燃气轮机与联合循环-姚秀平-课后题答案-第四单元
第四章
1、主要要求：a.要有足够的刚度强度，以保证长期安全可靠运行，停机检查和大修的时间间隔要足够长。b.要保证足够高的热力性能，保证达到设计压比、温度、流量、流速，以保证要求的功率和效率。c.结构较简单，尺寸、重量较轻，便于制造、装配、运输和安装，便于检查、维护和维修。
2、基本原则有： a、压气机、燃烧室、透平三大部件要尽量统一整体布置，即它们的外壳要相互连接为一个整体，统一支撑在一个基座上； b、压气机和透平转子在机械上要相互连接，尽量构成一个统一的转动部件； c、转子与静子要配合形成一个流畅的工质流动通道。3、减少工质在排气道压力损失
4、轮盘层积结构，特点：刚性好，变形小。
采用中心打拉杆和轮盘端面齿将各级轮盘连接在一起的转鼓式结构。特点:重量轻，刚性
好，轮盘可自动相互对中，适宜于快速启停。
焊接鼓式结构，特点：刚性好、强度高、可靠性好、免维修。
5、工作工质不一样。
6、确定的，因为压气机的工作状态与透平的工作状态是一一对应的，压气机工作状态一定，透平工作状态也一定。
7、燃气轮机的联合运行路线是指在压气机特性图上绘出透平特性线或者在透平特性图上绘压气机特性线，还可以在压气机或透平特性图上绘燃气轮机工作特性线。当负荷降低时，a.燃气轮机流量将略微增大;b.压比有所降低;c.效率降低;d.排气温度下降;e.燃气轮机工作点远离哮喘边界方向移动，对安全有利。
8、略微增大
9和10、环境温度升高时，若初温不变，燃气轮机的出力和效率将有所降低，排气温度将因温比降低的影响小于压比降低的影响而升高。
11、环境压力升高时，若初温不变，由于压比和温比都不变，所以燃气轮机的效率不变，排气温度不变。但由于流量增大，所以出力升高。
12、当压气机叶片结垢时，等折合转速线会向左下方移动，压气机的喘振边界线也会向下移动。
13、当透平叶片结垢时，燃气轮机的喘振边界线不变，但运行状态点会向喘振边界方向移动，对安全不利。
14、三种方案分别是：保持IGV不动，改变T3*以调整出力；保持T3*恒定，改变IGV安装角以调整空气流量而调整出力；保持T4*恒定，改变IGV安装角以调整空气流量而调整出力。
15、T3*很难测量，原因是：T3*很高，测量T3*的热电偶很容易被烧毁，另外，燃烧室的出口处的温度场和速度场分布不均匀，热电偶数目少时所测得的误差很大。
16、最常用的间接测量T3*的办法是测量相对低的很多的排气温度T4*，然后利用T3*与T4*的关系估算出T3*来。
17、具有足够的高温蠕变强度、热疲劳强度，又具有良好的抗腐蚀、抗氧化能力。
18、透平动叶在高温部件中工作条件最恶劣，对材料的高温强度、特别是高温蠕变强度的要求最高。透平静叶工作温度比动叶高一些，但受力较小，它对材料蠕变强度要求比动叶低，但对疲劳强度要求比动叶高。燃烧室部件受力较小，但工作温度最高，它对材料抗腐蚀、抗氧化能力和热疲劳强度要求最高。
19、DS叶片是定向结晶叶片，SC叶片是单晶叶片.
20、工作在仅比其融化温度低几百度高温下的金属部件，不可避免会被氧化和腐蚀，为了保护这些高温部件，在金属表面涂层,a.耐腐蚀、耐氧化涂层材料;b.热障涂层材料.
计算题：、
1.
