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航空用燃气轮机主燃烧室工作特性分析

航空用燃气轮机主燃烧室工作特性分析
航空用燃气轮机主燃烧室工作特性分析

航空用燃气轮机主燃烧室

工作特性分析

主燃烧室工作特性的好坏,取决于燃油雾化、与燃油雾化相匹配的空气流动、以及在此基础上的燃烧特性。

本章所涉及的基本内容包括燃油雾化、燃烧室空气动力学、燃油散布、燃烧效率、点火及熄火、燃烧室火焰筒壁冷却等特性分析。

9.1 燃油雾化

在航空燃气涡轮发动机中,燃油喷嘴的功能和要求如下:

1) 在宽广的流量范围内提供良好的雾化;

2) 快速响应燃油流量变化;

3) 与流动的不稳定性无关;

4) 耗能小;

5) 可以缩放设计,提供设计的灵活性;

6) 低成本,轻重量,维护容易,拆装容易;

7) 对制造和安装过程中的轻微损伤不敏感;

8) 燃油受到污染和喷嘴表面积碳时不易堵塞;

9) 受热时不易结焦;

10) 均匀的径向和周向燃油浓度分布。

航空燃气轮机主燃烧室中,主要的喷嘴有离心喷嘴、空气雾化喷嘴、甩油盘喷嘴和蒸发管喷嘴。如图9-1-1所示。

(a)离心喷嘴(b)空气雾化喷嘴

(c)甩油盘喷嘴(d)蒸发管喷嘴

图9-1-1 航空燃气轮机燃烧室中各种喷嘴9.1.1 离心喷嘴(压力雾化喷嘴)

离心喷嘴属于压力雾化喷嘴的一种.主要有两种结构,一种是单油路离心喷嘴,一种是双油路离心喷嘴,双油路离心

喷嘴相比于单油路离心喷嘴扩大了工作范围.如图9-1-2所示.

单油路离心喷嘴双油路离心喷嘴

图9-1-2 离心喷嘴的结构进入离心喷嘴的燃油做切向运动,由于离心运动建立了空心涡,在喷嘴出口,旋转的燃油同时有轴向速度和切向速度,形成空心油膜,油膜失稳形成液雾,如图9-1-3所示。

图9-1-3 离心喷嘴的油膜运动

由于压力不同,将形成不同的形态,如图9-1-4所示随着燃油压力的增加,喷嘴喷雾的形态变化。通常,喷嘴压力降大于0.1MPa ,即可得到一个充分发展的油雾。

图9-1-4 燃油喷雾的各种形态

燃油流量和喷嘴压力降之间的关系

设通过离心喷嘴出口的截面积为n A 的液体流量为l m ,如图

9-1-5所示。则通过喷嘴的燃油流量如下式计算: v A C m n l d l ρ=

上式中,d C 是考虑了通过离心喷嘴流动时的各种损失的流

量系数,v 是通过喷嘴在一定压力降l P ?的情况下能够达到的理论喷射速度,该喷射速度由下式计算:

l l

P v ρ?=2

可以建立燃油流量l m

与喷嘴压力降l P ?之间的关系如下: l l n d l P A C m ?=ρ2

图9-1-5 喷嘴几何结构示意

可以稍加变形得到流量数的定义:

l n d l l A C P m

FN ρ2=?=

流量数是一个表达喷嘴特性广泛使用的参数,仅与喷嘴的几何结构和通过的流体有关,与喷嘴的工况无关,因此它给定了某种用途下的喷嘴“尺寸”。其单位是5.0/hrMPa kg 。

喷嘴设计的核心是确定在离心喷嘴一定的几何结构情况下的流量系数。

离心喷嘴的流量系数

燃油通过整个喷嘴旋流室的流动过程中,是一个复

合运动,有切向速度,轴向速度和径向速度。在离心喷嘴出口,有一小段平直段,燃油在此处的运动可以视为一个切向运动加轴向运动的复合运动。如图9-1-6所示。

图9-1-6 离心喷嘴燃油运动和出口喷雾张角

t

tan cons r v t = l t u l l p v v P ρρ?++=?2222,式中,p ?是燃油静压与离心喷嘴的背压之差。

上式说明如果0r →,则∞→t v ,从物理上是不可能的。由于旋转速度增加,根据伯努利方程,意味着燃油的静压下降,对于燃油,压力下降后,沸腾温度随之下降,则中心的燃油开始蒸发,蒸发后形成一个空心涡,该空心涡的直径为c D ,其中充满了燃油蒸汽与空气的混合物。并且,该空心涡的表面静压与离心喷嘴的背压相等,才能维持平衡。

根据上述分析,可以建立离心喷嘴流量系数与喷嘴几何结构之间的关系。

在空心涡的表面上,燃油静压与离心喷嘴的背压相等,伯努利方程可以简化为:

222,2,c

t l c

u l l v v P ρρ+=?

假设通过离心喷嘴喷口处的轴向速度分布是均匀的,则离心喷嘴喷口处的轴向速度由连续方程写出:)(c n l l u A A m

v -=ρ

由于燃油运动的无粘假设,并且在整个离心喷嘴中的燃油运动不受任何外力,因此,动量矩守恒,则有:c s

s l l c s s c t r r A m r r v v ρ ==,

因此可以建立压力降与流量之间的关系:

???????????? ??-+???? ??=?22)(2c n l l c s s l l l l A A m r r A m P ρρρ 离心喷嘴流量系数与结构之间的关系:

2221???? ??-+???? ??=c n n c s s n d A A A r A r A C 假设

n c A A X =,n s s n s s D D A r r A K ππ4==,流量系数的表达式就可以简化

为:

2222)1(111X X K C d -+= 引入著名的假设最大流量原理:在离心喷嘴一定压力降的条件下,喷嘴通过的燃油流量最大。根据高等数学中求极值

的原理,令()

