燃气轮机复习考试题

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1、电站燃气轮机课程复习思考题1. 词语解释：(1)循环效率：当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q转化成为机械功lc的百 分数。：，：；(2)装置效率(发电效率) : 当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能 q 转化成为 电功ls的百分数。町血(3)净效率(供电效率) :当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能 q 转化成为净功 ie的百分数。阮q(4) 比功:进入燃气轮机压气机的 1kg 的空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出 的机械功(或电功) ls( kJ/kg) ,或净功 le( kJ/kg) .(5) 压气机的压缩比：压气机的出口总压卩与进口总压卩之比。 卩7(6)

2、 透平的膨胀比：透平的进口总压卩与出口总压匚之比。(7) 压气机入口总压保持系数:压气机的入口总压卩与当地大气压卩之比。卩；.(8) 燃烧室总压保持系数:燃烧室的出口总压与入口总压之比。卩(9) 透平出口总压保持系数:当地大气压.与透平的排气总压卩之比。(10) 压气机的等熵压缩效率:对于1kg同样初温度I |的空气来说，为了压缩达到同样大小 口 y =厂= r的压缩比；，等熵压缩功L与所需施加的实际压缩功I之比。11 r(11) 透平的等熵膨胀效率:对于1kg同样初温度I的燃气来说，为了实现同样的膨胀比,+ h h； h；ii n 1 = r=rr燃气对外输出的实际膨胀功与等熵膨胀功之比。一

3、 ：1=T冲斤耳(12 )温度比:循环的最高温度与最低温度之比。：(13) 回热循环:在简单循环回路中加入回热器，当燃气透平排出的高温燃气流经回热器时 可以把一部分热能传递给由压气机送来的低温空气。这样，就能降低排气温度，而使进到 燃烧室燃料量减少，从而提高机组的热效率。(14) 热耗率：当工质完成一个循环时，把外界加给工质的热能q，转化成机械功(或电工)Ic,Is或Ie的百分数。(15) 最佳压缩比(16) 燃烧效率：一个小于1 的参数，用来描写燃烧过程中燃料能量的实际利用程度。(17) 间冷循环 ：采用为了减少压气机的耗功量，把气体稍微加压后，就引出来冷却降温 然后再使之增压，从而提高比功

4、的这种分段冷却、逐渐加压方法的燃气轮机热力循环，就叫 做间冷循环。(18) 再热循环：为了在T3*恒定的条件下增大透平的膨胀功，可以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T3* ，然后再去膨胀，这样，就可 以增加燃气在透平后几级的的膨胀作功量，从而达到提高机组比功的目的。2 、 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。3. 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。答：在燃气轮机理论循环的分析中，如果近似地认为所有过程平均等压比热容相等

5、，并且不考虑压损，这样燃气轮机的比功和内效率的解析式可分别表示为：由以上两式可见，当压比：一丄时，比功和效率都为零。当压比提高时，比功和效率都提高，但当1提高到到所谓极限压比时，压气机耗功等于涡轮膨胀功，比 功和效率又等于零。4. 环境温度的改变对燃气轮机的输出功率有什么影响？原因是什么？ 答：随着环境温度的的降低，燃气轮机的比功和热效率增大，同时，空气的密度增大，流经 燃气轮机的空气质量流量增大，因而燃气轮机的输出功率增大。反之，随着环境温度的升高， 燃气轮机的输出功率减少。5. 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/Nm3,试求耗气率

6、(Nm/kWh)和热耗率(kJ/kWh)。解:热耗率：匸气耗率：产 %/漏=9474 -鶉妣=0.25 NmV(kW h)6. 提高燃气透平的燃气初温对燃气轮机的效率有什么影响？答：随着燃气初温的提高，燃气轮机的效率不断增大。7已知压气机进口空气总温为288K,总压为01013Mpa，压比为13.55,等熵效率为088, 燃气透平的等熵效率也为088,环境的压为0.1013Mpa，温度比45,空气的比热容cp=1.01kJ/ （kg K）, Y= 14，试求燃气透平的出口总温。1.4-1=1296 Tr - 11解:透平理论出口总温：-T4Gh；透平等熵效率：1： 11 : -透平出口总温：，

