Promremont34.ru

Авто мастеру
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое газотурбинный двигатель для кораблей

Газотурбинный двигатель. Фото. Строение. Характеристики.

На сегодняшний день, авиация практически на 100% состоит из машин, которые используют газотурбинный тип силовой установки. Иначе говоря – газотурбинные двигатели. Однако, несмотря на всю возрастающую популярность авиаперелетов сейчас, мало кто знает каким образом работает тот жужжащий и свистящий контейнер, который висит под крылом того или иного авиалайнера.

Принцип работы газотурбинного двигателя.

Газотурбинный двигатель, как и поршневой двигатель на любом автомобиле, относится к двигателям внутреннего сгорания. Они оба преобразуют химическую энергию топлива в тепловую, путем сжигания, а после — в полезную, механическую. Однако то, как это происходит, несколько отличается. В обоих двигателях происходит 4 основных процесса – это: забор, сжатие, расширение, выхлоп. Т.е. в любом случае в двигатель сначала входит воздух (с атмосферы) и топливо (из баков), далее воздух сжимается и в него впрыскивается топливо, после чего смесь воспламеняется, из-за чего значительно расширяется, и в итоге выбрасывается в атмосферу. Из всех этих действий выдает энергию лишь расширение, все остальные необходимы для обеспечения этого действия.

А теперь в чем разница. В газотурбинных двигателях все эти процессы происходят постоянно и одновременно, но в разных частях двигателя, а в поршневом – в одном месте, но в разный момент времени и по очереди. К тому же, чем более сжат воздух, тем большую энергию можно получить при сгорании, а на сегодняшний день степень сжатия газотурбинных двигателей уже достигла 35-40:1, т.е. в процессе прохода через двигатель воздух уменьшается в объеме, а соответственно увеличивает свое давление в 35-40 раз. Для сравнения в поршневых двигателях этот показатель не превышает 8-9:1, в самых современных и совершенных образцах. Соответственно имея равный вес и размеры газотурбинный двигатель гораздо более мощный, да и коэффициент полезного действия у него выше. Именно этим и обусловлено такое широкое применения газотурбинных двигателей в авиации в наши дни.

А теперь подробней о конструкции. Четыре вышеперечисленных процесса происходят в двигателе, который изображен на упрощенной схеме под номерами:

  • забор воздуха – 1 (воздухозаборник)
  • сжатие – 2 (компрессор)
  • смешивание и воспламенение – 3 (камера сгорания)
  • выхлоп – 5 (выхлопное сопло)
  • Загадочная секция под номером 4 называется турбиной. Это неотъемлемая часть любого газотурбинного двигателя, ее предназначение – получение энергии от газов, которые выходят после камеры сгорания на огромных скоростях, и находится она на одном валу с компрессором (2), который и приводит в действие.

Таким образом получается замкнутый цикл. Воздух входит в двигатель, сжимается, смешивается с горючим, воспламеняется, направляется на лопатки турбины, которые снимают до 80% мощности газов для вращения компрессора, все что осталось и обуславливает итоговую мощность двигателя, которая может быть использована разными способами.

В зависимости от способа дальнейшего использования этой энергии газотурбинные двигатели подразделяются на:

  • турбореактивные
  • турбовинтовые
  • турбовентиляторные
  • турбовальные

Двигатель, изображенный на схеме выше, является турбореактивным. Можно сказать «чистым» газотурбинным, ведь газы после прохождения турбины, которая вращает компрессор, выходят из двигателя через выхлопное сопло на огромной скорости и таким образом толкают самолет вперед. Такие двигатели сейчас используются в основном на высокоскоростных боевых самолетах.

Турбовинтовые двигатели отличаются от турбореактивных тем, что имеют дополнительную секцию турбины, которая еще называется турбиной низкого давления, состоящую из одного или нескольких рядов лопаток, которые отбирают оставшуюся после турбины компрессора энергию у газов и таким образом вращает воздушный винт, который может находится как спереди так и сзади двигателя. После второй секции турбины, отработанные газы выходят фактически уже самотеком, не имея практически никакой энергии, поэтому для их вывода используются просто выхлопные трубы. Подобные двигатели используются на низкоскоростных, маловысотных самолетах.

