2024年9月10日发(作者：惠思懿)

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第２０卷第３期　

《燃气轮机技术》　

２００７年９月　

ＧＡＳ　ＴＵＲＢ　Ｅ　ＩＥ（　０Ｌ０ＧＹ　

Ｖ０１．２０№．３　

Ｓｅｐｔ．，２００７　

２００５版的ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２介绍　

董卫国　

（西安热工研究院有限公司，西安７１００３２）　

摘要：本文介绍了美国机械工程师协会最新版的燃气轮机性能试验规程ＡＳＭＥ　ＰＩＥ　２２—２００５，重点对比了　

２００５版规程在１９９７版基础上的改进和提高。　

关键词：燃气轮机；性能试验　

文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２８８９（２００７）０３—００４２—０４　中图分类号：Ｔ一６５１　

１　概述　

美国机械工程师协会的试验规程Ｉｒｉ＇Ｃ２２委员会　

确定改造效果，需进行改造前后的比较性试验以计　

算性能的差异。　

因此，２００５版规程的适用范围除了与１９９７版相　

同的确定燃气轮机在试验条件下运行时的输出功率　

和热耗率，并将这些结果修正到规定的运行条件外，　

还提供了详细的步骤来确定修正后的排气流量、能　

量和温度及相对的性能变化。除了适用于进行绝对　

在１９９７版出版阶段就开始了这一版的准备工作，目　

的是开发比较性试验和确定在余热回收工况下燃气　

轮机的排气流量和能量的试验步骤。２００５版还在　

很多方面对计算方法和步骤进行了改进，以降低试　

验结果的不确定度。　

燃气轮机排气流量、能量和温度的试验及计算　

步骤给出在规程的附录Ａ中，是ＰＴＣ２２和Ｐ＇ＩＶＡ．４　

两个委员会共同工作的结果。其中介绍了排气能量　

的热平衡计算方法，不需要进行反复的迭代计算。　

该规程于２００５年５月１６日经性能试验规程委　

性能的试验，还适用于确定相对性能变化的试验。　

针对不同的试验目的，２００５版规程建议了两种　

试验边界：一种是由设备范围确定的边界，用于确定　

机组功率和热耗率；另一种是热平衡边界，用于计算　

排气流量和能量，是一个围绕燃气轮机的更为紧凑　

的边界，见图１。　

员会批准，并于２００５年７月８日由美国标准化委员　

会批准采用为美国国家标准。　

３燃气轮机排气流量和能量的试验　

开始时燃气轮机主要用于驱动压气机和带尖峰　

负荷。早期的ＰＴＣ２２只针对机组出力和效率的试　

２试验范围的扩展　

２００５版试验规程主要新增了两方面的内容：　

验，后来燃气轮机性能提高，主要用于带基本负荷的　

联合循环。但主要由制造商承建，所以修订后的　

ＰＴＣ２２也还是只针对出力和效率的试验。现在大多　

（１）考虑到现在大多数用户各自向不同供货商采购　

设备，建设联合循环电站，因此，除了功率和效率（或　

热耗率）外，燃气轮机的排气温度、排气流量或能量　

也成为关键的测量值，它们是确定余热锅炉和底部　

循环性能的必要参数。该规程的编制委员会研究了　

确定排气流量或能量的不同方法，最终选择了燃气　

轮机热平衡方法来确定排气流量、能量；（２）随着技　

术的发展和燃气轮机数量的增多，为提高性能和降　

用户自己从不同供货商处采购设备，组建联合循环　

电站，因而除了功率和效率外，燃气轮机的排气温　

度、流量或能量成为了关键的测量值，它们是确定余　

热锅炉和底部循环性能的必要参数。ｔｒｌ＇Ｃ委员会研　

究了确定排气流量或能量的不同方法，如：入口流量　

测量装置、出口流量测量装置、余热锅炉热平衡、排　

低污染物排放，对现有机组进行改造日趋普遍。为　

收稿日期：２００７．０４－２３改稿日期：２００７—０５—１２　

气成分分析、燃气轮机热平衡等等，基于Ｐｒｃ１要求　

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第３期　２００５版的ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２介绍　４３　

