复习燃气轮机Word文件下载.docx

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（描述燃烧过程中燃料能量的实际利用程度）不完全燃烧和热散失16）回热循环：

采用部分利用透平排气余热来预热压气机送来的低温空气方法的燃气轮机热力循环。

17）间冷循环：

采用分段冷却、逐渐加压方法的燃气轮机热力循环。

18）再热循环：

使燃气在透平中稍微膨胀降温后，把它抽出来再喷油燃烧，使其温度恢复到燃气初温T3再去膨胀做功的燃气轮机热力循环。

19）压气机的基元级：

在压气机级的某一半径r处，沿半径向取一个很小的厚度Δr，然后沿圆周方向形成一个与压气机的轴线同心的正圆柱薄环，薄环内一组环形叶栅就是基元级。

20）压气机的级：

一列动叶栅与它下游方向的一列静叶栅共同组成轴流式压气机的一个极。

21）反力度：

气流在动叶栅内的静焓增量与滞止焓增量之比。

Ωk

22）基元级的流量：

单位时间内流过xx通流截面的气体数量

23）基元级的压缩比：

表示空气通过压气机后，压力相对升高的参数。

24）基元级的效率：

表示压缩过程中能量转换的完善程度的性能指标。

（常用等熵压缩效率）25）基元级载荷系数：

压气机基元级的比功l

y与圆周速度u2/2之比。

衡量压气机级外加机械功量的特性系数。

26）冲角：

叶栅进口角与气流进气角之差。

i=β1j-β1

27）滞后角：

叶栅出口角与气流出气角之差。

β2j-β2

折转角：

ε=β2-β1安装角：

β2j-β1j

预旋：

绝对速度c1在圆周方向上的分速度c

1u

28）燃气透平的基元级：

在燃气机级的某一半径r处，沿半径向取一个很小的厚度Δr，然后沿圆周方向形成一个与燃气机的轴线同心的正圆柱薄环，薄环内一组环形叶栅就是基元级。

29）燃气透平的级：

一列静叶栅与它下游方向的一列动叶栅共同组成轴流式燃气机的一个级30）热力学反动度Ωt：

燃气在动叶栅中的理论焓降与在整个涡轮级内的理论焓降之比。

31）运动反动度Ωk：

气流在动叶栅内的静焓降与滞止焓降之比。

32）基元级的流量因子：

进入动叶栅的气流轴向分速度c

1a与圆周速度的比值。

33）速度比：

圆周速度u与基元级的假象速度xxc

ad。

34）载荷系数：

基元级的比功l

t与圆周速度的平方u的比值。

35）冲角：

36）滞后角：

37）中弧线：

叶型中所有xx圆心的连线。

38）弦线：

叶型内弧侧进口边与出口的公切线。

39）叶型折转角：

中弧线入口端的切线与出口端的切线之间的夹角。

40）弦长b：

叶片xx边到出口边之间沿弦线方向的距离

41）出口边的厚度s：

出口边圆弧的直径。

42）叶型剖面的几何形状：

决定叶型形状的关键尺寸（型线）

43）栅距t：

在两个相邻叶片上，同位点之间沿额线方向的距离。

44）相对栅距：

栅距与叶片弦长的比值（t/b）

45）xx宽度Ba：

前、后额线之间的垂直距离。

46）安装角γp：

叶型外弦线与后额线之间的夹角。

47）几何入口角：

中弧线在叶型xx边与前额线的夹角

48）几何出口角：

中弧线在叶型出口边与后额线的夹角

49）热悬挂：

起动机脱扣后，机组转速停止上升，运行声响异常。

若继续增大燃料供给量，燃气透平的前温T3随之升高，但机组转速不能上升，甚至反而呈现下降趋势，最终导致启动失败。

50）接近点温差△t：

余热锅炉中省煤器的出口水温Tw

7与相应压力下饱和水温Ts之间的差值。

51）节点温差△t

x：

余热锅炉中蒸发器入口处燃气的温度Tg

7与饱和水温Ts之间的差值简答

1）试证明，简单循环与机组热效率最大值对应的最佳压缩比，必定大于与机组比功达到最大值对应的最佳压缩比。

答：

