1.1 燃气轮机及辅助系统

1.1.1 燃气轮机原理

填空题

1.燃气轮机理想简单循环包括 、 、 和 。（绝热压缩过程；等压燃烧过程；绝热膨胀过程；等压放热过程）。

2.燃气轮机实际循环中当 提高时，比功和效率都提高。（压比）

3、燃气轮机是一种以 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。（空气和燃气）

4、进气温度的升高会使燃气轮机的功率及热效率下降，其中热效率受进气温度的影响较功率要 。（小）

5、评价燃气轮机变工况性能优劣的指标主要是 和 。（经济性、稳定性） 6、提高燃气温度(初温)的方法有 和 。（采用高温材料、改进冷却技术） 单选题

1.理想回热循环的比功较简单循环的比功 。（C） A 、大 B、小 C、一样

2.透平中高温燃气的焓降大于在压气机低温空气的焓增，比例大约为 。（B） A 、2:3 B、3:2 C、1:1 D、4:3

3.随着大气温度的提高，下面哪个说法是正确的 。（C）

A、机组出力会上升 Ｂ、机组热效率会略微上升 C、燃机排气温度上升

4.温比一定时，燃气—蒸汽联合循环亦存在最佳压比，其效率最佳压比 燃气轮机简单循环的效率最佳压比。（ A）

A、小于 B、等于 C、大于 D、接近

5.一般情况下，对燃气轮机设计效率的影响程度最大的影响因子是 。（ B） A、压气机效率 B、透平效率 C、燃烧效率 D、温比

6.一般在描述燃机功率和热效率时所说的ISO条件是指 。（D） A、环境温度0℃,50%相对湿度和海平面海拔高度 B、环境温度0℃,60%相对湿度和海平面海拔高度 C、环境温度15℃,50%相对湿度和海平面海拔高度 D、环境温度15℃,60%相对湿度和海平面海拔高度

7.燃气轮机简单理想布雷顿循环在燃烧室完成的是 。（B）

A、等熵绝热压缩过程 B、可逆定压吸热过程 C、等熵绝热膨胀过程 D、可逆定压放热 8.燃气轮机的净效率用 计算。 A、lc/q B、ls/q C、le /q 多选题

1、提高燃气轮机简单循环比功的措施有 。 （ABCDE）

A 、提高温比 B、提高压比 C、采用间冷循环 D、采用再热循环 E、采用联合循环

2、提高燃气轮机简单循环效率的措施有 。 （ABCDE）

A 、提高温比 B、提高压比 C、采用回热循环 D、采用再热循环 E、采用联合循环

3、燃气轮机采用空气冷却有包括下列 典型方式。（ABCDEF）

A 、对流冷却 B、冲击冷却 C、膜式冷却 D、发散冷却 E、蒸汽冷却 F、综合冷却

4、燃气轮机简单循环系统中包括下列 。（ABC）

A 、进气压力损失 B、燃烧室压力损失 C、排气压力损失

5、常规的燃气蒸汽联合循环有下列 典型类型。（ABCDE）

A、无补燃的余热锅炉型联合循环；B、有补燃的余热锅炉型联合循环；C、排气全燃型联合循环；D、给水加热型联合循环；E、增压锅炉型联合循环

6、燃气轮机采用蒸汽冷却技术比采用空气冷却技术下列 优势。（ABC） A、所用工质量少

B、可以增大燃气轮机的比功率和效率 C、提高了底循环系统性能 D、系统更简单

7、目前定义燃气透平初温的方法有 。（ABC） A.燃烧室的出口温；

B.燃气透平第一级喷嘴环后的燃气温度；

C.以进入燃气透平的所有空气流量计算的平均温度 8、现代大型燃气轮机的发展方向包括 。 A、提高热效率

B、燃烧便宜燃料同时限制污染及腐蚀 C、提高燃气轮机变工况的经济性

D、降低材料工艺成本，简省燃气轮机维护

判断题

1.燃气轮机理想简单循环的热效率只与温比有关，并随温比的增加而增加。（×） 2.比功越大，意味着整台机组的尺寸需要设计的比较大。（×）

3.在燃气轮机中，由于燃料的加入透平的进口燃气流量Qt比压气机的进口空气流量Q大。（×）

4.燃气轮机的压比越大越好。（×）

5.比功是用于评定燃气轮机循环做功性能好坏的指标。（√）

6.压气机的压缩比是指压气机的出口空气压力与压气机进口空气压力之比。（×） 7.透平的膨胀比是指 透平的进口总压与出口总压之比。（√） 8.所谓比功就是指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）或净功。（√） 简答题

1.简述GTCC与IGCC的含义?