0/12=dX C d d ,可以得到:322)1(2X X K -= 最终可以得到流量系数的表达关系:()X X C d +-=113

因为面积比X 是喷嘴设计特性参数K 的函数,上述关系式的实质就是表达了无粘理想流动条件下离心喷嘴流量系数

与一定几何结构的关系。图9-1-7给出了离心喷嘴的理论分析流量系数与实验结果的对比(K'为喷嘴几何参数)。 0.00.5 1.0 1.5 2.0

0.00.2

0.4

0.6

0.8

1.0

理论分析值 实验值 C d K'=A s /D s D n

图9-1-7 离心喷嘴流量系数理论值与实验值

离心喷嘴的喷雾张角

离心喷嘴的喷雾张角是燃烧室设计的另外一个关系的重要问题。正是由于在喷嘴出口处的切向速度分量存在,使得喷雾有了一定的张角。喷雾张角与运动速度的关系参见图9-1-6。

忽略燃油离开离心喷嘴喷口的转折,则喷雾张角可以表达成一个几何关系:z y

=2tan α

从离心喷嘴的下游往上看,图9-1-6的右边,是一个展开的视图,当喷雾轨道从P1点运动时,在喷嘴中心剖面的交

点是P2,可以建立几何关系如下:()()()2122221C P C P P P -=

引入变量y 和n r ,则有:n n n yr y r r y P P 2)(22221+=-+=,由于离心喷嘴n r 非常小,上式可以简化为y P P 21≈,从图-1-6右边视图可见,u t

v v z P P z y =≈=212tan α

简单地讲,离心喷嘴的喷雾张角近似为离心喷嘴出口处的切向速度与轴向速度比。为了建立喷雾张角与几何结构的关系,需要把速度项转换一下,v v t

=2sin α

由于在离心喷嘴出口处的切向速度是一个变化的值,采用质量平均的方法来定义喷雾张角,可以写出如下表达式:?=n

c r r l t l t m

d r v m v )(1

由于动量矩守恒,对于上式的积分就变得容易,其结果如下所示:)()(2c n c n s s l l t A A r r r A m

v --=ρπ

最后,离心喷嘴的喷口喷雾张角的关系式如下:

)()(22sin c n s c

n n s d t A A A r r A r C v v --==πα

再此利用X 和K 的表达式,则上式可以简化为:

)1(22sin X K C d

+=α

在常压下离心喷嘴的喷雾张角接近一个常数,但是当环境压力增加时,离心喷嘴的喷雾张角随着环境压力的增加会迅速减小,如图9-1-9所示。当发动机工作在大状态时,喷雾

张角减小会导致两个不利的结果,一是冒烟大量增加,二是出口温度分布系数恶化。

影响雾化的主要因素,一是燃油物性,如表面张力和粘性系数,二是燃油的工况,如燃油流量和燃油压力。表面张力大,粘性系数大,雾化变差,SMD 增加,同样燃油压力降下,喷嘴流量越大,SMD 增加。见图9-1-10,9-1-11和9-1-12所示。

K'=A s /D s D n

图9-1-8 离心喷嘴喷雾张角

图9-1-9 离心喷嘴喷雾张角随环境压力变化规律

图9-1-10 离心喷嘴SMD与表面张力的关系

图9-1-11 离心喷嘴SMD与燃油粘性的关系

图9-1-12 离心喷嘴SMD与工况和喷嘴流量数的关系

9.1.2 空气雾化喷嘴

由于离心喷嘴在大工况下的喷雾张角会发生很大的变化,新研发的燃烧室大部分都采用了空气雾化喷嘴。空气雾化喷嘴与离心喷嘴最大的不同之处是燃油的雾化不是依靠压力产生油膜失稳,而是依靠通过喷嘴的空气速度剪切雾化油膜。空气雾化喷嘴有两种典型的结构,一种是GE公司使用的旋流杯空气雾化喷嘴,一种是P&W公司预膜空气雾化喷嘴。见图9-1-13。

在旋流杯这种喷嘴中,燃油是从中心的离心喷嘴中喷出,燃油冲击在文氏管上,形成一个薄的油膜,在文氏管出口边缘上,油膜破碎成条,然后迅速地进入了内外旋向相反的两

股旋流的剪切层中雾化。剪切层中,破碎成条的油膜被进一步雾化,形成油雾。

在内部预膜空气雾化喷嘴中,燃油进入一个通道通过一定的旋流产生装置展成油膜,在通道出口处,油膜在内外两层旋流的剪切作用下破碎成油膜,形成油雾。

两种空气雾化喷嘴的不同之处在于油膜的形成方式,而共同之处就是都是通过相对较高流速的空气来雾化燃油,雾化的物理本质是相同的。

(a)旋流杯空气雾化喷嘴及其雾化

(b)内预膜空气雾化喷嘴及其雾化过程

图9-1-13 空气雾化喷嘴的典型结构及雾化过程

9.1.3 甩油盘喷嘴

旋转喷嘴中最著名的喷嘴是法国Turbomeca公司的甩油盘系统。用于折流环形燃烧室,燃油通过供入一个空心的中心轴中,然后从甩油盘上打的孔依靠离心力甩出。

由于甩油盘高速旋转,从轴里供入的燃油运动到甩油盘的喷油孔中,在喷油孔中观察到的现象是燃油空心往甩油盘边缘运动。燃油离开甩油盘的切向速度比甩油盘的线速度略高一些。燃油射流的速度增加与甩油盘速度增加成正比。燃油射流离开甩油盘后,射流失稳,形成油雾。

图9-1-14 甩油盘喷嘴结构和雾化过程

9.1.4 蒸发管喷嘴

蒸发管喷嘴由英国RR公司发展的。早期的蒸发管结构为“拐杖型”,为了改善蒸发管的蒸发性能和减小长度,于1980年代发展了“T型”蒸发管,如图9-1-15所示。蒸发管喷嘴中,燃油从一个喷嘴中喷出,部分燃油喷射到蒸发管的内壁面上,部分燃油与进入蒸发管的空气混合随空气流动。在“T 型”蒸发管中,燃油的蒸发加热量来源于管壁和进入蒸发管的空气。在设计点状态,80%的燃油是依靠进入蒸发管的空气来蒸发。研究结果表明,蒸发管出口的雾化颗粒度小于20 m。

