turbine

时间:2024-03-25 23:53:34编辑:优化君

飞机涡轮发动机的工作原理是什么?

透平泵的结构

透平机是将流体介质中蕴有的能量与机械能相互转换的机器,又称涡轮或涡轮机。透平的工作条件和所用工质不同,所以它的结构型式多种多样,但基本工作原理相似。透平的最主要的部件是一个旋转元件,即转子,或称叶轮,它安装在透平轴上,具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中,经过喷管时转换成动能,流过叶轮时流体冲击叶片,推动叶轮转动,从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械,输出机械功。透平机械的工质可以是气体,如蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体,也可以是液体,如水、油或其他液体。以水为工质的透平称为水轮机;以蒸汽为工质的透平称为汽轮机;以燃气为工质的透平称为燃气透平。  水轮机--水从高水位水库沿通道流向处于低水位的水轮机的过程中,高水位水的势能变成动能,推动水轮机旋转。流过水轮机的尾水沿水道流去。现代水轮机的唯一用途是作为水电站的动力源,带动发电机发电。  汽轮机--它的工质是蒸汽,具有热能。蒸汽来自燃用矿物燃料的锅炉,或是来自核动力装置加热的蒸汽发生器。它们产生的高温高压蒸汽以高速度经喷管送到蒸汽透平,驱动转子旋转,输出动力。蒸汽流速很高,透平转子尺寸较小,所以转速可达10000转/分。汽轮机主要用于火力发电厂,驱动发电机发电;也用于远洋大型船舶和潜水艇作为主机驱动螺旋桨,推进船舶。  燃气透平--它与压气机、燃烧室成为燃气轮机装置的三大主要部件。空气供入压气机,压缩成较高压力和温度的压缩空气,流入燃烧室与燃料混合、燃烧,形成高温、高压、高速的燃气流,流入燃气透平并推动燃气透平旋转,经透平轴输出机械功。燃气透平转速高达每分钟数万转。现代燃气透平应用最广泛的是作为喷气式飞机的推进动力,有的用作舰船动力、发电厂、尖峰负荷用小型电站,也作为远距离输送天然气的气泵的动力。用作机车、汽车动力的燃气透平还在研制试验中。  还有一种燃气透平用于火箭发动机,它作为压送火箭推进剂(燃料和氧化剂)的输送泵的动力,由一个气体发生器利用化学作用产生所需要的高温气体,吹动透平旋转,带动输送泵运转。  另外,还有以压缩空气为工质推动透平旋转的,只能作为微小动力用,这种透平称为空气透平


什么叫透平技术?

透平[turbine] 将流体工质中蕴有的能量转换成机械功的机器。又称涡轮、涡轮机。透平是英文turbine的音译,源于拉丁文turbo一词,意为旋转物体。透平的工作条件和所用工质不同,因而其结构型式多种多样,但基本工作原理相似。透平最主要的部件是旋转元件(转子或称叶轮),被安装在透平轴上,具有沿圆周均匀排列的叶片。流体所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能,流过转子时流体冲击叶片,推动转子转动,从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械,输出机械功。透平按所用的流体工质不同可分为水轮机(用作水电站的动力源)、汽轮机(用于火力发电厂、船舶推进等)、燃气透平(用作喷气式飞机的推进动力、舰船动力,以及发电厂、尖峰负荷用小型电站等)和空气透平(只能用作微小动力)等。


汽轮机与透平压缩机的异同,尽量详细点

汽轮机就是透平机中的一类!
透平是英文turbine的音译,源于拉丁文turbo一词,意为旋转物体。透平机是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器,又称为——涡轮
透平机工质可以是气体,如蒸汽、燃气(燃气轮机)、空气和其他气体或混合气体,也可以是液体,如水(水轮机)、油或其他液体。

而汽轮机的工质只能是蒸汽,故又称为蒸汽透平机。也就是说汽轮机属于透平机。它们的共同点是流体(气体或液体)流经叶片之间通道时,叶片与流体之间产生力的相互作用,借以实现能量转化。


汽车发动机与飞机发动机有什么区别与相同?