的经济性考虑，最终选择了燃气轮机热平衡方法。　

功率１｛Ｉ　ｌ薹空气Ｉ　Ｉ『　ｌ抽　气ｌｌ　Ｉ热量ｌ　ｌ…　ｌ流体Ｉ　ｌ皿’　排气　

①ｆ　①Ｉ①｝　④｝④ｌ　④　

Ｉ　

ｌ至　婆矍ｌ　

空气处理装置　

燃烧室　

负载１　Ｉ　压气机　ｌ　ｌ　透平　

—

／　｛——————一热平衡试验边弃二；　

试验设备确定的边　

图１燃气轮机试验的边界　

为确定排气能量，必须确定一个基准温度。基　

ｍ燃烧产物　ｍ燃烧空气＋ｍ燃料十ｍ注入流体　

准温度可以是任何温度，各项能量都必须对应这个　

ｍ排气　ｍ燃烧产物＋ｍ出口过量空气　

基准温度。如基准温度为测量的空气入口温度，则　

计算需要的数据包括：　

可以不必计算排气温度、进口空气流量、进口空气湿　

（１）大气压力；　

度，而直接得到进口空气的能量和焓Ｑ空气＝０，ｈ空气　

（２）压气机进口空气干球温度；　

＝Ｏ，计算可以大为简化。如果排气能量必须进行修　

（３）压气机进口空气湿球温度，或相对湿度；　

正，并与一个标准值进行比较，则基准温度必须取得　

（４）气体或液体燃料质量流量；　

和标准值的相同。规程允许用户根据试验情况选择　

（５）气体燃料摩尔成份或液体燃料重量成份；　

基准温度。只要基准温度不是测量的空气入口温　

（６）燃料低热值；　

度，则需要同时进行围绕试验边界的能量平衡和质　

（７）燃料温度；　

量平衡计算。　

（８）注入流体流量；　

在能量平衡方程中，进入边界的能量有：空气、　

（９）注入流体焓；　

燃料、注入流体；离开边界的能量有：排气、压气机抽　

（１０）抽出空气流量；　

气、电或机械输出功率、热损失。　

（１１）抽出空气温度；　

Ｑ空气＋Ｑ燃料＋Ｑ注入流体＝Ｑ压气机抽气＋Ｑ输出功率　

（１２）排气温度；　

＋Ｑ热损失＋Ｑ排气　

（１３）选择计算焓的基准温度；　

其中：Ｑ　＝／／＇ｔ＇　ｈ　。ｍ为质量流量，ｈ为焓值。　

（１４）燃气轮机损失；　

质量平衡方程为：　

（１５）功率输出。　

ｍ空气＋ｍ燃料＋ｍ注入流体　ｍ压气机抽气＋ｍ排气　

主要计算步骤：　

上述两个方程中，除了排气流量和入口空气流　

（１）根据大气参数和干空气成份，通过湿空气成　

量，其它均可以通过直接测量或设定来量化。由于　

份和温度比的计算，最终确定燃气轮机进口空气的　

排气焓取决于燃料和空气的比例，所以不能简单地　

湿空气摩尔成份；　

从两个方程来求两个变量。可以有两种方法：（１）空　

（２）确定由于燃料中每种组份的完全化学计量　

气流量和排气流量反复确定。先假定空气流量，反　

燃烧而引起的排气中空气组份的摩尔流量的变化；　

复计算，最终当能量平衡时确定排气流量和空气流　

（３）确定完全化学计量燃烧所需要的湿空气质　

量；（２）为避免反复计算，将空气分解成燃烧用空气　

量流量；　

和非燃烧空气，以下介绍该方法。为此定义：　

（４）根据大气参数和（３）中计算得到的燃烧室湿　

Ｑ空气＝Ｑ入口过量空气＋Ｑ燃烧空气　

空气质量流量确定进入燃烧室的进口空气摩尔流　

Ｑ排气＝Ｑ燃烧产物＋Ｑ出口过量空气　

量；　

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燃气轮机技术　第２０卷　

（５）利用在（４）中得到的进入燃烧室的空气摩尔　

流量和（２）中得到的由于燃料燃烧而引起的空气摩尔　

