期末燃气轮机考试范围

燃气轮机复习第一章1、什么是燃气轮机？燃气轮机是一种以空气和燃气为工作介质、将热能转变为机械能的高速回转式动力机械。与内燃机、蒸汽轮机一样，为热力发动力机。2、燃气轮机的组成？什么是燃气轮机装置？一般由压气机、燃烧室、涡轮（透平膨胀机）、控制系统及基本的辅助设备组成。压气机Compressor：完成气体压缩过程；燃烧室Burner：完成燃烧过程；涡轮（透平膨胀机）Turbine：完成高温高压燃气的膨胀作功过程。简单循环装置简图3、请简述燃气轮机的工作原理压气机从外界中吸入空气（吸气），压缩到一定压力；送入燃烧室中，与喷入的燃料混合，进行燃烧；生成的高温高压的燃气进入透平涡轮中膨胀做功，推动涡轮带动压气机一起旋转；做功后的废气排入大气中或加以利用（排气）。燃料中的化学能→热能→机械功。燃气在涡轮中所做的机械功，大约2/3用来带动压气机；其余1/3机械功则通过机组的输出轴去带动各种负荷。4、燃气轮机命名及其分类.PG9171E型燃气轮机，这个铭牌中包含哪些信息？用途—燃气轮机系列号—输出功率—轴式—循环方式——压气机改型号用途：M——机械驱动；GD——发电设备；PG——箱装式发电设备；系列号：3、5、6、7、9等相应表示MS3002、MS5000、MS6001、MS7001和MS9001等系列；输出功率：万Hp（马力）；轴式：BTC负荷是指单轴还是双轴，用1或2表示；循环方式：R－回热循环，如此项空缺则为简单循环；压气机改型号：代表压气机型号及相关技术。PG9171E型燃气轮机即为箱装式发电机组MS9001系列E型，简单循环单轴机组，出力约为17万hp。M5322R（B）即为机械驱动用MS5000系列B型，回热循环双轴机组，其出力约为32000hp。第二章1、何为理想循环？（1）理想气体（2）稳定流动（3）可逆过程2、简单循环的组成？组成：2个可逆绝热过程2个可逆定压过程1-2等熵压缩2-3等压加热3-4等熵膨胀4-1等压放热工作过程以理想简单燃气轮机循环为例燃气轮机的工质视为理想气体；理想简单燃气轮机循环为可逆循环，组成循环的过程分别为：在压气机中实现工质可逆绝热压缩过程1－2；在燃烧室中实现工质可逆定压吸热过程2－3；在燃气透平中实现工质可逆绝热膨胀过程3－4；燃气透平排气（乏气）排入大气实现工质可逆定压放热过程4－1。循环由布雷顿（Brayton）于1872年提出，也被称为布雷顿循环。3、理想简单循环的比功和热效率如何计算？理想简单循环的比功Wt循环净功wt=wT-wCwt=f(*,*)循环热效率s=wt/q1s=f(*)比功是指相应于进入燃气轮机的1kg空气，在燃气轮机中完成一个循环后所能对外输出的功，用符号“wt”表示，单位的符号kJ/kg空气wt＝PGT/G4、压比和温比的定义压缩比（增压比）压缩比（）指压气机出口的气体压力与进口气体压力之比，表示工质被压缩的程度。一般情况下，压气机进气压力即为大气压力。温比（循环的加热比）温比（）是指燃气轮机循环中所达到的最高温度T3*与最低温度T1*之比。5、理想循环压比，温比和净功的关系，比功最佳压比的定义（1）压比π一定时，温比τ越高，则比功Wn越大；（2）温比τ一定时，随压比π从小到大变化，比功Wn呈先增后减的趋势，而且存在一个使比功最大的最佳压比πWmax；（3）温比是影响最佳压比的唯一因素，温比τ越高，则最佳压比越大。比功最佳压比：6、理想循环压比，温比和热效率的关系，（实际循环效率最佳压比的定义）（1）燃气轮机的循环效率η仅取决于压比π，而与温比τ无关；（2）效率η随压比增大而增大。实际循环效率最佳压比：7、比较理想循环与实际循环的差别？工况条件的差别(1)实际的压缩和膨胀过程均为有损耗的不可逆过程，不是等熵过程；(2)工质实际流动中存在压力损失，燃烧室和进排气道内的吸热和放热过程并非等压；(3)燃烧室中实际上存在不完全燃烧损失和散热损失；(4)实际工质的比定压热容和等熵过程指数随温度、压力等变化，并非理想气体；(5)压气机空气流量与透平燃气流量实际上不相等；(6)实际燃气轮机中存在轴承摩擦等机械损失和传动损失。