  汽车发动机与飞机发动机区别:汽车中是活塞发动机,飞机的是涡扇发动机。飞机的发动机叫“turbine”,汽车的发动机叫“engine”。 turbine是依靠部件旋转运动做功的能量转换装置。 engine是依靠部件往复运动做功的能量转换装置。汽车发动机的气缸呈一行排列,而飞机发动机的气缸呈圆周排列。气缸数量也不同,汽车一般是4缸,少数为6缸或8缸,而飞机一般为12缸,甚至更多。航空发动机自重较轻,马力强劲,对散热问题较易解决,汽车发动机则相反。汽车发动机一般使用柴油、汽油作为燃料。飞机发动机一般使用航空煤油,密度介于煤油和汽油之间,比汽油重,热值较高。汽车发动机: 曲轴动力输出进行驱动, 属于内燃机。飞机发动机: 燃烧气流进行推进驱动, 属于外燃机。  汽车发动机与飞机发动机相同点:两者在工作原理上没有区别,都是用气缸、活塞、曲轴将活塞的直线运动转换成圆周运动。两者都是利用燃料燃烧产生燃气做工。

涡喷、涡扇和涡轮有什么区别?哪个更好?

涡轮喷气发动机简称涡喷发动机,通常由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。部分军用发动机的涡轮和尾喷管间还有加力燃烧室。

涡喷发动机属于热机,做功原则同样为:高压下输入能量,低压下释放能量。

工作时,发动机首先从进气道吸入空气。这一过程并不是简单的开个进气道即可,由于飞行速度是变化的,而压气机对进气速度有严格要求,因而进气道必需可以将进气速度控制在合适的范围。

压气机顾名思义,用于提高吸入的空气的的压力。压气机主要为扇叶形式,叶片

转动对气流做功,使气流的压力、温度升高。

随后高压气流进入燃烧室。燃烧室的燃油喷嘴射出油料,与空气混合后点火,产生高温高压燃气,向后排出。

高温高压燃气向后流过高温涡轮,部分内能在涡轮中膨胀转化为机械能,驱动涡轮旋转。由于高温涡轮同压气机装在同一条轴上,因此也驱动压气机旋转,从而反复的压缩吸入的空气。

从高温涡轮中流出的高温高压燃气,在尾喷管中继续膨胀,以高速从尾部喷口向后排出。这一速度比气流进入发动机的速度大得多,从而产生了对发动机的反作用推力,驱使飞机向前飞行。

涡轮喷气发动机的优缺点

这类发动机具有加速快、设计简便等优点,是较早实用化的喷气发动机类型。但如果要让涡喷发动机提高推力,则必须增加燃气在涡轮前的温度和增压比,这将会使排气速度增加而损失更多动能,于是产生了提高推力和降低油耗的矛盾。因此涡喷发动机油耗大,对于商业民航机来说是个致命弱点。

应用于喷气推进避免了火箭和冲压喷气发动机固有的弱点,因为采用了涡轮驱动的压气机,因此在低速时发动机也有足够的压力来产生强大的推力。涡轮喷气发动机按照“工作循环”工作。它从大气中吸进空气,经压缩和加热这一过程之后,得到能量和动量的空气以高达2000英尺/秒(610米/秒)或者大约1400英里/小时(2253公里/小时)的速度从推进喷管中排出。在高速喷气流喷出发动机时,同时带动压气机和涡轮继续旋转,维持“工作循环”。涡轮发动机的机械布局比较简单,因为它只包含两个主要旋转部分,即压气机和涡轮,还有一个或者若干个燃烧室。然而,并非这种发动机的所有方面都具有这种简单性,因为热力和气动力问题是比较复杂的。这些问题是由燃烧室和涡轮的高工作温度、通过压气机和涡轮叶片而不断变化着的气流、以及排出燃气并形成推进喷气流的排气系统的设计工作造成的。  飞机速度低于大约450英里/小时(724公里/小时)时,纯喷气发动机的效率低于螺旋桨型发动机的效率,因为它的推进效率在很大程度上取决于它的飞行速度;因而,纯涡轮喷气发动机最适合较高的飞行速度。然而,由于螺旋桨的高叶尖速度造成的气流扰动,在350英里/小时(563公里/小时)以上时螺旋桨效率迅速降低。这些特性使得一些中等速度飞行的飞机不用纯涡轮喷气装置而采用螺旋桨和燃气涡轮发动机的组合

