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燃气涡轮发动机 - 维基百科,自由的百科全书

もえ气涡轮发动机

内燃ないねんてきいち種類しゅるい

もえ气涡轮引擎Gas turbine engineあるCombustion turbine engineあるしょうもえ气轮つくえ英文えいぶん简称GTEぞく热机てきいち引擎もえ气轮つくえ以是いち个广泛的称呼しょうこ基本きほん原理げんり大同だいどうしょう异,包括ほうかつ涡轮喷射引擎涡轮おうぎ引擎涡轮轴引擎涡轮にし旋桨引擎ひとしとう包含ほうがんざいない[1]

もえ气轮つくえ配置はいちしめせれい:(1) 涡轮喷射引擎,(2) 涡轮螺旋らせん桨飞つくえ,(3) 涡轮轴引擎(发电つくえ), (4) こうつくりどおり涡轮おうぎ引擎,(5) ていつくりどおりきさきもえ涡轮おうぎ引擎

而一般所指的燃气涡轮引擎,通常つうじょうゆびよう船舶せんぱく(以军用作ようさく战舰てい为主)、车辆(通常つうじょうたい积庞だい以容纳得もえ气涡轮机てき车种,れいひろしかつ工程こうてい车辆ひとし)、发电つくえひとしてきあずか涡轮喷射引擎不同ふどう处,ざい于其涡轮つくえよう带动传动轴,传动轴再连上车辆てき传动けい统、船舶せんぱくてきにし旋桨ある发电つくえとう

基本きほん原理げんり

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Lycoming T-53もえ气涡轮机
 
もえ气涡轮喷しゃ发动つくえてき图示。

もえ气涡轮机主要しゅようゆかり压气つくえもえ烧室涡轮とう份构なりしん鲜空气由进气どう进入もえ气轮つくえきさきしゅさきよし压缩压成だか压气たいせっちょよし喷油くちばし喷出燃油ねんゆあずかむなし混合こんごうきさきざいもえ烧室进行もえ烧成为高温こうおんだか压气たいしかきさき进入涡轮だん推动涡轮,はた热能转换なりつくえ械能输出,さいきさきてき废气ゆかりはい气管排出はいしゅつ。而由涡轮输出てきつくえ械能ちゅう,一部份会用来驱动压缩器,另一部いちぶ份则经由传动轴输出,よう以驱动我们希望きぼう驱动てきつくえ构如发电つくえ、传动けい统等。

压缩

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压缩てきこうよう对气りゅう做功,以提だか气流てき压力。一般燃气轮机的压缩器通常有轴流しき辐流しき两种。

轴流しき压缩かいゆう许多てき涡轮かのうへん形状けいじょう类似螺旋らせん桨叶へんただしぶん为“静子しずこ”(stator,あるしょう定子さだこ”)あずか“转子”(rotor)两种。转子就像にし旋桨一般いっぱん旋转,ざい旋转てき过程中将ちゅうじょう气流こうきさき推,这时气流てき压力就会ひさげだか温度おんど也会ますだか静子しずこてきこうようしょういん为转てき作用さよう而产せい旋转てき气流导引かい轴向,以正确的角度かくど进入いち组转通常つうじょう一组转子和一组静子交互配置,而一组转子和静子就称为一级。

辐流しき压缩则是利用りようかのう轮旋转时产生てき离心りょくはた气流こうそと推,而产せい压的效果こうか。一级的辐流式压缩器就能有数级轴流式压缩器的压缩比,对于较小がたてきもえ气轮つくえらい就是错的选择,ただしよし于气りゅうこうそと辐射,必须以大はば弯曲てきどおりどうおりかい内部ないぶのう量的りょうてき耗损也较だい

压缩压缩てき主要しゅよう性能せいのうゆび标,ゆびてき气流压力ざい压后あずか压前てき通常つうじょう压缩较高てきもえ气轮つくえ效率こうりつ也较だかただし气流ざい压缩过程ちゅう温度おんどかいじょうますこう虑到涡轮しょのううけたまわ受的温度おんどゆう一定いっていてき限度げんど,压缩たいだかはん而不このみ理想りそうてき压缩过程应该とう过程,ただし实际じょう压缩きさきてき气流てき温度おんど熵都かいだい理想りそう值,压力则低于理想りそう值,而压缩机てき效率こうりつ则定义为:

 