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燃机判断题 (400)
判断题
1. 在可逆的理想条件下，燃气轮机的热力循环被称为“朗肯循环”。（×）
2. 燃气轮机热力循环主要由四个过程组成：即压气机中的压缩过程、燃烧室中的燃烧加热过程、透平中的膨胀过程、以及排气系统中的放热过程。（√）
3. 燃机等压燃烧过程的结果是使空气从外界吸入热能，并增高燃气的温度。（√）
4. 燃机等压放热过程的结果是使燃气对外界放出热能，并使燃气的温度逐渐降低到压气机入口的初始状态。（√）
5. 燃气轮机的压气机中空气被压缩，比容增加，压力增加。（×）
6. 燃气-蒸汽联合循环发电机组在运行中，若其进排气参数、流量、转速、功率都与热力设计的参数相同，这种工况称为设计工况。（√）
7. 压气机是燃气轮机的重要部件之一，其作用是向燃烧室连续不断地供应压缩空气。（√）
8. 燃气轮机燃烧加热过程中，工质与外界有热量交换，并对机器做功。（×）
9. 在正常运行中，燃气轮机透平功率的三分之一用来拖动压气机，其余的用来发电。（×）
10. 燃气轮机的水洗目的是保护设备和提高机组效率。（√）
11. 燃机清吹的目的是吹掉可能漏进机组中的燃料气或因积油产生的油雾，避免爆燃。（√）
12. 燃气轮机使用的燃料由于具有可燃性，因此被当作危险品对待。（√）
13. 燃气轮机跳机是通过释放润滑油压力，从而使得燃料截止阀关闭来实现的。（×）
14. 燃气在空气中的浓度大于下限和小于上限时，均不会发生爆炸。（×）
15. 天然气成分中甲烷、乙烷等属于饱和碳氢化合物。（√）
16. 天然气属于中热值气体燃料。（×）
17. 常规余热锅炉型燃气－蒸汽联合循环发电系统可为“一拖一”方案和“多拖一”方案。（√）
18. 运行人员应根据负荷的变化，对运行机组间的负荷进行合理分配，调整燃气轮机、余热锅炉、汽轮机在变工况时的参数，并完成相应的调整操作。（√）
V94.3A燃气轮机控制策略分析
V94.3A燃气轮机控制策略分析
曹越;章伟杰;杨景祺
【摘 要】介绍了西门子V94.3A燃气轮机调节控制系统的划分,依此对其控制逻辑进行分析,并以主控制系统与IGV控制系统协调作用得出用于燃烧的燃料空气比,燃料控制系统用于切换燃烧室的燃烧方式,从而实现不同运行阶段的控制.
【期刊名称】《发电设备》
【年(卷),期】2015(029)003
【总页数】4页(P176-179)
【关键词】燃气轮机;控制系统
【作 者】曹越;章伟杰;杨景祺
【作者单位】上海发电设备成套设计研究院,上海200240;上海发电设备成套设计研究院,上海200240;上海发电设备成套设计研究院,上海200240
【正文语种】中 文
【中图分类】TP273
随着经济的高速发展,具有低污染的燃气轮机(简称燃机)发电技术与高效率的燃气-蒸汽联合循环技术受到重视。V94.3 A型燃机的控制系统根据功能可以分为调节控制系统、顺序控制系统、保护系统和电源系统［1］。笔者主要对用于调节作用的调节控制系统,包括主控制系统、IGV控制系统和燃料控制系统做研究分析。
主控制系统是燃机控制系统的核心,承担着燃机从点火到稳定运行阶段的控制任务,其使用最小值选择逻辑来实现燃料量的单变量控制(见图1)。当起步升速控制器(HLG)被选择时,可以通过控制燃料量使机组转速按一定的启动曲线上升；当转速负荷控制器(NPR)被选择时,通过转速或负荷的反馈控制作用可以使机组维持在并网转速或带额定负荷；当排气温度控制器被选择时,保证机组在稳定运行时透平温度不超过允许值；负荷限制、压气机压比限制、冷却空气限制则作为该控制系统的约束条件,来保证机组可以安全运行。
1.1 起步升速控制系统
起步升速控制系统不是在燃机启动后就直接启动。燃机的启动是依靠启动变频器(SFC)来实现的,在SFC的拖动下,当透平发出的功率可以满足燃机系统耗功时,SFC退出,燃机进入独自运行状态［2］。此时起步升速系统的信号被最小值选择器所选择,控制燃机转速按一定的升速曲线上升,直到接近额定转速时,转速负荷控制系统被最小值选择逻辑选择,起步升速控制系统退出作用。控制逻辑示意图见图2。