Читать еще:  В каких единицах измеряется компрессия двигателя

Турбовентиляторные двигатели имеют схожую схему с турбовинтовыми, только вторая секция турбины отбирает не всю энергию у выходящих газов, поэтому такие двигатели также имеют выхлопное сопло. Но основное отличие состоит в том, что турбина низкого давления приводит в действия вентилятор, который закрыт в кожух. Потому такой двигатель еще называется двуконтурным, ведь воздух проходит через внутренний контур (сам двигатель) и внешний, который необходим лишь для направления воздушной струи, которая толкает двигатель вперед. Потому они и имеют довольно «пухлую» форму. Именно такие двигатели применяются на большинстве современных авиалайнеров, поскольку являются наиболее экономичными на скоростях, приближающихся к скорости звука и эффективными при полетах на высотах выше 7000-8000м и вплоть до 12000-13000м.

Турбовальные двигатели практически идентичны по конструкции с турбовинтовыми, за исключением того, что вал, который соединен с турбиной низкого давления, выходит из двигателя и может приводить в действие абсолютно что угодно. Такие двигатели используются в вертолетах, где два-три двигателя приводят в действие единственный несущий винт и компенсирующий хвостовой пропеллер. Подобные силовые установки сейчас имеют даже танки – Т-80 и американский «Абрамс».

Газотурбинные двигатели имеют классификацию также по другим при знакам:

  • по типу входного устройства (регулируемое, нерегулируемое)
  • по типу компрессора (осевой, центробежный, осецентробежный)
  • по типу воздушно-газового тракта (прямоточный, петлевой)
  • по типу турбин (число ступеней, число роторов и др.)
  • по типу реактивного сопла (регулируемое, нерегулируемое) и др.

Турбореактивный двигатель с осевым компрессором получил широкое применение. При работающем двигателе идет непрерывный процесс. Воздух проходит через диффузор, притормаживается и попадает в компрессор. Затем он поступает в камеру сгорания. В камеру через форсунки подается также топливо, смесь сжигается, продукты сгорания перемещаются через турбину. Продукты сгорания в лопатках турбины расширяются и приводят ее во вращение. Далее газы из турбины с уменьшенным давлением поступают в реактивное сопло и с огромной скоростью вырываются наружу, создавая тягу. Максимальная температура имеет место и на воде камеры сгорания.

Компрессор и турбина расположены на одном валу. Для охлаждения продуктов сгорания подается холодный воздух. В современных реактивных двигателях рабочая температура может превышать температуру плавления сплавов рабочих лопаток примерно на 1000 °С. Система охлаждения деталей турбины и выбор жаропрочных и жаростойких деталей двигателя — одни из главных проблем при конструировании реактивных двигателей всех типов, в том числе и турбореактивных.

Особенностью турбореактивных двигателей с центробежным компрессором является конструкция компрессоров. Принцип работы подобных двигателей аналогичен двигателям с осевым компрессором.

Газотурбинный двигатель. Видео.

Крутится, ревет.

Как ни странно, турбина была едва ли не первым двигателем, изобретенным человечеством, — эолипил греческого механика Герона Александрийского был создан еще в 50 году нашей эры. Впрочем, чтобы занятная игрушка превратилась в пламенный мотор, потребовались почти два тысячелетия.

Конец XIX века ознаменовался бурным развитием транспортной индустрии и, как следствие, поисками новых, более эффективных, чем паровая машина, способов приводить в движение корабли, «безлошадные экипажи» и (в самых смелых мечтаниях того времени) летательные аппараты. В 1890-е швед Густав Лаваль и британец Чарлз Парсонс создали первые пригодные к практическому применению паровые турбины, а в 1903 году норвежец Эгидиус Эллинг сумел воплотить в металле и газотурбинный движок мощностью 11 лошадиных сил (немало для той поры).

Читать еще:  Двигатель 406 схема разборки

Несмотря на относительную простоту конструкции и большую компактность по сравнению с поршневыми моторами, развитие газотурбинных двигателей тормозило из-за отсутствия как необходимых термостойких материалов для лопаток, так и теоретической базы. С развитием технологий и прорывам в газо- и термодинамике к середине ХХ века промышленные газовые турбины, а также авиационные и судовые газотурбинные двигатели стали реальностью Тогда же возник и замысел оснастить ими автомобили.