流量的变化来确定燃烧产物的成份。透平排气的摩　

尔流量中必须包括注入到燃气轮机的蒸汽或水的摩　

尔流量。然后可以计算燃烧产物各组份的质量份额；　

（６）根据（５）中得到的构成燃烧产物各组份的质　

量份额和测量的排气温度及选择的计算焓的基准温　

度来确定透平排气口燃烧产物的焓；　

（７）根据进口空气成份和测量的干球温度来确　

定燃气轮机进口空气的焓；压气机抽气焓可以用相　

同的空气成份和测量的抽气温度来计算；过量空气　

的焓则用相同的湿空气成份和进口干球温度及透平　

排气温度来分别计算：　

（８）确定气体燃料或液体燃料的低热值ＬＨＶ，包　

括显热；　

（９）用测量的流量乘调整的焓来确定注入到燃　

气轮机的蒸汽或水的能量。调整的焓是从ＡＳＭＥ蒸　

汽表中测量温度和压力下的焓（基准温度为Ｏ℃）中　

减去饱和蒸汽在选择的基准温度下的焓。　

（１０）将输出电功率换算到热量；　

（１１）按照ＡＳＭＥ　ｔｒＩ＇Ｃ２２—２００５推荐的方法确定　

燃气轮机热损失；　

（１２）到此为止在热平衡方程中未知数只有过量　

空气流量；　

ｍ过量空气（ｈ进口空气一　｝气中空气）　＝ｍ压气机抽气　

ｈ压气抽气＋Ｑ输出功率＋Ｑ热损失＋ｍ燃烧产物ｈ燃烧产物一　

ｍ燃烧空气ｈ进口空气一ｒｎ￣，４（ＬＨＶ）一ｍ注人流体ｈ注人流体　

ｍ燃烧产物　ｍ燃烧空气＋ｍ燃料＋ｍ注人流体　

（１３）最后计算燃气轮机排气流量，即为燃烧产　

物质量流量加上过量空气流量。　

ｍ排气＝ｍ燃烧产物＋ｍ过量空气　

规程还给出了各种中间计算的过程和算法，包　

括：湿空气成分和进入燃烧室的摩尔流量；气体燃料　

燃烧引起的摩尔流量变化；液体燃料燃烧引起的摩　

尔流量变化；燃烧空气流量；燃烧产物排气成分：气　

体（排气和空气）焓；气体（或液体）燃料热值；　

４进一步降低试验不确定度　

修订后的规程还对运行参数、仪表精确度、不确　

定度分析等方面提出了更加详细和严格的要求。对　

试验时运行条件和参数的最大允许变化量的限制比　

１９９７版有了较大的提高，两个规程规定的允许变化　

量见表１。　

表１　稳态条件下各参数的最大允许变动量　

ＡＳＭＥ　ｔｒＩ＇Ｃ２２—２００５要求的对试验参数测量的　

最大允许不确定度列于表２。　

表２测量最大允许不确定度　

测量参数　不确定度　

０．２５％　

交流电功率　（电压和电流互感器、功　

率表不确定度的方和根）　

辅机功率　５％　

直流电功率０．５％　

扭矩　１．５％　

转速０．１％　

时问０．０５％　

进口空气温度０．６℃　

大气压力０．０７５％　

大气湿度：相对湿度　２％　

湿球温度　１．１℃　

抽出和注入流量（水、蒸汽、Ｎ２等）　２％　

抽出和注入温度　２．８℃　

气体燃料热量输入　

孔板常数（孔板）　

质量流量（涡轮流量计）　

容积百分比成份　

液体燃料热量输入　

质量流量　

热值　

气体燃料温度（用于显热计算）　

液体燃料温度（用于显热计算）　

进口总压降　

排气静压降　

排气温度　

根据ＡＳＨＥ　ＦＴＣ２２—２００５规定的对测量参数不　

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第３期　２００５版的ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２介绍　４５　