图9-1-15蒸发管喷嘴结构和雾化蒸发过程

蒸发管喷嘴雾化性能的主要影响因素是进入蒸发管的空气压力、温度及燃油空气质量比。在发动机小功率状态,主要的燃油准备靠蒸发,在高功率状态,多少与空气雾化喷嘴的性质相象。

9.2 燃烧室空气动力学

在燃烧室机匣内,头部端壁(含旋流器)和火焰筒壁面将燃烧室的流动分为两个部分,头部端壁、火焰筒以及机匣中的流动称为外部流动,而头部和火焰筒内部的流动称为内部流动。见图9-2-1所示。

外部流动的主要特征是扩压降速,并保证流动均匀,不发生分离,为内部流动提供良好的进气条件。内部流动分主燃区流动、掺混区和冷却壁面附近的流动。主燃区的流动是形成回流区,实现燃烧室的高性能燃烧,掺混区的流动主要是保证燃烧室出口温度分布符合发动机总体的性能要求。当然,出口温度分布与主燃区的流动也有很密切的关系。火焰筒壁面的流动主要是气膜流动,保证火焰筒壁面的高效冷却。

图9-2-1 燃烧室的内部流动和外部流动

9.2.1 扩压器流动

为了减小燃烧过程的压力损失以及缩短燃烧室的长度,从压气机出口的高速气流首先进入扩压器。通过扩压器将压气机出口高速空气流动的动压头尽可能大的恢复成静压,然后进入燃烧室火焰筒。目前高性能航空燃气轮机为了追求高的压缩性能,压气机的负荷很大,而且压气机出口空气的流速很高。目前典型的数据是压气机出口的动压头占来流总压的10%。扩压器的功能就是尽量的恢复该部分能量。否则,将导致燃烧过程中压力损失大,最终使得发动机的耗油率上升。

扩压器的性能要求如下:

a) 压力损失低;一般而言,扩压器的损失要小于压气机出口总压的2%;

b) 长度短;扩压器的长度应尽量短,减小发动机的长度和重量;

c) 前置扩压器中没有分离,除了在突扩区域中;

d) 出口气流在周向和径向都均匀;

e) 在所有工况下运行稳定;

f) 对压气机出口流场变化不敏感。

1960年代后普遍采用全环形燃烧室设计,基本上配套采用突扩扩压器的设计。环形突扩扩压器协调了上述各种需求。见图9-2-2。

环形突扩扩压器具有结构简单,气动效率高,能够承受进口流动畸变及对加工误差不敏感的特点。

环形突扩扩压器由两部分组成,前置扩压器和突扩区域。从压气机出口到进入机匣之前的区域称为为前置扩压器,进入机匣后,与帽罩和机匣之间的通道形成突扩区域。

图9-2-2 现代燃烧室的环形突扩扩压器

前置扩压器

前置扩压器是一个简单的逐渐扩张的通道,在这个通道中,从压气机出来的空气流速逐渐减小,以尽可能大的将动压头转变成静压。在这个过程中,扩压器的效率是很重要的,任何的总压损失都将使发动机的总效率受到损失。在减速扩

压过程中,前置扩压器内的损失来源于两部分,一部分是摩擦损失,一部分是边界层分离导致的损失。

前置扩压器中的流动如图9-2-3所示.

从实验中观察到,随着扩张角和面积比的变化,将出现各种流动图谱。主要是:

a) 无明显分离,主流流动均匀扩压,未见从壁面脱离现象;

b) 大范围短暂分离,表现为分离区在位置、大小及强度随时间改变快,非常不稳定的流动;

c) 充分发展分离,扩压器中的主要部分充满了一个大的,类似三角形的回流区,从扩压器的出口到接近喉道位置。沿另外一面的主流流动贴壁的稳定流动。

d) 射流,主要流动从两侧壁面分开,从喉道下游开始就脱离了扩压器的壁面,再也不与壁面接触,形成两个稳定的旋涡。

图9-2-3 二元扩压器内的流动图谱

前置扩压器的性能参数主要是两项,扩压器的总效率以及总压损失。

扩压器的效率定义为实际的静压恢复与理论的静压恢复之比:pi pr

d C C =η 总压损失系数定义为:0.31

.30.30.3t t t t dp P P P P P -=?

根据质量守恒方程,柏努利方程,推出总压损失系数为: []3030Pr 30t Pi t dp

P q C C P P -=?

实际上前置扩压器的总压损失代表了未恢复的动压头损失的数量。

航空维修差错的分析及研究

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发动机工况图分析

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(2)环管燃烧室 1 .结构特点: 若干个火焰筒均匀排列安装在同一个壳体内,相邻火焰燃烧区 之间用传焰管连通。 2.优点: ①适合与轴流式压气机配合,布局紧凑、尺寸小、刚性小; ②气流转弯小,流体阻力小,热散失亦小; ③调试比较容易,加工制造的工作量比分管小。 3.缺点: ①燃烧室出口温度场沿周向不够均匀; ②燃烧室的流体损失较大; ③耗费的材料、工时较多; ④质量较重。

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图1 二、如何由曲线图判断发动机性能: 那么怎样的发动机曲线才能代表发动机性能是较好的呢?让我们看图说话,从汽车的起步、超车和极速这3个方面分析。 起步加速能力: 图2 拿到一张发动机曲线图,如“图2”,我们可以看到,扭矩在2000转的时候达到100Nm,升至3500转的过程中有一个快速的提升过程,而如果此区间内的斜线倾斜度越大,越光滑,则代表发动机可以用较短的时间达到扭矩的峰值,并且加速平稳线性,与此同时,功率也随转速的增加而增加。在实际的驾车当中,随着我们踩第一脚油,汽车克服地面摩擦力,开始起步,随着发动机转速提高,汽车的扭矩会快速提升,一般的发动机在3000转左右来到扭矩峰值,而人们经常提及的“3000转换挡”的惯性操作,实际目的就是为了能够保持这个最大的牵引力,通过换挡,使发动机保持