比功和效率变化趋势的异同(1)理想循环与实际循环的比功Wn随压比π和温比τ的变化趋势一致，但实际循环的比功相对较小；(2)理想循环与实际循环的效率η随压比π的变化趋势一致，但随温比τ的变化趋势不同：实际循环的效率η随温比τ的增加而增加；温比一定时，随压比π从小到大变化，效率η呈先增后减的趋势，而且存在一个使效率最高的最佳压比πηmax；(3)实际燃气轮机的使效率η最高的最佳压比πηmax通常大于使比功最大的最佳压比πWmax。8、提高燃气的功率和效率的方法和措施？A、从循环角度提高温比从循环特性参数方面来讲，这是提高循环热效率的主要方向。表现在两方面:一方面提高燃气初温，即透平前温T3*；一方面降低T1*，即降低环境温度T0。（1）提高燃气初温，依赖与材料技术和冷却技术的发展。燃气轮机会在1650~1700℃而终止燃气初温的增长。（2）降低环境温度，人为改变意义不大。B、减少损失（1）提高各部件效率（2）减少介质流动过程中压力损失，提高压力保持系数。C、必须改进热力循环，提高循环性能。1)采用回热循环2)燃气-蒸汽联合循环3)间冷循环（分级压缩中间冷却）4)再热循环（分级膨胀中间再热）5)复杂循环（回热间冷再热）9、燃气蒸汽联合循环的目的是实现能源的阶梯利用。第三章1、轴流式压气机的结构以机械动力提高工质压力并伴有温升的，向燃气轮机燃烧室输送工质的旋转叶轮机械。组成：（1）静子：包括机壳（气缸）及固定在其上的静叶片、进出口导向叶片等零件气缸：导流器或静叶栅：静子上的一圈叶片。导流叶片或静叶：组成导流器的叶片。（2）转子：压气机的旋转部件，包括轮盘、轴、动叶以及装在一起的其它零件动叶栅或工作叶栅：安装在转轮上的一圈叶片（一个叶列）。动叶或工作叶片：动叶栅中的叶片。工作叶轮：每列动叶栅与带动它的转盘部分一起组成。（3）进气管，进口收敛器，进口导流器；出口导流器，出口扩压器，输气管2、何为轴流式压气机的基元级？用假想的同轴圆柱面切割级的叶片排所到的高度无穷小的级。压气机级一列动叶栅和它后面的一列静叶栅共同组成轴流式压气机的一个级。3、影响压气机级的增压能力的因素（限制条件）叶片材料许用应力（强度）的限制圆周速度u不能过大叶栅气动性能的限制气流转折角Δβ不宜过大4、轴流式压气机的级效率基元级的效率：气体压缩的有益功和实际耗功之比。等熵（绝热）效率：理想基元级等熵（绝热）压缩功与外界实际输入基元级的机械功（基元级多变压缩功与摩擦损失功之和）之比。用静参数表示：11s--ΔΔΔTTTThhh33srps用滞止参数表示：*1*3*1*s3*s--ΔΔTTTThhs多变效率：多变压缩功与实际耗功（基元级静参数多变压缩功与摩擦损失功之和）之比。1-1-ΔΔΔppnnhhhrp5、压气机级中的能量损失内部损失①型阻损失（影响因素：叶型）a、叶栅表面附面层中产生的摩擦和脱离现象引起；b、叶片表出口尾迹中的涡流以及与主流的掺混；c、在超音速气流中发生的激波现象等引起的能量损失。②端部损失（影响因素：叶片高度）端部摩擦二次流损失③径向间隙的漏气损失（影响因素：动静间隙大小、前后压差和直径大小等）外部损失①支持轴承和止推轴承上的机械摩擦损失；（相应的减损措施：采用高效轴承、适当润滑等措施）②经过高压转子轴端与机匣之间的间隙泄漏到外界去的漏气损失。（相应的减损措施：增设气封装置）6、何为压气机特性线？在转速恒定的条件下，压气机的压比和效率随流量的改变而变化的关系曲线。（1）压比曲线当转速nc一定时，压比曲线可分为左、右两侧支。在特性线上某点o处的压比最高。（2）效率曲线在转速nc一定时，有一个流量使效率最高，此时流阻最小。当流量Gc增加或减少时，都使流阻增大，效率下降。7、压气机的通用特性线用压气机对应的定性准则数为自变量绘制出压气机的通用的压比特性线和效率特性线。