确定度的限制，可以确定一个特定机组和试验的不　

确定度。规程中通过对一台燃用气体燃料、有压气　

机抽气和注水的燃气轮机的算例，将各种试验结果　

的不确定度列在表３。基本体现了按ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２　

—

２００５进行性能试验可能达到的不确定度水平与　

ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２—１９９７的不确定度（对于燃用气体燃料　

驱动压气机的燃气轮机输出功率的不确定度为　

１．８％，热耗率的不确定度为１．７％）相比，其不确定　

度水平大大降低。　

对于比较性试验，规程要求不确定度不能大于　

预期性能改变量的１０％。多次试验可以降低比较　

性试验的总不确定度。　

表３　ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２—２００５试验结果的不确定度　

参考文献：　

［１］ＡＳＭＥ　Ｐｒｃ２２—１９９７，Ｐｅｆｒｏｒｍａｎｃｅ　Ｔｅｓｔ　Ｃｏｄｅ　Ｏｎ　Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅｓ　

［２］ＡＳＭＥ　Ｐ『ｃ２２—２００５，ＰｅｆｒｏｒｍａｎｃｅＴｅｓｔ　ＣｏｄｅＯｎ　ＧａｓＴｕｒｂｉｎｅｓ　

（上接第３７页）　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｆａｕｌｔ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｌａｄｅ　ｓｈｅｄｉｎｇ　

ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｆａｕｌｔ　ｖｅｃｔｏｒ　ｆｏｒ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　

ＪＩＮ　Ｆｅｎｇ—－ｈｕａ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｌｌ肌　ｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ｃｉＳｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｙ，Ｃｈ＝ｓｓｇｈ￣４１００７７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｈａｒｍ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆｔｈｅ　ｆａｕｌｔ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｂｌａｄｅｓ’ｓｈｅｄｄｉｎｇ　ｏｆｆｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｆｒｓｆｌｙ．Ｔｈｅｎ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｗｈｅｒｅ　ｔｈｅ　

ｂ】ａｄｅ　ｓｈｅｄｄｉｎｇ　ｏｆｆｗｈｉｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆｆａｕｌｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｄ　ｏｕｔ．ｅ　

Ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｏｆ　ｈｅ　ｔｅｓｔｔ　ｄａｔａ，ｉｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｍｏｓｔ　ｏｆｔｈｅ　ｄａｔａ　ａｒｅ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆｔｈｅ　ａｄｍｉｓｓｉｂｌｅ　ｅｒｒｏｒ．Ｔｈａｔ　ｉｓ　ｔｏ　ｓａｙ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｔｅｓｔｉｉｆｄ　ｔｅｏ　

ｂｅ　ａｐ　ｃａｂｌｅ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｂｏ—ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｕｎｉｔ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｂｌａｄｅ　ｓｈｅｄ；ｆａｕｌｔ　ｖｅｃｔｏｒ；ｆａｕｌｔ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　

额定功率１６５ＭＷ效率４１％的闭式循环核电厂　

南非的Ｅｓｋｏｍ准备在２００８年开始建造１６５ＭＷ的闭式循环燃气轮机示范电厂，该电厂将以高温氦冷颗　

粒床核反应堆提供动力。　

Ｅｓｋｏｍ已经向ＰＢＭＲ公司订购了２４套这种发电设备，预计于２０１６年开始国内的商业运行，并有向世界　

市场出口的潜力。　

该设计的主要特点为：　

单轴氦气轮机、高低压氦气压气机、减速齿轮箱驱动５０／６０Ｈｚ的发电机。　

示范电厂满负荷功率１６５ＭＷ，当功率下降到２０％负荷时，发电效率从４１．２％仅有少量下降。　

示范电厂的投资成本估计为２亿８千万美元，或￥１７００／ｋＷ。发电成本估计为￥５５／ＭＷｈ。　

Ｅｓｋｏｍ说，他对该设计特别感兴趣，因为它的体积比较小，易于模块化，大部分可预装配，随着电网负荷　

的增长，可灵活地增加设备，从开始建造到发电只需２４～３０个月，而压水堆核电厂需要７～８年。　

万点摘译自（（Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｗｏｒｌｄ｝２００７．３～４　

2024年9月10日发(作者：惠思懿)

