Каковы ограничения использования одного вала между компрессором и турбиной в реактивном двигателе?

Как это происходит, когда несколько валов соединяют несколько компрессоров/турбин?

Различные валы будут вращаться с разной скоростью, но соответствующие пары компрессор/турбина будут вращаться с одинаковой скоростью.

Немного расширяясь, в самом сложном случае, о котором я слышал, есть 3 вала: высокого давления (HP), среднего давления (IP) и низкого давления (LP).

Источник изображения

Турбина ВД и компрессор ВД будут вращаться с одинаковой скоростью, но она не обязательно равна (на самом деле весьма вероятно, что она будет разной, иначе не было бы необходимости в разных валах) скорости компрессора/турбины ВД пара. И это также будет отличаться от скорости пары турбина НД/вентилятор.

Нужны ли здесь редукторные ящики или они, по сути, движутся с одинаковой скоростью?

Обычно они вращаются с одинаковой скоростью. И, как правило, вам не нужны коробки передач в центральной части вашего двигателя. Помимо кошмара обслуживания, которым они станут, учитывая скорость вращения и задействованную энергию, они будут чрезвычайно тяжелыми, неэффективными и будут представлять собой критическую систему, весьма подверженную отказам.

Исключением являются вентиляторы, они имеют достаточно места и находятся перед всеми остальными частями двигателя, что позволяет разместить коробку передач в их корпусе. Вы можете найти лучшее обсуждение этого случая в этом вопросе ; имейте в виду, что здесь у вас есть 3 ступени компрессора только с 2 ступенями турбины, коробка передач была необходима для обеспечения разницы скоростей между вентилятором и компрессором IP без необходимости 3 ступеней турбины и дополнительного вала. (спасибо @fooot за указание на PW1000G)

Имеет ли это большое значение, вводит ли это какие-либо серьезные ограничения/недостатки в отношении имеющейся воздушной мощи?

Как и все в технике, есть компромиссы. Идеальную производительность можно было бы получить за счет бесконечного множества бесконечно тонких турбин/компрессоров, каждый из которых вращается с немного отличающейся скоростью, но это технологически невозможно. Затем конструкторы двигателей согласятся на несколько неоптимальные характеристики, но на самом деле это будет достижимо с 1 или 2 (в крайнем случае 3) дискретными валами.