燃气轮机复习题.(DOC)

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l c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l s的百分数。

（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l e的百分数。

（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）l s（kJ/kg）,或净功l e（kJ/kg）.（5）压气机的压缩比: 压气机的出口总压与进口总压之比。

（6）透平的膨胀比: 透平的进口总压与出口总压之比。

（7）压气机入口总压保持系数:压气机的入口总压与当地大气压之比。

（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。

（9）透平出口总压保持系数:当地大气压与透平的排气总压之比。

（10）压气机的等熵压缩效率:对于1kg同样初温度的空气来说，为了压缩达到同样大小的压缩比，等熵压缩功与所需施加的实际压缩功之比。

（11）透平的等熵膨胀效率:对于1kg同样初温度的燃气来说，为了实现同样的膨胀比，燃气对外输出的实际膨胀功与等熵膨胀功之比。

（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，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：和由以上两式可见，当压比时，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(Nm3/kWh)和热耗率(kJ/kWh)。

解：热耗率：气耗率：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，温度比4.5，空气的比热容c p＝1.01kJ/（kg·K），γ＝1.4，试求燃气透平的出口总温。

解：燃气初温：透平理论出口总温：透平等熵效率：透平出口总温：8.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△r，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。

（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（5）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：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。

（P57）9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：工作叶轮加给气流的机械功：或11.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，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。

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；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4→1。

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2s1s432就是空气在此过程中从外界吸入的即用q1。

在理想绝热的膨胀过程中，面积3s4s123就是理想绝热膨胀功。

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；在T-s图中，面积34123与2s 1s432的比值就是机组的循环效率。

那么定压加热循环的理论效率为：可以看出，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。

所以，=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？解：绝热压缩时：定温压缩时：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t1＝27℃、压力p 1＝0.1MPa ，循环增压比1512==p p π。

在燃烧室中加入热量q 1＝433kJ/kg ，经绝热膨胀到p 4＝0.1MPa 。

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。

解：由可得，19.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：p pg py pt c c c c ≈≈≈和 r r ≈1，并且不考虑压损，即 ***==εεεy t ，这样燃气轮机内效率的解析式可表示为：r y r r y r r yt r r t c ηηετηεηετη]/)1(1[/)1()1(111*-**-**--*-+----= 设Cp=1.092 kJ/kg.K,ε=11 , *y η=0.89, *r η=0.99, *t η=0.90，r=1.4,压气机进气温度T 0=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T *3对燃气轮机内效率的影响。

解：当时， 当时， 当时，可见，当压气机进气温度不变时，随着透平前温度的增高，燃气轮机内效率增高。