布雷頓發動機

布雷頓發動機是在結構上增壓渦輪和接到傳動裝置的動力渦輪分開的分軸式燃氣輪機。使用單軸方案時，增壓渦輪和動力渦輪一起轉動。空氣經壓氣機壓縮後，便經過管道流往兩個用廢氣加熱的換熱器。然後，將預熱後的壓縮空氣送入燃燒室，同時連續不斷地噴入燃料。點燃這一混合物並使它膨脹，膨脹燃氣便同時帶動增壓渦輪和動力渦輪.

基本介紹

• 中文名：布雷頓發動機
• 外文名：Brayton engine
• 分類：燃氣輪機
• 結構：二衝程發動機
• 原理：壓縮可燃混合氣體燃燒做功
• 發明者：布雷頓

簡介

1873年，美國人布雷頓(Brayton)設計出最早的真正使用經過預先壓縮的可燃混合氣體的發動機。布雷頓發動機是二衝程發動機，恆壓燃燒使之成為柴油機的鼻祖。在第一衝程中，經過泵壓的可燃混合氣體輸入氣缸，在氣缸內燃燒，直至進氣閥門關閉為上，此時活塞的行程為四分之一。其後，在剩餘的四分之三的活塞行程中，已燃氣體降壓膨脹。在第二衝程中，廢氣排出。布雷頓發動機的功率有1~10馬力幾檔。這種發動機尤其在美國得到套用，一直使用到1882年，在這個時期，內燃機仍然是很稀少的。

結構組成

微型渦輪發動機是布雷頓發動機，採用空氣和天然氣產生軸向的機械功率，圖為雙軸微型渦輪發動機的基本組成示意圖。圖中渦輪發動機採用雙軸結構，也可採用單軸結構，即在一個加長的軸上同時帶有壓縮機和負荷。微渦輪發動機的雙軸沒計可提供更好的控制，但需增加一個旋轉部件以及兩個以上的高速軸承。電能可由安裝在微型渦輪發動機輸出軸上的永磁發電機或通過減速齒輪機構傳動的同步發電機產生。

雙軸微渦輪發動機的基本組成示意圖

套用研究

一種改進的BRITALUS(布雷頓)循環脈衝渦輪發動機

根據世界上的能源危機及對環境保護的要求，為了發揮用於機動車、螺旋漿飛機和固定使用的內燃機的充分潛力，需要生產一種新型的發動機。當前總的趨勢是要求縮小發動機尺寸，提高發動機的比重量(功率對重量的比值)，降低全負荷和部分負荷時的比油耗，同時要能改進機動車的性能(如易於起動，靈敏度高，寬闊的運行速度範圍及對多種燃料的適應性)，在熱力學原理方面還要求達到可能最高的燃燒溫度，最短的燃料燃燒時間，在氣體膨脹之前完全的燃燒，最低的熱幅射傳導，燃氣膨脹過程中輸出最大的機械功時排氣溫度最低。機械設計方面要保證振動噪聲小，維護費低，最小的部件容積有最高的強度/密度比值，承受振動的部件有最高的阻尼係數，承受彎曲和磨損的部件有最長的疲勞壽命和磨損壽命。從經濟上考慮要有緊湊的尺寸，通用部件多，精密加工件少，國外協作件少，稀有合金件少，易於裝配調整測試，性能的穩定性及能燃燒寬餾份成本低的燃料。

Britalus發動機的實物圖

考慮到上述要求，根據對汽油機(奧托循環)、柴油機(狄塞爾循環)、車用燃氣輪機(Brayton循環)、汪克爾轉子發動機，及熱氣機(斯特林循環)的實踐經驗及交替的研究之後，美國燃燒研究和工藝技術股份公司(CR &T)將連續燃燒氣體透平(Brayton循環)和容積式壓縮點火(狄塞爾循環)技術的各自優點結合在一起研究了一種用壓縮空氣冷卻、採用多種燃料的稱作Britalus循環的混合型發動機，即脈衝渦輪發動機，它具有如下的特點: 完全的平衡，安全地運轉(無喘振的壓氣機)，具有無脈動的壓縮和膨脹，可在寬闊的速度範圍內運行(300-3000轉/分)，低速度下的高扭矩，適應多種燃料(煤油、汽油、柴油等)，正常吸氣時的比油耗為0.4-0.5磅/馬力小時、增壓吸氣時為0.3-0.4磅/馬力小時。它的容積和重量僅為相同功率的狄塞爾發動機的一半，即功率/重量比值為0.5-10馬力/磅，功率/容積比值為35-70馬力/英尺。吸入空氣無燃燒產物，起動時可快速獲得壓縮壓力。由於從壓縮器抽氣進行冷卻運行，因此沒有液體冷卻劑循環系統及換熱器，結構簡單，維修方便。

Britalus發動機的結構圖