其中 代表だいひょう压缩效率こうりつ 代表だいひょう气流进入压缩まえてき 代表だいひょう理想りそうじょう况下气流离开压缩时的焓, 代表だいひょう实际じょう况下气流离开压缩时的焓。すえ热力がく定律ていりつ,压缩效率こうりつ不可能ふかのうだい于1。

もえ烧室

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压气つくえちゅう压缩てきそら气,ざい此与燃料ねんりょう混合こんごう,并在きん乎等压的じょう况下もえ烧,此释放燃料ねんりょうてき化学かがくのう,转化为燃气的热能,以便推动きさきだんてき涡轮做功。もえ烧室通常つうじょう包含ほうがん扩压だん、喷嘴、点火てんか焰筒がい壳等组成,当然とうぜん包括ほうかつ必要ひつようてきささえ撑件及仪表もと燃料ねんりょうにん务和わざ术发てん方向ほうこうてき不同ふどうもえ烧室てき类型包括ほうかつ圆筒がたぶんかんがた、环罐がた环型とう

涡轮

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电脑
 
通用つうよう公司こうしJ85もえ气涡轮

もえ气轮つくえ通常つうじょう使用しよう轴流しき涡轮,构造じょうあずか轴流しき压缩相似そうじどう样是一组定子与一组转子合称为一级。涡轮かのうへんあずか螺旋らせん桨及飞机つくえつばさ相似そうじ,气流りゅう过时产生作用さようりょく,对转かのうへんさくこう而使其转动,而能はた气流てきのうりょう转换なりつくえ械能输出,いん此气りゅうざいどおり过涡轮后,温度おんどあずか压力都会とかい下降かこう

あずか压缩不同ふどうてき,涡轮てき目的もくてきはた气流てきのうりょう转换为机械能,いん此叶へんてき形状けいじょうあずか压缩かいややゆう不同ふどうじゅう视的气流どおり过时のう产生てき作用さようりょくあずか飞机つくえつばさ希望きぼうますりょくだい而阻りょくしょうてき要求ようきゅう类似。涡轮かのうへん直接ちょくせつ受到高温こうおんだか压气りゅうてき冲击,为了ひさげだかもえ温度おんど以提ますもえ气轮つくえてき效率こうりつ,涡轮かのうかた必须使用しようたい高温こうおんざい高温こうおん保有ほゆうだか强度きょうど及寿いのちてきたい热材りょうせいなりかのうかた结构じょう也常使用しよう一些特殊设计,れい如常见的作法さほうはたかのうかた设计为中空なかぞらしかきさきはたひやそら气或冷却れいきゃくえき导入内部ないぶざいかのうかた内部ないぶりゅう动时以产せい冷却れいきゃく效果こうか,还有ざい表面ひょうめん设计许多しょうあな喷出ひやそら气,ずいちょそら气流动而覆盖整个叶へん阻隔そかく以避めん高温こうおんそら直接ちょくせつ冲击かのうへん,以达到护的效果こうか

あずか压缩しょうどう理想りそうてき涡轮应该とう熵过ほどただし实际上通かみとおり过涡轮后气流てき温度おんど熵都かいだい理想りそう值,涡轮てき效率こうりつてい义为:

 

其中 代表だいひょう涡轮效率こうりつ 代表だいひょう气流进入涡轮まえてき焓, 代表だいひょう理想りそうじょう况下气流离开涡轮时的焓, 代表だいひょう实际じょう况下气流离开涡轮时的焓。すえ热力がく定律ていりつ,涡轮效率こうりつ不可能ふかのうだい于1。

优缺てん

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Roverてきjet1いえよう车于1950年代ねんだいせいづくり

もえ气轮つくえ较少よう于一般汽车和个人用机械上,あずか其优缺点けってんしょう关。こと实上曾有汽车公司こうし开发过燃气轮つくえよう汽车,れい如1950ねん,RoverせいづくりてきJET 1.0あるかつ莱斯勒的Chrysler Turbine Car ぜんきさき努力どりょく过数じゅうねんじきいた1980年代ねんだいただしさいきさきいん为种种弊だい于利还是弃了计画。[2]さい终还军用车辆与飞机船舶せんぱく较适あい使用しよう,21せい纪后Jaguar推出 C-X75概念がいねん车尝试将もえ气轮つくえとうなり发电装置そうち给电いけたかし电后驱动电动车なり为一种新概念がいねん尝试,ただし依然いぜんぼつかい决价格和かくわはい标准问题。