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第２０卷第３期　

《燃气轮机技术》　

２００７年９月　

ＧＡＳ　ＴＵＲＢ　Ｅ　ＩＥ（　０Ｌ０ＧＹ　

Ｖ０１．２０№．３　

Ｓｅｐｔ．，２００７　

２００５版的ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２介绍　

董卫国　

（西安热工研究院有限公司，西安７１００３２）　

摘要：本文介绍了美国机械工程师协会最新版的燃气轮机性能试验规程ＡＳＭＥ　ＰＩＥ　２２—２００５，重点对比了　

２００５版规程在１９９７版基础上的改进和提高。　

关键词：燃气轮机；性能试验　

文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２８８９（２００７）０３—００４２—０４　中图分类号：Ｔ一６５１　

１　概述　

美国机械工程师协会的试验规程Ｉｒｉ＇Ｃ２２委员会　

确定改造效果，需进行改造前后的比较性试验以计　

算性能的差异。　

因此，２００５版规程的适用范围除了与１９９７版相　

同的确定燃气轮机在试验条件下运行时的输出功率　

和热耗率，并将这些结果修正到规定的运行条件外，　

还提供了详细的步骤来确定修正后的排气流量、能　

量和温度及相对的性能变化。除了适用于进行绝对　

在１９９７版出版阶段就开始了这一版的准备工作，目　

的是开发比较性试验和确定在余热回收工况下燃气　

轮机的排气流量和能量的试验步骤。２００５版还在　

很多方面对计算方法和步骤进行了改进，以降低试　

验结果的不确定度。　

燃气轮机排气流量、能量和温度的试验及计算　

步骤给出在规程的附录Ａ中，是ＰＴＣ２２和Ｐ＇ＩＶＡ．４　

两个委员会共同工作的结果。其中介绍了排气能量　

的热平衡计算方法，不需要进行反复的迭代计算。　

该规程于２００５年５月１６日经性能试验规程委　

性能的试验，还适用于确定相对性能变化的试验。　

针对不同的试验目的，２００５版规程建议了两种　

试验边界：一种是由设备范围确定的边界，用于确定　

机组功率和热耗率；另一种是热平衡边界，用于计算　

排气流量和能量，是一个围绕燃气轮机的更为紧凑　

的边界，见图１。　

员会批准，并于２００５年７月８日由美国标准化委员　

会批准采用为美国国家标准。　

３燃气轮机排气流量和能量的试验　

开始时燃气轮机主要用于驱动压气机和带尖峰　

负荷。早期的ＰＴＣ２２只针对机组出力和效率的试　

２试验范围的扩展　

２００５版试验规程主要新增了两方面的内容：　

验，后来燃气轮机性能提高，主要用于带基本负荷的　

联合循环。但主要由制造商承建，所以修订后的　

ＰＴＣ２２也还是只针对出力和效率的试验。现在大多　

（１）考虑到现在大多数用户各自向不同供货商采购　

设备，建设联合循环电站，因此，除了功率和效率（或　

热耗率）外，燃气轮机的排气温度、排气流量或能量　

也成为关键的测量值，它们是确定余热锅炉和底部　

循环性能的必要参数。该规程的编制委员会研究了　

确定排气流量或能量的不同方法，最终选择了燃气　

轮机热平衡方法来确定排气流量、能量；（２）随着技　

术的发展和燃气轮机数量的增多，为提高性能和降　

用户自己从不同供货商处采购设备，组建联合循环　

电站，因而除了功率和效率外，燃气轮机的排气温　

度、流量或能量成为了关键的测量值，它们是确定余　

热锅炉和底部循环性能的必要参数。ｔｒｌ＇Ｃ委员会研　

究了确定排气流量或能量的不同方法，如：入口流量　

测量装置、出口流量测量装置、余热锅炉热平衡、排　

低污染物排放，对现有机组进行改造日趋普遍。为　

收稿日期：２００７．０４－２３改稿日期：２００７—０５—１２　

气成分分析、燃气轮机热平衡等等，基于Ｐｒｃ１要求　

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第３期　２００５版的ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２介绍　４３　