-- 涡轮螺旋桨式发动机。  螺旋桨/涡轮组合的优越性在一定程度上被内外涵发动机、涵道风扇发动机和桨扇发动机的引入所取代。这些发动机比纯喷气发动机流量大而喷气速度低,因而,其推进效率与涡轮螺旋桨发动机相当,超过了纯喷气发动机的推进效率。 

涡轮/冲压喷气发动机将涡轮喷气发动机(它常用于马赫数低于3的各种速度)与冲压喷气发动机结合起来,在高马赫数时具有良好的性能。这种发动机的周围是一涵道,前部具有可调进气道,后部是带可调喷口的加力喷管。起飞和加速、以及马赫数3以下的飞行状态下,发动机用常规的涡轮喷气式发动机的工作方式;当飞机加速到马赫数3以上时,其涡轮喷气机构被关闭,气道空气借助于导向叶片绕过压气机,直接流入加力喷管,此时该加力喷管成为冲压喷气发动机的燃烧室。这种发动机适合要求高速飞行并且维持高马赫数巡航状态的飞机,在这些状态下,该发动机是以冲压喷气发动机方式工作的。 

涡轮/火箭发动机与涡轮/冲压喷气发动机的结构相似,一个重要的差异在于它自备燃烧用的氧。这种发动机有一多级涡轮驱动的低压压气机,而驱动涡轮的功率是在火箭型燃烧室中燃烧燃料和液氧产生的。因为燃气温度可高达3500度,在燃气进入涡轮前,需要用额外的燃油喷入燃烧室以供冷却。然后这种富油混合气(燃气)用压气机流来的空气稀释,残余的燃油在常规加力系统中燃烧。虽然这种发动机比涡轮/冲压喷气发动机小且轻,但是,其油耗更高。这种趋势使它比较适合截击机或者航天器的发射载机。这些飞机要求具有高空高速性能,通常需要有很高的加速性能而无须长的续航时间。涡扇气流通道有两个:内涵和外涵。内涵要经过风扇、压气机、燃烧室、涡轮和喷口;外涵直接通过风扇后排出。如果是带加力的发动机(如F-22等军用飞机的的发动机:F-119等)那外涵气流还要经过加里燃烧室。现在民航几乎没有使用涡喷的(亚音速是经济性不好),CFM56,GE90,PW4000,RB211,Trent等,都是典型的不带加力的涡扇发动机。
涡喷气流通道只有一个。高速的时候效率较高。但是,十分废油。现在连战斗机都很少用纯涡喷的。早期的喷气发动机涡喷居多。如 707 用的 JT3D 就是涡喷发动机。

与涡喷发动机相比,涡扇发动机热效率高,油耗低,因而能够获得较大的推重比。这些是涡喷发动机无论如何都难以达到的。其实涡喷发动机和涡扇发动机的核心机是基本相同的,所不同的是涡扇发动机是在涡喷发动机的基础上增加了几级涡轮,这些涡轮带动一排或几排风扇,风扇后的气流一部分进入压气机(内涵道),燃烧后从喷口喷出,另一部分则不经过燃烧,而通过外涵道直接排到空气中。所以,涡扇发动机的推力是风扇抗力和喷口推力的总和


燃气轮机与涡轮发动机的区别?

燃气轮机和涡轴的区别: 燃气轮机是涡扇、涡桨、涡喷、涡轴、桨扇等的总称。 基本原理都是一样的,进气口吸进空气通过压气机增压后在燃烧室点燃,然后推动涡轮旋转,废气排出。 涡喷:最基本的,结构简单,直径小,所以迎风阻力小。有大量的热量没有利用即从尾喷管排出,费油。 涡桨:介于涡喷与活塞螺旋桨之间,在涡轮后再加一自由涡轮,带动螺旋桨转动,燃料利用率提高,省油。但速度快时螺旋桨翼尖易达到音速,导致效率降低,阻力也大,所以飞行速度不高。 涡扇:介于涡喷与涡桨之间,是在涡桨基础上改进的。将螺旋桨直径缩小,叶片增多,是为风扇,放进外层壳体内,即形成发动机的外涵道。外涵道所占比例(涵道比)越大,就越省油,所以民用大型飞机多用之。但涵道比大了直径也大了,迎风阻力增大,导致速度降低,因此战斗机多用小涵道比涡扇。 涡轴:与涡桨、涡扇原理类似,同样是在核心机涡轮后再加一自由涡轮,但涡桨发动机带动螺旋桨的自由涡轮吸收90%的能量,涡扇发动机带动风扇的自由涡轮吸收约3/4的能量,而涡轴的自由涡轮吸收几乎全部能量,这样发动机就没有推力了,其功率全部以轴功形式输出,以带动直升机旋翼。 桨扇:介于涡桨与涡扇之间,70年代石油危机时的产物。桨扇的直径、叶片数都介于螺旋桨与风扇之间,因此飞行速度比涡桨快,同时比涡扇省油。但石油危机结束后,国际油价回落,研制桨扇发动机的热情即消退了。 涡轴和普通燃气轮机(比如舰用燃气轮机)的区别: 不同的是直升机的涡轮轴发动机动力输出后通过齿轮箱减速带动旋翼,而舰用燃气轮机则是通过齿轮箱减速后带动螺旋桨.能量主要以轴功率输出。 由于用在不同的地方,有不同的侧重,比如涡轴比燃气轮机功率小一些,紧凑一些。


