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六、燃氣輪機

(一)燃氣輪機的特點和用途

1、功率大，重量輕，體積小，振動噪聲小，維修方便。但熱效率低。

2、廣泛應用于航空、艦船、坦克、機車、電站等領域。

(二)燃氣輪機基本結構及工作原理

燃氣輪機主要由壓氣機、燃燒室和渦輪三大部分組成。

(三)壓氣機

壓氣機是燃氣輪機的一個重要組成部分，它的作用是完成燃氣輪機熱力循環(huán)中的空氣壓縮過程，提高工質(氣體)的壓力。壓氣機有軸流式和離心式兩種基本類型。

1. 軸流式壓氣機：

空氣沿著與軸線平行的方向流動，它的特點是流量大、效率高，航空和大型燃氣輪機中以軸流式壓氣機為主。

2.離心式壓氣機：

空氣沿著旋轉軸線垂直的半徑方向流動。與軸流式相比，流量小，效率低。

單級離心式壓氣機結構簡單、外形短、重量輕。對于小尺寸的壓氣機，離心式的效率反而比軸流式高。小型燃氣輪機以離心式壓氣機為主。

(四)渦輪：是將燃氣的熱能和壓力能轉換為軸上的機械功。

渦輪分為軸流式蝸輪和徑流式蝸輪兩類。

和徑流式相比，軸流式在大流量的情況下，效率較高，應用廣泛。

(五)燃燒室：

1、燃燒室中進行的是燃燒過程，將增壓后的空氣同燃料進行混合和燃燒，通過燃燒把燃料的化學能以熱的形式釋放出來，使燃氣的溫度大大提高。

2、燃燒室從總體結構上分為三大類：圓筒式燃燒室、管形燃燒室和環(huán)形燃燒室。

3、燃燒室由外殼、火焰管、渦流器、噴油嘴、混合器組成。

4、燃料：常用的液體燃料有煤油、輕柴油、重柴油重油及原油;常用的氣體燃料有天然氣、煉油廠氣等。

【例題1•單選題】內燃機壓縮比等于( )。

A.燃燒室容積與汽缸的工作容積之比值加1

B.汽缸的工作容積與燃燒室容積之比值加1

C.燃燒室容積與汽缸總容積的比值

D.汽缸總工作容積與燃燒室總容積的比值

答案：B

壓縮比：汽缸總容積V a與燃燒室容積Vc之比，表示氣體在汽缸內被壓縮的程度。

ε=Va/Vc=1+(Vh/Vc)

【例題2•單選題】 內燃機的做功沖程發(fā)生在( )之后，膨脹功經連桿由曲軸輸出，從而把燃料的熱能轉換為機械功。

A.進氣沖程　B.壓縮沖程　C.膨脹沖程　D.排氣沖程

答案：B

四沖程內燃機每個工作循環(huán)由進氣、壓縮、做功和排氣四個沖程組成。

【例題3•單選題】(2008年)下列關于四沖程柴油機的說法中，正確的是( )。

A.六缸柴油機曲軸每轉六分之一周便有一個氣缸做功

B.柴油機活塞從下止點壓縮燃油混合氣到達上止點附近時自行著火燃燒

C.柴油機的氣缸數量越多轉速越高

D.在四個沖程中，有兩個沖程進氣門和排氣門同時處于關閉狀態(tài)

答案：D

壓縮、做功這兩個沖程進氣門和排氣門同時處于關閉狀態(tài)。

【例題4•單選題】內燃機的熱效率是一項重要的經濟指標，在一般情況下( )的熱效率較高。

A.高速柴油機　B.中速柴油機 C.低速柴油機 D.汽油機

答案：C

一般高速柴油機的熱效率在 0.36 ～ 0.40

中速柴油機的熱效率在 0.38 ～ 0.45

低速柴油機的熱效率在 0.40 ～ 0.48

汽油機的熱效率在 0.25 ～ 0.36

增壓內燃機的熱效率偏于高值。

【綜合題】

(18分中的13分)兩臺型號分別為Rl75A和12V240ZJ的柴油機，技術參數如下表所示。

問題：

1.說出上述柴油機型號的含義(包括：汽缸數、汽缸排列方式、沖程數、汽缸缸徑、結構特征、用途)。

2.計算上述柴油機的排量、有效功率及燃油消耗率。

型號 行程(mm) 轉速(r/min) 扭矩(N•m) 燃油消耗量(千克/小時) 市場售價(元)

R175A 　80 2600 16.2 1.23 1235

12V240ZJ 260 1100 17 276.8 　418.90 1 200 000

3.假設柴油機的使用壽命為8年，每年工作300天，每天按額定負荷工作8小時，柴油的價格按4500元/噸計算，不計設備的維修費用及殘值。

計算上述Rl75A及12V240ZJ兩臺柴油機的壽命周期費用，并以功率為系統(tǒng)效率，計算每萬元的費用效率。

答案：

1. R175A表示單缸、四沖程、缸徑75mm、水冷、通用型柴油機。

12V240ZJ表示12缸、V型排列、缸徑240mm、水冷增壓、鐵路機車用柴油機。

2.(1)排量=內燃機的工作容積×缸數

內燃機的汽缸工作容積=πD2•S•103/4(L)

R175A：

汽缸工作容積=3.1416×0.0752×0.08×103/4=0.3534(L)

排量=0.3534×1=0.35(L)

12V240ZJ：

汽缸工作容積=3.1416×0.242×0.26×103/4=11.7622(L)

排量=11.7622×12=141.15(L)

(2)有效功率的計算公式為：

Pe = Ttp×n/9550

R175A的有效功率為：

Pe=Ttp×n/9550

=16.2×2600/9550

=4.41(KW)

12V240ZJ/1990KW的有效功率為：

Pe= Ttp×n/9550

=17 276.8×1100/9550

=1990(KW)

(3)燃油消耗率：be= B×103/Pe

R175A：

燃油消耗率=1.23×103/4.41=278.91(克/千瓦•小時)

12V240ZJ：

燃油消耗率=418.9×103/1990=210.50(克/千瓦•小時)

3.

(1)壽命周期費用的計算公式為：

R175A的壽命周期費用：

P1=1235元+8×(300天×8小時×1.23千克/小時×4.5元/千克)

=107 507元

=10.75萬元

12V240ZJ的壽命周期費用：

P2=1 200 000元+8×(300天×8小時×418.90千克/小時×4.5元/千克)

=37 392 960元

=3739.30萬元

(2)費用效率

R175A的費用效率：

η1=系統(tǒng)效率/壽命周期費用

=4.41KW/10.75萬元

=0.41KW/萬元

12V240ZJ的費用效率：

η2=系統(tǒng)效率/壽命周期費用

=有效功率/壽命周期費用

=1990KW/3739.30萬元

=0.53KW/萬元

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（責任編輯：中大編輯）

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