当ε超过εl，max后，机组的比功虽然有所减少，但是压气机出口温度T2却会随ε的提高而持续增高。

当T3给定时，这就意味着加给燃烧室的热能q1，可以随着ε的提高而不断减少。

当ε超过εl，max偏高一些时，q1的减少程度要比比功le的减少程度来的大，这样就使机组的热效率随ε的提高而继续增高，只是当ε超过εg，max时，由于比功le的减少程度超过q1的减少程度，机组效率才逐渐降低。

2）试说明，当压缩比等于1时，燃气轮机不可能有任何机械功输出，而压缩比很大，达到某个值时，燃气轮机也没有功输出。

T-s

3）环境温度的改变对燃气轮机的输出功率有什么影响？

（T-s）当环境温度Ta降低，压缩达到同一压力P2所需要的压缩功减小，透平的平均排气温度降低，输出功率增大；

当环境温度Ta升高，压缩达到同一压力P2所需要的压缩功减小，透平的平均排气温度降低，输出功率减小。

4）一台燃用天然气的燃气轮发电机的供电效率为38％，天然气的低位发热量为38000kJ/Nm

3，试求耗气率（Nm

3/kWh）和热耗率（kJ/kWh）。

2答：

（1kJ/s×

3600s）/0.38/（38000kJ/Nm3）=0.24931Nm3/kWh

0.24931×

38000kJ/kWh=9473.684kJ/kWh

5）提高燃气透平的燃气初温对燃气轮机的效率有什么影响？

（T-s）提高燃气初温T3，提高了燃气的平均吸热温度，比功增大，提高了机组的热效率。

6）已知压气机进口空气总温为288K，总压为0.1013Mpa，压比为13.55，等熵效率为0.88，燃气透平的等熵效率也为0.88，环境的压为0.1013Mpa，试求燃气透平的出口总温。

7）T-s图上画出反力度为Ω＝0.5（或Ω＝0，Ω＝1）的压气机基元级内气体压缩的热力过程图，说明基元级各特征截面上参数变化的关系（u

1=u

2,或u≠u）

8）燃气轮机装置定压加热理想循环中，工质视为空气。

空气进入压气机时的压力为0.1Mpa，温度为15℃。

循环增压比π＝17，燃气轮机进口温度为1673K。

循环的p－v图及T－s图见下图。

若空气的比热容c

p＝1.01kJ/（kg·

K），γ＝1.4，试分析此循环。

若燃气轮机进口温度为1273K，试分析此循环效率的变化。

9）如图所示的循环，其参数与上题相同，即T

1＝288K，p

1＝0.1Mpa，17=p/p

=π，21T

3＝1673K，5.81=T/T

=τ。

取压气机绝热效率0.89=η

31

00Cs，透平的相对内效率91.0=η

。

若选定参考状态T＝273K、p＝0.1Mpa、h＝0，s＝0，并设热源温度T＝1673K，试T

对各过程及整个循环进行热力学第一、第二定律分析。

10）燃气轮机装置定压加热理想循环中，压缩过程若采用定

温压缩，则可减少压气机耗功量，从而增加循环净功。

在不

采用回热的情况下，这种循环1－2`－2－3－4－1（如图）的热

效率比采用绝热压缩的循环1－2－3－4―1是增加了还是降

低了，为什么？

11）简述对轴流式压气机的性能要求。

大的空气流量，高压缩比，高压气机的效率。

稳定运行，结构紧凑，坚固耐用，便于制造。

12）简述轴流式压气机的工作过程。

13）如何计算基元级中动叶栅与气流之间的作用力和外加的机械功？

外加机械功等于圆周速度u与气流扭速的乘积，当u1=u2时△wu=△cu

作用力等于单位时间内流进出控制体的气体的动量差。

分解成轴向Pa’=（P2-P1）t、周向Pu’=ma（w1u-w2u）

14）轴流式压气机的叶片为什么需要扭转？

因为不同半径处圆周速度u各不相同，导致不同基元级中进入叶片的气流角彼此不相等，将会导致叶片的叶背处或叶腹处发生严重的气流脱离现象，恶化压缩效率，使压气机无法正常运行。

