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坦克燃气轮机怎样工作?

作者:机械网
文章来源:本站

   坦克是陆军作战的重要装备,动力系统是坦克的核心,坦克燃气轮机作为坦克动力装置的一个重要分支,装用燃气轮机的坦克可以获得高的平均速度、集群大纵深行动的战术、技术速度,短的冲击时间和高的战场生存能力。

  坦克燃气轮机结构

  坦克燃气轮机源于直升机用燃气涡轮轴发动机,通常由4个主要部分组成:燃气发生器、动力涡轮、减速机构及调节与控制装置。

  燃气发生器

  燃气发生器由低压涡轮压气机转子、高压涡轮压气机转子和环形燃烧室组成。

  低压涡轮压气机转子由单级离心式压气机和单级轴流涡轮,通过花键与轴连接而成低压涡轮压气机转子。整个转子采用3个支承,前、后支承为滚柱轴承,中央为球轴承。低压压气机是铸造的离心闭式叶轮,采用压缩空气来清除压气机流通部分的尘垢。

  高压涡轮压气机转子由单级高压离心式压机和单级高压轴流涡轮,通过紧固螺栓与轴连接而构成高压涡轮压气机转子。整个转子采用 2个支承,前支承是球轴承,后支承为滚柱轴承。高压离心式压气机同为铸造的闭式叶轮,利用压缩空气 来清除通道的尘垢。

  燃烧室为环形、逆流式,由火焰筒、燃油喷嘴和旋流器等组成。整个燃烧室内有8个旋流器、8个喷油嘴和2个火花塞。

  1 单级低压离心式压气机;2 单机高压离心式压气机;3 燃烧室;4 单级高压轴流涡轮;5 单 级低压轴流涡轮;6 可调导向器;7 动力涡轮;8 减速机构。

   动力涡轮

  动力涡轮采用单级轴流涡轮与轴 连接构成动力涡轮转子,悬臂安装于2个支承上,前部支承为球轴承,后部支承在减速机构的两个球轴承上。 轴流涡轮由轮盘和68个叶片组成。

  调节与控制装置

  调节与控制装置根据发动机的流量和负荷变化,通过燃油泵和涡 轮可调的导向可调导向器用于获得发动机最佳运行状况和实施制动。

  可调导向器用于获得发动机最佳运行状况和实施制动。GTD-1250燃气轮机可调导向器由26个可转动的叶片和叶片转动机构所组成。

  当叶片由工作状态转入制动状态时,气流朝向涡轮转子旋转相反的方向,从而在涡轮中产生制动功率。叶片由工作状态转入制动状态 的角度为120°~135°,此转动角度下,制动功率约为涡轮输出功率的40%~45%。随叶片转角减小,制动功率亦减少;当叶片转角在70°~80°时,动力涡轮制动功率将趋于零。

  减速装置由圆柱齿轮和锥齿轮组成。采用二级减速,一级减速比为4.15,二级减速比为0.04,总减速比为8.45.下传动箱,通过下传动箱传动的部件有燃油泵、空气压缩机、发电机、滑油泵和转速表传感器。前传动箱传动两个冷却、抽尘 0的混流风扇和用于冷却(发电机、起动电机)的离心压气机。上传动箱起动电机通过前传动 箱转动高压压气机涡轮转子。电机、滑油泵和转速表传感器。

  前传动箱传动两个冷却、抽尘 的混流风扇和用于冷却(发电机、 起动电机)的离心压气机。

  上传动箱起动电机通过前传动 箱转动高压压气机涡轮转子。

   主要附件

  主要附件有空气滤清器、机油 散热器、机油箱、起动电机、发电机、压缩空气机、冷却及抽尘风扇和冷 却抽尘管,它们同燃气轮机集成为一体,并一起吊装。

   工作原理

  坦克燃气轮机的工作过程是,压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩;压缩后的空气进入燃烧室,与喷入的燃料混合后燃烧,成为高温燃气,随即流入燃气涡轮中膨胀作功,推动涡轮叶轮带着压气机叶轮一起旋转;加热后的高温燃气的作功能力显著提高,因而燃气涡轮在带动压气机的同时,尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。燃气轮机由静止起动时,需用起动机带着旋转,待加速到能独立运行后,起动机才脱开。

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  坦克燃气轮机是热机的一种,是从直升机燃气涡轮轴发动机发展而来的。

