燃气轮机原理与应用复习习题50及答案

1、燃气轮机原理与应用复习题2013-05-281 同汽轮机相比，燃气轮机的特点有哪些优点：（1）重量轻、体积小、投资省。（2）启动快、自动化程度高、操作方便。（3）水、电、润滑油消耗少，少用或不用水。（4）燃料适应性强、公害少。（5）维修快、运行可靠。缺点：A. 热效率较低。 B.使用的经济性和可靠性较差。2 燃气轮机涡轮叶片有哪几种冷却方式？每种冷却方式的大概降温范围？v 1)对流冷却 可使温度降低200-250v 2)冲击冷却 可使温度降低200-300v 3)气膜冷却 可使温度降低400-600v 4)发散冷却 可使温度降低500-800v 普遍使用前三种的混合3 航空用燃气轮机有哪几种类

2、型？涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮风扇发动机4 什么是燃气轮机循环的压比、温比？ 压比 p*：压气机出口的气流压力与其进口的气流压力的比值。 温比 t*：涡轮前进口燃气温度与压气机进口气流温度的比值。5 什么是燃气轮机循环的比功、热效率、有用功系数 燃气轮机的循环比功：进入压气机内1kg空气完成 一个循环后，对外界输出的有效轴功。热效率：燃气轮机输出的有用功与其所耗燃料的热量的比值。有用功系数j：燃气轮机比功wi与涡轮比功wT的比值。6 燃气轮机理想简单循环的比功与哪些因素有关？ 影响理想简单循环的比功ws的重要因素：压比p*和温比t*。（1） 压比p*一定时，温比t*增大，循环比功w

3、s增大。（2） 温比t*一定时，有一最佳比pL*使比功最大，且t*增大时，pL*增大。7 燃气轮机理想简单循环的效率与哪些因素有关？（1） 理想简单循环的热效率hs 只与压比p*有关，而与温比t*无关。（2） 理想简单循环的热效率hs 随压比p*增加而提高。8 写出理想简单循环中对比功的最佳压比、极限压比的表达式。最佳压比： 。9 燃气轮机实际简单循环效率的主要影响因素有哪些？如何影响？10燃气轮机实际简单循环比功的主要影响因素有哪些如何影响 T：透平机 C：压缩机 11 提高燃气轮机装置热力性能的途径有哪些？12回热循环有何特点在T-S图上画出其热力过程。 有较高的热效率循环比功不变，实际略

4、有减小 极限回热 T2*=T4*, T4*=T2*，实际回热T2*<T4*, T4*=T2* 温比一定时，提高压比，回热效果变差。13 燃气轮机理想回热循环效率与温比、压比的关系如何？ 理想回热循环效率：hE= 1- p*m/t* 14 燃气轮机间冷循环有何特点？在T-S图上画出其热力过程。 间冷循环的特点：采用间冷循环后，可使循环比功wi增大，但压缩终了温度T2*会降低，对循环热效率不利。-只有机组压比较高时，间冷循环的热效率才得益。缺点：采用中冷器，机组尺寸重量增大，设备系统复杂，并需大量冷却水。1-2 低压压气机中压缩过程；2-1 中冷器中的冷却过程；1-2高压压气机中压缩过程。1

5、5 燃气轮机再热循环有何特点？在T-S图上画出其热力过程。使循环比功wi增大燃料销量增加，循环吸热量q1增大，使循环热效率变化不大。采用再热燃烧室，使机组复杂，但比间冷循环的中冷器小得多，且不需冷却水。3-4 高压涡轮中膨胀过程；4-3 再热燃烧室的再热过程；3-4 低压涡轮中膨胀过程。T-S图上机组的循环比功增大16 燃气轮机燃烧室由哪些部件组成？主要由五部分组成：外壳、火焰管、旋流器、喷油嘴、混合器燃气轮机燃烧室通常由下列部件组成：1) 燃烧室外壳2) 扩压器3)火焰4)旋流器5)燃料雾化喷嘴6)点火装置7) 联焰管(分管和环管燃烧室中装有)8) 燃气收集器(过渡段)17 燃气轮机燃烧室按

6、布置方式分哪几种类型？各自的特点？ 1 圆筒型燃烧室:优点：结构简单，布置灵活，易与压气机和燃气透平配装，拆装方便，燃烧效率高且稳定，流动损失小，压损率较低。缺点：体积大而笨重，因难以作全尺寸实验而使设计、调试困难。2 分管型燃烧室：优点：尺寸小，便于系列化，便于解体检修，便于做全尺寸实验，燃烧过程易组织，燃烧效率高且稳定。缺点：空间利用差，流动损失大，压损率高，重量大。3 环型燃烧室：优点：体积小，重量轻，特别适合与轴流式压气机和燃气透平匹配，流动损失小，压损率低。缺点：燃烧过程难组织，出口温度场受进口气流流场的影响大而不易做到均匀化，因难以作全尺寸实验使设计调试困难，解体检修非常困难。4