所以应根据速度三角形沿叶片高度方向的变化规律来设计压气级叶片即扭叶片。

15）试分析轴流式压气机中的能量损失？

内部损失——通流部分的摩擦阻力损失和涡流损失、径向间隙漏气损失、级间内气封的漏气损失、工作叶轮或转鼓断面与气流的摩擦鼓风损失。

外部损失——损耗在支持轴承与止推轴承的机械摩擦损失、经压气机高压侧轴端的外气封泄露到外界去的漏气损失。

16）简要分析轴流式压气机发生喘振的原因。

在恒速运行工况下，由于气体流量减小，正冲角增加到使气流严重地从叶片背部脱离造成的。

或由于气体流量增大，负冲角增加到使气流严重地在叶腹上的边界层出现分离，严重时可导致叶片通道堵塞造成的。

17）简要说明防止轴流式压气机发生喘振的措施。

放气防喘——从压气机通流部分的一个或几个截面上引出空气，放到大气中或重新引回压气机进口。

旋转导叶防喘——改变叶片的安装角，以改变压气机气流入口的冲角。

分轴压气机防喘——将压气机分成两个转子，甚至三个转子，分别由相应的涡轮带动。

18）简述燃气轮机燃烧室的功能。

1）使燃料与由压气机送来的一部分压缩空气在其中进行有效燃烧

2）使由压气机送来的另一部分压缩空气与燃烧后形成的高达1800-2000℃的燃烧产物均匀掺混，使其温度降低到燃气透平进口初温水平，以便送到透平中做功。

3）控制NOx生成，使透平排气符合环保标准要求。

19）简述燃气轮机燃烧室的工作过程的特点及其性能指标

工作过程的特点——进口气流速度很大、燃烧室容积很小（热强度很大）、工作温度高（2500K）、进口参数变化大、出口气流温度受到涡轮叶片的热强度的限制，不能过高性能指标——燃烧稳定性好、燃烧效率高、燃烧火焰短、出口温度场均匀、流阻损失小、点火性能好、高温元件冷却良好、火焰管应该有数千到上万小时的使用寿命、排气污染含量符合环保规定、结构紧凑，轻巧，单位时间内在单位体积的燃烧空间内燃尽更多燃料，燃烧强度35-190W/（N·