答：GTCC的含义是燃气蒸汽联合循环。（0.5分）GTCC实现了将燃机在高温区的布雷登循环和蒸汽轮机在低温区的朗肯循环联合做功，大幅度提高了单循环难以达到的热效率。（1分）

IGCC就是所谓的“整体煤气化燃气－蒸汽联合循环”。（1分）它的设计思想是：使煤在高压、高强度、高效率的气化炉中气化成为中热值煤气或低热值煤气，进而通过洗涤和脱硫过程，把煤气中的微尘、硫化物、碱金属等杂质清除干净，最后，把洁净的人造煤气输送到燃气－蒸汽联合循环中去燃烧做功。（1.5分）

2、大气温度上升对燃气—蒸汽联合循环机组性能（功率、效率）的影响程度和其对燃气轮机简单循环的影响哪个大？简述原因。

答：温度上升对燃气—蒸汽联合循环机组性能影响要小些。（1分）原因是环境温度升高，

燃机以及联合循环的最高出力随之下降，燃机的效率降低，但对联合循环效率影响小一些。（1分）当环境温度升高时，进入压气机的空气量减少，燃机及联合循环出力降低；压气机单位工质耗功增加，将使得燃气轮机效率下降；（1分）但是排气温度升高，使蒸汽侧的“朗肯”循环效率增加，环境温度变化对燃气“布雷顿”循环及蒸汽“朗肯”循环热效率的影响相反，故对联合循环机组的出力和效率的影响没有对燃气轮机简单循环的影响大。（1分） 问答题

