接上篇:電動機專題-電機基本名詞術語
燃氣渦輪機發動機(燃氣輪機)的原理與中國的走馬燈相同,據傳走馬燈在唐宋時期甚是流行。走馬燈的上方有一個葉輪,就像風車一樣,當燈點燃時,燈内空氣被加熱,熱氣流上升推動燈上面的葉輪旋轉,帶動下面的小馬一同旋轉。燃氣輪機是靠燃燒室産生的高壓高速氣體推動燃氣葉輪旋轉,見圖1。
圖1--走馬燈與燃氣渦輪
燃氣輪機屬熱機,空氣是工作介質,空氣中的氧氣是助燃劑,燃料燃燒使空氣膨脹做功,也就是燃料的化學能轉變成機械能。圖2是一台燃氣輪機原理模型剖面,通過它來了解燃氣輪機的工作原理。
從外觀看燃氣輪機模型:整個外殼是個大氣缸,在前端是空氣進入口;在中部有燃料入口,在後端是排氣口(燃氣出口)。
圖2--模型燃氣輪機結構
燃氣輪機主要由壓氣機、燃燒室、渦輪三大部分組成,左邊部分是壓氣機,有進氣口,左邊四排葉片構成壓氣機的四個葉輪,把進入的空氣壓縮為高壓空氣;中間部分是燃燒器段(燃燒室),内有燃燒器,把燃料與空氣混合進行燃燒;右邊是渦輪(透平),是空氣膨脹做功的部件;右側是燃氣排出口。
在圖3中表示了燃氣輪機的簡單工作過程:空氣從空氣入口進入燃氣輪機,高速旋轉的壓氣機把空氣壓縮為高壓空氣,其流向見淺藍色箭頭線;燃料在燃燒室燃燒,産生高溫高壓空氣;高溫高壓空氣膨脹推動渦輪旋轉做功;做功後的氣體從排氣口排出,其流向見紅色箭頭線。
圖3--燃氣輪機工作過程
在燃氣輪機中壓氣機是由渦輪帶動旋轉,壓氣機的葉輪與渦輪安裝在同一根主軸上組成燃氣輪機轉子,如圖4所示。
圖4--燃氣輪機轉子
燃燒室産生的高溫膨脹氣體是同時作用到渦輪葉片與壓氣機葉片上,如何保證渦輪帶動壓氣機正向旋轉呢,簡單說渦輪葉片工作直徑大于壓氣機出口處的葉片工作直徑,渦輪葉片的面積也大于壓氣機出口處的葉片面積,這就初步保證在同一壓力下渦輪的輸出力矩大于壓氣機所需的力矩,當然更重要的是壓氣機葉片與渦輪葉片的良好空氣動力學設計才能保證兩者高效運行。燃氣輪機在設計時就要保證渦輪機輸出的功率要大于壓氣機所需的功率,才能使燃氣輪機在帶動壓氣機的同時還能向外輸出功率。
下面請觀看燃氣輪機原理模型工作過程動畫。
在後面章節裡會對壓氣機、燃燒室、渦輪作進一步介紹。
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