7、=x (1296 (SIS) = 697J8词语解释：（1）压气机的基元级：在压气机级的某一半径r的地方，沿半径方向取一个很小在厚度, 然后沿圆周方向形成一个与压气机的轴线同心的正圆柱形薄环，在这个薄环内包括有压气机 级的一列动叶栅和一列静叶栅的环形叶栅。这组环形叶栅就是压气机的基元级。2）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压气机的一个级。gm% = 7（3） 反力度：气流在动叶栅内的静焓增量与滞止焓增量之比，即：（4）冲角：叶栅的几何入口角与进气角之差，即 I5）基元级的流量：指单位时间内流过叶栅通流截面的气体数量，通常可以用质量流量或体积流量来表示。（P53）6）压缩比

8、：是一个表示空气通过压气机的级以后，压力相对升高的参数，通常，它是一个无因次量，反映压气机级的增压能力。（P53）7）效率：是一个用来表示压缩过程中能量转换过程完善程度的性能指标。最常见的是等熵压缩效率。（P54）（8）载荷系数：是一个衡量压气机级外加机械功量的特性系数。（P54）（9）滞后角（落后角）：叶栅的几何出口角与气流流出叶栅时的出气角之差。（P579简述轴流式压气机的工作过程。答：空气从进气道进入压气机,逐级地完成压缩过程,压力和温度升高,最后从排气道排出10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？答：叶片对气流的轴向作用力：亠 -1 工作叶轮加给气流的机械功：L 川

9、；或2 2 2 2 2 2W-叫叫-珀勺-勺/2十+211. 简述基元级中能量的转换过程与原因。答：（1）外界通过工作叶轮上的动叶栅把一定数量的压缩轴功L传递给流经动叶栅的空气，一方面使气流的绝对速度却能增高，同时让气流的相对速度却能降低，以促使空气的压力得 以增高一部分。（2）随后，由动叶栅流出的高速气流在扩压静叶中逐渐减速，这样，就可以 使气流绝对速度却能中一部分进一步转化成为空气的压力势能，使气体的压力进一步增高。12. 轴流式压气机的叶片为什么需要扭转？ 答：对于采用直叶片的压气机级来说，除了靠近平均半径的地方以外，其他部分都会发生气 流的分享现象，这不仅会恶化压缩效率，甚至使压气机无

10、法正常工作。为此，就应该根据速 度三角形沿叶片高度方向的变化规律来设计压气机级的叶片，这样的叶片必然是扭叶片。13. 试分析轴流式压气机中的能量损失？答：通常，可以把压气机的能量损失概括为内部损失和外部损失两大类型。（1）所谓内部损 失是指那些会引起压气机中空气的状态参数发生变化的能量损失，它们有以下几种：在压气 机通流部分发生的摩擦阻力损失和涡流损失，径向间隙的漏气损失，级与级之间内气封的漏 气损失，工作叶轮或转鼓断面与气流的摩擦鼓风损失。（2）所谓外部损失是指那些只会增加 拖动压气机工作的功率，但不影响气流状态参数的能量损失，它们有以下几个方面：损耗在 支持轴承和止推轴承上的机械摩擦损失，

11、经过压气机高太侧轴端的外气封泄露到外界去的漏 气损失。14. 简要分析轴流式压气机发生喘振的原因。 答：喘振现象的发生总是与压气机通流部分中出现的气流脱离现象有密切关系。当气流发生 较大的脱离时，气流就会朝着叶栅的进气方向倒流，这就为发生喘振现象提供了前提。15. 简要说明防止轴流式压气机发生喘振的措施。答：（1）在设计压气机时应合理选择各级之间流量系数小 J，的配合关系，力求扩大压气 机的稳定工作范围。（2）在轴流式压气机的第一级，或者前面若干级中，装设可转导叶的防 喘措施。（3）在压气机通流部分的某一个或若干截面上，安装防喘放气阀的措施。（4）合理 地选择压气机的运行工况点，使机组在满负荷

12、工况下的运行点，离压气机的喘振边界线有一 定安全裕量的措施。（5）把一台高压比的压气机分解成为两个压缩比较低的高、低压压气机，依次串联工作；并分别用两个转速可以独立变化的透平来带动的双轴燃气轮机方案，可以扩 大高压比压气机的稳定工作范围。16. 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15C。循环增压比n=17，燃气轮机进口温度为1673K。循环的pv图及T_s图解：燃气轮机定压加热理想循环由收下四个过程组成的，即:A.理想绝热的压缩过程1-2；见下图。若空气的比热容cp=1.01kJ/（kg K）, Y=14,试分析此循环。若燃气轮机进口