m）

20）从结构上燃气轮机燃烧室通常可分为哪几类？

各有什么优缺点？

圆筒形燃烧室：

优点——结构简单、便于维修、使用寿命长。

缺点——空间利用率差、比容积热强度较低。

分管型燃烧室：

优点——试验和修正比较容易、不需要庞大的试验设备；

维护、检查和

更换比较方便，不需要分解整台发动机

缺点——环形截面积利用率低，总压损失也大；

起动性能差；

火焰筒表面积和燃烧室之比较大，用于冷却的空气流量大；

燃烧室出口温度场不均匀，承受载荷依靠内壳体，钢度差，燃烧室较重环形燃烧室：

优点——燃烧好，总压损失小；

燃烧室出口流场和温度场分布均匀；

燃烧室结构简单，重量轻，耐用性好；

冷却用气量少；

燃烧室轴向尺寸短，有利于减小转子跨度和降低发动机总体质量。

缺点——调试时消耗空气量大、油气匹配难度大、组织燃烧较难；

由于对进口流场比较敏感，故不易获得稳定的出口流场；

环形火焰管由于刚性差，在高温下易发生变形；

从检修看，这种燃烧室的拆卸是比较困难的。

环管形燃烧室：

优点——试验和修正仍较方便，可以截取1~3个火焰筒进行调试，所需试验设备不是很大；

若结构设计得当，检查和装拆较方便，可单独更换火焰筒；

环形截面积利用率高，并能与轴流压气机和涡轮通道平滑衔接，流体损失小。

缺点——燃烧室进口段流动比较复杂，故扩压器设计困难，同时它也存在传焰问题，但情况比分管型燃烧室为好。

21）简述扩散燃烧型燃烧室的工作过程。

为什么燃烧室能在高温下工作？

工作过程：

由压气机送来的压缩空气，在逆流进入遮热筒与火焰管的环腔，分为几部分逐渐流入火焰管。

其中一部分空气称“一次空气”，分别由旋流器、端部配器盖板、过渡锥顶上的切向孔，以及开在火焰管前段的一次射流孔，进入到火焰管前端燃烧区，与燃烧喷嘴喷射出来的燃料进行混合燃烧，转化成1500-2000℃的高温燃气。

另一部分空气称“冷却空气”经过许多排开在火焰管壁面上的冷却射流孔，逐渐进入火焰管内壁部位并沿内壁表面流动，形成温度较低的冷却空气膜。

剩下的一部分空气称“二次空气”，由火焰管后端射流孔射到由燃烧区流来的高温燃气中，掺冷高温燃气，使其温度均匀降低至透平前燃气初温。

因为“冷却空气”经过许多排开在火焰管壁面上的冷却射流孔，逐渐进入火焰管内壁部位并沿内壁表面流动，形成温度较低的冷却空气膜，冷却高温火焰壁、使其免受火焰烧坏。

而且“二次空气”，掺冷高温燃气，使其温度均匀降低至透平前燃气初温。

22）为什么扩散燃烧型燃烧过程必然会产生较多的“热NOx”污染物？

减少这些污染物可以采用哪些措施？

火焰面上的α=1，其温度甚高，通常为理论燃烧温度，而且总高于空气中N2与O2起化学反应而生成NOx的起始温度1650℃，因而必然会产生数量较多的“热NOx”污染物。

措施：

①在高负荷条件下，向扩散燃烧的燃烧室中喷射一定数量的水或水蒸气，借以降低燃烧火焰的温度；

②在余热锅炉中安装选择性催化还原反应器（SCR）；

•③采用催化燃烧法。

23）何为均相预混方式的喘流火焰传播燃烧方法？

有何优点何缺点？

把燃料蒸汽（或天然气）与氧化剂（空气）预先混合成为均相的、稀释的可燃混合物，然后使之以湍流火焰传播的方式通过火焰面进行燃烧，那时，火焰面的燃烧温度与燃料和空气实时掺混比的数值相对应（不再只是αf=1的理论燃烧温度了）。