  俄罗斯GTD-1250燃气轮机

  说到工作原理,其实并不复杂。

  它就像中国古代的走马灯一样,点燃蜡烛加热空气,热空气推动转盘,带动小纸片旋转,走马灯就跑了起来。

  燃气轮机也是一样,它由进气管、压气机、燃烧室、透平涡轮、排气管以及其他辅助装置组成。

  1、进气道。顾名思义就是吸入冷空气,经过低压、高压两级压气机,将空气压缩成500℃左右的压缩气体。压缩的目的是为了更好的燃烧,相当于做了一个预热,提高燃气轮机的效率。

  2、这个高温压缩空气,跑到燃烧室里面,遇到从喷出的燃料,与之混合后爆燃,产生高达1200℃的高温高压气体。

  3、高温高压气体有很大的热能势能,就像高压锅里的水蒸气一样,具有膨胀做功的需要。所以要找一个地方让它把这股能量释放出来。

  这个地方是哪儿呢?就是燃烧室后面的的透平涡轮,相当于跑马灯里的转盘。

  4、气体通过导管喷出,就像用嘴吹风车那样,使透平涡轮高速旋转起来,旋转速度达每分钟22500转。

  这么高的转速显然不能直接使用,还要减速。减速装置里有很多齿轮,大齿轮套小齿轮,最终将转速降为每分钟3000转左右。这就比较适合作为机械动力输出了。

  5、动力通过传动轴输出,推动坦克前进。还没完,此时气体温度仍很高(590℃),压力也很大,如果直接排放出去多浪费啊。

  所以再经过回热器榨取一波能量,回热器类似热交换器,高温气体在这里与压气机出来的预热气体交换热量,从而使利用率再次提升。

  此外,还有空气滤清器什么的,净化空气,省得弄坏了机器。

  燃气轮机有很多优点:

  1、它体积小,重量轻,结构简单(制造起来不简单),运动部件只有柴油机的1/5,密封件和齿轮数是柴油机的1/2,总零件数比柴油机少30%。

  2、启动速度快,-31℃的低温不需预热一打就着,相比之下,柴油机在低温条件下要预热几十分钟才行。打起仗来这可是一大优势啊。

  3、动力输出快,扭矩特性好,给力!燃气轮机从惰转到全功率只需2.5秒,柴油机比它多2~3倍时间。

  4、燃料适应性好,不挑食,啥都吃。平时烧专用柴油、应急时汽油、煤油都行啊,据说给点酒烧也行。

  5.排烟少、振动小、噪声低,易维护,减少战场发现概率。

  缺点不多,但很突出:费油,真是油老虎啊!土豪专属,一般人家是养不起的。

  美国M1A1坦克百公里耗油500升,对它来说,补给油料比补给弹药更重要。

  目前使用燃气轮机的坦克有:

  美国的M1系列坦克(AGT-1500)

  俄罗斯的T-80系列(GTD-1250)、

  瑞典的Strv 103(波音GT502)

  法国的勒克莱尔(透博梅卡TM 307B)

  就是这样啦,这玩意听起来简单,做起来可就难上加难啦。能做好它的国家,航空发动机也很优秀,因为本质上它们是一样的。就连舰用燃气轮机的核心机也来自于航空发动机。

  燃气轮机占用空间比较小,其功率能满足60t或更重坦克的需要,故在70年代初为美国的M1和前苏联的T-80坦克所采用。自那以后,增压技术已趋成熟,使得往复式柴油机又令人注目。在这里,电子技术也起了作用,可在发动机和自动变速箱上以最明智的方式实行动力管理,以得到功率与扭矩的数字化匹配。此外,新一代柴油机动力装置也在证明其所需动力舱之容积在日渐缩小。采用燃气轮机的理由之一是它能保证高车速,但由于供油车跟不上,一天下来,其在车速上取得的优势可能化为乌有。

  如上所述,通用动力公司为了提高M1A2坦克的出口潜力,已决定采用活塞式发动机。在1997年年中,该公司开始试验一辆采用德国的1500hp MTU-883柴油机和“伦克”295TM变速箱的M1A2,现正在向希腊和土耳其推销。

  法国在开始设计“勒克莱尔”时,曾对燃气轮机进行过考察,最终认为,利用当时的新技术,即SACM公司的Hyperbar超高增压技术,可以达到更好的性能。该技术利用一台燃气涡轮增压(7.5:1),便发动机能有很低的“自然”压缩比(7.8:1)。这台燃气涡轮为TM307B型,它自己的废气流加进柴油机的废气流排进涡轮增压器。这种布置附带的一个优点是,这台涡轮增压器还带动一台9kW发电机,以便在发动机停止工作时供电。这项技术为柴油机再次飞速发展注入了洁力。法国的工程师们为“勒克莱尔”主战坦克研制的16.5L的V8XT9型发动机在2500r/min时的功率为1500hp。起动过程是全自动的,一旦涡轮加速到其名义转速,起动电动机即被电子起动。将油门踩到底,动力经ESM350型自动变速箱,仪5.5s以后,可使车速达到32km/ ho SACM公司已为T-72研制了一种1000hp的发动机以及与之配套的ESM350型目动变速箱,在T-72坦克改装这种发动机时不需要改动车体,而且发动机的更换可在1小时内完成。