计算题

1. 带回热的燃气轮机定压加热实际循环，压气机的入口温度为17℃，压力为1.1bar，循环

的最高温度为1500K，压比为10，回热度为75%，压气机的绝热效率为η

CS=0.85，燃气轮

机相对内效率ηT =0.87，空气的定压质量比热cp=1.005kJ/（kg.K），空气的绝热指数k=1.4。求：

1）在T-S图上画出此循环； 2）循环温比；

3）燃气轮机透平排气经回热器后的温度； 4）循环的热效率；

5）若燃气轮机后接一效率为ηst= 0.36的蒸汽底循环系统，求联合循环热效率？

答：1）

（1分）

2）由题意：

T1=273.15+17=290.15K T3=1500K

则：

?= T3/ T1=5.17 （0.5分） 3）由 T-S图可求：

T2P?（2）K??T1P1K?1K?1K 求出T2=560K

?CS?T2?T1 可求出T2a=607K

T2a?T1?1K?1T3P3KK?（）??K 可求出 T4=777K T4P4 ?T?T3?T4a 可得 T4a=871K

T3?T4由于回热度为

?=（T4a-T8）/（T4a-T2a）=(T7-T2a)/ （T4a-T2a）=0.75 则燃气轮机透平排气经回热器后的温度；

T8=673K

空气经回热器后温度为：T7=805K （3分） 4）循环效率：

ηgt=1-( T8-T1)/ ( T3-T7)=0.449 （1.5分） 5）联合循环效率：

ηcc=ηgt+(1-ηgt) ηst=0.647 （0.5分）

2、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p1＝0.1MPa，循环增压比

pp2?15。在燃烧室中加入热量q1＝433kJ/kg，经绝热膨

1胀到p4＝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，

（0.5分）

（1分）

（0.5分）

（0.5分） （0.5

（1分）

分）

（1分）

1.1.2 燃气轮机结构

（1分）

填空题

1.转子是高速旋转的部件，它必须有足够的 ，以保证机组能长期安全可靠地工作。（强度和刚度）

2.燃气透平的冷却包括对的 冷却，以及 冷却两个部分。（转子和静子、叶片）

3. 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 组成。（流道） 单选题

1、由于燃气初温的不断提高，冷却空气需求量增大，通常在压气机进口空气量的 以上。（B）

A 、5% B、10% C、15% D、20%

2、在反动度Ω﹥0的压气机中，气流流经动叶栅时，空气的静压力 。（B） A 、不会提升 B、降低 C、升高 D、不确定

3、一般而言，压气机动叶片与透平动叶片相比，其弯曲度较后者 ，而厚度较后者 。（A）

A 、大、厚 B、小、厚 C、大、薄 D、小、薄

多选题 判断题

1. 燃机透平的静子和转子的材料必须具有良好的耐温性能、很高的强度和良好的韧性。

（×）

2. 燃气轮机整体式结构的含义是说压气机、燃烧室和燃气透平，包括压气机进气机匣和燃

气透平的排气扩压机匣，彼此联接成为一个整体，安装在同一个底座上。（√） 3. 大型燃气透平叶片做成扭曲的是为了保证叶片的工作安全。（×） 4. 与多级汽轮机一样燃气透平级数越多效率越高。（×） 简答题 问答题 计算题

1.1.3 天然气知识

填空题

1、可燃气体与空气必须在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源才会发生爆炸，这个浓度范围称为 。（爆炸极限或爆炸浓度极限） 2、天然气计量系统安装的气相色谱仪的作用是 。（分析天然气的组分，确定其热值 ） 单选题

1、天然气经压缩、液化，其密度大约增加 ，有利于长距离运输。（B）

A 、500倍 B、600倍 C、700倍 D、800倍

多选题 判断题

1、可燃气体的爆炸极限是以可燃物质在混合物中所占质量的百分比(%)来表示的。（×） 2、可燃气体混合物的爆炸极限范围越宽、爆炸下限越低和爆炸上限越高时，其爆炸危险性越小。（×）

3、一般认为天然气的爆炸极限就是甲烷的爆炸极限。（√）

4、天然气在空气中的浓度达到15%以上时遇明火不会爆炸也不会着火。（×） 5、随着压力的增加，可燃气体混合物的爆炸范围增大。（√） 简答题 问答题 计算题

1.1.4 压气机工作原理

填空题

1.压气机的“级”是多级轴流压气机中 的基本单元。（能量交换）

2.在轴流式压气机中当气流流过动叶栅后，气流的绝对速度是 的，在流过静叶栅后，气流的绝对速度是 的。（增大、减小） 3.轴流式压气机防喘措施包括 和 。（采用可转进口导叶、安装防喘放气阀）

4、对于同一温度条件下，压气机的两个最佳压缩比之间的大小关系是 。（效率最大压缩比>比功最大压缩比）

5、压气机由进气室、气缸、静叶、转子、动叶、气封和 等部件组成。（排气扩压缸） 单选题

1、对轴流式压气机基元级平面叶栅而言，其流动损失是指 。（C） A 、环端面损失 B、二次流损失 C、叶型损失 D、摩擦损失 2、燃机抽气阀在正常运行中必须完全关闭，主要原因是 。（A） A、气动激振会使叶片受损 Ｂ、浪费压缩空气 Ｃ、影响机组负荷 3、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

4、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动能 ，同时让气流的相对速度动能 ，以促使空气的压力得以增高一部分。（ D ） A 、增高、降低 B、增高、增高 C、降低、增高 D、降低、降低

多选题

1、燃气轮机对压气机有下列 要求。（ABCDEF）

A 、单极压比高 B、效率高 C、单位面积通流能力大 D、稳定工况区域宽 E、具有良好的防喘振措施 F、与透平特性相匹配

判断题

1.燃气轮机压气机叶片磨损使通道面积增大，所以做功增加。（×）

2.在压气机扩压静叶中，气流逐渐增加，从而使压力升高达到增压的目的。（×） 3.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关。（√）

4、压气机的进口导叶设计成可转只是为了防止启动过程中压气机发生喘振。（×） 5、对压气机定期进行水洗是为了防止压气机通流部分被污染后叶片受到腐蚀。（×） 简答题

1、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？

答：(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，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。（1分） (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。（2分）