燃机题库
1 选 择 题
1. 燃机压气机发生喘振时，轴向推力将（ B ）。
A、增大 B、减小 C、无法判断。
2. 燃机支承轴承采用可倾瓦块结构,每个轴承有（ B ）块瓦块。
A、四 B、六 C、八。
3. 燃机的燃烧器采用多喷嘴（ B ）燃烧器,另外在燃烧器末段还装有一个空气旁路阀。
A、预混 B、扩散 C、预混扩散型。
4. 燃气透平输出的有效功率，约（ C ）用于驱动压气机，其余部分用来带动发电机旋转发电。
A、1/3 B、1/2 C、2/3
5. 燃气-蒸汽联合循环机组额定工况下，汽机输出功率约占联合循环总功率的（ A ）。
A、1/3 B、1/2 C、2/3
6. 燃机停机后用（ B ）来进行吹扫，以使透平上下缸温度均匀。
A、辅助蒸汽 B、压缩空气。 C、氮气
7. 燃机的效率为36%，蒸汽轮机的效率为33%，则整套机组的总效率为（ C ）。
A、36%+33% B、36%×33% C、36%+（1-36%）×33%
8. 推力轴承瓦片上的钨金厚度一般应（ B ）燃机、汽机通流部分最小动静间隙。
A、大于 B、小于 C、等于
9. 相对于热端驱动，冷端驱动的燃机转轴所承受的扭力（ A ）。
A、较大 B、较小 C不一定
10. 当燃机熄火惰走过程中，汽轮机的胀差（ C ）。
A、增大 B、减小 C、先增大后减小 D、先减小后增大
11. 天然气减压后其自身的温度也相应降低，当压力降低1MPA时其温度降低约（ A ）。
汽轮机原理试题与答案
绪 论
1.确定CB25-8.83/1.47/0.49型号的汽轮机属于下列哪种型式？ 【 D 】
A. 凝汽式 B. 调整抽汽式
C. 背压式 D. 抽气背压式
2.型号为N300-16.7/538/538的汽轮机是 【 B 】
A. 一次调整抽汽式汽轮机 B. 凝汽式汽轮机
C. 背压式汽轮机 D. 工业用汽轮机
3.新蒸汽压力为15.69MPa~17.65MPa的汽轮机属于 【 C 】
A. 高压汽轮机 B. 超高压汽轮机
C. 亚临界汽轮机 D. 超临界汽轮机
4.根据汽轮机的型号CB25-8.83/1.47/0.49可知，该汽轮机主汽压力为 8.83 ，1.47表示汽轮机的 抽汽压力 。
第一章
1.汽轮机的级是由______组成的。 【 C 】
A. 隔板+喷嘴 B. 汽缸+转子
C. 喷嘴+动叶 D. 主轴+叶轮
2.当喷嘴的压力比εn大于临界压力比εcr时，则喷嘴的出口蒸汽流速C1 【 A 】
A. C1
C. C1>Ccr D. C1≤Ccr
3.当渐缩喷嘴出口压力p1小于临界压力pcr时，蒸汽在喷嘴斜切部分发生膨胀，下列哪个说法是正确的？ 【 B 】
A. 只要降低p1，即可获得更大的超音速汽流
B. 可以获得超音速汽流，但蒸汽在喷嘴中的膨胀是有限的
C. 蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速等于临界速度Ccr
D. 蒸汽在渐缩喷嘴出口的汽流流速小于临界速度Ccr
4.汽轮机的轴向位置是依靠______确定的？ 【 D 】
船舶燃汽轮机 课程习题(1)
第 1 页 共 10 页 第 2 页 共 10 页 船舶燃汽轮机 课程习题
• 一、填空题
• 1、船用燃气轮机虽是由航空式燃气轮机衍生出来的，两者外形也很相似，但构造上却有不同之处。区别在于：航空燃气轮机中只有一种涡轮———_________，而且采用__________设计，即__________________________________________。
• 2、航空式燃气轮机涡轮的功能除_____________________外，
_________________________，并通过机尾_____________________________而高速排向大气，从空气中得到推力。
• 3、船用燃气轮机上则装有两种涡轮：前端一个同样是___________。后面一个称_____________，通过涡轮轴向后（或者向前），以____________传动方式，经齿轮箱减速后直接驱动螺旋桨或喷射水泵，从水中获得推力。因而船用燃气轮机都采用___________设计。