燃气轮机与涡轮发动机的区别?

一、用途不同航空发动机主要用于航空动力,其整机重要指标:推力型的侧重推重比、耗油率、比功、单位迎风面积推力等;功率型的侧重功重比、耗油率、比功等。燃气轮机主要用于电力、工业、舰船和国防陆用等领域作为动力装置,通常是由航空发动机衍生出来的,而后独立发展的高技术产品。其能量输出方式只有功率输出,整机重要指标:陆用型侧重热效率、比功、使用寿命等;车船型侧重热效率、比功、使用寿命、单位体积功率等。二、组成部件不同航空发动机和燃气轮机二者由于组成的部件不同,部件间的匹配关系不同。航空发动机追求先进气动热力设计、高热力循环参数;追求高推重比、高功重比;追求矢量推力技术、隐身技术、高机动下的工作稳定性技术;需要考虑防冰冻、防鸟撞、防雷击等。燃气轮机追求高热效率、低成本、耐久性、高可靠性、长寿命设计技术;追求先进燃气/蒸汽联合循环、间冷、回热、再热等复杂的热力循环技术,提高循环热效率。三、压气机不同航空发动机压气机追求的指标是在高效率和高稳定性的前提下尽量降低自重和减小迎风面积(风扇除外),满足非常宽的飞行包络线,而长寿命(即大修时间间隔)以及生产和制造成本是次要因素。燃气轮机的压气机则是追求在高效率和高稳定性的同时,尽量延长压气机的寿命,降低生产和制造成本,而自重则是次要因素。四、燃烧设计不同航空发动机追求短环形燃烧室设计,高温升、高热容强度燃烧室设计技术;高空再点火和高空稳定燃烧技术;对民用航空发动机还要求高效低排放燃烧室设计技术。燃气轮机尤其是重型燃气轮机,其结构多为管-环结合的干式低排放燃烧室。追求油/气互换,合成气、中低热值气多燃料适应性,干式低NOx燃烧技术。新一代重型燃气轮机多采用纯氢和富氢燃料,实现近零排放燃烧室设计技术。五、透平不同透平必须采用先进的气动设计高效率地转化能量,同时必须能够在极端的工作环境中保证工作的可靠性。航空发动机透平进口温度更高,且叶片截面小,叶片短,采用气冷方式,高、低压透平或动力涡轮设计追求高负荷、高效率的气动设计;追求新型高效冷却透平叶片设计技术,高负荷、高可靠性透平结构设计技术,对转涡轮设计技术和流热固多场耦合分析技术等。燃气轮机尤其是重型燃气轮机,透平进口温度相对较低,透平叶片截面大,叶片长,既可采用空气冷却技术、也可采用蒸汽/空气综合冷却技术,多级透平设计追求高气动效率和长寿命。

