汽轮机: steamturbine 工质为蒸汽
燃气轮机 gasturbine 工质为高温燃气
【热机分类】
汽轮机是外燃机
燃气轮机是内燃机转子发动机
外燃机的定义是 利用燃料燃烧去加热其他工质做功从而产生机械能的热机
内燃机的定义是 利用燃料燃烧的产物作为工质做功从而产生机械能的热机
外燃机包括:热气机(斯特林发动机),蒸汽机,汽轮机
内燃机包括:往复活塞式发动机,转子发动机,燃气轮机
外燃机与内燃机工作上有诸多不同,大体说来,内燃机热效率高于外燃机,体积,质量都要小于外燃机
【使用的燃料】
由于汽轮机是外燃机,可以使用各种燃料,包括一些固态的化石燃料诸如煤,但是作为内燃机的燃气轮机通常是不能使用固态化石燃料,因为会在燃烧室内形成固态残渣,不利于工作循环的进行,因此一般使用液气态的燃料,当然也有可以燃烧固态煤的燃气轮机。总体来说,燃气轮机对燃料要求不高,可以燃烧重油等劣质燃料
【外部辅助设备要求】
汽轮机需要大量的辅助设备,诸如锅炉等来产生工质蒸汽,但是燃气轮机作为内燃机并不需要,与此同时,汽轮机体积和质量都十分巨大,超过燃气轮机
【动力性与经济性】
功率 汽轮机》燃气轮机
效率 汽轮机》燃气轮机
经济性 汽轮机《燃气轮机
启动性 汽轮机《燃气轮机
【应用】
1】发电
汽轮机可以用于,工业发电,船舶动力等,其中世界上七成到八成的同步发电机都是由汽轮机带动的(火力发电,核能发电),而燃气轮机在发电方面的应用不如汽轮机这么广泛,一般只在用电高峰期用于调峰,
2】船舶动力装置
汽轮机用于船舶主机,但是由于体积质量太大,启动过慢,相应迟滞,近年来逐渐被柴油机和燃气轮机所取代,一般来说商船主机多用柴油机,军舰主机多用汽轮机,核动力船舶只能用汽轮机
3】航空燃气轮机
航空燃气轮机,诸如涡轮喷气发动机,涡轮风扇发动机,等都是燃气轮机中的一种,与普通
燃气轮机不同之处在于,航空燃气轮机以输出高速高温燃气作为推进动力,而普通燃气轮机则是以输出轴功率,转矩为主。并且航空燃气轮机所需材料材质要求较高,成本高,多燃用航空煤油
【燃气轮机不可用于普通汽车的原因】
1】燃气轮机是回转式内燃机,空气流量大,因此对空气滤清器要求较高
2】转速较高,降速增距较麻烦,需要变速箱体积较大
3】转矩变化范围较小,不适合于用作车辆动力装置
4】燃油经济性极差,耗油率过高,使用成本较高
【简略介绍几种航空燃气轮机】
涡喷:主要由几部分组成 进气道,压气机,燃烧室,涡轮(加力燃烧室)尾喷管。
燃料从进气道进入压气机,高速空气增压降速后进入燃烧室同燃料混合燃烧,产生高温燃气,
推动涡轮转动(涡轮再带动同轴的压气机),从排气尾管喷出,以反作用力作为飞行器前进的动力
涡扇:相比于涡喷,多了内外涵道的概念,并且在最前方多了一个大型风扇,起到预压缩的作用,同时可以在降落的时候起到反推制动的作用。
经过风扇压缩的空气后被向后推,大部分空气从外涵道排出,部分空气进入内涵道(其过程同涡喷)
这里要介绍一个涵道比的概念,即同一时段内通过外涵道的空气质量与通过内涵道的空气质量之比。
相比于涡喷,涡扇有以下优点:更省油,推进效率更高,噪音更小等
对于一架飞行器来说,更省油意味着其航程更远,尤其对于战斗机来说,其战斗半径也更大
也有一些缺点,比如:成本和技术要求更高(能有能力生产涡扇的国家并不多),并且其最高速度受到相当的限制。
因为有了内外涵道,其发动机横截面积大为增加,导致其接近音速的时候,推进效率大大下降(喷气发动机推进效率和其飞行速度相关),导致难以超越音速。
因此涡扇在对飞行速度要求极高的战斗机上应用不广,主要用于民航客机
涡桨性质类似于涡轴,都是以输出轴功率为主的喷气发动机(一般涡轴输出的轴功率更高些)
而涡桨是主要以螺旋桨向后推动空气作为推进动力,并且在涡桨轴和动力轴之间还存在着减速装置,不需要过高的转速(导致接近音速时推进效率下降)
相比于涡喷:其更为省油,低速时推进效率更高,但是因为高速飞行时推进效率大大下降,导致其不能用于干线飞行,多用于支线
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