  燃气轮机和柴油机都是坦克动力装置的类型。柴油机在坦克的应用比较早。世界上第一台柴油发动机在1897年研制成功。1935年英国首先将柴油机安装在装甲车辆上。直到80年代初,柴油发动机是坦克装甲车辆的唯一动力。20世纪80年代,燃气轮机作为坦克动力先后被安装在美国M1和苏联T-80主战坦克上。

  坦克燃气轮机是一种燃气涡轮轴式的坦克发动机。它源于航空燃气涡轮发动机,属旋转式叶片机械。按循环方式分,有简单循环、带回热循环两种;按燃气发生器的转子类型分,有单转子和双转子两种。单转子由径流式压气机和径流式涡轮组成;双转子由轴流式压气机、轴流式与径流式压气机及轴流式涡轮组成。坦克燃气轮机由燃气发生器、动力涡轮、间壁式回热器、减速机构、附件和控制系统组成。

  它的工作原理是:压气机吸入空气并压缩到一定压力后,与喷入的燃料混合并在燃烧室里燃烧,产生的高温燃气推动涡轮叶片和压气机一同旋转。这时,燃料的化学能变为涡轮转动的机械能带动机件旋转。燃烧气体膨胀做功,温度和压力都降低后排到大气中。

  燃气轮机属于热机,它原理是把燃料化学能转化为热能,加热空气,空气膨胀做功,带动涡轮,再由涡轮带动运动机构,燃气轮机优点就是体积小、重量轻,运行比较安静,所以现代水面舰艇多选择燃气轮机就是这个原因,但是燃气轮机结构比较复杂,成本较高,所以安装在坦克和汽车上面代价较大,另外燃气轮机燃料经济性能不好,从它的结构我们就可以看出来,涡轮需要带到压气机吸入空气,燃料产生大部分能量都用于吸入空气,而不是驱动坦克,所以燃气轮机经济性,尤其是中低速性能下经济性能较差。

  众所周知,柴油发动机的坦克自二战以来就因为其经济性欲可靠性等诸多优点而流行于各国坦克设计中。但是当我们查阅爱布拉姆斯和t80资料时,会发现它们并没有采用柴油机而是采用燃气轮机作为动力源。这是怎么回事呢?它又是如何作为坦克的发动机进行工作的呢?实际上,燃气轮机和普通的内燃机都不同,相比起内燃机来说,它更可以说是一种涡轮发动机。并且动力也比内燃机大得多,甚至装备这种发动机的坦克可以在道路上面玩飙车。

  坦克上使用的车用燃气轮机的原理是,将外界空气吸入燃烧室,和燃油混合之后点火燃烧,高温而又高压的燃气不像普通的柴油机那样直接推动活塞,而是在点燃之前预先压缩,然后直接推动涡轮叶片,形成动力。这种做功原理与一般柴油机区别巨大,反而近似飞机上的喷气式发动机。

  燃气轮机在坦克上有缺点也有优点。燃气轮机可以在三秒钟内从怠速提升到全速,并且在一些极端温度环境下不用预先热车,并且没有柴油发动机突然熄火的问题。并且燃气轮机的输出功率更大,爱布拉姆斯坦克装备了燃气轮机之后就可以随心所欲的飙车了。但是燃气轮机也有一系列缺点:燃气轮机虽然功率大,但是相应的其耗油也非常巨大,和柴油发动机不同,在低速状态运转的燃气轮机并不能减少耗能。并且燃气轮机结构复杂,制作昂贵。目前也只有完全不差钱,追求高精尖的美国可以大规模装备了。以及,燃气轮机的原理是吸入空气压缩加热后推动叶片,如果空气质量不好甚至里面有大量沙尘的话,燃气轮机的工作效率就会大受影响,在沙漠地区的美军就深受其害。