もえ气涡轮发动机てき优势ざい直接ちょくせつ输出旋转运动,而无需将ちょく线往复运动转换成旋转运动。需要じゅようだんつくえ也没ゆう么多ひや启动问题,ざいひや天候てんこう地区ちく需要じゅようぼう冻液とうもえ气涡轮发动机通常つうじょう使用しよう燃料ねんりょうれい如汽しばすすはなせいあぶら,几乎にんなん可燃かねんせい液体えきたい甚至混和こんわ液体えきたい适用。[3]

もえ气涡轮发动机てきれつ势在于只适合高速こうそく稳定运转じょうさかいだるはやあるもの加速かそく时效りつしょう对要てい很多,并且だるそく时油耗费よう极高。这使とく它不适用よう汽车さい适用。もえ气涡轮发动机运转时引擎内温度おんど续很だか,对材りょうこうだか温和おんわ耐久たいきゅうせい要求ようきゅう较高,价格のぼる贵。どう时,它运转时噪声だい,且瞬时响应不このみ,对汽车在城市じょうし环境使用しようゆう面影おもかげ响。另外,ゆかり氮氧化物ばけものてきはいあずか温度おんどなり指数しすうしょう关,いん高温こうおんてき轮机就有极高はい

应用

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喷射引擎

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现在的中てきちゅう大型おおがた飞机几乎使用しよう涡轮引擎做为动力らいげんいん其体积较しょう而输动力だいさら重要じゅうようてきぼつゆう螺旋らせん桨在高速こうそく时所かい遭遇そうぐういたてきおとさわ问题,いん此也一般超音速飞机的唯一选择(ただゆう少数しょうすうつくえがたかい使用しよう冲压喷射引擎ある火箭かせん)。よし于是使用しよう直接ちょくせつ推进,以喷高温こうおん废气てき反作用はんさようりょく产生推进りょくいん此在设计うえかいつきりょう缩小涡轮だんてきのうりょう转换及损耗,ただ输出驱动压缩つくえ及发电机とうけんしょ需的こう

辅助动力けい

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大型おおがた飞机上除かみのぞきりょうしゅ引擎がい通常つうじょう还会そう设一具小型的燃气轮机,そくしょう辅助动力けい(auxiliary power unit),よう以在ぬし引擎ひさし启动时提供ていきょうえき压、发电、そら调等てき动力需求,也可以用らい启动ぬし引擎。飞机じょうてき APU 通常つうじょう不具ふぐ推进りょくてき,而某些船舰也ゆうしょう为辅すけ推进单元(auxiliary propulsion unit)てき装置そうちただし这种 APU 为了ざい无法使用しようぬし轮机时用做备よう轮机推供推进りょくてき

发电つくえ

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目前もくぜん世界せかいじょう最大さいだいてきもえ气轮つくえ西にし门子SGT5-8000H,重量じゅうりょう390吨,こうりつ375MW,发电净效りつ40%。

铁路车辆

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みず联邦铁路于1941ねん导入そうゆうもえ气涡轮发电机てきAm4/6がたつくえ,为燃气涡轮机くびよう于铁。1960年代ねんだいいたり1970年代ねんだい英国えいこくほうこく西にしいさおとしかつ斯洛かつ、苏联、美国びくに拿大及日本にっぽんとうこく曾开发、试制もえ气涡轮动りょくてき铁路车辆,ただしよし噪音过大及低负荷时燃料ねんりょう效率こうりつけいとう缺点けってん难以突破とっぱざい石油せきゆ危机これきさきやめだい停止ていし开发。

しか而,いんもえ气轮つくえぞう内燃ないねんつくえ样挑剔燃料ねんりょうざい以大りょう取得しゅとくかど价低质燃料ねんりょう(如炼厂沿线等)てき地区ちく仍有よう武之たけゆき

もえ气涡轮引擎(引擎)

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视为涡轮轴引擎的いち种,异在きさきしゃてき动力涡轮跟本たい不同ふどう轴而另外输出。

SG-1000

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苏联于1976ねん服役ふくえきてきT-80ひろしかつ率先そっせんさいようもえ气涡轮引擎作为主よう动力らいげん,输出马力达1,000ひき,SG-1000なり为首款输千匹马力及曾实际使用的坦克引擎,过在とう时可もたれせいかけけい。于1978ねん服役ふくえきてきT-80Bざい1980ねん改装かいそう1,100ひき马力てき改良かいりょうばん,而1985ねん服役ふくえきてきT-80U使用しよう马力ひさげますいたり1,250ひきてきGTD-1250。

