔记本电脑，用于进行实时数据显示(Windows XP系统)
传感器：
• 压缩机入口和出口温度、压力
• 透平进口温度、压力
• 透平出口及动力透平入口温度、压力
• 动力透平出口温度、压力
• 燃料流量
• 燃气发生器和发电机转速(RPM)
• 发电机电流和功率
发电机极限：
稳定电压 ：13.1伏 最大电流：194 安培
最大功率：2541瓦 最高转速(RPM)：5000
燃气发生器极限:
质量流量：1.1磅/s (0.5 kg/s) 透平入口温度：1328˚F (720˚C)
发动机转速：87,000 RPM
运行要求：
核准的运行燃料：Jet A,A-1,B；JP-8；煤油, 柴油,燃料油 #1 或 #2
核准润滑油：MIL-PRF-23699F-STD
电源:
120V单相 60Hz（根据要求可提供220V 50 Hz机型）
压缩空气：
典型的120PSI工厂压缩空气 (820KPa)
试验内容
Ÿ 热力学第一定律及能量转换关系研究
Ÿ 热力学第二定律及热力循环分析研究
Ÿ 控制量大小分析研究
Ÿ 熵与焓分析研究
Ÿ 等熵分析研究
Ÿ 发电基本原理
Ÿ 循环与组件效率分析研究
Ÿ 通过CAD模型组件进行FEA & CFD分析计算
Ÿ 叶片速度向量图构建
Ÿ 实验与数据采集技术
购买说明
Ÿ 由一台发动机和发电机组合而成的微型透平发电机组，专门适用于工程教学及研究
Ÿ 发动机采用了一级轴流式透平、一台回流环形燃烧室、一级无约束的动力透平和一级离心压气机
Ÿ 通过USB连接笔记本电脑，并接入NI（数据采集系统）硬件及可用户定制的LabvIEW™ VI作为系统显示
Ÿ 系统传感器组件有15个数据采集点包括：压气机进口温度与压力、压气机级出口温度与压力、透平入口温度与压力、动力透平入口温度与压力、动力透平出口温度与压力、燃料流量、发动机核心转速RPM、动力透平转速RPM、发电机电流和功率
Ÿ 发动机采用最新生产的部件生产装配
Ÿ 发动机所有用料均可追溯来源并通过质量检验
Ÿ 所有组件都安置在坚固的钢制底盘上，底盘带有可移动脚轮
Ÿ 无需对系统进行调整或增添其它组件
Ÿ 整套发电系统安装在透明的保护舱内，在系统运行时能够安全、清晰地观察系统运行
Ÿ 全自动化发动机启动装置及正常运行监测系统，通过LCD显示设备状态、累计运行时间及循环次数
Ÿ 针对教学及培训用途，可提供典型发动机部件和技术数据，方便用户选择
Ÿ 针对核心发动机和动力系统，生产商可确保其配件库存充足，并随时提供技术支持服务
Ÿ 提供两年免费质保服务

燃气轮机自动启动系统

力系统设计制造的自动化电子控制单元，以方便操作、延长发动机使用寿命。
概 述
• 自动启动系统，代表当代航空、船舶和工业涡轮发动机的实际情况
• 可在发动机最佳转速时引入、点燃燃料
• 电子监测系统，以确保温度与转速（RPM）不超过各自极限
• 用户操作界面，可显示 N1%、TIT和EPR
• 发动机累积运行时间和循环启动次数，可永久保存
• 系统可在低燃料液位或低润滑油液位状态下，向用户发出报警
任何超过发动机运行极限的情况将自动立即停机
• 在整个运行过程中，发动机可手动控制
• 软件可定期升级
• 全自动化操作，使用户可集中精力用于教学及科研工作上
• 为最终用户提供符合最高要求的质量保证
• 系统全部在美国设计与加工制造

美国燃机公司（TTL）制造的MiniLAB™燃气轮机动力系统现配置全自动化发动机启动和检测装置，并由计算机控制。OneTouch™系统专为SR-30燃气轮机发动机设计制造，管理整个发动机的启动过程及实时检测后续运行过程。如果某些参数超出系统所能承受的界限，OneTouch™系统就会发出警报并立即紧急停机。OneTouch™系统极大的简化了发动机操作，并使用户能集中精力于授课，示范和数据采集，而无需过多的担心系统运行安全及发动机的健康状况。伴随OneTouch™系统的问世，任何人都能操作MiniLAB™燃气轮机动力系统；此外，无论该系统在开启或运行阶段，都处于安全及高效状态，这是其它任何此类型的发动机所不能匹及的。
两个按钮（红色与绿色）及T型油门杆是OneTouch™系统用于操纵MiniLAB™的基本组件。用户控制面板上的液晶显示屏（带背光）是主要的人机交互界面。在系统运行阶段，LCD可显示所有监测中的发动机参数和系统状态。如果OneTouch™发出停机指令，则其原因会在LCD中显示出来。附加的诊断和存储数据检索功能可通过上述两个按钮及T型油门杆组合操作来实现。
配备OneTouch™系统的MiniLAB™，操作既直观又简便。插钥匙型的总开关使得只有那些取得合法授权的人员才能运行机组。钥匙插入总开关锁孔，打开总开关，电源立即接通到OneTouch™系统。在系统初始化过程中，用户操作界面上的显示屏可显示MiniLAB™的基本运行信息，如：机组序列号，注册用户，系统累积运行时间以及系统启动/停止循环次数。当用户向厂家咨询运行或服务方面的事宜时，这些信息尤为有用。
系统初始化之后，OneTouch™系统将显示正常运行状态，并指示发动机已备妥启动。按下绿色按钮开启自动启动流程。引入空气后发动机开始旋转，旋转速度以发动机最大转速极限值的百分比（N1%值）在液晶屏上显示。随着N1上升，燃料将适时引入并点燃，从而开始燃烧过程。用户可通过液晶屏上所显示的透平温度（TIT），观察到温度立刻上升（表明燃烧过程正常）。随着N1继续上升，与燃烧压力和空气压力相关的发动机压力比（EPR）也将上升。启动压缩空气一直保持持续供给，直到发动机到达一稳定的空转转速RMP，并且TIT冷却到正常范围之内。
发动机进入运行阶段，用户可根据需要进行相关操作。通过用户界面，可显示系统自启动至当前所运行的总时间。无论系统处于何种状态，只需按下红色按钮，系统便会立即停止工作，在此期间，OneTouch™仍将进行各项检测，直至系统完全停机。一旦N1与TIT值进入安全启动范围，OneTouch™可允许立即再次启动发动机。有了OneTouch™，发动机可反复启动和停机，对发动机及MiniLAB™系统无任何负面影响。
在机组启动和运行过程中，如果某些参数超出系统能承受的界限或者出现一些本不该出现的问题，系统就会发出报警并立即紧急停机，以保护机组。根据问题的严重性，报警总体可分为两类：“注意”（CAUTION）类警报和“警告”（WARNING）类警报。“注意”类警报对应一些小故障，这些故障可以立即被修复。例如，燃料和润滑油量低于警戒量，用户只需加足量即可。“警告”类警报则说明出现了一个较为严重的问题，在机组再次运行之前，必须对此问题进行调查。系统自带的各个警报及与其相关的原因和解决方法详见“实验台安全操作指南”。
OneTouch™是一款基于软件的系统，可根据需要进行升级，通过与OneTouch™系统进行交互的硬件接口操作进行。