的经济性考虑，最终选择了燃气轮机热平衡方法。　

功率１｛Ｉ　ｌ薹空气Ｉ　Ｉ『　ｌ抽　气ｌｌ　Ｉ热量ｌ　ｌ…　ｌ流体Ｉ　ｌ皿’　排气　

①ｆ　①Ｉ①｝　④｝④ｌ　④　

Ｉ　

ｌ至　婆矍ｌ　

空气处理装置　

燃烧室　

负载１　Ｉ　压气机　ｌ　ｌ　透平　

—

／　｛——————一热平衡试验边弃二；　

试验设备确定的边　

图１燃气轮机试验的边界　

为确定排气能量，必须确定一个基准温度。基　

ｍ燃烧产物　ｍ燃烧空气＋ｍ燃料十ｍ注入流体　

准温度可以是任何温度，各项能量都必须对应这个　

ｍ排气　ｍ燃烧产物＋ｍ出口过量空气　

基准温度。如基准温度为测量的空气入口温度，则　

计算需要的数据包括：　

可以不必计算排气温度、进口空气流量、进口空气湿　

（１）大气压力；　

度，而直接得到进口空气的能量和焓Ｑ空气＝０，ｈ空气　

（２）压气机进口空气干球温度；　

＝Ｏ，计算可以大为简化。如果排气能量必须进行修　

（３）压气机进口空气湿球温度，或相对湿度；　

正，并与一个标准值进行比较，则基准温度必须取得　

（４）气体或液体燃料质量流量；　

和标准值的相同。规程允许用户根据试验情况选择　

（５）气体燃料摩尔成份或液体燃料重量成份；　

基准温度。只要基准温度不是测量的空气入口温　

（６）燃料低热值；　

度，则需要同时进行围绕试验边界的能量平衡和质　

（７）燃料温度；　

量平衡计算。　

（８）注入流体流量；　

在能量平衡方程中，进入边界的能量有：空气、　

（９）注入流体焓；　

燃料、注入流体；离开边界的能量有：排气、压气机抽　

（１０）抽出空气流量；　

气、电或机械输出功率、热损失。　

（１１）抽出空气温度；　

Ｑ空气＋Ｑ燃料＋Ｑ注入流体＝Ｑ压气机抽气＋Ｑ输出功率　

（１２）排气温度；　

＋Ｑ热损失＋Ｑ排气　

（１３）选择计算焓的基准温度；　

其中：Ｑ　＝／／＇ｔ＇　ｈ　。ｍ为质量流量，ｈ为焓值。　

（１４）燃气轮机损失；　

质量平衡方程为：　

（１５）功率输出。　

ｍ空气＋ｍ燃料＋ｍ注入流体　ｍ压气机抽气＋ｍ排气　

主要计算步骤：　

上述两个方程中，除了排气流量和入口空气流　

（１）根据大气参数和干空气成份，通过湿空气成　

量，其它均可以通过直接测量或设定来量化。由于　

份和温度比的计算，最终确定燃气轮机进口空气的　

排气焓取决于燃料和空气的比例，所以不能简单地　

湿空气摩尔成份；　

从两个方程来求两个变量。可以有两种方法：（１）空　

（２）确定由于燃料中每种组份的完全化学计量　

气流量和排气流量反复确定。先假定空气流量，反　

燃烧而引起的排气中空气组份的摩尔流量的变化；　

复计算，最终当能量平衡时确定排气流量和空气流　

（３）确定完全化学计量燃烧所需要的湿空气质　

量；（２）为避免反复计算，将空气分解成燃烧用空气　

量流量；　

和非燃烧空气，以下介绍该方法。为此定义：　

（４）根据大气参数和（３）中计算得到的燃烧室湿　

Ｑ空气＝Ｑ入口过量空气＋Ｑ燃烧空气　

空气质量流量确定进入燃烧室的进口空气摩尔流　

Ｑ排气＝Ｑ燃烧产物＋Ｑ出口过量空气　

量；　

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燃气轮机技术　第２０卷　

（５）利用在（４）中得到的进入燃烧室的空气摩尔　

流量和（２）中得到的由于燃料燃烧而引起的空气摩尔　

