喷气涡轮发动机原理图解（喙轮发动机原理图文描述）

应广大网友的热切期盼，本文将对喙轮发动机的完整原理采用简图和文字两种方式进行描述，但涉及专利技术的核心机密内容将仅以文字描述或省略，还望广大网友谅解。

下图一是喙轮发动机的原理方框图：

图一：喙轮发动机功能原理方框图

下图二是蒸汽喙轮发动机的原理结构图：

图二：蒸汽喙轮发动机原理结构图

下图三是燃气喙轮发动机的原理结构图：

图三：燃气喙轮发动机结构原理图

下面将根据上图一、图二和图三分别介绍蒸汽喙轮发动机和燃气喙轮发动机原理。

一．喙轮发动机热力学原理（参照图一）

根据热力学第三定律：“在绝对零度（约-273℃）时，任何完美晶体的熵都为零”，也就是说，从理论上说，只要高于绝对零度的流体内部都有热力学能量（焓、㶲和熵等），可实现热传导、热辐射和热对流以及对外做功等工况。从实际情况方面考虑，只要流体的工作温度高于“三相点”，不结冰，即可作为发动机的工质。

这个“三相点”，对于水大约是0℃，对于R116大约是-100℃，对于R14大约是-120℃，对于R728大约是-210℃。也就是说只要喙轮发动机的排气温度高于这些相应温度即可。

1. 蒸汽喙轮发动机的蒸汽工质的产生原理

根据热力学第二定律：“热量不能自发地从低温物体转移到高温物体”，所以喙轮发动机所用工质的蒸发温度必须低于空气温度（根据安装地的年最低气温确定）或自然水温（根据安装地的年最低水温确定，但必须高于5℃），例如R116的蒸发温度为-15℃、R14的蒸发温度为-50℃、R728的蒸发温度为-150℃等。

在满足上述要求的前提下，再根据热力学第一定律：能量转化及守恒定律和质量守恒定律，选择需要的蒸发饱和温度及饱和压力。

利用空调系统中的利用空气或自然水蒸发制冷剂的蒸发器技术，将喙轮发动机需要的工质加热、蒸发，转化成具有相应饱和压力及饱和温度的饱和蒸汽。

2. 燃气喙轮发动机的燃气工质的产生原理

根据热力学第一定律：能量转化及守恒定律和质量守恒定律，选择需要的燃气温度和燃气压力。

利用压气机将空气增压到上述确定的燃气压力，并送入燃烧室。

利用油泵等动力机械将燃油增压到大于压气机的排气压力，并送入燃烧室。

再根据不同燃料的燃烧化学方程式和热力学中的对流传热原理将空气加热到上述确定的温度。

3. 喙轮发动机内部工作的热力学原理

根据热力学第一定律：能量转化及守恒定律和质量守恒定律，确保喙轮发动机所用工质在进、出口之间的压差所代表的压力势能，大于等于其需要转化的由喙轮发动机进、出口之间的温差所代表内能。

其中，工质的内能：对于蒸汽喙轮发动机，包括蒸汽的显热和潜热中所含内能部分（等于相应的总焓减去总熵所得的差值部分）；对于燃气喙轮发动机，包括燃气的显热和少量水蒸气的潜热所含内能部分（等于相应的总焓减去总熵所得的差值部分）。

二．喙轮发动机工作流程原理

1. 蒸汽喙轮发动机的工作流程原理

如图二所示，来自于蒸发器的工质蒸汽，通过管道导引，进入“进气口”，再进入喙轮发动机的“进气腔中”，使蒸汽充满整个“进气腔中”，利用“加速器中”的分配、导向和加速功能将蒸汽加速到相应工质的音速左右，使蒸汽高速切向冲击“喙轮中”的喙齿。其中，加速喷口沿喙轮外圆360°均布。

蒸汽高速切向冲击“喙轮中”的喙齿后，使其降温并产生部分液化。

冲击“喙轮中”之后的汽液混合体在喙轮的喙齿间沟槽内转弯90°后，通过该沟槽、利用旋转流体（以下简称“旋流”）的轴向吸力作用将其排除“喙轮中”，分左右两侧（为了平衡喙轮的轮轴结构的轴向静压力，以避免使用推力轴承）进入“过道1”和“过道2”，保持高速旋流，再由左右级间隔离装置阻挡，引导高速旋流再转弯90°。