AGT-1500

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美国びくに于1980ねん服役ふくえきてきM1もぐさぬのひろしかつさいようAGT-1500もえ气涡轮引擎。该引擎原ほん设在斯特ひしげとくぶく陆军引擎厂的莱康あかり涡轮引擎ごと业部しょ设计和生かずお产。于1995ねん斯特ひしげとくぶく陆军引擎厂被关闭きさきなま产被转移いたおもねひしげともえ马州てきやすあま斯顿陆军军械库。

3,000RPM时,引擎输出ほう值为1,500 hp(1,120 kW),ざい该峰值时为2,750 lb-ft(3,754 Nm)てき扭矩。ざい引擎总成ちゅうてき10:1减速齿轮组后输出。ざい1,000RPM时达到3,950 lb-ft(5,355 Nm)てき最大さいだい扭矩。引擎使用しよう燃料ねんりょう包括ほうかつ喷气燃料ねんりょう,汽油,しば和船わせんようしば

ざいじゅうせいななじゅう年代ねんだい早期そうき,AGT1500开发なりPLT27,一种用于直升机的飞行重量涡轮轴。该引擎在通用つうよう电气GE12(T700)てき三个独立竞赛中输给了UH-60,AH-64SH-60。

LM-2500

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LM2500ゆうさん不同ふどうてき版本はんぽん

ざいISO条件下じょうけんか,LM2500提供ていきょう33,600 轴马りょく(shp)(25,060 kW),热效りつ为37%。あずか发电つくえはい使用しよう时,ざい60 Hzへるつ提供ていきょう24 MWてき电力,ISO条件下じょうけんかてき热效りつ达36%。

あらため进的だいさんだいLM2500 +かた涡轮つくえざいISO条件下じょうけんか提供ていきょう40,500 shp(30,200 kW)てき热效りつ,达到39%。あずか发电つくえはい使用しよう时,ざい60 赫兹てきじょう况下提供ていきょう29ちょうかわらてき电力,ISO条件下じょうけんかてき热效りつ达38%。

最新さいしんてきだいよんだいLM2500 + G4版本はんぽん于2005ねん11月推出,ざいISO条件下じょうけんか提供ていきょう47,370 shp(35,320 kW)てき热效りつ,达到39.3%。

截至2004ねん美国びくにかい军和いたりしょう29个其うみ军已经使ようりょうちょう过一せんLM2500 / LM2500 +もえ气涡轮引擎为军舰提供ていきょう动力。其它用途ようと包括ほうかつすいつばさ,气垫せん快速かいそくわたり轮。

2012ねん通用つうよう电气开发りょうFPSO版本はんぽん,以满あし石油せきゆ天然てんねん气行业对さら轻,さら紧凑版本はんぽんてき需求,以发电和驱动压缩つくえどおり过管どう输送天然てんねん气。

ほろかたもえ气涡轮引擎

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MicroTurbine发电つくえ

ほろかたもえ气涡轮也以称为:

  • 交流こうりゅう涡轮
  • MicroTurbine(该名称めいしょうやめ经被顶石涡轮公司こうしちゅうさつ商用しょうよう
  • Turbogenerator(该名称めいしょうやめ经被霍尼韦尔电力公司こうしちゅうさつ商用しょうよう

ほろかたもえ气涡轮本质上瞄准分散ぶんさんしき发电气电共生きょうせい用途ようと,也是混和こんわ动力车てき重点じゅうてん科技かぎいち商用しょうようちゅう从一千瓦到数十数百千瓦功率都有市场潜力。1950ねん英国えいこくみち华汽车最早もはや推出一款采用燃气涡轮作为动力的概念がいねんJET1”,ただし并未实际りょう[4]

成功せいこう处也とく于电がくてき变革,包含ほうがん无人运作公用こうよう电网电脑、电力きり换调科技かぎ以使とく发电らいげん必和电网绑死,让发电机加入かにゅう涡轮构造并提供ていきょう2ばいてき效能こうのうよし为微がたもえ气涡轮引擎有许多优点超越ちょうえつ传统往复しき引擎以产せいさらだかのうりょう密度みつど效率こうりつあずか重量じゅうりょう尺寸しゃくすんしょう关),极低てき热辐射和いざわ极少てきうつり动部けん使容易ようい维修,还可以省そら调所需的润滑冷媒れいばい通常つうじょう涡轮也能さら有效ゆうこうくだてい废热消耗しょうもうどう时也のうしょう冷却れいきゃくけい统的耗能[5]ただし活塞かっそく引擎发电つくえ对需电量变化てきはん应比较快,而且活塞かっそく引擎通常つうじょう较有效率こうりつ──虽然说微がたもえ气涡轮引擎的效率こうりつただしざい增加ぞうかあい较于活塞かっそく引擎,ほろかたもえ气涡轮引擎的效率こうりつざいてい输出じょう态时下降かこうさら