优点：

通过对燃料与空气实时掺混比的控制，使火焰面的温度永远低于1650℃，这样就能控制“热NOx”生成。

缺点：

均相预混可燃混合物的可燃极限范围比较狭窄，低温条件下火焰传播速度比较低，CO的排放量较大。

24）为了克服均相预混方式的喘流火焰传播燃烧方法的缺点，可以采取哪些措施？

1、合理地选择均相预混可燃混合物的实时掺混比和火焰温度；

2、适当增大燃烧室的直径或xx。

3、时在低负荷工况下（包括起动点火工况）仍然保留一小股扩散燃烧火焰，以防燃烧室熄火；

4、合理地控制均相预混可燃混合物从调节阀门喷口到燃烧区之间的输运时间（即可燃混合物的喷射压比），不使与燃烧室火焰管的共振周期重合，以防燃烧室发生振荡燃烧现象；

5、采用分级燃烧方式以扩大负荷的变化范围。

25）为什么采用分级燃烧方式可以扩大燃气轮机负荷的变化范围？

87页自找

26）说明干式低Nox燃烧室工作原理。

27）了解燃烧室的变工况特性。

在小工况（推力、功率小）情况下，燃烧室进口压力低，进口温度低，燃烧室总油气比小，典型状态如慢车状态和低负荷状态——CO/UHC增加。

在大工况（推力、功率大）情况下，燃烧室进口压力高，进口温度高，燃烧室总当量比高，典型状态如起飞状态或100%负载状态——Nox/冒烟增多。

28）简述燃气透平的作用。

把来自燃烧室的蕴储在高温高压燃气中的能量转化成机械功，其中一部分用来带动压缩机工作，多余的部分则作为燃气轮机的有效输出功，去带动外界各种负荷。

29）简述轴流式燃气透平的性能要求。

燃气透平为什么能在高温下工作？

性能要求：

提高燃气透平的燃气初温t3*；

改善燃气透平的效率；

在保证燃气透平效率的前提下，增高透平级的膨胀比，以适应高效、大功率燃气轮机中压气机的压缩比ε*不断增大的需要，力求燃气透平的级数不至于过多；

增大燃气透平的通流能力，以适应大功率燃气轮机中空气流量不断增大的需要；

结构的紧凑性和耐用性，特别是透平叶片的使用寿命必须以10^4h计算；

透平部件应便于制造。

原因：

因为喷环的喷道是渐缩型的，能使燃气的流速加快，因此燃气的压力和温度是逐渐下降的，意味着在喷嘴环中燃气的部分热能转化成动能推动叶轮旋转做功。

30）燃气透平初温是如何定义的？

tA：

燃烧室的出口温度

tB：

第一级喷嘴环后的燃气温度

tC：

进入燃气轮机所有空气流量的平均温度

31）理解轴流式燃气透平的工作原理。

冲动式：

燃气只在喷嘴中膨胀加速，进入动叶栅中不再膨胀；

依靠高速气流产生对动叶的冲击力来使叶轮旋转作功。

工作叶片进出口气流的压力和相对速度几乎不变，即P1≈P2，w1≈w2工作动叶片的通道一般是等截面的。

反动式：

除了在喷嘴中膨胀加速外，燃气进入动叶栅中继续膨胀而加速；

加速气流在流出动叶栅时，会对动叶产生反推力，同样会使叶轮旋转而获得机械功。

这样叶轮旋转作功，既依靠高速气流的冲击力，又靠加速气流的反动力。

P2<

P1，w2>

w1

工作动叶片的通道一般是收敛的.