13、 温度为1273K，试分析此循环效率的变化。B.等压燃烧过程2-3;C.理想的 绝热膨胀过程3-4； D.等压放 热过程41。从图中可以看到：在理想绝热的压缩过程中，面积1p1p221就是理想绝热压缩功。在 等压燃烧过程中，面积2SS432就是空气在此过程中从外界吸入的即用q。在理想绝热的膨 胀过程中，面积3s4s123就是理想绝热膨胀功L。在等压放热过程中，面积4s4s114就是燃气 在此过程中释放给外界的热能q2。在p-v图中，面积34123表示1kg空气在燃气轮机中完成一个循环后能够对外界输出的 理想循环功一；在T-s图中，面积34123与2s1s432的比值就是机组的循环效率，。可以看

14、出，按定压加热循环工作的燃气轮机装置的理论热效率仅仅取决于增压比，而和 升温比无关；增压比愈高，理论热效率也愈高。Itp = 1 - 1.4 - I所以，丨 =55.49%17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122341（如图）的热 效率比采用绝热压缩的循环12341是增加了还是降低了，为什么？所以这种循环的热效率比采用绝热压缩的循环增加了。18燃气轮机装置的定压加热理想循环中，工质视为空气，进入压气机的温度t=27C、压p力p1=01Ma,循环增压比兀=p2 = 15。在燃烧室中加入热量qt=433

15、kJ/kg，经绝热膨1胀到p4=01MPa。设比热容为定值，试求：(1)循环的最高温度；(2)循环的净功量；(3) 循环热效率；( 4)吸热平均温度及放热平均温度。F- 11解:.二二 4-33 - 200 二 233k/k19在燃气轮机理论循环的分析中，如果近似地认为所有过程平均等压比热容相等，即:2 = 丁严=x is 1,4 =c - c - c沁c和r - r，并且不考虑压损，即8* =8* =8*，这样燃气轮机内效率 ptpypgp1ty的解析式可表示为:T (1 -8 *-；叶-(8*: - 1)/ 小耳 =tty斗耳cr-1r-1)/ 小y设 Cp=1.092 kJ/kg.K,

16、8=11 ,耳 * =0.89,y耳* =0.99,耳* =0.90, r=1.4,压气机进气温度 rtT0=298K,求透平前温度 T*3为 1223K，1323K，1573K时燃气轮机的内效率。并分析咒对燃气T - 1 +(8* r轮机内效率的影响。解：当匚=122氷时，二站阳阴 当T厂1323K时，比二时,时,当T;, = 1573K时 片二的血阴可见，当压气机进气温度不变时，随着透平前温度的增高，燃气轮机内效率q增高。20. 简述燃气轮机燃烧室的工作过程的特点。答：（1）由于燃烧室进口气流速度较高,在如此高速下组织燃烧,无论从稳定火焰或降低压 力损失方面考虑,都要采取专门措施,如设置扩

17、压器、火焰管头部进气装置等（。2）利用火 焰管开孔规律来控制气流分配，其中一部分空气主要是参加燃料的燃烧，另一部分空气主要是与高温燃烧产物掺混，以降低燃烧室出口的燃气温度，这样才能满足燃烧与涡轮要求的进口温度。（3）必须组织一部分空气冷却火焰管壁面。（4）对液体燃料，必须用喷嘴将它雾化， 以加速其蒸发汽化，从而迅速形成与空气混合的可燃混合气。（5）在燃烧室结构设计中，需 要仔细考虑热膨胀问题。21. 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？答：从结构上燃气轮机燃烧室通常可以分为：圆筒型、分管型、环管型以及环形（1）圆筒型燃烧室的最大优点是：结构简单；机组的全部空气渡过一个或两个