ほろかたもえ气涡轮引擎接受せつじゅ燃料ねんりょうれい汽油天然てんねんへいしばすす,也可以利用りよう再生さいせい燃料ねんりょうれいE85酒精しゅせい汽油、生物せいぶつしば生物せいぶつ气体。另外一大好处是可以用为动りょく燃料ねんりょう,就像目前もくぜん热门てき燃料ねんりょう电池以从水中すいちゅうぶん离的氢作为来げんただし缺点けってんえきもえ使つかいとく这种携带がた装置そうち未来みらい可能かのう不能ふのう带上飞机ある其他敏感びんかん场所[6]

ほろかたもえ涡机使用しよう单段しき压缩つくえ设计,ただし单段しき涡轮つくえけん较难せい产因为必须承受高温こうおんだか压下运作。废热以用らい提供ていきょう热水、だん气、用途ようとある吸收きゅうしゅうしき冷却れいきゃくほう吸收きゅうしゅうしき冷却れいきゃく利用りよう电能而是热能提供ていきょうひや气的方法ほうほう)。

典型てんけいてきもえ涡机效率こうりつ约25%いた35%。ただし连上废热发电けい统(气电共生きょうせいけい统时,以提ますいた80%。

あさしょう理工りこう学院がくいん 1990年代ねんだい中期ちゅうき开始こうりん尺寸しゃくすんもえ涡机けん发专あんよしこうふと教授きょうじゅAlan H. Epstein带领开始けん拟个じんようてきもえ涡机以达なり所有しょゆう现代电力需求,就像目前もくぜん一些小型都市用的大型发电用燃涡机一样。 Epstein教授きょうじゅ说目ぜん商用しょうようたかし锂离电池ただ约有120 Wh/kg-150 Wh/kgのうりょうあさしょう理工りこう学院がくいんてきおおやけりん尺寸しゃくすんもえ涡机やめ经可以达なり500 Wh/kg-700 Wh/kgのうりょう也有やゆう极大希望きぼうざいひさてき将来しょうらい达成1,200 Wh/kg-1,500 Wh/kg [7]

澳洲发明开始研究けんきゅう这种ほろ电机けい统科わざ(MEMS)为携带型装置そうちきょう电的可能かのうせい,这种けい使用しようあるひのと烷为燃料ねんりょう以达いたちょう高速こうそくてき2ひゃくまんRPM转速。这种もえ气涡轮引擎的せいづくりさいようあきらかた产业てき科技かぎ,而且だい以矽为原りょう。这种もえ气涡轮引擎可以接じょう发电つくえらい提供ていきょう电力[6]。2010ねんJaguar推出 C-X75 Concept概念がいねん车,该车使用しよう两部ほろかたもえ气涡轮取代引だいびき擎来给电动车たかし电,なり为一种新がたあぶら混合こんごう,而且よし于燃气涡轮的原理げんり别于传统引擎,造成ぞうせいのう使用しようしば天然てんねん气、液化えきか石油せきゆ气、なま质柴あぶらとう燃料ねんりょう于同一部いちぶ车上。

参考さんこう文献ぶんけん

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  1. ^ A Dictionary of Aviation, David W. Wragg. ISBN 0850451639 / ISBN 9780850451634, 1st Edition Published by Osprey, 1973 / Published by Frederick Fell, Inc., NY, 1974 (1st American Edition.), Page 141.
  2. ^ Popular Science. 146 (8): 121. May 1946. Retrieved 2016-03-13.
  3. ^ Popular Mechanics. 101 (3): 90. March 1954. Retrieved 2016-03-13.
  4. ^ 1950: Gas turbine car gets road test. BBC. [2012ねん5がつ18にち]. (原始げんし内容ないようそん于2021ねん3がつ8にちえい语). 
  5. ^ そん副本ふくほん. [2016-02-06]. (原始げんし内容ないようそん档于2011-06-26). 
  6. ^ 6.0 6.1 そん副本ふくほん. [2008-05-14]. (原始げんし内容ないようそん于2019-06-20). 
  7. ^ そん副本ふくほん. [2008-05-14]. (原始げんし内容ないようそん档于2008-11-21). 

延伸えんしん阅读

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あい关条

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外部がいぶ链接

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