(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。（1分） 问答题 计算题

1.1.5 燃烧室燃烧理论与结构

填空题

1.燃气轮机燃烧室中的燃烧过程一般有 和 两种燃烧方式。（预混式、扩散式）

2.燃烧室的损失包括 和 两部分。（不完全燃烧损失、散热损失） 3.燃气轮机燃烧室的结构形式大致可分为 、 、 和 4种类型。（圆筒形、分管形、环形、环管形）

4.对燃烧室中的火焰筒壁的冷却可采用 和 两种方式。（空气冷却、闭式蒸汽冷却）

5.燃烧室的部件包括 、 、 、 、 。（火焰筒、火焰稳定装置、燃料喷嘴、点火和联焰机构、冷却机构） 单选题

1.将燃烧室扩压器做成扩散形通道的目的是 。（B） A 、减小流动损失 B、降低气流速度 C、使压力均匀

2..下列那个不是燃气轮机燃烧室贫预混燃烧需解决的难点 。（D） A 、火焰稳定 B、回火 C、振荡燃烧 D、火焰筒壁温度 3．燃烧室旁路阀的作用 。（C）

A、于运行条件无关，燃烧室的差压保持一定 B、于运行条件无关，燃烧室的流速保持一定 C、于运行条件无关，燃烧室的空燃比保持一定

4、燃天然气的重型燃气轮机燃烧室的燃烧模式，低负荷阶段主要是 ，高负荷阶段主要是 。（C）

A 、扩散燃烧、扩散燃烧 B、预混燃烧、预混燃烧 C、扩散燃烧、预混燃烧 D、预混燃烧、扩散燃烧

5、以下关于燃机预混燃烧和扩散燃烧说法正确的是 。（ A ） A、燃机的主燃料一般是用于预混燃烧 B、预混燃烧可以使燃烧稳定 C、扩散燃烧可以减少NOx的生成

6、燃烧温度的高低主要取决于 。（ C ）

A、燃料量的多少 B、燃料着火点的高低 C、过量空气系数的大小

多选题

1、燃气轮机运行中对燃烧室的要求有 。（ABCDE） A 、点火可靠 B、燃烧稳定性好

C、燃烧完全排气污染少 D、压损小 E、使用寿命长 2、燃气轮机燃烧室的工作过程具有下列特点 。（ABCDE） A.高温； B.高速； C.高燃烧强度； D.高余气系数； E.运行参数变化剧烈 判断题 简答题

1. DLN燃烧室控制NOX排放的原理是什么？

答：DLN干式低NOX污染燃烧室，其特点就是“贫预混”， （1分）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，（1分）这就从根本上改变了传统的以扩散燃烧为主的概念。（1分）预混燃烧的特点是反应区内的燃料浓度和反应温度都是均匀的，也是预先通过燃料和预混空气的配比加以严格控制的。（1分）

问答题 计算题

1.1.6 透平工作原理与结构

填空题 单选题 多选题

1.透平级中叶片的端部损失包括 。（BCE）

A 、径向间隙的漏气损失 B、摩擦阻力损失 C、涡流损失 D、轮盘摩擦损失 E、二次流损失

2.为了提高燃气透平的初温，目前采取的措施包括 。（ABCD）

A 、改善透平叶片的冷却结构 B、适当增大冷却空气流量 C、采用具有热屏障效应的陶瓷涂层 D、采用耐高温的合金材料制造叶片 3. 对轴流式燃气透平的性能要求有 。（ABCDE） A、 提高燃气透平的燃气初温； B、 改善燃气透平的效率；