流量的变化来确定燃烧产物的成份。透平排气的摩　

尔流量中必须包括注入到燃气轮机的蒸汽或水的摩　

尔流量。然后可以计算燃烧产物各组份的质量份额；　

（６）根据（５）中得到的构成燃烧产物各组份的质　

量份额和测量的排气温度及选择的计算焓的基准温　

度来确定透平排气口燃烧产物的焓；　

（７）根据进口空气成份和测量的干球温度来确　

定燃气轮机进口空气的焓；压气机抽气焓可以用相　

同的空气成份和测量的抽气温度来计算；过量空气　

的焓则用相同的湿空气成份和进口干球温度及透平　

排气温度来分别计算：　

（８）确定气体燃料或液体燃料的低热值ＬＨＶ，包　

括显热；　

（９）用测量的流量乘调整的焓来确定注入到燃　

气轮机的蒸汽或水的能量。调整的焓是从ＡＳＭＥ蒸　

汽表中测量温度和压力下的焓（基准温度为Ｏ℃）中　

减去饱和蒸汽在选择的基准温度下的焓。　

（１０）将输出电功率换算到热量；　

（１１）按照ＡＳＭＥ　ｔｒＩ＇Ｃ２２—２００５推荐的方法确定　

燃气轮机热损失；　

（１２）到此为止在热平衡方程中未知数只有过量　

空气流量；　

ｍ过量空气（ｈ进口空气一　｝气中空气）　＝ｍ压气机抽气　

ｈ压气抽气＋Ｑ输出功率＋Ｑ热损失＋ｍ燃烧产物ｈ燃烧产物一　

ｍ燃烧空气ｈ进口空气一ｒｎ￣，４（ＬＨＶ）一ｍ注人流体ｈ注人流体　

ｍ燃烧产物　ｍ燃烧空气＋ｍ燃料＋ｍ注人流体　

（１３）最后计算燃气轮机排气流量，即为燃烧产　

物质量流量加上过量空气流量。　

ｍ排气＝ｍ燃烧产物＋ｍ过量空气　

规程还给出了各种中间计算的过程和算法，包　

括：湿空气成分和进入燃烧室的摩尔流量；气体燃料　

燃烧引起的摩尔流量变化；液体燃料燃烧引起的摩　

尔流量变化；燃烧空气流量；燃烧产物排气成分：气　

体（排气和空气）焓；气体（或液体）燃料热值；　

４进一步降低试验不确定度　

修订后的规程还对运行参数、仪表精确度、不确　

定度分析等方面提出了更加详细和严格的要求。对　

试验时运行条件和参数的最大允许变化量的限制比　

１９９７版有了较大的提高，两个规程规定的允许变化　

量见表１。　

表１　稳态条件下各参数的最大允许变动量　

ＡＳＭＥ　ｔｒＩ＇Ｃ２２—２００５要求的对试验参数测量的　

最大允许不确定度列于表２。　

表２测量最大允许不确定度　

测量参数　不确定度　

０．２５％　

交流电功率　（电压和电流互感器、功　

率表不确定度的方和根）　

辅机功率　５％　

直流电功率０．５％　

扭矩　１．５％　

转速０．１％　

时问０．０５％　

进口空气温度０．６℃　

大气压力０．０７５％　

大气湿度：相对湿度　２％　

湿球温度　１．１℃　

抽出和注入流量（水、蒸汽、Ｎ２等）　２％　

抽出和注入温度　２．８℃　

气体燃料热量输入　

孔板常数（孔板）　

质量流量（涡轮流量计）　

容积百分比成份　

液体燃料热量输入　

质量流量　

热值　

气体燃料温度（用于显热计算）　

液体燃料温度（用于显热计算）　

进口总压降　

排气静压降　

排气温度　

根据ＡＳＨＥ　ＦＴＣ２２—２００５规定的对测量参数不　

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第３期　２００５版的ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２介绍　４５　

