燃气轮机工作原理(高大上的燃气轮机)

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燃气轮机工作原理(高大上的燃气轮机)

在当下燃气轮机算得上是最炙手可热的动力设备了吧?无论是应该用在飞机上(航空燃气轮机),还是应用在舰船上(船用燃气轮机),再或者应用在发电站(工业燃气轮机),甚至应用在车辆上(车用燃气轮机),总之无论应用在哪个领域,燃气轮机都是这个领域动力设备的佼佼者。那么问题就来了,这么高大上的燃气轮机是靠什么启动呢?会不会和其它内燃机(柴油机、汽油机等)一样呢?

高大上的燃气轮机,是靠什么启动的呢?

燃气轮机是当下大型水面作战舰艇的主流动力

燃气轮机同大多数内燃机一样,并不能独立地投入工作(自行启动),而是需要用借助外力(能量)来帮助,经过一个人为设定好的启动过程才能使燃气轮机达到一个稳定的工作状态(工况)。通常,把提供能量带动燃气轮机旋转的机械称为起动机;使燃气轮机从静止状态启动加速到慢车工况的过程称为启动过程;完成启动过程的各工作部分,如起动机,启动燃油供给系统,点火系统,自动控制装置等在内的整套装置、系统称为燃气轮机启动系统。

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军用舰艇上的燃气轮机(主机)

燃气轮机的启动过程

燃气轮机的启动过程,首先由起动机带动燃气轮机转子加速旋转,加速到一定转速后,启动点火系统开始工作,即点火电嘴点火,启动燃油系统喷油雾化,在燃烧室内形成启动火苗。当燃气轮机转子加速到n1转速时,主燃油喷嘴开始供油,并被启动火苗点燃,形成稳定的燃烧火焰,涡轮也开始输出功率。此后,燃气轮资源搜索吧机转子在起动机和涡轮的共同带动下加速。转子的转速提高后,流人燃气轮机的空气流量加大,空气经压气机压缩后的压力也不断提高,因此燃烧后燃气能量不断增大,使涡轮能发出更大功率,转子继续加速。当转子转速资源搜索吧达到n2时,涡轮发出的扭矩已大大超过转子的阻力矩。此时,断开启动机并中断启动燃油供给、点火系统,燃气轮机仅靠涡轮带动加速。最后,当涡轮发出的扭矩等于转子阻力矩时,即达到了慢车工况.启动过程结束。(注:n1n2是燃气轮机启动过程中设定的转速点)

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燃气轮机的工作原理

燃气轮机起动机的类型

通过燃气轮机的启动过程,我们不难看出燃气轮机的启动都是靠外力作用在转子上使其旋转运动,所以起动机是燃气轮机启动过程至关重要的部分,因此,燃气轮机起动机类型的选取显得至关重要。一般来说燃气轮机的起动机类型有以下几种:

电起动机:

一般采用直流电动机作为电起动机,通过减速器和棘轮离合器与燃气轮机转子连接。启动时,由电瓶向启动用的电机供给直流电,带动燃气轮机转子旋转。当完成启动过程后,断开电源,起动机由棘轮离合器自动地与燃气轮机转子脱开。

因为电起动机具有:使用、维护方便,结构简单,尺寸小,便于启动自动化等优点,因此,成为一种应用较为广泛的起动机。但是因为其启动扭矩不够大(最大扭矩为400N.m),因此.并不适用于大、中型燃气轮机的启动。

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图中红圈里的既是燃气轮机(涡喷)的起动电机

燃气涡轮起动机:

燃气涡资源搜索吧轮起动机其实就是利用一台完整的小型涡轮轴式燃气轮机(涡轴),经减速器和离合器等带动燃气轮机转子转动。因为起动机自身也是燃气轮机,所以在启动前还必须要利用电起动机启动涡轮起动机。如此复杂的设置,其目的只是为了提高起动机的启动功率(燃气涡轮起动机,启动功率能达到:74.5kW~149Kw)。但是因为启动能量经过多级传递,所以存在着效率较低、结构复杂、价格昂贵等问题。

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燃气涡轮起动机

空气涡轮起动机

利用0.2~0.4MPa的压缩空气驱动空气涡轮,再经减速器和离合器等带动燃气轮机转子转动。需要注意的是燃气轮机的空气涡轮启动方式,本质上就是利用压缩空气去驱动空气马达,再由空气马达去带动燃气轮机转子,因此,它和大型船用二冲程低速柴油机的压缩空气启动有着本质的区别(大部分的船用低速机的压缩空气启动,是利用压缩空气直接作用在活塞上)。

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气动马达被广泛应用在各个领域

火药起动机

火药起动机是利用固体装药由电触发雷管点燃后,在短时间内产生高温、高压的燃气来驱动冲击式涡轮发出功率,再经减速器和离合器等带动燃气轮机转子转动。由于火药燃烧时能在很短时间内释放大量的能量,所以这种起动机的输出功率很大,最高的可达745kW,一般可达224kW—298kW。事实上,火药起动机和空气涡轮起动机有着相似的原理,只是它省去了压缩空气装置,利用火药的爆炸能量来代替压缩空气。

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爆炸具有巨大的能量

需要注意的是火药起动机虽然具有,结构质量轻,启动时间短的优点,但是火药起动机存在的固体装药较贵;装药保存不好时易碎裂,从而会造成不良燃烧出现故障;连续启动次数受装药数量限制等问题,所以一般船用燃气轮机不使用,主要用于航空发动机应急启动场合。

开心一下

每当看到靠外力作用启动,我的“特大号启动钥匙”就跃跃欲试。大家说它能胜任这个工作吗?

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