涡轮引擎的主要组件

压缩机

早期的燃气轮机使用离心压缩机,这是相对简单和廉价。然而,他们是有限的低压比率和不能匹配效率现代轴流式压缩机。因此,如今所使用的离心式压缩机,主要在小型工业单位。

一个轴流式压缩机的逆向反应涡轮。的叶片段落,这看起来像扭曲,高度弯曲的翼型,必须施加切向力在流体压力的一侧叶片高于。对于亚音速流,增加压力也需要流动面积增加,从而减少叶片通道之间的流速和扩散流。压缩机叶片一行必须被视为一组密集、高度弯曲的机翼形状的气流强烈相互作用。不仅会有压力的上升沿叶片,但它们之间的差异。流摩擦泄漏,醒来前组叶片,产生的和次要的循环或漩涡流造成一切损失在真实的单位。测试固定刀片组件,称为瀑布,在特殊的风洞可以执行,但实际叶片安排在一个旋转的组装需要特殊测试设置或钻井平台。

叶片必须设计不仅有正确的符合空气动力学的形状还光和不容易临界振动。最新进展在压缩机和涡轮叶片设计已经被广泛的计算机程序辅助。

虽然适度膨胀压力大比率可以实现在一个反动式汽轮机阶段,只能由一个相对较小的压力增加压缩机stage-typically压力比例每阶段的现代设计1.35或1.4比1。因此,比涡轮压缩机需要更多的阶段。如果尝试高级阶段压力比率,流动往往会分离的叶片,导致动荡,减少压力上升,“停滞”的压缩机并发发动机功率的损失。不幸的是,压缩机最有效的接近这个所谓的条件,在小扰动会破坏操作。它仍然是一个重大挑战设计师保持高效率没有停顿的压缩机。

空气被压缩,其体积减少。因此,环形通道面积也应该减少如果贯流式速度几乎保持不变也就是说,叶片变短在更高的压力。一个最佳平衡的叶尖速度和气流速度通常需要的转速,低压压缩机结束小于高压端。这是实现大型飞机由“后台打印”轴燃气轮机低压端轴,驱动涡轮的低压部分,内以不同的速度运行空心高压涡轮压缩机/轴,每个轴都有自己的轴承。两个双胞胎,triple-spool引擎开发。

燃烧室

离开空气压缩机必须先减速,然后分成两个流。较小的流是美联储集中到一个区域雾化燃料注入和燃烧火焰在地方举行turbulence-generating阻塞。较大,冷流进室通过孔沿着“燃烧衬”(一种shell)减少整体水平适合涡轮进口温度。燃烧可以进行一系列近圆柱形元素间距分布的周长引擎称为罐,或在一个环形通道燃油喷射喷嘴在不同周向位置。实现的难度几乎在短飞机燃烧室出口温度分布均匀缓解在静止的应用程序通过长室部分内部回流。

涡轮

涡轮通常是根据反应原理与热气体通过8阶段使用一个扩张或双转子风力发电机。在涡轮驱动外部负载,扩张的一部分,经常发生在一个高压涡轮驱动压缩机而剩下的扩张发生在一个单独的,“免费”涡轮连接到负载。

高性能飞机引擎通常使用多个卷。最近的大型飞机引擎设计操作的整体压力比30.5:1使用两个高压涡轮阶段开车11高压压缩机阶段外轴,旋转在每分钟9860转,而四个低压涡轮阶段驱动的风扇绕过以及四个额外的低压空气压缩机阶段通过内部线轴转动在每分钟3600转(见下文)。固定单位,总共三到五总涡轮阶段更为典型。

高温涡轮入口和高离心叶片压力需要采用特殊金属合金涡轮叶片。(合金有时成长为单晶。)叶片受到高温也必须由直接来自寒冷的空气冷却压缩机和美联储通过内部通道。两个进程正在使用:(1)飞机撞击的内部空心叶片,和(2)出血的空气通过小孔形成冷却叶片的外面。

控制和启动

在燃气轮机驱动发电机,必须保持速度恒定无论电力负荷。减少负载从设计最大匹配通过燃烧更少的燃料,同时保持发动机转速不变。燃料流量减少会降低燃烧室的出口温度,,可用焓降涡轮机。虽然这略微降低了涡轮效率,它不影响压缩机,仍需处理相同数量的空气。的前的控制方法是汽轮机的大大不同,质量流率必须改变以匹配不同的负载。

航空燃气轮机更难以控制。所需的推力,和发动机转速,可能不得不改变高度和飞机速度改变。高海拔降低进气温度和压力,减少通过发动机质量流率。现在飞机使用复杂的计算机控制来调整发动机转速和燃料流量虽然所有关键条件是连续监测。

启动,燃气轮机需要外部运动可能是电动或,对于静止的应用程序,一个小柴油发动机。

其他的设计考虑

许多其他方面进入现代燃气轮机的设计,只能给出几个例子。必须注意,特别是在multispool单位,所有的设计轴承,包括推力轴承承受轴向力,和润滑系统。作为一个引擎开始变热,组件拉长或“成长”,从而影响通道间隙和海豹。其他因素包括出血空气压缩机和管道的涡轮叶片冷却或驾驶配件。