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文件编号:KG-AO-1217-35 燃气轮机合成气燃烧室燃烧稳定性 的实验研究 使用备注:本文档可用在日常工作场景,通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体的部署,从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作,使日常工作或活动达到预期的水平。下载后就可自由编辑。 燃气轮机是通过燃烧将化学能转化为机械能的装置,目前燃气轮机广泛的应用到发电、管道输送、船舶动力等领域。对于燃气轮机,燃烧室是燃气轮机最重要的部位,实现稳定安全的燃烧是十分重要的,只有保证燃烧室的稳定燃烧,才能保证燃气轮机的安全稳定的运行。本文通过理论和实验研究,对燃烧室稳定性燃烧进行分析,并且提出了相应促进燃烧稳定的方法,希望为燃气轮机的安全稳定运行提供理论参考。 由于燃气轮机具有功率大、体积小、效率高、污染低等特点,燃气轮机在多种领域具有广阔的应用前景。保证燃气轮机的稳定燃烧,就必须保证燃烧室在任何工况下的稳定燃烧。燃烧室燃烧稳定性关系到燃气轮机的寿命以及安全运行,因此对燃烧室燃烧稳定

燃气轮机系统建模与性能分析

燃气轮机系统建模与性能分析 摘要:燃气轮机机组具有超强的北线性,人们掌握它的具体实施工作过程运行 规律是很难得。在我过电力工业中对它的应用又不断加强。为了更加透彻的解决 这个问题,本文将通过建立燃气轮机机组系统建模及模拟比较研究机组设计和运 行中存在的问题,从而分析它的性能。 关键词:燃气轮机;系统建模;性能 1模拟对象燃气轮机的物理模型 在标准IS0工况条件(15℃101.3kpa及相对湿度60%)下,压气机不断从大气中 吸入空气,进行压缩。高压空气离开压气机之后,直接被送入燃烧室,供入燃料 在基本定压条件下完成燃烧。燃烧不会完全均匀,造成在一次燃烧后局部会达到 极高的温度,但因燃烧室内留有足够的后续空间发生混合、燃烧、稀释及冷却等 复杂的物理化学过程,使得燃烧混合物在离开燃烧室进入透平时,高温燃气的温 度己经基本趋于平均。在透平内,燃气的高品位焙值(高温、高压势能)被转化为功。 1.1燃气轮机数值计算模型与方法 本文借助于 GateCycle软件平台,搭建好的燃气轮机部件模块实现燃气轮机以上物理模型的功能转化,进行燃气轮机的热力学性能分析计算的。在开始模拟燃 气轮机之前,首先对燃气轮杋部件模块数学模型及计算原理方法进行简单介绍。1.2压气机数值计算模型 式中,q1 、q2 、ql 分别为压气机进、出口处空气、压气机抽气冷却透平的 空气的质量流量; T1*、 p1* 分别为压气机进出口处空气的温度、压力; T2*、 p2* 分别为压气机出口处空气的温度、压力 ηc、πc分别为压气机绝热压缩效率,压气机压比 γa为空气的绝热指数;ρa为大气温度;?1为压气机进气压力损失系数 ιcs、ιc分别为等只压缩比功和实际压缩比功 i*2s、i*2、i*1分别为等只压缩过程中压气机出口处空气的比焓,实际压缩过程中压气机出日处空气的比烩和压气机进日处空气的比焓; 当压气机在非设计工况下工作时,一般计算方法是将压气机性能简单处理编制成 数表,通过插值公式求得计算压气机的参数,即在压气机性能曲线上引入多条与 喘振边界平行的趋势线,这样可以把压比,流量,效率均视为平行于喘振边界的 等趋势线和转速的函数。本文采用了同样的计算方法,在计算燃气轮机变工况性 能过程中引入无实际物理涵义的无量纲参变量CMV(compressor map variable),仅相当于引入的平行于压气机喘振边界的趋势线,压气机的质量流量、压力和效 率计算是通过上下游回馈的热力计算结果,插值寻找能够使得上下游热力参数 (压力,温度,输出功率,转速,流量)计算收敛的工作点,即压气机的变工况 工作点。 1.3燃烧室数值计算模型 其中 式中: α为过量空气系数: L0为燃料的理论空气量:

