动力机械特性对比及应用简谈

动力机械特性对比及应用简谈

刘安平  潘鸿飞  刘博文

中车大连机车车辆有限公司      辽宁大连      116045

摘 要：自然界能源按照其存在形式可以划分为一次能源和二次能源。一次能源主要是指自然界中含有的煤炭，石油，天然气，水电，风力等各种资源。二次能源一般是指将一次能源经过不同的转化后得到的能源，例如电能，压缩空气等。

本文阐述了动力机械的有关概念和选择要素，并着重对内燃机、汽轮机、燃气轮机、水轮机、风力发电机组、电动机和流体传动设备的不同之处和不足之处进行了比较，并确定了它们的具体应用范围。为从事这一工作的科研工作者提供必要的理论基础。

关键词：动力机械；机械特性；应用

把能源转化成机械能的设备，被称为动力设备。根据能源来源的不同，动力机械可以分为初级动力源和次级动力源。一次动力源完成一次能源的转化，二次动力源完成二次能源的转化。在选择功率机械时，往往要根据不同的作业环境，将以下几个因素考虑在内：第一，分析了相应工程机械的载荷特征，包括载荷特征、工作机理和结构布局；第二，动力机械本身的力学特征；第三，功率的大小，包括它的功率，转矩和转速；第四，工作环境为室外或室内，环境的温湿度、粉尘和通风状况，有无防爆的需求，以及频繁的迁移。

1.热力发动机

与液压和风能等机械相比，热机有一个显著的优点，它是一种将热量转化成机械能的机械，可以以矿物燃料或核燃料为能源，具有很高的储能效率和便携性，可以作为便携式电子产品的动力源。按其主要输出动能的特点，一般可以分成两大类，一是传统的以内燃机和涡轮机为主体的传统动力引擎，二是专用引擎。

燃气涡轮与燃气涡轮之间的整体区别是：第一，由于其工作环境比较高，所以其零件要使用特种耐高温材料，而且要通过各种方法对其叶片部位进行降温。第二，透平初热运行温度偏低，气体体积只增加5-20倍，而透平在扩张时的蒸气压强可达到几百倍，所以透平前后两段的静叶高差异远低于相应的静叶。第三，与涡轮机组相比，涡轮机组的相关内部效率下降1%，但其设备的效率却高出2%到4%。所以在透平段的设计上，对透平段的要求要高得多。

燃气涡轮和内燃发动机之间有以下不同之处：第一，燃气涡轮的燃油消耗比燃油发动机要大得多，而且在某些匹配条件下，燃油经济性较差。在较小的速度范围内，其转矩性能较内燃机有较大幅度的提高；第二，透平的启动性、机动性和对环境的适应能力更强，降低了燃平滑油量，不需用水，维护成本较低；第三，涡轮属于回转式热发动机，其震动程度比内燃机小。

从三种类型的热发动机的特点和能源上的差异来看，它们的适用范围也各不相同。内燃机在汽车和民用方面具有明显的优点，其中，燃气涡轮主要用于飞机和军舰，而蒸汽涡轮主要用于火电和核能。

2.水力机械及风力机械

水力机械主要由水轮发电机组组成，由于地形地貌等原因，不能作为动力装置使用，通常被用来牵引固定负载，例如水电。水轮机是一种与透平和透平一样的透平，但无论从叶片的外形还是总体结构上，都与这两种类型的透平有很大的不同，其运行特征也有很大的不同。两者之间存在着一定的差别，这是因为水轮机头部的水力特性受地形影响，其能耗比涡轮要小得多，而且波动幅度也很大。此外，还可以通过人工设置蒸汽涡轮工作介质的温度和压力，使其在某一特定的区域之内。由于水轮机的能源密度比较小，所以不需要做多层的构造，而在工程上使用的都是单一级的，所以在使用中，采用的调整结构要简单得多，所以往往具有更好的调整性能。由于水力透平具有大的水力压差，因此，水力透平的水力透平有很多种，既有反压透平，又有撞击透平，这与传统的热透平有很大区别。风力涡轮机是一种与水电机组相似的设备，它只能适用于拖动和发电机等有一定负荷的机组。风电被人们使用已有很长的时间，但因为其发电效率低下，而且一般都是间歇性的，所以其在实际中的使用普遍低于热发电和水力水平。水轮机和风电机组都是液体机械，一般将其界定为一种将机械功和液体中的机械能互相转化的机械装置，它包括了液压机械和液体工作机械两个概念，它们在某种程度上可以互相转化。

3.电动机

根据供电方式，电机可以分成交流马达和直流马达。根据电机的速度和转动磁场的速度有没有一致，可以将其划分为：同步电机和异步电机；根据不同的激励模式，直流电机可以分为他励、并励、串励和复励四种。在各种电机中，使用最多的是三相感应电机。电机是最常见的一种动力设备，和其他的动力设备相比，电机的传动效率更高，而且品种繁多，容易与工作机械相连，而且调速、启动、制动和反转的能力都很强，而且很容易进行远程和自动的控制，在工作过程中没有对周围造成任何的污染，能够适应大多数工作机械的需要。缺点是电机的选取需要配套的动力，而移动设备和现场作业设备往往因缺乏动力而不能使用。

4.流体传动装置

液体变速器一般包括液体变速器和气体变速器，而液体变速器可以被划分成流体变速器和液压变速器。通过比较液压变速器和液压变速器可以看出：在单位流速下传输的机械能方面，液力变速器要大于液压变速器，所以当同样的动力传输时，液力变速器会变得更轻、更小，液力变速器的最高输出功率可以达到几千 kW，而液压变速器的最高输出功率通常只有200-300 kW。因为流体动力驱动装置中的摩擦副少，所以使用的时间比较久，而且内压不高，所以对密封状况的需求比较小，而且对液态介质洁净度和液态粘性－温度特征的需求比液压驱动要小得多，所以在操作维修和生产费用上具有更大的优势。此外，与油压变速器相比，在工作区间中，流体变速器的最高效率和平均效率都要比油压变速器低，而且，该油压变速器还具有很好的转换和控制能力。所以，在很多情况下，流体驱动不能取代主要应用在运输机械上的液压驱动。

结束语：

综上所述，本文通过对电力机械特点的讨论得出：一般情况下，当有对应能源供给的情况下，都会根据电机的选择来选择，特别是在室内工作的时候。而在汽车和有关的民间应用中，将会优先采用内燃发动机；在航空和军事方面，燃气涡轮将被使用得更多；蒸汽透平主要应用在火电和核电上；液体传输设备典型地被应用在工作驱动器或传输设备中。

参考文献

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