32）基元级中燃气流施加于动叶栅的作用力何机械功如何计算？

作用力（切向）Pu=m

g（c

1u+c

2u）orm

g（w

1u+w

2u）

机械功lt=u（c

2u）oru（w

2u）or（c

1-c

2）/2+（w

2-w

1）/2+（u

1-u

2）/233）试说明基元级中燃气能量的转换关系。

1kg/s燃气流过工作叶轮上的动叶栅时，对外界所做的膨胀功lt。

在冲动式透平级中，气流流过动叶栅时不再继续膨胀了，燃气对外界所作的膨胀轴功是由于燃气绝对速度动能的减少量转化的。

（叶片厚实，弯曲角度大）222

在反动式透平级中，气流流过动叶栅时还会继续膨胀。

燃气流经工作叶轮时所发生的绝对速度动能与相对速度动能变化量的总和，将全部转化为燃气对外界所作的膨胀轴功34）试说明高温高压的燃气在透平中作功的过程和原因。

*答：

在喷嘴环中，燃气发生膨胀，气流的流动速度c1增加。

燃气本身所具有的能量h

0部分地转化成为气流的动能。

随后将的燃气喷向装有动叶栅的工作叶轮中。

在冲动式透平级中，气流流过动叶栅时不再继续膨胀了，燃气压力、温度和相对速度的大小几乎不变，燃气对外界所作的膨胀轴功是由于燃气绝对速度动能的减少量转化的。

（叶片厚实，弯曲角度大）

在反动式透平级中，气流流过动叶栅时还会继续膨胀，燃气的压力、温度、和焓降进一步下降，比体积和相对速度有所增大。

燃气流经工作叶轮时所发生的绝对速度动能与相对速度动能变化量的总和，将全部转化为燃气对外界所作的膨胀轴功。

35）分析透平级中能量的损失。

轮周损失：

△Hn静叶损失——速度系数越大，就越小；

反动度越大，能量损失越小△Hr动叶损失——相对速度系数越大，就越小

△Hc余气损失——余气利用系数越大，就越小（占总功量的10%）不仅与叶栅的气流角度有关，而且与速度比u/c1有密切关系。

不可避免，降到最低限度

内部损失ΣΔh：

发生在涡轮通流部分的内部

36）大型燃气透平叶片为什么必须做成扭曲的？

界限：

Dm（叶轮平均直径）/l（叶轮高度）<

12则短叶片，反之长叶片。

因为从叶片根部到平均直径之间，气流进气角β1比叶片几何进口角β1j小，产生正冲角，气流在叶背产生涡流脱离；

反之从平均直径到叶顶之间，进气角大于进口角，产生负冲角，在叶腹形成涡流脱离，导致效率降低。

因此把叶片进口角与出口角做成沿叶高方向逐渐变化的扭曲叶片。

37）与压气机比，为什么轴流试燃气透平的级数少而效率比较高？

因为透平叶栅中气流的膨胀加速过程，附面层厚度薄，不易发生气流脱离，气流折转角可设计较大，因而膨胀比可加大很多且级的效率仍保持相当高水平，所以级数叫压气机小。

38）比较轴流式压气机与轴流式透平的相同点与不同点。

书上有表

39）衡量燃气轮机机组性能优劣的指标。

（从设计工况和变工况两方面考虑）

1、机组的经济问题：

低负荷工况热效率总比设计工况的低

2、机组的稳定性问题：

气流流动方向偏离进口角，易发生喘振。

压气机远离喘振边界，涡轮不超温

3、机组的加载性问题：

机组发出的功率能够及时的适应外界负荷迅速变化的需要

4、机组功率和机组效率的变化程度：

对于感受外界大气条件变化的敏感程度40）大气参数对燃气轮机性能的影响。

温度：

大气温度T0升高时，机组功率和效率都降低；

大气温度T0降低时，机组功率和效率都增加。

压力：

p0升高时，机组功率Pe增加而效率不变；

p0降低时，机组功率Pe降低而效率不变。

空气绝对湿度：

H升高时，机组净比功增加而效率降低；

H降低时，机组净比功降低而效率增加。

41）燃机起动过程。

（三个阶段及每个阶段的特点）

1．冷态加速：

n由0→n

in

i=n

max（8%~12%）

起动过程中的扭矩Ms均来自于起动机

2．热态暖机：

n由n

i→n

R（脱扣转速）n

R=n

max（40~60%）

达到脱扣转速后发动机功率不但可带动透平，还有剩余功率出现

3．热态加速：

n由n

R→n

id（空载转速）

完全靠发动机自身来工作,起动机退出工作。

42）燃机起动过程扭矩的变化规律。

43）影响燃机起动的因素有哪些？

压气机特性线的影响；

集体热应力影响；

转自转动惯量的影响；

起动机功率选得越大时，机组的启动时间可以缩短；

减少机组各部分的阻力矩，必然可以缩短机组的启动时间。

44）燃机停机分为几种？

有什么区别？

种类：

正常停机（逐步减少燃料直至低转速时才切断燃料供给并回到“待机”状态）；

保护停机（检测到可能危及机组安全运行的因素自动切除燃料供给，保护停机，迅速停机）；

紧急停机（发现危及人身、设备安全运行的因素，手动切除机组供料量，迅速停机）45）影响燃机维修周期的因素有哪些？

燃料的种类；

燃烧温度的设定；

蒸汽/水的喷注量；

机组甩负荷与否；

启动速率；

高温烟气道硬件所用材料。

46）汽轮机的型号、工作原理。

原理：

一定压力和温度的蒸汽流经固定不动的喷嘴，并在其中膨胀，蒸汽的压力、温度不断降低，速度不断增加，使蒸汽的热能转化为动能。

冲动式则蒸汽膨胀大部分发生在喷嘴叶栅中将动能转化为机轴上的机械能；

反动式则级的比焓降在喷嘴叶栅和动叶栅中平均分配均转化