7、环管型燃烧室：优点：火焰管尺寸小，便于系列化，便于解体检修，便于做全尺寸实验，燃烧过程易组织，燃烧效率高且稳定。缺点：流动损失稍大一些。18 火焰管及过渡段有哪几种冷却方式？气膜冷却：是指用一层空气或蒸汽膜对被冷却的表面所进行 的冷却和保护。对流冷却：是指用空气或蒸汽，以热交换的方式对被冷却的表面所进行的冷却。冲击冷却：是指用空气或蒸汽射流冲击被冷却的表面所形成的冷却。19 火焰稳定器有什么作用分几种类型改善气流的流动结构，稳定高速气流中的火焰，使燃烧工况得到改善的装置。主要作用：在火焰管的前部造成一个特殊形态的速度场，以便强化燃料和空气的混合作用，并为燃烧火焰的稳定提供条件。分类： 旋流型、

8、钝体型、差速型。20 燃料喷嘴有哪几种类型？ 常用的燃油喷嘴有：离心喷嘴；气动喷嘴；蒸发喷嘴；甩油盘喷嘴；直喷式喷嘴。 21 燃气轮机燃气的形成要经过哪几个主要过程？燃气轮机燃烧主要经过五个过程：雾化。蒸发。扩散混合。燃烧。掺冷 。 22 扩散燃烧的特点？ 在这类燃烧室中，由压气机送来的空气被分为一次空气、冷却空气、二次空气(掺冷空气)几个部分，分别以不同的方式进入火焰管，以解决总空气量远远大于燃料燃烧所需要的理论空气量的问题。23 预混燃烧的特点？ 预混燃烧是一种让燃料与空气混合成均匀的可燃气体后，再引入燃烧区的燃烧方式。24 什么是DLN燃烧器有何特点干式低排放（DLN，或称为“dry l

9、ow NOx”DLN）燃烧室 干式低污染燃烧的基本措施就是“贫预混”，即以适当的过量空气系数将空气与燃料预先混合均匀后再进入燃烧室燃烧，这就从根本上改变了传统的以扩散燃烧为主的概念。25 燃气轮机平衡运行的条件包括哪些Ø 机组在不同负荷下稳定运行时，各部件的参数（流量、转速、压比、功率）应满足的相互配合的条件。1、转速平衡2、压比平衡3、功率平衡4、流量平衡26 画出以压比、折合转速为坐标轴的反映出折合流量、效率和临界流动边界线的涡轮通用特性曲线图。27 叙述压气机透平联合运行工况点（共同工作点）的确定过程。共同工作点的确定：1 在C图上给定压气机工作点A，从图上可以确定：进一步可以

10、计算出：2 用试算法确定T3*：设一个T3*，与T2*一起根据热平衡可以算出燃空比f,从流量平衡求出GT，进一步求出：从而可以在T图上确定到一点A，该点的 若与步骤1中的 一致，即说明T3*假设正确，该点为共同工作点了。如果两个 不一致，通常的做法是取多个T3*，这样在T图上获得多个 ，可以连成一条斜线，斜线上与通过压力平衡（即步骤1）得到的 一致的点即为共同工作点28 绘制等温比线有哪几种方法？（1）联合求解法：利用已获得的压气机、燃烧室和涡轮的特性线，根据平衡运行条件来联合求得。（2）近似计算法：如果没有涡轮特性线，可利用涡轮的椭圆方程来近似计算获得（见P119表5-4）。（3）测试法：利

11、用压气机特性实验装置来测得。29 单轴恒速机组变工况特点？ 转速不变，压比降低，流量略增。 压气机运转点沿等转速线向右下方移动，远离喘振边界和最佳效率线，故效率降低、不会喘振。 T3*下降较多。 压气机效率和压比都降低，机组的效率下降较多。 由于转速不变，且压比下降时压气机比功下降而流量略增，故压气机耗功变化不大。 由功率平衡，燃料改变时透平功率的变化能立刻反映到输出功率，即调节反应快。 甩负荷时，负载功率突然消失，但有压气机阻力功率（正比于转速的立方），故转子不会超速。30 单轴变速机组（螺旋桨负荷）的变工况特点？ 按功率与转速立方成正比的规律，负荷下降时，转速下降。根据压气机特性，流量、压

12、比都下降。运转点向左下方移动，靠近喘振线。31 大气温度和大气压力如何影响机组性能？一、大气温度对机组功率和效率的影响：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。二、大气压力对机组功率和效率的影响：p0升高时，机组功率Ne增加而效率不变；p0降低时，机组功率Ne降低而效率不变。32 轴流式压气机基元级的增压原理（增压过程）1、外界通过动叶轮将压缩轴功Dh传递给通过动叶轮的气体，一方面使气流绝对速度的动能提高；另一方面使气流相对速度的动能降低，而使气流压力升高。2、气流在静叶栅中减速，使绝对速度的动能 转化成气体的压力势能，进一步提高压力。3、气流经过压