18、燃烧室， 能适应固定式燃气轮机的结构特点，便于与压气机和透平配装；装拆容易。由于燃烧室的尺 寸比较大，因而在流阻损失较小的前提下，比较容易取得燃烧效率高、燃烧稳定性好的效果。 其缺点是：燃烧热强度低；笨重，金属消耗量大；而且难于作全尺寸燃烧室的全参数试验 致使设计和高度比较困难。（2）分管型燃烧室的优点是：燃烧空间中空气的流动模型与燃料炬容易配合，燃烧性能较易组织，便于解体体检和维护。由于流经燃烧室的空气流量只是整个机组进气问题的1/n,因而燃烧室便于在试验台上作全尺寸和全参数的试验，试验结果可靠而且节省费用。它的缺 点是：空间利用程度差、流阻损失大，需要用联焰管传焰点火，制造工艺要求高。（3

19、）环型燃烧室具有体积小、重量轻，流阻损失小，联焰方便、排气冒烟少，火焰管的 受热面积小，发展潜力大等一系列优点，是一种很有发展前途的结构形式。它特别适宜与轴流式压气机匹配。但是由于燃烧空间彼此沟通，气流与燃料炬不容易组织，燃烧性能较难控 制，燃气出口温度场受进气流场的影响较大而不易保持稳定，同时，由于需要用机组的整个 进气量作燃烧试验，试验周期长而耗费大，加上结构的刚性差，在机组上又不便于解体检查， 致使这种燃烧室曾长期未获广泛使用，但目前正在迅速发展之中。(4) 环管型燃烧室是一种介于环型和分管型燃烧室之间的过渡性结构型式。它兼备两者 的优点，但却继承了重量较大，火焰管结构复杂，需要用联焰管

20、点火，制造工艺要求高等缺 点。它适宜与轴流式压气机配合工作，能够充分利用由压气机送来的气流的动能。在目前应 用得还相当广泛。22. 为什么燃烧室能在高温下工作？答：选用耐高温材料；合理控制燃烧室温度；可靠的冷却保护措施。23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？答：(1)扩散燃烧，火焰面上的，其温度甚高，通常为理论燃烧温度，它总是高于空气中的 与起化学反应而生成时的起始温度。因而按这种方式组织的燃烧过程必然会产生数量较多的“热NOx”污染物。(2) 为了减少这些污染物，可以采取三种措施，即：A.在高负荷条件下，向扩散燃烧的 燃烧室中喷射一

21、定数量的水或水蒸气，借以降低燃烧火焰的温度；B.在余热锅炉中安装所谓 的选择性催化还原反应器(SCR)； C.采用催化燃烧法。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？答：(1)合理地选择均相预可混混合物的实时掺混比和火焰和温度。(2)适当增大燃烧室的 直径或长度，以适应火焰温度较低时，火焰传播速度比较低的特点。(3)必要是在低负荷工 况下仍然保留一小股扩散燃烧火焰，以防燃烧室熄火，并使满足燃气轮机燃烧室负荷变化范 围很宽的要求。(4)合理地控制均相预混可燃混合物从调节阀喷口到燃烧区之间的输运时间， 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

22、。(5)采用分组燃烧方 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？ 答：采用分组燃烧方式时，供入各级燃烧区的燃料量是根据机组负荷量的变化而不断改变的。26. 说明干式低 Nox 燃烧室工作原理。答：采用均相预混方式的湍流火焰传播燃烧方法，把燃料蒸气(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。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1650C，这样就控制“热NOx”生成。27. 燃气透平为什么能在高温下工

23、作？答：选用耐高温材料；合理控制燃烧室温度；可靠的冷却保护措施。28. 燃气透平初温是如何定义的？答：目前有定义燃气透平初温的三种方法，即:A.燃烧室的出口温度； B.燃气透平第一级 喷嘴环后的燃气温度；C.以进入燃气透平的所有空气流量计算的平均温度L。29. 说明轴流式燃气透平的工作原理。 答：高温高压的燃气在透平中作连续稳定的绝热流动，逐级完成膨胀过程，推动工作叶轮旋 转作功。30. 试说明基元级中燃气能量的转换关系。2 2答: 1 131. 试说明高温高压的燃气在透平中作功的过程和原因。答：(1)首先，在喷嘴环中使燃气发生膨胀过程，以增高气流的流动速度.，这样，就能把燃气本身所具有的能量

