PDF《燃气涡轮机之应用与效能提升》

1937 年,那时pescara 活动活塞式发动机就曾实验地使用燃气涡轮,活 动活塞发动机或称气化器是柴油发动机的一种型式,它利用 气体缓冲来代替曲轴使活塞移动,它能有效地产生压缩空气, 二次世界大战,德国海军就以此做为空压机,而使用於潜艇 上.1935 年法国曾以活动活塞发动机与燃气涡轮之组合做动 力装置制造了两艘小型舰艇,1957 年实验船Willian Patterson号,就以六部活动活塞做动力,推动两部涡轮机 横渡大西洋. 在同一时期,亦有其他应用转动气化器来推动主涡轮的 例子.气化器或压缩机通常用做喷射机之发动机或涡轮推进 发动机的前半段,1947 年,英国海军炮艇

2009 号,运用了 2500HP 之燃气涡轮机来带动三根主轴.1951 年货柜船 AURIS 在一个实验中,以一部 1200HP 之燃气涡轮机代替四部柴油发 动机之其中一部,1956 年JOHN SERGEANT 装置了一部耗油率 仅0.532ib/hp/hr,且效率很高的发动机.由於使用再燃器 (Regenerator)以回收排放气体之废热使其效率提高很多.

1950 年底以后,燃气涡轮机被广泛使用,尤其是欧洲国家海 军.一般均是以燃气涡轮机和传统式推动机械装置配合使用, 燃气涡轮机用於高速航行,而传统式发动机则用於一般巡航. 最通常的组合方式是柴油机或燃气涡轮机组合(Combined Diesel or Gas Turbine,CODOG)及柴油机与燃气涡轮机组合 系统(Combined Eiesel and Gas Turbine,CODAG).柴油机 的巡航率及可靠性,为其优点,但是当反潜作战时,则有其 缺点.因其低频之声音易深入海底,易被潜艇利用被动声纳 侦知.为改善此低频音波之缺点,蒸汽发动机被用来与燃气 涡轮机组合;

即蒸汽机与燃气涡轮机组合(Combined Steam and Gas,COSAG).英国皇家海军驱逐舰即使用此种发电机. 然而,这种组合需要很多人员来操作,且使船舰巡航半径减 少.另一种成功的组合为燃气涡轮机或燃气涡轮机组合 (Combined Gas or Gas,COGOG).如英国 42DDG 舰即使用此 种组合.这些船舰使用 4500HP TYNE 型燃气涡轮机用作巡航 用,RROlympus 型28000HP 之燃气涡轮机用於高速航行用. 美国海军,自Ashevile 级炮艇,开始步入燃气涡轮机的 领域.此级船舰使用具有两部柴油引擎 CODOG 组合来巡航. 一部通用电气公司之 LM

1500 燃气涡轮机作为高速航行用, 经改良后,稳定性与效率均提高的新型燃气涡轮机,已为美 国海军采用於驱逐舰、巡洋舰、及潜舰.

二、压缩机、燃烧室、涡轮(注二) 一具基本的简单开释燃机涡轮机,其中包括有一具压缩 机(Compressor)、燃烧室(Combustion chamber)和涡轮机 (Turbine Wheel) : 空气经过压气机压缩后进入燃烧室与煤油混合燃烧,膨胀 做功;

紧接著流过涡轮,推动涡轮高速转动.因为涡轮与压 气机转子连在一根轴上,所以压气机与涡轮的转速是一样的. 最后高温高速燃气经过喷管喷出,以反作用力提供动力.燃 烧室最初形式是几个围绕转子轴环状并列的圆筒小燃烧室, 每个筒都不是密封的,而是在适当的地方开有孔,所以整个 燃烧室是连通的,后来发展到环形燃烧室,结构紧凑,但是 整个流体环境不如筒状燃烧室,还有结合二者优点的组合型 燃烧室. 涡轮始终工作在极端条件下,对其材料、制造工艺有著 极其苛刻的要求.目前多采用粉末冶金的空心页片,整体铸 造,即所有页片与页盘一次铸造成型.相比起早期每个页片 与页盘都分体铸造,再用榫接起来,省去了大量接头的质量. 制造材料多为耐高温合金材料,中空页片可以通以冷空气以 降温.而为第四代战机研制的新型发动机将配备高温性能更 加出众的陶瓷粉末冶金的页片.这些手段都是为了提高涡喷 发动机最重要的参数之一:涡轮前温度.高涡前温度意味著 高效率,高功率.