汽轮机与运行理论家庭作业帮助

简单的燃气轮机由压缩机，燃烧器和动力涡轮机的三个主要部分组成。燃气轮机以布雷顿循环的原理运行，压缩空气与燃料混合，并在恒压条件下燃烧。允许所得到的热气体通过涡轮膨胀以进行工作。在33％的高效燃气轮机中，大约有三分之二的工作用于压缩空气，其余的可用于其他工作，即（机械驱动，发电）

涡轮发动机为当今许多飞机提供动力。由这些发动机产生的功率取决于作为燃烧部分燃烧的结果的膨胀气体。为了提供这一点，它需要高压空气与用于点燃的燃料混合。发动机的压缩机部分具有提供足够量的压缩空气以满足燃烧要求的重要任务。它增加了在入口处接收的空气质量的压力并将其以所需的压力提供给燃烧部分。压缩机部分的另一目的是为各种系统提供排气。本文基于AC65-12A，将简要介绍典型涡轮发动机压缩机部分的基本构造和运行。

压缩机类型

压缩机有两种基本类型 – 轴流和离心流。它们之间的区别是空气流过压缩机的方式。

轴流

在轴流压缩机中，空气被压缩，同时继续其原始的流动方向。从入口到出口，空气沿轴向流动，并以大约1.25比1的比例压缩。

轴流压缩机具有两个基本元件 – 转子和定子。转子具有固定在主轴上的叶片。这些叶片以与螺旋桨相同的方式向后推动空气。它们基本上都是小型翼型。转子高速转动，推动空气通过一系列的阶段。产生高速气流。

与活塞相比，燃气轮机具有较少的部件，并且活动部件仅在一个方向上旋转，而不会随着活塞通常在发动机中停止而加速。因此，运行中的燃气轮机基本上没有在活塞模型中通常发现的振动，这转换了更长的使用寿命（TBO）和更高的可靠性。

但是，这种动力级的活塞式发动机（超过4000马力）是如此复杂，唯一的办法是继续燃气轮机的发展，尽管有一些困难。它也能够从活塞式发动机中提供比给定量的燃料更多的能量。

燃气轮机基本上与活塞式航空发动机相同。它们吸入空气，压缩它，在热的压缩空气中喷射燃料，蒸发，点燃，然后连续燃烧（这与活塞不同），热排气迅速膨胀，并存在驱动涡轮的燃烧室，涡轮又使压缩机。

推力

当热排气终于离开发动机时，它仍然包含足够的动能以产生向前推力（牛顿），以高速推进飞机。在发动机内部，只有少部分空气用于燃料燃烧，其余部分用于冷却和其他应用，如客舱加压和空调。

电力生产

因此，燃料燃烧的过程通常与活塞式发动机几乎相同的顺序，主要区别在于功率不断产生，而活塞是间歇性的。

活塞和喷气式飞机都可以在空气中工作以加速它，活塞或涡轮螺旋桨发动机带有螺旋桨，给予大量空气小的加速度，纯射流给少量空气带来大的加速。

恒压

在燃气轮机中，燃料几乎处于恒定的压力，体积增加，而活塞式发动机常见的高峰值压力则被避免。可以使用低辛烷值燃料。可以使用较不健壮的部件，但为了确保发动机部件的长寿命，使用特殊合金来处理更高的气体温度。

工作周期

对于涡轮发动机来生产任何动力空气都是压缩的，增加其压力能量，然后通过燃烧燃料加热能量。正在发生的这个循环称为布雷顿循环。以乔治·布雷顿（George Brayton）命名，他在过去几个世纪里对美国的蒸汽机性能进行了分析

博伊尔和查尔斯

在涡轮机的工作循环期间，空气质量将吸收并发出热量以产生该空气质量的压力，温度和速度的变化。这些变化符合博伊尔和查尔斯的法律：这个法律规定，空气质量的压力和体积的乘积与空气的绝对温度成比例

热机

此外，燃气轮机是热机，热量越大，气体扩张越多，发动机效率越高。仅限于发动机可以承受的合金。冷却空气用于提高超过燃烧室所制造的材料的温度（和效率）。

这种冷却空气在部件上形成薄层空气，从而将它们与保持它们的热量隔离在设计的限度内。

涡轮液压通道设计的基础是涡轮旋转元件（称为转轮）进出口的速度图。这导致了理论扭矩的欧拉方程和涡轮机的理论欧拉效率（参见流体流）。尽管元素速度三角形用于液压通道的初步设计，但对于大型涡轮机，模型测试对于性能的验证是必要的。由于开发模型测试所涉及的成本和时间，近来在液压通道（见计算流体动力学）中的无粘性流动方程的计算机化有限元解与模型试验结果的一般数据交叉相关，用于高级设计。特别地，水轮机的效率必须被优化和建立用于契约目的。正确设计的大型水力发电机的最高效率可高达95％，通常每一个提高效率的点都涉及相当大的经济效益。