24、：，部分地转化成为气流的动能。在这个过程中燃气的压力、温 度丁和热恰J都被降低了，但其比体积则增大，而速度:却增高了。由于当时燃气与外界 h+T4尚无热能和功量的交换，因而燃气的滞止焓值和滞止温度是维持恒定不变的，可是滞 止压力卩则由于不可逆现象的存在，将略有降低。(2) 随后，将高速的燃气喷向装有动叶栅的工作叶轮。利用燃气在流过动叶栅流道时所发生 的动量的变化关系，可以在动叶栅中产生一个连续作用的切向推力，借以推动工作叶轮转 动，并对外作功。(3) 在工作叶轮中燃气的作功过程有两种方案可循。在冲动式透平级中，气流流过动叶栅时 一般不再继续膨胀了，因而在动叶栅的前后，燃气的压力温度和相对速度的

25、大小 几乎不再发生变化；但是绝对速度和滞止焓值必然都有相当程度的降低。届时，燃气绝对速度却能的减少量将全部转化为燃气对外界所作的膨胀轴功。但是，在反动式透平级中，气流流过动叶栅时还会继续膨胀。因而在动叶栅的前后，燃 气的压力卩、温度丁和焓值.都将进一步下降，而其比体积和相对速度却有所增大。当然，膨胀终了时燃气的绝对速度和滞止焓值也都会有相当程度的降低。在这种情况下，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。32. 词语解释：（1）燃气透平的基元基：（2）燃气透平的级：一列静叶和一列动叶组成一个最基本的透平“级”。（3）中弧线：

26、叶型中所有内切圆的圆心连线，它可以是一个圆弧、抛物线，或者是某一种光 滑的弧形曲线。（4）栅距t：在两个相邻的叶片上，同位点之间沿额线方向的距离。（5）安装角：叶型外弦线与后额线之间的夹角。几何入口角山与几何出口角：中弧线在叶型入口边和出口边的切线与前、后额线之间 的夹角。（7）燃气透平的基元级：在透平级的某一半径r的地方，沿半径方向取一个很小在厚度 然后沿圆周方向形成一个与压气机的轴线同心的正圆柱形薄环，在这个薄环内包括有压气机 级的一列动叶栅和一列静叶栅的环形叶栅。这组环形叶栅就是燃气透平的基元级。（8）透平动叶中等熵焓降整个级的总等熵焓降之比，通常也称为热力学反动度。透平动叶中气体能量转

27、换成的作功量与整个级的总作功量之比，通常也称为运动学反动度。（9）冲角：叶栅的几何入口角与进气角之差，（10）中弧线： 叶型中所有内切圆的圆心连线，它可以是一个圆弧、抛物线，或者是某一 种光滑的弧形曲线。（11）滞后角：是指在输入轴开始转动时,由于有齿侧隙存在,输出轴滞后一个角度才开始转 动,即输出轴滞后于其理论位置的转角（12）弦线：叶型内弧侧进口边与出口的公切线，又称外弦（13）出口边的厚度 一般出口边的型线是做成圆弧型的，其厚度就是出口边圆弧的直径14）叶型剖面的几何形状：它是决定叶型形状的关键尺寸，又称型线(15) 弦长:在叶片入口边到出口边之间沿弦线方向的距离，它表示叶型大小的特征尺

28、寸(16) 载荷系数：是衡量压气机级外加机械功量的特性系数(17) 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(18) 相对栅距：t=t/b表示叶栅中叶型排列的疏密程度(19) 叶栅宽度：叶栅在轴线方向的尺寸33. 分析透平级中能量的损失。 答：像压气机级那样，透平级中会发生型阻损失、端部损失、径向间隙的漏气损失等那些会 影响透平级中燃气的状态参数的内部损失，此外，还有由于气流离开透平动叶栅时，因具有 一定的绝对速度，而带走的余速损失。34. 大型燃气透平叶片为什么必须做成扭曲的？答：对于长叶片来说，在同一个转速下，叶片根部与顶部的圆周速度“和就会相差很大。 在设计这种叶片时，假如

29、对这个因素不加注意，而仍然采用直叶片结构，就会在叶片进口处 造成气流脱离现象，致使透平效率严重恶化。因而为了提高透平级的效率和作功能力，必须 采用扭叶片。35. 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？ 答：在压气机中，为了避免气流流过压气机叶栅时发生严重的脱离现象，通常，总是把压气 机叶型的弯曲角:限制在45。角以内。随着压气机叶型弯曲角。的减小，必然会导致气流流 经动叶栅时，值的减少。这就是说：当压气机叶型的。角受限制时，也正意味着外界通过 工作叶轮和动叶栅传递给1kg空气的压缩轴功L必将受到了限制，即压气机级的压缩比受到 了限制。在透平中，由于在透平叶栅中气流的膨胀加速过程

