《燃气轮机原理》复习
(一) 基本概念
[1] 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，为原动力机。
[2] 燃气轮机排气温度分散度——为了监测燃气轮机高温部件工作是否正常，通过均匀分配
安装在排气通道上的热电偶测温元件来获取温度场的分布信息。理想工况下，这些热电偶所测得的排气温度数据完全相同，但实际总存在一些偏差，这个偏差被称为燃气轮机排气温度分散度。
[3] 干式低NOx燃烧(DLN)技术——即通过合理控制燃烧火焰温度而实现燃气以低氮氧化物
(NOx)含量排放的技术。主要是通过对燃气轮机燃料预混，实现对燃料、空气掺混的合理控制，使燃料在火焰筒中处于“贫燃料”燃烧，以降低火焰中心温度，减少氮氧化物的生成。
[4] 功比率——功比率是指汽轮机与燃气轮机的轴功之比，记为??CC。
(二)填空题
[1] 燃气轮机是以空气和燃气为工质的热机。它一般由压气机(compres-sor)、燃烧室
(combustion)和透平(turbine)三大部件构成，其中：压气机的作用与汽轮机循环中给水泵的作用类似，是提高工质的压力；燃烧室的作用与汽轮机循环中锅炉的作用类似，是提高工质的温度，将燃料的化学能转换为工质的热能。
[2] 燃烧室是将压气机出来的高压气体与燃料混和并进行燃烧的装置。燃烧室的功能为将燃
料的化学能转变为热能，使气体温度大大增加。燃烧室流出的高温、高压燃气具有很高的能量(热能和势能)，用以进入涡轮进行膨胀作功。
[3] 三级轴流式透平主要由两大部分构成：一是以转轴为主体的转子，转子上装有沿周向按
照一定间隔排列的动叶片(或称工作叶片)；二是以气缸及装在气缸上的各静止部件为主体的静子，静子上装有沿周向按照一定间隔排列的静叶片(或称喷嘴叶片)。
[4] 透平的基本工作单元是级，在结构上，每一级由一列静叶片和其后的一列动叶片所构成
的一组流道组成。气流流过这样的工作单元时，在静叶片流道中，压力降低，绝对速度提高，热能转化为动能；在动叶片流道中，通过冲击动叶片并使叶轮旋转向外界输出功，绝对速度降低，动能转化为输出到外界的机械功。
[5] 压气机是一个耗功部件，由透平为压气机提供对空气进行压缩增压所需的能量。压气机
由进气室、气缸、静叶、转子、动叶、气封和排气扩压缸等部件组成。 [6] PG9351FA机组的压气机是一台18级轴流式、压缩比为15.4:1、空气质量流量为623. 7kg/s
的多级轴流式压气机，由压气机转子和封闭的气缸组成。装在压气机气缸内的有进口可转导叶、18级转子、静叶和两排出口导向叶栅。相邻的动叶和静叶组成一级，在第1级前有一列进口可转导叶，前两级为跨声速级。压缩空气从压气机排气缸出来进入燃烧室。
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填图题
[1] 图1所示为标准型燃烧室结构，请填写相应部件的名称。
图1 标准型燃烧室结构
[2] 图2所示为GE公司MS9001 FA燃气轮机系统图，请填写相应部件的名称。
图2 GE公司MS9001 FA燃气轮机
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(三)、判断题
[1] 燃气轮机一般由压气机、燃烧室、涡轮(透平膨胀机)、控制系统及基本的辅助设备组成。
其中，压气机完成气体压缩过程；燃烧室完成燃烧过程；涡轮(透平膨胀机)完成高温高压燃气的膨胀作功过程。( )
[2] 燃气轮机中的压气机是由透平直接驱动的，透平发出的机械功在抵消掉压气机的耗功之
后才能带动发电机产生电能。( )
[3] 涡轮是向气体传输机械能、完成燃气轮机热力循环中气体工质压缩过程，以提高气体压
力的机械装置，是燃气轮机的一个重要部件。( )
[4] 燃烧室的火焰筒使压气机的气流流速降低、压力升高，便于组织燃烧。( ) [5] 机组处于新的和清洁的状态下运行时的标称性能称为保证性能。( )
[6] 一般来说，热电联产型联合循环宜选择多轴布置方案，因为当燃气轮机故障时，能有条
件使用其他蒸汽源来保证蒸汽轮机的运行和供热。( )
[7] 单轴指燃气轮机、蒸汽轮机和发电机在同一根轴上，结构上简单而紧凑；分轴指燃气轮
机和蒸汽轮机分别带动一台发电机。( )