  主要还是用石油

  坦克发动机是增压和超增压涡轮水中冷大功率发动机。体积只有1立方米大小。是民用的发动机十分之一相当功率的体积。我国现役最新主战坦克用883干瓦(1500马力)12v150ZL涡轮超增压柴油发动工作。1000一500摩托小时就大修检以后再工作200摩托小时就退役卖给民用还能连续3干小时工作。水平比俄罗斯好比不上德国法国坦克发动机(1千1百干瓦,1干5马力,1干摩托小时以上大修)我国96型坦克用得8v150zL柴油发动油体积更小功率大于1200马力,技术成熟先进。火力糸统更加强大能和美国德国法国坦克比美。是中型坦克。比俄国强。坦克发动机12V代示12个燃气涡轮机组150燃烧筒直径单位毫米。它们共同把一个巨大扭枢力曲轮弯轴带动转旋起来。体积小,功率大,轴瓦压和进气进油都超高压,进入坦克发动机。材料加工要求相当高精苛刻,加工地极大扭力曲轮弯轴精度和材料更加非常可比。巨大力量的曲轴转动。带动发电机发电和液压泵极大增强增大液压油压传导力量,使坦克各个部分都如人体肢体活动起来,自动灵活,转旋自由,控制精确,跑起来迅速达到80公里/小时以下。充足电能为高精端仪器使用和存起来,以备停机和发动使用。坦克发动机是坦克的心脏。价值非常高贵,好得百万美元以上,我国还买不到。发动机好坏,决定坦克好坏和价值性能高低。直接影响炮枪精准度,出堂速度,因此用到一定程度就必须更换新的。但实际在民用却是非常好东西,体积小重量轻功率大,石油开采和探测都非常喜爱的好东西寿命也长。您想70年代以前老坦克马力才500马力以下,现在是1500马力以上是真正乌枪换炮了。

  燃气涡轮引擎(gas turbine engine),又称为燃气轮机,是热机的一种类型。燃气轮机可以是一个广泛的称呼,基本原理大同小异,包括涡轮喷射引擎等等都包含在内。而一般所指的燃气涡轮引擎,通常是指用於船舶(以军用作战舰艇为主)、车辆(通常是体积庞大可以容纳得下燃气涡轮机的车种,例如坦克、工程车辆等)、发电机组等的。与推进用的涡轮发动机不同之处,在於其涡轮机除了要带动压缩机外,还会另外带动传动轴,传动轴再连上车辆的传动系统、船舶的螺旋桨或发电机等。

  燃气涡轮机主要由压缩机(compressor)、燃烧室(combustion chamber)、涡轮(turbine)等部份构成。新鲜空气由进气道进入燃气轮机後,首先由压缩机加压成高压气体,接著由喷油嘴喷出燃油与空气混合後在燃烧室进行燃烧成为高温高压气体,然後进入涡轮段推动涡轮,将热能转换成机械能输出,最後的废气由排气管排出。而由涡轮输出的机械能中,一部份会用来驱动压缩机,另一部份则经由传动轴输出,用以驱动我们希望驱动的机构如发电机、传动系统等。

  和普通燃气轮机工作原理一样,目前较成熟的就是M1A1使用的AGT-1500燃气轮机。

  优点是:

  1,发动机单位重量输出功率比柴油机更高,因此,发动机重量体积更小。用这种动力装置的坦克与柴油机动力的坦克相比,加速性能要好一点。

  2,燃料限制小。燃气轮机特点,只要是粘度在设计允许范围内,所有能烧的液体,热值够都可以当燃料,没有柴油用菜油,只要堵不住那老粗的喷嘴,样样能烧。

  3,发动机结构简单。就一套旋转装置,战损维护相对简单,备件储备比柴油机少。

  4,冷启动性能卓著。这货只要燃料没被冻住,就能启动。外加它的缺点,排气温度太高,在冻土带使用,一样可以把坦克乘员烤成火鸡。

  缺点是,

  1,油耗比柴油机大得多。

  2,排气温度太高。

  节省下来空间都用于载油和装散热器了,抵消了发动机体积小重量轻的优势。

  在坦克的狭小空间里,余热难以利用。坦克车要装巨大的空调,以维持舱内温度。

  3,这发动机红外目标非常明显,几乎难以隐藏,整个一猴子屁股——通红。

  4,怠速功率输出太大。坦克低速行驶时,这发动机多余的功率往哪去?我都没想通,难道就为了烤火用?

  5,发动机寿命短。燃机特点,燃烧室和涡轮一直处于高温状态,排气量和排气温度比柴油机高得多,发动机转子寿命受限。

  有资料说,这M1A1排气温度很低,比柴油机还低,我就不理解了。同样功率输出时,燃气轮机多消耗掉的燃油难道去炒菜了,没有发热?估计是美国人的吹牛,和一些人盲目崇拜心理作祟。

  综合比较,燃气轮机在车辆上应用,还需要开发。低功率输出时的燃油经济性,和高效的余热综合利用,是努力方向。

  具体看T80

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