30、，附面层的厚度较薄，不易发生气流 的脱离现象，气流的折转角可以设计得很大，即I远远大于L,因而透平级的膨胀比就可以 加大很多，而级的效率却仍然能够保持相当高的水平。36. 能够查阅燃气透平的特性曲线和燃气轮机的联合运行曲线。37. 比较轴流式压气机与轴流式透平的相同点与不同点。38. 燃气轮机整体式结构的含义？ 答：压气机、燃烧室和燃气透平，包括压气机进气机匣和燃气透平的排气扩压机匣，彼此联 接成为一个整体，安装在同一个底座上。39. GE公司生产的燃气轮机中，压气机的转子釆用什么型式的结构？它有什么优缺点？答：压气机的转子采用了外围拉杆螺栓联接的盘鼓式的转子结构型式。盘鼓式的转子把各级 轮盘

31、在接近轮缘处的鼓环，用多根细而长的拉杆螺栓，彼此压紧而连接成为一体的，因而它 在接近轮缘处是一个转鼓，这样，可以使转子具有很好的刚性。转子旋转时产生的离心力则 是依靠轮盘承受的，致使这种转子也能具有很好的强度。40. 影响燃气轮机维修周期的“维修时间因素”和“起动因素”有哪些？答：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；起动 速率；高温烟气通道硬件所用的材料。41. 能够计算“维修时间因素”和“起动因素”。42. 燃用天然气的大型燃气-蒸汽联合循环机组为什么要釆用“三压汽水发生系统？ 答：为了降低余热锅炉的排气温度，充分利用燃气的余热。43. 绝热压缩过程中的损失、燃烧室

32、中的压力损失（假定与外界没有热交换）、以及绝热膨胀过程的损失，如何在T-s循环图上表示？ T-s循环图上的实际循环面积是否等于有效比功？答 详见P17的图2-2a）以及P17T8的相关内容。第二问的答案在该部分内容的最后。44. 简述对轴流式压气机的性能要求。答：（1） .增大压气机的空气流量（2）.提高单转子压气机的压缩比（3）.改善压气机的效率（4）.改善压气机的运行稳定范围（5）.结构紧凑，坚固耐用，便于制造45. 简述燃气轮机燃烧室的工作过程的特点及其性能指标。答：燃气轮机燃烧室的工作过程具有：高温；高速；高燃烧强度；高余气系数； 运行参数变化剧烈；要求燃用多种燃料等一系列特点。性能指

33、标： 燃烧稳定性好，在任何运行工况下都不会发生熄火或强烈的火焰脉动以及振荡燃烧现象; 燃烧效率高，通常，在满负荷工况下要求达到99%左右，怠速工况下不宜低于90%； 燃烧火焰短，不致伸入燃气透平； 出口温度场均匀，或者按设计所要求的温度场规律分布； 流阻损失小，相对总压降大约为3%-6%； 结构紧凑、轻巧、单位时间内能在单位体积的燃烧空间内燃尽更多的燃料，燃烧热强度大约是 35-190W/（N M）； 点火性能好； 高温元件冷却良好，严防烧坏或发生翘曲变形，火焰管的最高壁温一般不超过800C、最好能控制在700-750C； 火焰管应有数千到上万小时的使用寿命； 排气中污染的含量符合环境保护条例

34、的规定。46、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？ 答：可分为圆筒型、分管型、环管型、环型。圆筒型：结构简单、便于维修、使用寿命长。 缺点是：空间利用率差、比容积热强度较低，不适用于要求结构紧凑的机组。分管型：较易 组织良好的燃烧过程，且调试时所消耗的人力和物力都较小，比较容易从燃气轮机上拆卸， 检修方便。缺点：结构较复杂，空间利用率不高，重量较重需冷却保护的火焰表面相对较多， 启动点火时火焰管间传焰性能差，出口温度沿周向不均匀度大，燃烧室与直流布置地压气机 和涡轮流路不适应，采故需用型线复杂地管道过度且压力损失较大。环型：管道型线和结构 都较为简单，压力损失也小。不需要连