[8] 柔性联轴器无弹性组件，不具备减振和缓冲能力，一般只适用于载荷平稳并无冲击振动
的工况条件。( )
[9] 为减少附加载荷对联轴器的影响，应尽量增大联轴器和轴承之间的距离。( ) [10] 联轴器的连接对中是和机组的安装分不开的。通常，安装机组的首选顺序如下：(1)低压
(LP)蒸汽透平。(2) 燃气轮机。(3) 高压／中压(HP/IP)蒸汽透平。(4)发电机。( ) [11] 压气机有离心式压气机与轴流式压气机之分。在离心式压气机里，气流是径向流动的。
( )
[12] 空气在压气机里的增压主要是在动叶片里实现的，静叶片主要是向气流提供能量、增加
气流的速度，在某些压气机里，气流在静叶片里加速的同时，压力也略有增加。( )
[13] 燃烧天然气的燃气轮机排气中，NOx, CO, VOC、硫氧化物(SOC)含量是主要的污染物。
( )
(四)问答题
[1] 燃气轮机区别于汽轮机的三大特征是什么？：
答：一是工质，它采用燃气而不是蒸汽，故可不用或少用水；
二是多为内燃方式，使它免除庞大的传热与冷凝设备，因而设备简单，起动和加载时间短，建设电厂金属消耗量、厂房占地面积与安装周期都成倍地减少；
三是高温加热放热，使它有更大的提高系统效率的潜力，但高温部件的制造需更多的镍、铬、钴等高级合金材料。
[2] 压气机进口导叶IGV控制是通过IGV 叶片转角的变化限制进入压气机的空气流量。控制
IGV 的目的有那3个，并简述其过程和原因？
(1) 防止喘振。在燃气轮机启动或停机过程中，为避免压气机出现喘振而关于IGV的角度，
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减少进气流量和改变进气角度，扩大了压气机的稳定工作范围。
(2) 温控。 IGV温控是指通过IGV角度的控制实现对燃气轮机排气温度的控制。在燃气—蒸汽联合循环中，为保证余热锅炉的正常工作和最理想的效率，往往要求燃气轮机排气温度处于恒定的比较高的温度值。因此燃气轮机在部分负荷运行时要适当关小IGV，相应减少空气流量而维持较高的排气温度，其结果是使联合循环的总效率得到提高。
(3) 减少启动时耗功。由于机组启动时关闭IGV，压气机空气流量减少，使机组的启动阻力矩变小，减少启动过程中压气机的功耗，有利于减少启动装置的配置功率。在启动功率不变的情况下，可以缩短启动加速时间。
[3] 图8所示为透平冷却空气流程。由图可见，该机组的透平一共有三级，根据被冷却部位
压力的高低，采用了四股从压气机不同部位引出的冷却空气。试简述每股冷却空气流向及作用。
答：第一股空气来自于压气机的排气，在对第一级静叶和静叶环进行冷却后混入燃气；
第二股空气来自于压气机第17级后，它沿转子的内部通道被分配到各级轮盘之间，然后有一部分从第一、二级动叶根部进入动叶内部，对动叶片进行冷却后从叶片的顶端混入燃气，其余的部分从各叶轮的轴向间隙处混入燃气，对动叶根部进行冷却和保护；
第三股空气来自于压气机第13图2 MS9001FA型机组的透平冷却空气流程图 级后，在对第二、三级静叶片进行冷却后，从静叶的内环流出，既作为隔
板气封的密封空气使用，又对静叶内环进行冷却和保护；
第四股空气由另设的风机提供，对设置在透平端的轴承壳体和第三级动叶的出口侧进行冷却后混入燃气轮机排气。
[4] 简述提高透平的出力和热效率的4个主要途径。
答：(1)提高透平动、静叶片的空气动力性能，降低高温、高压的燃气在静叶片和动叶片通道里进行能量转换时的损失，即提高透平通流部分的内效率。
(2)提高透平的进口温度
(3)增加压气机的排气压力 ，从而提高透平的膨胀比
(4)回热循环，就是用燃气轮机的排气加热进入燃烧室之前的压气机的排气，提高进入燃烧室的空气的温度。
[5] 从先导预混燃烧向预混燃烧模式切换的时间是很短暂的，切换时间只有30s，并伴有响声，
同时在切换前烟囱会排出黄烟，为什么？
答：这是因为预混燃烧模式切换前，即机组负荷在0~50％额定负荷间，燃气轮机排放的NOx较高，在经过余热锅炉到烟道过程中，CO和UHC(未燃烧的碳氢化合物)分解为OH2，加速NO向NO2的转换的缘故，排出黄棕色烟雾。
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