航空机务维修差错的分析及预防措施_张圣元

第29卷第1期2011年1月 西安航空技术高等专科学校学报 Journal of Xi an Aer otechnical College Vol 29No 1Jan .2011 收稿日期:2010-04-20 作者简介:张圣元(1962-),男,安徽肥东人,教授,从事航空维修保障模式改革及机载电气设备可靠性增长的研究。 航空机务维修差错的分析及预防措施 张圣元,杨文杰 (空军第一航空学院航空仪电工程系,河南信阳464000) 摘 要:航空机务维修差错会直接导致飞行事故,这是毋容置疑的。在分析全空军过去机务维修差错具体原因的基础上,结合新机装备及其维修特点,提出新形势下如何贯彻落实航空装备维修安全观和积极预防航空机务维修差错的具体措施,以确保飞行安全。 关键词:航空;维修差错;航空机务;航空装备 中图分类号:X928.03 文献标识码:A 文章编号:1008-9233(2011)01-0003-03 据有关资料统计,1950~2004年的55年间,全空军共发生维护原因飞行事故近百起,其中,一等飞行事故占53%左右,二等飞行事故占41%左右,三等飞行事故占6%左右。事后查明,因责任心不强、盲目蛮干和违反条例规程等维护作风型差错占80%左右;因维修组织不严密、管理混乱等组织管理型差错占16%左右;因维修人员缺乏必要专业知识和操作技能,不懂或不熟悉操作规程以及安全规则等技术技能型差错占4%左右。可见,问题集中发生在维护作风型和组织管理型差错上。 1 发生维修差错的主要原因 维修差错是航空机务保障工作的大敌,是从另一个方面衡量一个单位维修管理水平的重要标志。预防维修差错必须弄清维修差错产生的机理和原因,采取相应的对策和措施,分析空军建军以来维修差错的原因教训,主要有以下几点:1.1 法规制度不健全、维修管理不正规 空军初建和抗美援朝时期,航空维修体制处在摸索初建阶段,维修思想以排故为主,法规制度不健全,维修管理薄弱,发生维修差错多也就成了必然;十年动乱时期,空军航空机务条令、条例和规章制度遭到否定,航空机务人员业务素质和飞机维修质量 大幅度下滑,维修差错居高不下;二十世纪七、八十年代,被否定的条令、条例和规章制度相继得到了恢复和健全,逐步确立了以可靠性为中心的维修思想,但由于安全基础薄弱,维修差错仍然比较突出。近年来,空军先后修订了 航空维修一线管理细则 ,颁发了 航空机务安全工作守则 ,制定了三项专项质量检验制度,以及 进一步加强空军航空装备质量安全工作的措施 和各种卡片管理制度,维修法规制度日趋完善。但操作层面的法规制度还比较少,也不够健全规范,直接影响航空机务质量安全工作的针对性和有效性。 1.2 章法观念淡薄、工作随意性大 法规制度是开展航空维修保障工作的基本依据,也是提高飞机维修质量、保证安全的关键,但少数机务人员安全意识淡薄,有章不循,违章蛮干,工作随意性大的问题时有发生。 例如,1994年某部一架某型飞机在送修返厂飞行中因无线电罗盘故障,超短波电台空地联络不畅,发生一等飞行事故。事故调查发现,导致这起事故的根本原因是违反一系列规章制度造成的。事故飞机停放了两年零七个月后,该单位并没有按规程检修;在没有油封的情况下该机停放半年才试一次车;飞机转场前也没有做预先机务准备,一架转场飞机

燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析

燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析 摘要:介绍燃气分布式能源系统配置。对燃气轮机、燃气内燃机发电机组性能(性能参数、变工况特性、余热特性、燃气进气压力)、经济性等进行比较。 关键词:分布式能源系统;燃气轮机发电机组;燃气内燃机发电机组;经济性 Analysis on Performance and Economy of Gas Turbine and Gas Engine Generator Units Abstract:The configuration of gas distributed energy system is introduced.The performance of gas turbine generator unit including performance parameters,variable conditions characteristics,waste heat characteristics and gas inlet pressure as well as the economy are compared with gas engine generator unit. Keywords:distributed energy system:gas turbine generator unit;gas engine generator unit;eeonomy 1概述 燃气分布式能源系统(以下简称分布系统)是指布置在用户附近,以天然气为主要一次能源,采用发电机组发电,并利用发电余热进行供冷、供热的能源系统[1-11]。主要设备包括发电机组、余热利用装置等,作为动力设备的发电机组是分布系统的关键。 分布系统通常采用的发电机组为燃气轮机发电机组(以下简称燃气轮机组)、燃气内燃机发电机组(以下简称内燃机组)。燃气轮机组是以连续流动气体为工质,将热能转化为机械能的旋转式动力设备,包括压气机、燃烧室、透平、辅助设备等,具有结构紧凑、操作简便、稳定性好等优点。在分布系统中应用的主要是发电功率范围为25~20000kW的微型、小型燃气轮机组。 内燃机组是将液体或气体燃料与空气混合后,直接输入气缸内部燃烧并产生动力的设备,是一种将热能转化为机械能的热机,具有体积小、热效率高、启动性能好等优点,发电功率范围为5~18000kW。美国不同规模分布系统的发电机组发电功率见表1[12]。

燃气轮机原理与结构解析

图说燃气涡轮发动机的原理与结构 曹连芃 摘要:文章介绍燃气涡轮发动机的工作原理;对燃气轮机的主要部件轴流式压气机、环管形燃烧室、轴流式涡轮分别进行了原理与结构介绍;对燃气涡轮发动机的整体结构也进行了介绍。 关键字:燃气涡轮发动机,燃气轮机,轴流式压气机,燃烧室,轴流式涡轮 1. 燃气涡轮发动机的工作原理 燃气涡轮机发动机(燃气轮机)的原理与中国的走马灯相同,据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮,就像风车一样,当灯点燃时,灯内空气被加热,热气流上升推动灯上面的叶轮旋转,带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转,见图1。 图1-走马灯与燃气涡轮 燃气轮机属热机,空气是工作介质,空气中的氧气是助燃剂,燃料燃烧使空气膨胀做功,也就是燃料的化学能转变成机械能。图2是一台燃气轮机原理模型剖面,通过它来了解燃气轮机的工作原理。 从外观看燃气轮机模型:整个外壳是个大气缸,在前端是空气进入口;在中部有燃料入口,在后端是排气口(燃气出口)。 燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成,左边部分是压气机,有进气口,左边四排叶片构成压气机的四个叶轮,把进入的空气压缩为高压空气;中间部分是燃烧器段(燃烧室),内有燃烧器,把燃料与空气混合进行燃烧;右边是涡轮(透平),是空气膨胀做功的部件;右侧是燃气排出口。

图2-模型燃气轮机结构 在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程:空气从空气入口进入燃气轮机,高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气,其流向见浅蓝色箭头线;燃料在燃烧室燃烧,产生高温高压空气;高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功;做功后的气体从排气口排出,其流向见红色箭头线。 图3-燃气轮机工作过程 在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转,压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子,如图4所示。

燃气轮机复习题(新)

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)