• 4、船用燃气轮机的两种涡轮之间没有_____________连接,而仅为燃气的_____________。因而人们也将____________称作自由涡轮。
• 5、船用燃气轮机上则装有两种涡轮，两种涡轮的工作是______________。_______________的转速高，____________转速较低。两种涡轮之间的速度差因机型不同而有较大差异。
• 6、不论四冲程式或二冲程式柴油机，从空气______________________________，整个工作过程均在按先后次序，依次交替，周而复始的规律下进行，而且都在同一_________中，以________上下移动不同位置来自行操控，从而完成工作循环过程。
《工程热力学》(第四版)习题提示及答案04章习题提示与答案
习题提示与答案
第四章 理想气体的热力过程
4-1 设气缸中有0.1 kg二氧化碳，其压力为0.1 MPa、温度为27 ℃。如进行一个定压过程，气体对外作功3 kJ。设比热容为定值，试求过程中气体热力学能和熵的变化以及气体吸收的热量。
提示：理想气体；Q=ΔU+W；ΔU=mcV0ΔT；12120lnlnppRTTcspgΔ。
答案：ΔU＝10.5 kJ，ΔS＝0.036 11 kJ/K，Q＝13.5 kJ。
4-2 有一气缸，其中氮气的压力为0.15 MPa、温度为300 K。如果按两种不同的过程变化：(1)在定压下温度变化到450 K；(2)在定温下压力下降到0.1 MPa。然后在定容下变化到0.15
MPa及450 K。设比热容为定值，试求两种过程中热力学能和熵的变化以及从外界吸收的热量。
提示：略。
答案：(1)uΔ＝111.15 kJ/kg，sΔ＝0.421 kJ/(kg·K)，q1-2＝155.7 kJ/kg。
(2)uΔ＝111.15 kJ/kg，s＝0.421kJ/(kg·K)，q1-3-2＝147.25 kJ/kg。
4-3 设气缸中空气的压力为0.5 MPa、温度为600 K，若经绝热过程膨胀到0.1 MPa，试求膨胀终了的温度及比体积：(1)按定值比热容计算；(2)按空气的热力性质表进行计算。
提示：(2)
1200ln12ppRSSgTT；依02TS,由热力性质表确定T2 及vr2。
答案：(1) T2＝378.8 K，v2＝1.089 m3/kg；(2) T2＝382.6 K，v2＝1.10 m3/kg。
4-4 柴油机吸气终了时气缸中空气的温度为60 ℃、压力为0.1 MPa。为使压缩终了时空气温度超过柴油的自燃温度以使其着火，故要求压缩终了的温度至少为720 ℃。设比热容为定值及压缩过程的多变指数为1.45，试求柴油机的压缩比(即压缩过程初始容积和终了容积之比)及压缩终了的压力。
燃机选择题 (511)
选择题
1. 燃机压气机发生喘振时，轴向推力将（ B ）。
A、增大 B、减小 C、无法判断。
2. 燃机支承轴承采用可倾瓦块结构,每个轴承有（ B ）块瓦块。
A、四 B、六 C、八。
3. 燃机的燃烧器采用多喷嘴（ B ）燃烧器,另外在燃烧器末段还装有一个空气旁路阀。
A、预混 B、扩散 C、预混扩散型。
4. 燃气透平输出的有效功率，约（ C ）用于驱动压气机，其余部分用来带动发电机旋转发电。
A、1/3 B、1/2 C、2/3
5. 燃气-蒸汽联合循环机组额定工况下，汽机输出功率约占联合循环总功率的（ A ）。
A、1/3 B、1/2 C、2/3
6. 燃机停机后用（ B ）来进行吹扫，以使透平上下缸温度均匀。
A、辅助蒸汽 B、压缩空气。 C、氮气
7. 燃机的效率为36%，蒸汽轮机的效率为33%，则整套机组的总效率为（ C ）。
A、36%+33% B、36%×33% C、36%+（1-36%）×33%
8. 推力轴承瓦片上的钨金厚度一般应（ B ）燃机、汽机通流部分最小动静间隙。
