2009年4月8日星期三

渦輪發動機 Turbine Engine

渦輪可以小到在車輛引擎內部,也能大到數公尺的發電廠用渦輪。圖為發電廠使用的渦輪。

渦輪發動機(Turbine engine,或常簡稱為渦輪,Turbine)是一種利用旋轉的機件自穿過它的流體中汲取動能的發動機形式。經常在飛機與大型的船舶或車輛上看到其應用。

雖然渦輪發動機可能有許多不同的運作原理,但最簡單的渦輪型式可以只包含一個「轉子」(Rotor),例如一個帶有中心軸的扇葉,將此扇葉放置在流體中(例如空氣或水),流體通過時對扇葉施加的力量會帶動整個轉子開始轉動,進而得以從中心軸輸出軸向的扭力。風車與水車這類的裝置,可以說是人類最早發明的渦輪發動機原型。

依照不同的分類方式,渦輪發動機也可以分類成很多不同的型式。例如以燃燒室與轉子的位置是否在一起來區別,就存在有屬於外燃機一類的蒸汽渦輪發動機,與屬於內燃機的燃氣渦輪發動機。
如果將渦輪發動機反過來運作,則會變成一種輸入力量之後可以將流體帶動的設備,例如壓縮機(compressor)與幫浦(pump,又稱為「泵」)。

有些渦輪發動機本身具有多組扇葉,其中部分是用於自流體汲取動力,部分是用於推動流體,二者不能混為一談。舉例來說在大部分的渦輪扇葉發動機與渦輪螺旋槳發動機中,位於燃燒室之前的扇葉實際的作用是用於加壓進氣,因此應被視為是一種壓縮機。真正的渦輪機部分是位於燃燒室後方的風扇,被燃燒後的排氣推動產生動力,再透過傳動軸將力量輸送至主扇葉(渦輪扇葉發動機)或螺旋槳(渦輪輪懸槳發動機)處,推動其運轉。

A turbine is a rotary engine that extracts energy from a fluid flow. Claude Burdin (1788-1873) coined the term from the Latin turbo, or vortex, during an 1828 engineering competition. Benoit Fourneyron (1802-1867), a student of Claude Burdin, built the first practical water turbine.

The simplest turbines have one moving part, a rotor assembly, which is a shaft with blades attached. Moving fluid acts on the blades, or the blades react to the flow, so that they rotate and impart energy to the rotor. Early turbine examples are windmills and water wheels.

Gas, steam, and water turbines usually have a casing around the blades that contains and controls the working fluid. Credit for invention of the modern steam turbine is given to British Engineer Sir Charles Parsons (1854 - 1931).

A device similar to a turbine but operating in reverse is a compressor or pump. The axial compressor in many gas turbine engines is a common example.