35、焰管传焰，不存在启动点火的传焰问题。缺点：调试 时消耗空气量打、尤其匹配难度大、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，早高温下易发生变形。另外从检修方面看，这种 燃烧室的拆卸比较困难。环管型：优点：燃烧过程在尺寸较小的火焰管内进行，油气匹配较 好，这对组织燃烧有利。在调试燃烧室时，可在有1 到 3 个火焰管组成的扇形段中进行，由 于所需空气量少，有利于调试工作。尺寸比较紧凑。主要缺点：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。47、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？ 答：由压气机送来的压缩空气

36、，在逆流进入遮热筒与火焰管之间的环腔时，因受火焰管结构 形状的制约， 将分流成为几个部分，逐渐流入火焰管，以适应空气流量与燃料流量的比值总是要比理论燃 烧条件下的配比关系大很多的特点。其中的一部分空气称为“一次空气”，它分别由旋流器、端部配器盖板、过渡椎顶上的切向 孔以及开在火焰管前段 的三排一次射流孔，进到火焰管前端的燃烧区中去。在那儿，它与由燃烧喷嘴喷射出来的液 体燃料或天然气，进行混合和燃烧，转化成为1500C-2000C的高温燃气。这部分空气大约占进入燃烧室的总 空气量的 25%； 另一部分空气称为“冷却空气”，它通过许多排开在火焰管壁面上的冷却射流孔，逐渐进入 火焰管的内壁部位， 并

37、沿着内壁的表面流动。这股空气可以在火焰管的内壁附近形成一层温度较低的冷却空气 膜，它具有冷却高温的火焰管壁、 使其免遭火焰烧坏的作用。此外，剩下来的那一部分空气则称为“干净空气”或“掺混空气”， 它是由开在火焰管后段的混合射流孔，射到由燃烧区流来的1500-2000C的高温燃气中去的，它具有掺冷高温燃气， 使其温度比较均匀地降低到 透平前燃气初温设计值的作用48、了解GE公司设计的DLN燃烧室、ABB设计的环境型（EV）燃烧室、Siemens的干 式低Nox的混合型燃烧室的工作过程。49、了解燃烧室的变工况特性。 答：在燃气轮机的实际运行中，像压气机和燃气透平的情况一样，燃烧室也会在偏离设计工

38、 况的条件下工作。那时流经燃烧室的空气流量、温度、压力、速度以及燃料消耗量都会发生 变化，相应地，燃烧室的工作性能，例如燃烧效率“、总压保持系数E、壁面温度、出YY口温度场等，都会发生一定的变化。为了配合整台燃气轮机变工况特性的研究，我们也有必 要了解当机组的负荷变化时，燃烧室的某些特性是如何变化的。（燃烧效率耳与机组负荷的Y关系曲线以及燃烧室的E与机组负荷的关系曲线见书本P103)在燃烧室的变工况性能中，Y必须充分注意的另一个指标是贫油熄火极限问题。这个只对于机组的安全运行有直接影响， 这个指标只能通过燃烧室试验测得。在燃烧室的调试过程中，人们应确保燃烧室在机组可能 出现的任何工况下，都不会

39、发生熄火，而且在负荷骤增或骤减的动态过程中，也不至于有熄 火的任何危险。50、简述燃气透平的作用。答：燃气透平的作用是：把来自燃烧室的、蕴储在高温高压燃气中的能量转化为机械功，其 中一部分用来带动压气机工作，多余的本分则作为燃气轮机的有效功输出，去带动外界的各 种负荷。51、简述轴流式燃气透平的性能要求。(1) 提高燃气透平的燃气初温t*。因为它是改善燃气轮机的效率和增大比功的重要因素。3(2) 改善燃气透平的效率。(3) 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e *不断增大的需要，力求燃气透平的级数不至于过多。(4) 增大燃气透平的通流能力

40、，以适应大功率燃气轮机中空气流量不断增大的需要。(5) 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。此外，透平部件应便于制造。52、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？ 答：周向分力 Pu=ma(w1u-w2u)轴向分力 Pa= ma(w2a-w1a)+(p1-p2)tm没秒钟流过工作叶片的气体质量；aW1a、W2a动叶栅进口与出口处相对速度W与W2的轴向分速度;Wm、W2u动叶栅进口与出口处相对速度W1与W2的周向分速度;t 动叶栅的一个间距宽度。机械外功：l =U(W1u-W2u)=UWu式中“Wu标志着气流在圆周方向扭转的量，简称为扭速。53、比