C 、在保证燃气透平效率的前提下，增高透平级的膨胀比； D 、增大燃气透平的通流能力； E、 结构的紧凑性和耐用性； 判断题 简答题 问答题 计算题

1.1.7 叶片工作原理

填空题 单选题 多选题

判断题

1.燃气轮机叶片振动主要是因为受到气流的高频和低频激振力造成的。（√） 简答题 问答题 计算题

1.1.8 燃料模块

填空题 单选题

1、在调压站等可能存在天然气泄漏的地方，甲烷的浓度低于爆炸下限的 以后才允许进入站内做相应的检修工作。（ B ）

A、0.05 B、0.1 C、0.15 2、天然气减压后其温度也相应降低，一般来说，压力降1MPa对应其温度降低约 。（ A ）

A、5℃ B、10℃ C、15℃ D、20℃

3、对于使用天然气的燃气轮机机组，调压站所用阀门多采用 。（C）

A、电磁阀 B、液压阀 C、气动阀

多选题

判断题 简答题

问答题 计算题

1.1.9 燃气轮机控制与保护

填空题

1、燃气轮机四大主保护包括： 。（振动、熄火、超速和超温） 单选题

1、燃气轮机温度控制系统的主要作用是 。（ C ） A、控制燃机排气温度在较高值，以提高余热锅炉的热效率 B、保证燃机排气温度不超过允许值，以保护余热锅炉受热面 C、保证透平进口温度不超过允许值，保护热部件

多选题 判断题 简答题

1、热悬挂的热力方面原因是什么？现象是什么？在热控上怎样体现？ 答：“热悬挂”产生的热力学原因是：由于初始燃料供应过多或燃料增加速率过快，燃烧室内的温度T3超过预定值，机组运行工况的启动过程线过于靠近压气机的喘振边界线，导致压气机失速，进入“热悬挂”。（2分）热悬挂出现在起动机脱扣之后，机组转速停止上升，运行声响异常，继续增加燃料量，转速却不会上升，甚至可能呈现下降趋势。（1分）在热控方面，热悬挂反应为机组在启动过程中提前进入温控线，导致转速无法上升。（1分）

问答题

计算题

1.1.10 燃气轮机进气系统

填空题 单选题 多选题

1.燃气轮机进口安装空气滤清装置的作用有 。（A、C）

A、除去空气中的灰尘 B、除去空气中的水分 C、除去空气中的盐分

2.燃气轮机进口空气冷却技术有 。（ABC）

A、蒸发式冷却 B、制冷式冷却 C、组合式冷却

判断题 简答题 问答题 计算题

1.1.11 燃气轮机水洗

填空题 单选题 多选题 判断题 简答题 问答题 计算题

1.1.12 燃气轮机润滑油、控制油系统

填空题 单选题 多选题 判断题 简答题 问答题 计算题

1.1.13 燃气轮机排气

填空题

1.目前F级燃气轮机排气流量大约为

单选题

多选题 判断题 简答题 问答题

吨/小时。（2300）

计算题

1.1.14 燃气轮机的启停与运行维护

填空题 单选题 多选题

1.燃机启动过程中出现“点火失败”的原因可能是 。（ABCD） A、电气回路故障； B、燃料回路故障； C、点火电磁阀故障 ； D、火花塞故障；

2、影响燃气轮机维修周期的因素包括 。（ABDEF） A、燃料的种类；B、透平进口温度；C、燃机的负荷率； D、机组甩负荷次数；E、起动速率；F、蒸汽/水的喷注量

3、对于正常燃气运行的燃机来说,来自轴流式压气机不同级的抽气的作用是: 。( A B )

(A) 冷却高温运行的透平部件 (B) 密封燃机的轴瓦 (C) 防止喘振 (D) 燃料喷嘴的雾化空气

4、燃机排气温度高或排气温度分散度高,可能下述部件有故障 。( A BCD) (A) 热电偶的故障 (B) 高温热通道部件

(C) 燃烧部件故障 (D) 燃料供给系统部件故障

判断题 简答题 问答题 计算题

1、一台燃用天然气的燃气轮发电机的供电效率为40％，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)，供电标煤耗率。设天然气密度为0.707kg/Nm3。 解：

热耗率：

qe?3600/??3600/40%?9000kJ/(kW?h)cN （公式正确

得1分，计算正确得1分）

3q?q/Q?9000/38000?0.237Nm/(kW?h) （1分）Venet气耗率：

qm???qV?0.707?0.237?0.167kg/(kW?h) （1分） ?qe/Q?9000/29270?0.307kg/(kW?h) （1分）

标准煤热值Q=29270kJ/kg， （1分）

故供电标煤耗率

2、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cp＝

1.01kJ/（kg·K），γ＝1.4，试求燃气透平的出口总温。 解： 燃气初温：

（1分）

透平理论出口总温：1分，计算正确得1分）

透平等熵效率：

（2分）

（公式正确得

透平出口总温：（1分）

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