发动机外特性曲线:效率与转速特性曲线

汽车的效率大小很大程度上决定于发动机的性能。在许多汽车产品介绍上,都标有“最高输出功率”和最高输出扭矩”在两项重要的发动机指标,并用曲线图来反映发动机的上述指标。那么,这些发动机指标是怎样测出来呢? 当发动机运转的时候,其功率、扭矩和耗油量这三个基本性能指标都会随着负荷的变化而变化。这些变化遵循一定的规律,将这些有规律的变化描绘成曲线,就有了反映发动机特性的曲线图。根据发动机的各种特性曲线,可以全面地判断发动机的动力性和经济性。反映发动机运行状况常用速度特性曲线。 汽油发动机曲线图 发动机的速度特性曲线表示有效功率N(千瓦)、扭矩M(牛顿米)、比燃料消耗量g (克/千瓦小时)随发动机转速n而连续变化的表现。发动机的速度特性是在制动试验台架上测出的。保持发动机在一定节气门开度情况下,稳定转速,测取在这一工况下的功率、比耗油等,然后调整被测机载荷(扭距变化),使发动机转速改变,再测得另一转速下的功率、比耗油。按照一定转速间隔依次进行上述步骤。就能测出在不同转速下的数值,将这些数值点连点地组成连续曲线,就产生了功率曲线、扭矩曲线和比燃料消耗量曲线,它们与相应的转速区域对应。 当汽油机节气门完全开启(或者柴油机喷油泵在最大供油量时)的速度特性,称为发动机的外特性,它表示发动机所能得到的最大动力性能。从外特性曲线上可以看到发动机所能输出的最大功率、最大扭矩以及它们相应的转速和燃料消耗量,汽车产品介绍书上大都采用发动机外特性曲线图,但一般只标出功率和扭矩曲线。 发动机外特性曲线是在发动机最好的工作状态下能使发动机发出最大功率的情况下测出来的。它表现的曲线特征是∶功率曲线和扭矩曲线都呈现凸形曲线,但两者表现是不一样的。在汽油发动机外特性曲线中∶

GE公司F级燃气轮机总体性能参数

GE公司F级燃气轮机 1 F级燃气轮机产品系列及其性能演变 F级燃气轮机已有多种多样的型号可满足不同用户的需要,在MS6000、MS7000、MS9000系列中都有F级的产品,表1列出F级燃气轮机最新机型简单循环的性能,表2列出50Hz的F级燃气 表1 F级最新机型燃气轮机简单循环性能 基本参数MS9351FA MS7241FA MS6101FA 净出力/MW 255.6 171.7 70.1 效率/% 36.9 36.4 34 透平进口温度/℃1327 1327 1288 压比15.4 15.5 14.9 质量流量/kg·s-1624 432 198 排气温度/℃609 602 597 频率/Hz 50 60 50/60 表2 50HzF级燃气轮机联合循环性能 基本参数S109FA S209FA S106FA S206FA 净出力/MW 390.8 786.9 107.4 218.7 净热耗率/kJ·(kWh)-16350 6305 6767 6654 净效率/% 56.7 57.1 53.2 54.1 MS9001FA、MS7001FA、MS6001FA型燃气轮机都有18级的压气机和3级的涡轮机,以冷端驱动和轴向排气为特点,有利于联合循环布置。F级燃气轮机采用GE公司传统可靠的分管式燃烧系统,

并可配备双燃料燃烧系统,如在以天然气为主燃料时,可以轻油为辅助燃料。当天然气供应发生故障时,机组可自动切换到轻油燃烧,使燃机不因燃料供应故障而停机,进一步保证了机组的可靠性和可用性。机组也可根据要求,在一定条件下使用双燃料混合燃烧。此外,F级燃气轮机可燃用低热值燃料,从而扩大了发电厂的燃料使用范围和灵活性。F级燃气轮机应用于IGCC电厂,可 GE公司在其制造MS6000型、MS7000型和MS9000型机组的基础上,发展完善了底盘部套、控制和辅机组合一体的快装模块结构,这种标准化布置可减少管道、布线及其他现场相关联接的工 F级燃气轮机还显示出不同寻常的环保特点。由于机组的效率高,单位发电量的NO x和CO排放量较少。采用干式低NO x(DLN)燃烧室,大大降低了NO x的排放。180多台采用干式低NO x燃烧室的F级燃气轮机已累计运行近30 0万h。有些电厂的NO x排放量甚至低于10mg/kg。 1.1 7F和7FA、7FB型燃气轮机 自从1987年生产第一台7F型燃气轮机后,经过不断改进,形成了一系列F级的燃气轮机。图1以7000系列中的F级燃气轮机为例,展示了F级燃气轮机的发展过程。(图中华氏温度t F 换算因数为)其主要性能见表3。 图1 F级燃气轮机的发展过程 表3 7F系列燃气轮机主要性能

航空维修差错分析及管理措施通用版

解决方案编号:YTO-FS-PD340 航空维修差错分析及管理措施通用版 The Problems, Defects, Requirements, Etc. That Have Been Reflected Or Can Be Expected, And A Solution Proposed T o Solve The Overall Problem Can Ensure The Rapid And Effective Implementation. 标准/ 权威/ 规范/ 实用 Authoritative And Practical Standards

航空维修差错分析及管理措施通用 版 使用提示:本解决方案文件可用于已经体现出的,或者可以预期的问题、不足、缺陷、需求等等,所提出的一个解决整体问题的方案(建议书、计划表),同时能够确保加以快速有效的执行。文件下载后可定制修改,请根据实际需要进行调整和使用。 本文笔者从航空飞行安全这一角度出发,指出航空维修差错对其的重大影响,并围绕航空维修差错这一主题。首先阐述航空维修差错的基本知识,其次便对航空维修差错类型这一重点模块进行分析,最后给出有效解决问题的几项管理措施,以降低航空事故发生率,使人员人身安全得到保障。 自从空运被公众普遍接受以来,虽然它为人类的日常生活提供了极大地便利,但其较其它运输方式的事故多发率也使人们对这一举措事实的弊端措施不能加以掩盖。据权威人士调查,航空维修差错所引发的航空事故大约占其事故诱因的80%以上。航空维修差错是多种因素相互作用的结果,然而由人为因素引起的差错即人为差错在其中起主导作用。鉴于公众对航空安全的高度关注,以及为保障生命安全,研究航空维修差错就显得尤为重要。 航空维修差错基本知识 航空维修差错,指的是相关机务维修人员在进行航空