41、较轴流式压气机与轴流式透平的相同点与不同点。答：书本 P132-13654、为什么要对压气机通流部分进行清洗？答：压气机通流部分污染，致使压气机效率降低，特性曲线变坏，启动时压气机耗功增加 出现起动机功率不足现象而导致启动失败55、产生“热悬挂”的原因是什么？答： P189热悬挂 发生在启动机脱扣以后，机组转速停止上升，运行声音异常，若继续增加燃料流量 透平前温升高，而转速却不上升，反而呈现下降的趋势，最终导致启动失败。热悬挂的主要原因：启动过程线太靠近压气机的喘振界线56一台燃用天然气的燃气轮发电机的供电效率为 40，天然气的低位发热量为38000kJ/Nm3,试求耗气率(Nm3/kW)和热

42、耗率(kJ/kWh),供电标煤耗率。 设天然气密度为 0.707kg/Nm3。解：热耗率：q = 3600川en 二 3600/40% 二 9000kJ /(kW h)c气耗率：q = q /Q = 9000/38000 = 0.237Nm3 /(kW h)V e netq 二 px q 二 0.707 x 0.237 二 0.167kg /(kW h)mV标准煤热值Q=29270kJ/kg，故供电标煤耗率二 qe/Q 二 9000/29270 二 0307kg(kW h)57燃气透平初温是如何定义的？答：有三种定义燃气透平初温的方法：1. 燃烧室的出口温；2.燃气透平第一级喷嘴环后的燃气温度

43、；3.以进入燃气透平 的所有空气流量计算的平均温度58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？ 答：压气机在设计时,为了避免气流流过压气机叶栅时产生脱离现象,叶片的弯 曲角限制在一定的范围之内,而透平中是气流的膨胀加速过程,气流的弯曲角设 计得很大,膨胀比就加大很多,而极的效率却仍然能够保持较高的的水平。59 何谓燃气轮机的折合流量、折合转速？答：折合转速为,折合流量为V1-/： 7其中，为流经透平级的燃气 流量(kg/s),工为透平转速，;为燃气初温，I：燃气初压 60根据典型燃气透平的特性曲线和燃气轮机的联合运行曲线,分析大气温度变 化对燃气轮机输出功率、效率、排气温度及排气

44、流量的影响。答：1、根据P144页的图6-7,燃气轮机的相对输出功率随着大气温度的增大而下降；2、由图 6-6，燃气轮机的相对效率随大气温度的增大而下降；3、当大气温度增大时，燃气轮机的吸热量不变，而燃气轮机的相对输出功率跟质量流量都会下降，燃气透平前的燃气初温保持恒定，则燃气轮机的排气温度会增大；4、大气温度增大，空气的密度变小，则吸入压气机的空气质量流量会下降，既排气流量也会下降。29.结合压气机、燃气透平的联合工作曲线，图示分析：当IGV开度一定时，压 气机进气过滤器起火、燃烧室超温等 3 种情况下，燃气轮机工作点的变化趋势 及可能的后果。30分析压气机气流通道及叶片积垢或积尘对燃气轮机

45、工作状况的影响。4、气流通过轴流压气机级时，为什么气流的压力可以提高？ 8、T-s图上画出反力度为Q=0.5 （或Q=O,Q=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（u1=u2，或uMu）。p9、如图所示的循环，其参数与上题相同，即T = 288K, P = 0.1Mpa,兀二二17 , T31 T= 1673K,匚=3 = 5.81。取压气机绝热效率耳=0.89，透平的相对内效率耳=0.91TC ，sT1并设热源温度T=1673K,试对各T3若选定参考状态 T0=273K、p0=0.1Mpa、=0, s0=0, 过程及整个循环进行热力学第一、第二定律分析。取T3=1673K和T3=1273K,比较两种条件下的循环效率。22、 了解联合循环机组的启动过程。为什么冷启动要比热启动多用比较长的时间？24提高燃气轮机效率的措施有哪些？提高功率的措施又有哪些？