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Turbocharged, is a kind of using the waste combustion driven by the air compressor. With super supercharger (mechanical function, if the supercharger and both can increase into the boiler combustion or air flow, thereby make machine efficiency. Often used for automobile engines, through the use of waste heat from the turbocharger and flow, can promote the horsepower engine output
The earliest turbocharger for cars or formula racing, so in the engine emissions limits inside, the racing engine can gain more power. The engine is known by fuel in the cylinders to generate power within the burning power, because the fuel was input inhaled air quantity in cylinder, engine produces power may be restricted, if the engine performance has at its best, then increase output power can only by compressed air into the cylinder of more to increase fuel burning, so as to improve the ability to function. Therefore in the present technical conditions, is the only one who can make the turbocharger engine in work efficiency under the condition of invariable increase the output power of mechanical device. We usually say turbocharged unit is actually a kind of air compressor, through the compressed air to increase the amount of the engine, generally speaking, turbocharged engines are using the exhaust fumes inertial momentum to promote the turbine turbine turbine indoor, and drive the impeller, impeller coaxial by air filter press send sent air pipe and pressurized into the cylinder. When the engine speed increasing quickly, gas turbine speed and discharge synchronous speed increasing quickly, the impeller and is compressed more air into the cylinder, air pressure and density increases can burn more fuel, increase fuel and adjust the speed of the engine, can increase the output power of the engine. You may feel turbocharged unit is very complex, actually not complex, turbocharged unit is mainly composed of turbine and the supercharger. First is the chamber and turbine engine exhaust manifold into air vent is connected, in the pipe. Then the supercharger into and air filter, air vent pipes in the intake manifold, finally turbine turbine impeller, and put in the room, both within the supercharger and coaxial connected rigid. Such a whole turbocharged unit is well, your engine like computers are "CPU overclocking".

Pressurization type:
Mechanical pressurization system
This device mechanical pressurization system installed in the engine crankshaft and the belt connected with the engine, engine output shaft obtained from the power to drive the supercharger rotor, which will blow to the inlet air pressurization guhya tract. Its advantages are the same and engine turbine speed, so not lag phenomenon, power output is very smooth. But because of the rotation axes in engine inside, so still consumes power, part of the booster is not high.
Air wave the pressurization system
Air wave pressurization system: the exhaust gas pressure pulse using wavelet compressed air force. This system booster good performance, good but the device is accelerated, not too heavy for installation in small cars.
Exhaust turbocharged system
Exhaust turbocharging system: this is our most common turbocharged unit, the supercharger and engine no mechanical connection, in fact, is a kind of air compressor, through the compressed air to increase in volume. It is using the engine emissions to promote inertia momentum of indoor turbine turbine turbine, and drive the impeller, impeller coaxial by air filter press send sent air pipe and pressurized into the cylinder. When the engine speed rapid, gas discharge rate and misfortune wheel speed increased quickly, the impeller and synchronization is compressed more air into the cylinder, air pressure and density increases can burn more fuel, increase fuel can increase the output power of engine. Generally speaking, mounted exhaust turbocharger after the engine power and torque increases 20% to 30% --. But the exhaust turbocharger technology has its must pay attention to the places that pump wheels and connected by a shaft turbine rotor, namely, the engine emissions drive pump driven wheels, pump rotation, turbine turbine inlet system after turning to booster. The engine turbocharger installed in the side of the exhaust temperature of supercharger so high, and in the work of the supercharger rotor speed is very high, can achieve every minute, so high several temperature and speed of the machine needle that common or ball bearing is unable to work, so the rotor turbocharger widely adopted by the float bearings, oil lubrication and cooling to cooling fluid for the supercharger.
Compound the pressurization system
Problem: compound added pressurization system: namely gas turbocharged and pressure and low speed and pressure to the torque output, but at high speed; the output power Co., LTD And exhaust turbocharged in high speed with strong when the power output, but low speed, too. The designers of engine and imagine the supercharged and turbocharged together, to solve the two technologies, and solve their low torque and speed of the power output. This device is adopted in high-power diesel, gasoline, killing more than double the pressurization system (compound pressurization system) is less, the car engine (1.4 action of the mass of this engine speed torque output and the high power output in low speed. When the supercharged provide most pressurization pressure in 1, when two 500rpm supercharger turbo pressure. Also provides the improved, with the rotating speed engine turbocharger makes greater power, meanwhile, mechanical supercharger turbo pressure gradually reduced. Supercharged by electromagnetic clutch control, it and pump together. 3500rpm than in speed and provide all the turbocharger by mechanical supercharger turbo pressure, in the electromagnetic clutch under the action of separation, prevent completely with engine consumes engine power) using this system can. The engine power output, low fuel consumption, low noise, just too complex structure, high technical content, maintenance is not easy, so it is difficult for popularization.


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