统一采用四个参数),(*1*1*11*TnpTGfCCC),(*1*1*12*TnpTGfCCC8、压气机的不稳定工况典型的不稳定工况：失速，喘振，阻塞。9、叶栅的失速叶栅中体积流量减小时，叶栅背面边界层发生严重脱离，以致脱离区占据大部分流道并引起流动损失急剧增大的现象，称为叶栅的失速。10、喘振现象：在压气机特性线的左侧，有条喘振边界线，如流经压气机的空气流量减小到一定程度而此时，叶栅发生旋转失速，空气流量会出现波动，忽大忽小，压力出现脉动，时高时低，严重时甚至会出现气流倒流的现象，同时会伴随低频怒吼声响，可能会使机组强烈振动，使运行工况进入喘振边界线左侧，则整台压气机就不能正常工作。这种现象称为喘振现象。（1）压气机喘振的特征压气机的流量时增时减；压力忽高忽低；整个机组剧烈振动并伴随特有轰鸣声。（2）压气机喘振的原因内因（根本原因和必要条件）——压气机失速；外因——压气机下游存在容积较大的管网部件。(3)防止喘振的措施(1)中间放气从压气机中间放掉部分气体，放气口前流量相对增大，放气口后流量相对减小，使首、末级的气流冲角均可以调整到接近设计值，从而消除喘振。中间放气措施的优缺点优点：简单易行，压比低于10以下时效果较理想。缺点：经济性差，因放掉10％～15％经过压缩的空气(2)旋转导叶压气机在低转速下靠近喘振边界运行时，若导叶不动，前几级将出现大的正冲角；转动导叶，改变安装角，可消除气流冲角，避免喘振。旋转导叶防喘措施的优缺点优点：经济性好；缺点：操纵机构及系统复杂，重量增加。(3)分轴压气机——双转子压气机利用高压透平拖动高压压气机，低压透平拖动低压压气机，于是当转速降低时能够使高、低压压气机的首级和末级的圆周速度与气流轴向速度都协调变化，结果使低压压气机的正冲角和高压压气机的负冲角消失，从而消除压气机的喘振。分轴压气机防喘措施的优缺点优点：可实现压气机转速与流量的协调，高压比下可保证防喘的要求。缺点：需采用复杂的同心套轴结构。第四章1、燃烧室的功能燃烧室把压气机送来的高压空气同燃料很好地混合和燃烧，产生高温高压的燃气，并送入燃气透平中作功。功能一，燃烧室必须保证提供燃气透平合格的做功工质（一定温度和压力）功能二，燃烧室又是燃气轮机的主要调节部件，它必须保证控制燃料的供应量（与压气机控制空气量匹配）以满足外界负荷的变化需求。功能三，控制NOX生成。2、燃烧产物有哪些，哪些是污染物？减少燃烧室的冷却空气量，对燃气轮机的工作有何影响？（燃烧温度、透平进口温度及NOX）燃烧室中产生的污染物：NOX空气中76%质量的氮，是惰性气体。燃烧室的一次区温度极高（1650℃）时形成。（有害污染物）CO不完全燃烧产生。（有害污染物）少量未燃尽的烃（UHC）SOX燃料中含有杂质硫，燃烧过程中生成。（有害污染物）不能依靠改善燃烧过程控制。CO2燃料燃烧的产物，是温室效应污染气体，是不可避免的，减少它的唯一途径提高燃气轮机效率。3、什么是燃烧效率？燃烧室损失有哪些？燃烧室的特性指标有哪些？（1）燃烧效率ηr(95%—98%)表示实际燃烧过程偏离理想过程的程度。燃烧室效率ηr是燃料燃烧生成物燃气的物理焓与反应物的物理焓（都相对于基准状态而言）之差（即有效产出）与燃料的热值（燃料的化学能）之比。（2）总压保持系数Φr(0.95—0.97)或压力损失系数εr（0.03—0.05）是衡量燃烧室气动性能好坏的指标。压保持系数Φr是指燃烧室出口工质的滞止压力与入口工质的滞止压力之比。特性指标：燃烧室的特性指标：(1)燃烧效率ηr(95%—98%)(2)总压保持系数Φr(0.95—0.97)或压力损失系数εr（0.03—0.05）(3)出口温度均匀度（平均值偏差不超过15－20℃）(4)污染物排放（严格限制NOXCOSO2SO3等）(5)火焰筒壁温度水平和梯度（650－700℃高低均匀程度影响寿命）4、什么是熄火极限？什么是振荡燃烧现象？什么是启动点火特性？富油熄火极限：燃料与空气的混合比浓到一定程度