确定度的限制，可以确定一个特定机组和试验的不　

确定度。规程中通过对一台燃用气体燃料、有压气　

机抽气和注水的燃气轮机的算例，将各种试验结果　

的不确定度列在表３。基本体现了按ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２　

—

２００５进行性能试验可能达到的不确定度水平与　

ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２—１９９７的不确定度（对于燃用气体燃料　

驱动压气机的燃气轮机输出功率的不确定度为　

１．８％，热耗率的不确定度为１．７％）相比，其不确定　

度水平大大降低。　

对于比较性试验，规程要求不确定度不能大于　

预期性能改变量的１０％。多次试验可以降低比较　

性试验的总不确定度。　

表３　ＡＳＭＥ　ＰＴＣ２２—２００５试验结果的不确定度　

参考文献：　

［１］ＡＳＭＥ　Ｐｒｃ２２—１９９７，Ｐｅｆｒｏｒｍａｎｃｅ　Ｔｅｓｔ　Ｃｏｄｅ　Ｏｎ　Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅｓ　

［２］ＡＳＭＥ　Ｐ『ｃ２２—２００５，ＰｅｆｒｏｒｍａｎｃｅＴｅｓｔ　ＣｏｄｅＯｎ　ＧａｓＴｕｒｂｉｎｅｓ　

（上接第３７页）　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｆａｕｌｔ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｌａｄｅ　ｓｈｅｄｉｎｇ　

ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｆａｕｌｔ　ｖｅｃｔｏｒ　ｆｏｒ　ｓｔｅａｍ　ｔｕｒｂｉｎｅ　

ＪＩＮ　Ｆｅｎｇ—－ｈｕａ　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｐｏｗｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｌｌ肌　ｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　ｃｉＳｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｙ，Ｃｈ＝ｓｓｇｈ￣４１００７７，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｈａｒｍ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆｔｈｅ　ｆａｕｌｔ　ｃａｕｓｅｄ　ｂｙ　ｂｌａｄｅｓ’ｓｈｅｄｄｉｎｇ　ｏｆｆｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｉｆｒｓｆｌｙ．Ｔｈｅｎ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｆｉｎｄ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｗｈｅｒｅ　ｔｈｅ　

ｂ】ａｄｅ　ｓｈｅｄｄｉｎｇ　ｏｆｆｗｈｉｃｈ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｖｅｃｔｏｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆｆａｕｌｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｖｉｂｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｃａｒｒｉｄ　ｏｕｔ．ｅ　

Ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｏｆ　ｈｅ　ｔｅｓｔｔ　ｄａｔａ，ｉｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｍｏｓｔ　ｏｆｔｈｅ　ｄａｔａ　ａｒｅ　ｗｉｔｈｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆｔｈｅ　ａｄｍｉｓｓｉｂｌｅ　ｅｒｒｏｒ．Ｔｈａｔ　ｉｓ　ｔｏ　ｓａｙ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｔｅｓｔｉｉｆｄ　ｔｅｏ　

ｂｅ　ａｐ　ｃａｂｌｅ　ｉｎ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｕｒｂｏ—ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｕｎｉｔ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｂｌａｄｅ　ｓｈｅｄ；ｆａｕｌｔ　ｖｅｃｔｏｒ；ｆａｕｌｔ　ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　

额定功率１６５ＭＷ效率４１％的闭式循环核电厂　

南非的Ｅｓｋｏｍ准备在２００８年开始建造１６５ＭＷ的闭式循环燃气轮机示范电厂，该电厂将以高温氦冷颗　

粒床核反应堆提供动力。　

Ｅｓｋｏｍ已经向ＰＢＭＲ公司订购了２４套这种发电设备，预计于２０１６年开始国内的商业运行，并有向世界　

市场出口的潜力。　

该设计的主要特点为：　

单轴氦气轮机、高低压氦气压气机、减速齿轮箱驱动５０／６０Ｈｚ的发电机。　

示范电厂满负荷功率１６５ＭＷ，当功率下降到２０％负荷时，发电效率从４１．２％仅有少量下降。　

示范电厂的投资成本估计为２亿８千万美元，或￥１７００／ｋＷ。发电成本估计为￥５５／ＭＷｈ。　

Ｅｓｋｏｍ说，他对该设计特别感兴趣，因为它的体积比较小，易于模块化，大部分可预装配，随着电网负荷　

的增长，可灵活地增加设备，从开始建造到发电只需２４～３０个月，而压水堆核电厂需要７～８年。　

万点摘译自（（Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｗｏｒｌｄ｝２００７．３～４