A、大于 B、小于 C、等于
9. 相对于热端驱动，冷端驱动的燃机转轴所承受的扭力（ A ）。
A、较大 B、较小 C不一定
10. 当燃机熄火惰走过程中，汽轮机的胀差（ C ）。
A、增大 B、减小 C、先增大后减小 D、先减小后增大
11. 天然气减压后其自身的温度也相应降低，当压力降低1MPA时其温度降低约（ A ）。
工程热力学第12章答案
第12章 气体动力装置循环
1 第12章 气体动力装置循环
12-1 某燃气轮机装置理想循环，已知工质的质量流量为15kg/s，增压比π=10，燃气
轮机入口温度T3=1200K，压气机入口状态为0.1MPa、20℃，假设工质是空气，且比热容为
定值，cp=1.004kJ/（kg·K），k=1.4。试求循环的热效率、输出的净功率及燃气轮机排气温
度。
解： 压气机出口温度为 =×==−−
4.114.11
121015.293kk
TTπ565.98K
燃气轮机排气温度为 4.114.11
341.012001−−
×=⎟
⎠⎞
⎜
⎝⎛=kk
TT
π=621.54K
循环吸热量为 ()()98.5651200004.1
231−×=−=TTcqp=636.56kJ/kg
循环放热量为 ()()15.29354.621004.1
142−×=−=TTcq
p=329.70 kJ/kg
循环热效率
56.6367.329
11
12−=−=
tη=48.2%
或
4.114.11
101
11
1
−−−=−=
kkt
πη=48.2%
输出的净功为 =−=−=70.32956.636
21qqw
net306.86 kJ/kg
12-2 某燃气轮机定压加热理想循环采用极限回热。已知压气机入口状态为0.1MPa、
25℃，增压比π=6，燃气轮机入口温度t3=1000℃，认为工质是空气，且比热容为定值，
cp=1.004kJ/（kg·K），k=1.4。求：（1）循环热效率，与不采用极限回热相比，热效率提高
多少？（2）如果t1、t2、p1维持不变，增压比π增大到何值时，将不能采用回热？
解：
（1）极限回热时
=×===−−
4.114.11
126615.298kk
TTTπ497.47K 第12章 气体动力装置循环
2
=⎟
⎠⎞
⎜
⎝⎛×=⎟
⎠⎞
⎜
⎝⎛==−−
4.114.11
34561
15.12731kk
TTT
π763.05K
循环吸热量 )(
531TTcq
燃气轮机与联合循环-姚秀平-课后题答案-第三单元
多练出技巧 巧思出硕果
1.压气机在燃气轮机中的作用是什么？
连续不断地从周围环境吸取空气并将其压缩后供给燃气轮机的燃烧室。
2.燃气轮机所使用的压气机有哪两种类型？它们各有什么特点？
轴流式：流量大、效率高但级的增压能力低，多应用于大功率燃机。
离心式：级的增压能力高但流量小、效率低，多应用于中小功率燃机。
3.轴流式压气机由那两个组成部分？
由转子、静子组成。
转子：动（工作）叶片、叶轮(转鼓)、主轴。静子：静(导)叶、气缸
4.何谓扭速？何谓理论功？理论功是否可全部转换为气体的压力能？
扭速：气流经过叶栅内的流动发生了转折，气流转折所引起的相对速度圆周分量的变化
成为扭速。
理论功：基元级的动叶栅加给单位质量气体的机械功成为理论功或加功量。
不能。理论功的一部分用于气流的动能升高，也有一部分用于气流压力升高，还有一部分在气流流动过程中因摩擦等因素而转换成了热量。
5.压气机级的理论功为什么会受到限制？
u的增加要受到材料许用应力的限制，u过大时，叶片根部截面处的离心拉应力会超过叶片材料的许用应力。
的增大要受到叶栅气动性能的限制 ， 过大时，在叶栅中气流的转折角过大，叶栅表面上的气流边界层容易分离并形成漩涡，导致流动损失大幅度增加。所以压气机级的理论功会受到限制。
6.压气机的压比特性曲线有哪些主要特点？
（1）每一转速下，压比有一最大值
（2）转速不变，流量降至一定值时→不稳定→喘振
（3）转速不变，流量增至一定值后→压比急剧下降→阻塞
（4）转速越高，特性线越陡
（5）效率的流量特性与压比类同
7.