利用高速旋流的离心分离功能将部分滴状液珠分离到壳体内壁处，再经预设的排液结构排出到“排液口1”和“排液口2”。剩余蒸汽及其雾状液体工质进入“进气腔1”和“进气腔2”，再利用“加速器1”和“加速器2”的分配、引导和加速功能将流体再次加速到其音速左右，使汽液混合体高速切向冲击“喙轮1”和“喙轮2”的喙齿，使其再次降温并产生再次部分液化。

冲击“喙轮1”和“喙轮2”之后的汽液混合体再在“喙轮1”和“喙轮2”的喙齿间沟槽内转弯90°后，通过该沟槽、利用旋流的轴向吸力作用将其分别排除“喙轮1”和“喙轮2”。

如果还有下一级，则按照上述相应流程再进行一次加速、冲击过程。

如果没有下一级，则直接进入“排气腔1”和“排气腔2”，利用高速旋流的离心分离功能将部分滴状液珠分离到壳体内壁处，再经预设的排液结构排出到“排液口1”和“排液口2”，通过管道及其控制阀控制后进入储液罐。

剩余蒸汽及其雾状液体工质进入“排气口1”和“排气口2”，再进入外设气液分离器，将雾状液体分离出来后，液体通过管道及其控制阀控制后进入储液罐。

残余蒸汽通过过热器过热后，由压缩机增压后，再回到喙轮发动机的“进气口”处即可。

流入储液罐的液体，通过工质泵增压后再回到蒸发器系统即可。

2. 燃气喙轮发动机的工作流程原理

如图三所示，来自于燃烧室的燃气工质，通过管道导引，进入喙轮发动机的“进气腔中”，使燃气充满整个“进气腔中”，利用“加速器中”的分配、导向和加速功能将燃气加速到相应工质的音速左右，使燃气高速切向冲击“喙轮中”的喙齿。其中加速喷口沿喙轮外圆360°均布。

燃气高速切向冲击“喙轮中”的喙齿后，使其降温。

冲击“喙轮中”之后的气体在“喙轮中”的喙齿间沟槽内转弯90°后，通过该沟槽、利用旋流的轴向吸力作用将其排除“喙轮中”，分左右两侧（为了平衡喙轮的轮轴结构的轴向静压力，以避免使用推力轴承）进入“过道左”和“过道右”，保持高速旋流，再由左右级间隔离装置阻挡，引导高速旋流再转弯90°，

气体在级间过道处旋流后，进入“进气腔左”和“进气腔右”，再利用“加速器左”和“加速器右”的分配、引导和加速功能将流体再次加速到其音速左右，使气体高速切向冲击“喙轮左”和“喙轮右”的喙齿，使其再次降温并使水蒸气产生部分或全部液化，其气体最低温度可降至5℃左右。

冲击“喙轮左”和“喙轮右”之后的汽液混合体在喙轮的喙齿间沟槽内再转弯90°后，通过该沟槽、利用旋流的轴向吸力作用将其分别排除“喙轮左”和“喙轮右”。

如果还有下一级则按照上述相应流程再进行一次加速、冲击过程。

如果没有下一级，则直接进入“排气腔左”和“排气腔右”。

利用高速旋流的离心分离功能将部分滴状水珠分离到壳体内壁处，再经预设的排液结构排出到“排液口左”和“排液口右”通过控制阀直接排空。

剩余气体及其雾状水进入“排气口左”和“排气口右”通过控制阀直接排空。

三．喙轮发动机的机械原理

喙轮发动机，包括蒸汽喙轮发动机和燃气喙轮发动机，在机械结构、运动特征和力学特性等机械原理方面都做到了完全符合自然规律，完全遵守力学定律、热力学定律、流体力学定律和功能原理等理论基础，具体如下：