发动机的外特性和负荷特性

发动机的外特性和负荷特性 发动机的外特性和部分特性统称发动机的速度特性。它是指在正常温度、正常机油压力点火提前角(或喷油提前角)以及燃料供给系的调整均在最佳状态下,使节气门开度(或供油调节杆)保持在一定位置不变,发动机的有效扭矩(Me)、有效功率(Pe)以及油耗率(βe)随发动机转速而变化的规律,速度特性曲线是在节气门开度固定于某一开度下(或在供油调节杆固定于一定位置下),依次改变发动机转速,在每一转速下测算Pe、Me、mT、βe,就可得到节气门在该开度下的特性曲线,如果改变节气门开度,如从小到大,就可得到许多条速度特性曲线,但常采用节气门开度为25%、50%、75%和100%时的曲线作为代表,节气门开度为100%(全开)时的特性称为发动机的外特性,该开度下的特性曲线称为外特性曲线。节气门开度在其他情况下得到的特性称为部分特性,其相应开度下的特性曲线都称之为部分特性曲线,由此可见,一台发动机,部分特性有无数个,而外特性只有一个。因为发动机外特性是在节气门全开或油量调节杆处于最大供油量时测定的,所以外特性曲线上的每一点表示着发动机在不同转速下所能发出的最大功率和最大扭矩,因此,通过发动机的外特性可以得知发动机所能达到的最高性能指标以及对应于Pemax、Memax和βemax时的转速,也可以计算出扭矩适应性系数(或称扭矩储备系数)。一般发动机铭牌上标明的功率、扭矩及相应的转速都是以外特性为依据的。因此,外特性在速度特性中最为重要。发动机诸性能特性中有一个叫做负荷特性,它是指当发动机转速一定时,经济性指标的有效比燃油消耗量随发动机负荷的变化关系。利用这一变化曲线,可最全面地确定发动机在各种负荷和转速时的经济性。 在了解负荷特性前,首先要知道有效比燃油消耗量是什么。 衡量汽车耗油量大小一般用汽车在规定的速度下行驶100公里路程的实际耗油量(升)计算。例如汽车技术参数上常见有“90公里/小时等速”时100公里耗油量的参数,这是衡量汽车经济性指标。衡量发动机经济性指标,工程技术人员用有效比燃油消耗量这一个指标,简称油耗率,用ge表示,它指每小时单位有效功率消耗的燃油量,单位是g/kw.h。当然,衡量发动机经济性还有其它指标,

影响燃气轮机及其联合循环特性的因素分析

影响燃气轮机及其联合循环特性的因素分析 姓名:张瑞琦学号:2012031426 联合循环发电技术对改变电力能源结构、改善环境、提高电网调峰灵活性有重要作用。随着天然气开采技术的提高以及西气东输和引进液化天然气两大工程的启动, 燃气轮机及其联合循环在我国得到迅速发展和应用。对任一个联合循环方案, 其热力系统及组成均有所区别, 而且环境条件和运行参数如环境温度、大气压力、空气相对湿度、海拔高度、空气进口压损及余热锅炉烟气阻力、燃料类型、蒸汽循环方式、循环水温度、入口空气冷却等对整个热力循环的出力和热耗的影响也不同。为使建成后的联合循环电厂单位投资最省、热效率最高、投产后具有较好经济效益, 对影响燃气轮机及其联合循环系统的出力和热耗的相关因素进行分析, 从而选择合适机型和运行方式。 1 环境因素的影响 1. 1 大气温度 大气温度对简单循环燃气轮机及其联合循环的性能有相当大的影响。随着大气温度的升高,空气比容增大, 吸入压气机的空气质量流量减少,导致燃气轮机及其联合循环的出力减小。即使机组的转速和燃气透平前的燃气初温保持恒定, 压气机的压缩比也会有所下降, 燃气透平做功量减少, 但排气温度却有所增高, 使得燃气轮机及其联合循环的出力和热耗产生变化。 随着大气温度升高, 燃气轮机及其联合循环的出力均成线性下降, 但是联合循环的出力的减小较燃气轮机平缓。环境温度每升高10度 , 单循环燃气轮机出力下降5% ~ 7%,联合循环出力下降3. 5% ~ 5. 5% 。这是由于联合循环的燃气透平排气温度略有增高, 可以在余热锅炉中获取更多的能量, 到蒸汽轮机中去做出更大数量机械功的缘故。另外, 随温度升高, 燃气轮机相对效率成曲线下降, 每升高10度相对效率下降0. 05% ~ 1. 8% 。然而, 大气温度对联合循环机组的相对效率影响不大, 这是由于大气温度变化对燃气Brayton 循环及蒸汽Rankine 循 环热效率的影响相反, 在大气温度约为15度时, 联合循环热耗达到最低点, 此时Brayton 循环及蒸汽Rankine 循环热效率的乘积为最大值。 1. 2 空气湿度 有研究表明: 当空气温度< 37度时, 即使相对湿度为100% 时, 大气中所含的水蒸气数量仍然是很少的( 即绝对湿度值很小) , 其影响是可以忽略不计的。然而, 随着燃气轮机单机功率增大, 以及为降低NOx 的排放而进行的注水注汽,绝对湿度的影响变得越来越明显。从图2 中不难看清: 空气绝对湿度与燃气轮机及其联合循环机组的出力和热耗均成线性关系, 且各自的影响几乎一样。绝对湿度每增加0. 01, 出力下降0. 001% ~ 0. 002%, 而热耗上升0. 002%~ 0. 004% 。 1. 3 大气压力和海拔高度的影响 目前燃气轮机及其联合循环大都是按ISO 状态条件( 大气压力p a = 0. 1013MPa、环境温度15度、相对湿度60%) 进行设计的。不同的海拔高度将导致不同的平均大气压力, 随着海拔的升高,p a 和t a 都在下降。而燃气轮机的出力与所吸入的空气质量流量成正比, 而质量

2021新版航空维修差错分析及管理措施

When the lives of employees or national property are endangered, production activities are stopped to rectify and eliminate dangerous factors. (安全管理) 单位:___________________ 姓名:___________________ 日期:___________________ 2021新版航空维修差错分析及管 理措施