8.试绘图说明压气机级在转速一定、体积流量增大和减小时，速度三角形的变化情况
转速一定时，级的扭速与体积流量之间有什么关系？
随着体积流量的增大，扭速必然减小，理论功也相应减小 uwwuwCuuwuwwuwCu多练出技巧 巧思出硕果
燃气轮机及其联合循环课后题答案（姚秀平主编版）上海电力学院
燃气轮机及其联合循环课后题答案（姚秀平主编版）上海电力学院
第一章
3和4、从热力学角度看，汽轮机循环利用了蒸汽可在常温下凝结的特性，达到了较低的工质平均放热温度，但工质平均吸热温度不高。燃气轮机循环的工质平均吸热温度高，但工质平均吸热温度不低。
汽轮机发展方向：开发新材料以便把主蒸汽参数从亚临界水平逐步提高到超超临界水平；采用两次再热等手段改进热力系统及设备的设计。其中，主要方向为提高工质平均吸热温度。燃气轮机发展方向：提高燃气平均吸热温度。
5、燃气轮机是工作于高温区的一种热机，易于利用高品位的热量；汽轮机是工作于低温区的一种热机，易于利用低品位的热量；而联合循环按照热量梯级利用的原则将燃气轮机和汽轮机结合起来，可以将高品位和低品位的热量同时利用起来。由于联合循环同时利用了燃气轮机循环平均吸热温度高和汽轮机循环平均放热温度低的优点，又同时克服了两者的缺点，所以可以达到较高的循环效率。
6、ISO基本功率是指在国际标准化委员会所规定的ISO环境条件下燃汽轮机连续运行所能达到的功率。ISO环境条件：温度15℃，压力0.01013MPa，相对湿度60%。
7、燃气轮机与汽轮机同轴，共同驱动一台发电机的联合循环机组称为单轴机组；燃气轮机与汽轮机不同轴，各驱动一台发电机的联合循环机组成为多轴机组。
8、前置循环是工作于高温区，输入大部分热量的循环，它会产生大量的余热；后置循环是工作于低温区以前置循环的余热为主要热源的循环。两者通常用换热设备耦合在一起，最广泛的应用是燃气——蒸汽联合循环。
9、最基本的三种联合循环形式：余热锅炉型、补燃余热锅炉型和增压锅炉型。
10、余热型：优点是技术成熟。系统简单、造价低、启停速度快。缺点是余热锅炉效率低、汽轮机的功率和效率也低，所以不仅机组功率不大，而且效率也不高。
补燃型：优点是在燃气轮机排气温度较低的情况下，可使蒸汽参数及流量大幅度提高，从而使机组的容量增大、效率提高；同时机组的变工况性能也可得到改善。缺点是它并不是纯粹能量梯级利用意义上的联合循环，其中或多或少有一部分热量参与了汽轮机循环。所以，他只是在因蒸汽参数受限而无法采用高参数大功率汽轮机的条件下才可能优越于纯粹能量梯级利用意义上的余热锅炉型联合循环。