1. 喙轮轮轴结构是点对称结构，完全符合匀速旋转规律，具有极佳的旋转稳定性，且加工制造难度极低，采用现代中等精度的机械加工方法和工艺即可实现加工制造。

2. 导向分配加速器是一个与壳体连接的固定件，将流体按照喙轮做功的需要进行等量分配，再引导到喙轮的外圆切向处，再通过加速结构加速后，使流体的冲击方向与喙轮的旋转面在同一平面的切向处，符合匀速旋转的运动特征和受力特征，进一步确保了喙轮轮轴旋转件的旋转稳定性。

3. 导向分配加速器与喙轮轮轴旋转件的完美结合，使流体能够包裹着喙轮轮轴旋转件，以大于等于喙轮轮轴旋转件最大线速度的旋转速度一同同向旋转，避免了流体对喙轮轮轴旋转件的旋转阻力。

4. 导向分配加速器与喙轮轮轴旋转件之间的间隙可完全实现机控，既能做到间隙最小化，又能避免两者之间的磕碰摩擦，即除轴承和机械密封外，喙轮发动机没有多余的固体接触和摩擦。

5. 由于导向分配加速器将流体引导到了喙轮轮轴旋转件的外圆切向处：一是流体都集中在喙轮最大力矩半径处做功；二是流体以切向方向着力，对喙轮轮轴旋转件的作用力没有结构分解；三是流体被加速到其音速左右，其动能参与做功的比例至少提高25倍。此三者均大大提高了流体的做功能力和效率，使流体不但能释放其显热，而且还能释放其90%以上的潜热。

6. 除了喙轮轮轴旋转件的匀速旋转外，没有任何多余的机械运动形式。

7. 流体通过喙轮轮轴旋转件时，设有专用轴向流通通道，且将流体的轴向动态作用力通过级间隔离装置引到了壳体上，所以流体的轴向流动不会给喙轮轮轴旋转件施加动态作用力，以确保其旋转稳定性。

四．喙轮发动机的启动原理

1. 蒸汽喙轮发动机的启动，有如下两种方式：

① 如果蒸汽喙轮发动机并入电网发电，则直接用电网电源，带动普通有机质压缩机、工质泵和润滑油泵等运转。

以下内容参照图二。

压缩机的运转会在喙轮发动机的“排气腔1”和“排气腔2”产生相对负压，这样就在喙轮发动机的“进气腔中”与“排气腔1”和“排气腔2”之间产生了压差，当压差和流量达到一定程度（约为设计值的30%）时，喙轮发动机就开始旋转，当压差和流量增大到一定程度（约设计值的50%左右），蒸汽开始降温和液化，当降温和液化量达到一定程度（约为设计值的150%左右）时，系统开始趋于形成自我压差功能，压缩机功率开始减小，当压缩机功率小到设计值时，关闭多余的启动备用压缩机，系统达到稳定运行状态，启动结束。

② 如果蒸汽喙轮发动机独立使用，如车用、船用或野外作业用发动机，则用蓄电池作为启动电源，同时系统中压缩机、工质泵和润滑油泵等均选用直流适配型，其余启动方法和流程同上。

2. 燃气喙轮发动机的启动，有如下两种方式：

① 如果燃气喙轮发动机并入电网发电，则直接用电网电源，带动启动电机、供油泵和润滑油泵等运转。

以下内容参照图三。

启动电机的运转会带动压气机旋转，当压气机排气压力达到设计压力的30%左右时，开始在燃烧室点火，当“进气腔中”的温度和压力达到一定值（约为设计值的30%左右）时，喙轮发动机就开始在“进气腔中”与“排气腔左”和“排气腔右”之间形成一定压差，当压差和流量增大一定程度（约设计值的50%左右）时，燃气开始降温，当降温达到一定程度（约为设计值的150%左右）时，系统开始趋于形成自我压差功能，启动电机功率开始减小，当启动电机功率小到设计值时，关启动电机，系统达到稳定运行状态，启动结束。

② 如果燃气喙轮发动机独立使用，如车用、船用或野外作业用发动机以及航空发动机等，则用蓄电池作为启动电源，同时系统中启动电机、供油泵和润滑油泵等均选用直流适配型，其余启动方法和流程同上。

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