2021新版航空维修差错分析及管理措施导语:生产有了安全保障,才能持续、稳定发展。生产活动中事故层出不穷,生产势必陷于混乱、甚至瘫痪状态。当生产与安全发生矛盾、危及职工生命或国家财产时,生产活动停下来整治、消除危险因素以后,生产形势会变得更好。"安全第一" 的提法,决非把安全摆到生产之上;忽视安全自然是一种错误。 本文笔者从航空飞行安全这一角度出发,指出航空维修差错对其的重大影响,并围绕航空维修差错这一主题。首先阐述航空维修差错的基本知识,其次便对航空维修差错类型这一重点模块进行分析,最后给出有效解决问题的几项管理措施,以降低航空事故发生率,使人员人身安全得到保障。 自从空运被公众普遍接受以来,虽然它为人类的日常生活提供了极大地便利,但其较其它运输方式的事故多发率也使人们对这一举措事实的弊端措施不能加以掩盖。据权威人士调查,航空维修差错所引发的航空事故大约占其事故诱因的80%以上。航空维修差错是多种因素相互作用的结果,然而由人为因素引起的差错即人为差错在其中起主导作用。鉴于公众对航空安全的高度关注,以及为保障生命安全,研究航空维修差错就显得尤为重要。 航空维修差错基本知识 航空维修差错,指的是相关机务维修人员在进行航空维修工作时,

教您读懂发动机特性曲线图

教您读懂发动机特性曲线图 2009年11月09日星期一 12:41 如果说发动机是汽车的心脏,那么发动机特性曲线图则是这颗心脏的“健康证书”,读懂这份“证书”才能使广大同学对一款车的性能有更为清楚、客观的认识。所以,此次我们便来认识这份证书——发动机特性曲线图。 一、什么是发动机特性曲线图? 大家在读各种杂志和汽车厂商的宣传资料中会发现有发动机特性曲线(也有叫发动机工况图),将发动机功率、转矩与发动机曲轴转速之间的函数关系以曲线表示,此曲线称为发动机转速特性曲线或简称为发动机特性曲线;如果发动机节气门全开(柴油机高压油泵在最大供油量位置),此特性曲线称为发动机外特性曲线;如果节气门部分开启(或部分供油),称为发动机部分负荷特性曲线。 以上是较为专业的定义解释,但其实通俗的说,就是将油门踩到底,发动机从怠速到最高转速期间,输出的功率和扭矩的情况在图上反映出来,以此来判断车子能跑多快,有没有劲。 从图1可以看出,转速在ntq 点和np点,发动机扭矩和功率分别达到最大值,这是两个决定发动机性能的主要参数,扭矩决定汽车的起步、爬坡、超车能力,而功率决定着最高的车速和载重量。 图1 二、如何由曲线图判断发动机性能 那么怎样的发动机曲线才能代表发动机性能是较好的呢?让我们看图说话,从汽车的起步、超车和极速这3个方面分析。

起步加速能力 图2 拿到一张发动机曲线图,如图2,我们可以看到,扭矩在2000转的时候达到100Nm,升至3500转的过程中有一个快速的提升过程,而如果此区间内的斜线倾斜度越大,越光滑,则代表发动机可以用较短的时间达到扭矩的峰值,并且加速平稳线性,与此同时,功率也随转速的增加而增加。在实际的驾车当中,随着我们踩第一脚油,汽车克服地面摩擦力,开始起步,随着发动机转速提高,汽车的扭矩会快速提升,一般的发动机在3000转左右来到扭矩峰值,而人们经常提及的“3000转换挡”的惯性操作,实际目的就是为了能够保持这个最大的牵引力,通过换挡,使发动机保持在最高扭矩转速附近,这样我们就可以用更短的时间提高车速。 超车能力

航空维修差错分析及管理措施

航空维修差错分析及管理措施 摘要 本文笔者从航空飞行安全这一角度出发,指出航空维修差错对其的重大影响,并围绕航空维修差错这一主题。首先阐述航空维修差错的基本知识,其次便对航空维修差错类型这一重点模块进行分析,最后给出有效解决问题的几项管理措施,以降低航空事故发生率,使人员人身安全得到保障。 关键字航空维修差错;管理措施;人为差错 引言 自从空运被公众普遍接受以来,虽然它为人类的日常生活提供了极大地便利,但其较其它运输方式的事故多发率也使人们对这一举措事实的弊端措施不能加以掩盖。据权威人士调查,航空维修差错所引发的航空事故大约占其事故诱因的80%以上。航空维修差错是多种因素相互作用的结果,然而由人为因素引起的差错即人为差错在其中起主导作用。鉴于公众对航空安全的高度关注,以及为保障生命安全,研究航空维修差错就显得尤为重要。 1.航空维修差错基本知识 航空维修差错,指的是相关机务维修人员在进行航空维修工作时,由于一系列的原因,造成维修不彻底等危害航空飞行安全结果的差错。其对航空事故的影响力不容小觑,墨索菲定律告诉我们,做一件事情,如果不能保证百分之百不会出现差错的话,就一定会有差错发生的机会。这是自然的必然规律,故航空维修出现差错是不可避免的,能控制的只能是尽量降低其发生率,力所能及地减低危害至最低。与此同时,还要意识到航空维修差错的累积性与突变性,小的差错如果未经纠正,一个个的累积起来就会发展成大的失误,量变到一定程度就突变为质变,从而酿成事故。 2.航空维修差错类型 航空维修差错的类型可分为四种,依次是人为差错、硬件差错、软件差错和环境差错。(1)人为差错。 人为差错是指由人所导致的差错,根据原因的不同,可分为五个方面:程序差错——维修人员程序执行错误;交流差错——信息传达不及时延误时机或信息传递错误;熟练程度方面的差错——维修人员对业务熟练程度不够,缺少丰富的技能与经验,某些情况下不能解决掉出现的问题;有意违规差错——维修人员不听指挥,忽视制定的规章制度并有意违反;决策差错——机务维修人员决策错误。

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