13、气机级时，轴功使气体焓值增加。33请画出流经基元级时气体总压（增大）、总温（增大）、静压（增大）、绝对速度(减小)和相对速度（减小）等参数的变化情况。34 请在T-S图上画出压气机基元级的等熵压缩功、多变压缩功、摩擦损失功。等熵压缩功，是在理想的基元级中使气体由p1压缩到p3所需的理论功，即为Dhs，用面积ae3s1c表示。 多变过程压缩轴功，用面积ae3d表示，其中摩擦损失功Dhr用面积c13d表示，则多变压缩功表示为：即，多变压缩功由面积ae31c表示。35 请写出基元级等熵效率、滞止等熵效率、多变效率的定义。基元级的效率是气体压缩的有益功与实际耗功之比。1、（静参数）等熵效率：有益功取为

14、理想基元级中的静参数等熵功，实际耗功取静参数多变压缩功与摩擦损失功之和。2、滞止等熵效率：有益功取滞止等熵功；实际耗功取加给气体的理论功（轴功）。3、多变效率: 有益功取为多变压缩功，实际耗功取静参数多变压缩功与摩擦损失功之和。36 画出反动度为0、0.5、1时轴流压气机基元级速度三角形。37 压气机叶型表面坐标是如何得到的选定中弧线（圆弧、抛物线、多项式等），将原始叶型（中弧线为直线的对称叶型）的厚度按弦长比例移植到中弧线曲线上，可得到叶型的表面座标。（1.中弧线的确定，2.选择合适的原始叶型进行叠加，a.选取叶型，b，控制扩散叶型。3叶型合成）38 为什么需要扭叶片？ 不同半径处的叶片旋转

15、速度u=wr是不同的，由此带来不同半径处速度三角形的不同，为适应这些变化，就要配上与之相适应的叶型和叶栅，因此造成叶片是变截面而且扭曲的。39 扭叶片有什么特征？ 1.沿叶高轴功Dh大致相等或变化不大，这样可以避免在叶高方向的动量和能量交换而带来的损失。根据 ，而u=wr沿叶高是增大的，因此要保证Dh沿叶高不变，必然要使Dwu沿叶高减小，所以叶顶的叶片弯度小于叶根，叶型也相应变化。 2. 为了能够适应由于u沿叶高增大带来的速度三角形的变化，叶片的安装角沿叶高减小。为了减小叶片的重量，提高强度，叶片顶部厚度比根部薄。40 用简单径向平衡方程设计扭叶片时有哪几种常用的扭曲规律 扭曲规律：1等环量扭

16、曲规律2等反力度扭曲规律3通用规律41 叶型损失包括哪些？叶型损失可以细分为：摩擦损失、分离损失和尾迹损失三部分（超音速时还有激波引起的总压损失）。激波损失42 环端面损失的影响因素有哪些？叶型形状、叶尖间隙、叶片弦长、气动负荷等。43 二次流损失形成的原因？在叶片流道中，存在与主流方向不相同的流动，统称为二次流动。二次流动扰乱了主流，形成二次流损失。44 什么是多级压气机的重热现象重热系数的定义。实际压缩过程中由于存在损失，使级出口温度大于等熵过程的出口温度，即提高了下一级的进气温度，增大了下一级的等熵压缩功。这种现象称为重热现象。重热系数a：为各级的等熵效率与整机的等熵效率的比值，即45

17、请画出以压比为纵坐标、相似流量为横坐标，包含相似转速、喘振边界、和等效率线的压气机通用特性曲线图。46 压气机为什么会产生旋转脱离？压气机叶栅2以速度u向右运动，由于流速减小，叶背出现分离，造成叶栅2-3间的通道部分或全部被脱离气流所阻塞。这样就会在该通道的前方形成一个气流停滞区（低流速区），它将迫使停滞区附近的气流改变流动方向：使右边的气流冲角减小，使叶栅1-2通流条件得到改善，分离逐渐消失；使左边气流冲角增加，促使叶片3的叶背发生分离。因此气流脱离是以与叶片运动相反的速度u向左方逐渐转移。47 为什么旋转脱离会导致发生喘振？（注意：出现旋转脱离，还不等于喘振）在压气机正常工作时，流量的减小

18、会使容器2的压力升高，当流量减小到一定程度时，压气机通流部分会产生旋转脱流现象，如果流量进一步减小，旋转脱离会进一步加剧，由于气流的强烈脉动，会使压气机出口压力突然下降，而容器2的压力就会高于压气机出口，导致气流从容器2中倒流到压气机中去，而另一部分气流则继续通过阀门3向后流去，使容器2的压力迅速降低。由于背压降低，压气机的流量会迅速增加，相应压气机及叶栅中的脱离会趋向消失。压气机的流量增加导致容器2的压力再次升高，流经压气机的流量会再次减少，旋转脱离现象重新出现。这样的过程，周期性的发展下去，引起压气机与其后的有一定容积的工作系统之间出现流量和压力的周期性波动，就是喘振现象。48 为什么多级压气机前几级会首先发生喘振？经验表明：与设计工况偏离最多的是前几级和末几级，中间级与设计值偏离较小。在前几级中，由于冲角增大，会引起喘振发生，即在转速降低时，前几级会首先发生喘振。49 防止喘振的措施有哪些？（1）设计压气机时，合理选择各级