Главным недостатком газотурбинного двигателя остается его низкий (по сравнению с ДВС) коэффициент полезного действия, но компактность и большая мощность, по мнению инженеров 1950-х, компенсировали его с лихвой. Первым газотурбинным легковым прототипом стал в 1950 году созданный главным инженером британской компании Rover Морисом Уилксом двухместный родстер JET1. Двигатель располагался за задними сиденьями и мог работать на бензине, керосине или дизельном топливе (еще одно преимущество ГТД) на испытаниях машина показала максимальную скорость в 140 километров в час, а после ряда усовершенствований в 1952 году достигла на трассе в Яббеке (Бельгия) результата в 240 километров в час.

Rover продолжил эксперименты с ГТД, собрав еще три прототипа дорожных автомобилей, а в начале 1960-х представил гоночную модель Rover-BRM, не без успеха участвовавшую в «24 часах Ле-Мана» в 1962-64 годах. Знаменитый гонщик Грэм Хилл так описывал свои впечатления от болида: «Ты сидишь в этой штуке, которую можно назвать автомобилем, но в следующую минуту она звучит так, словно у тебя за спиной «Боинг 707», который сейчас всосет тебя и слопает, как какой-то гигантский монстр».

В 1954 году свой концепт с ГТД показали итальянцы. Автомобиль, названный без лишних изысков Fiat Turbina, был оснащен 300-сильным ГТД, позволявшим футуристичному купе развивать скорость до 250 километров в час. Кстати, кузов машины обладал рекордно низким коэффициентом аэродинамического сопротивления — 0,14 (у современного BMW i8, к примеру, этот показатель равен 0,26). Модель так и осталась прототипом — из-за очень большого расхода топлива (беда всех первых газотурбинных моторов) и проблем с охлаждением двигателя. Тогда же опытный рекордный болид с ГТД выкатили и французы: Renault Étoile Filante в 1956 году развил скорость 308,6 километров в час на соляном озере Бонневиль в США, установив рекорд для своего класса. Впрочем, дальнейшего развития проект также не получил.

НПКГ «Зоря — Машпроект»

В 2001 году происходит объединение НПП «Машпроект» и ПО «Зоря» в единый научно-производственный комплекс газотурбостроения «Зоря»-«Машпроект».
Главная задача объединенного предприятия – продолжение совершенствования двигателей третьего и четверного поколения и создание двигателей пятого поколения, способных обеспечить ГП НПКГ «Зоря»-«Машпроект» высокий уровень конкурентоспособности на мировом рынке газотурбинных двигателей.

В 2003 году на компрессорной станции Ставищенская (Киевская область) установлена и запущена первая, не имеющая аналогов в мире, установка «Водолей» мощностью 16 МВт с двигателем UGT 10000 с подачей энергетического пара в проточную часть двигателя. Все оборудование прошло пусконаладочные испытания в I-III кв. 2003 г. и в октябре 2003 года включено в опытно-промышленную эксплуатацию на магистральном газопроводе.

Читать еще:  Чем отличается двигатель джидиай

В республике Беларусь введены в эксплуатацию две когенерационные установки ГТЭ-25 (с двигателем UGT 25000) на Березовской ГРЭС и ГТЭ-15Ц (с двигателем UGT 15000) на цементном заводе в г. Костюковичи.

На электростанцию в г.Салехард отправлен двигатель UGT 16000 для второго пускового комплекса ГТЭС-3. Это первый в СНГ двухтопливный двигатель, обеспечивающий работу на жидком и газообразном топливе и переход с одного вида топлива на другой без изменения режима работы двигателя.
На Ивановской ГРЭС (Россия) принят в опытно-промышленную эксплуатацию двигатель UGT 110000.

Изготовлен и поставлен на Новгородскую ТЭЦ (Россия) турбодетандер мощностью 3,0 МВт.

В 2004 году началась разработка газотурбинной энергетической установки мощностью 45-60 МВт (поколение 4+).

В 2009 году для заказчика из Ганы спроектированы и изготовлены газовые турбины мощностью 25 МВт, работающие на двух видах топлива (газообразное и жидкое), с обеспечением необходимых экологических характеристик.
Начинается работа по созданию электростанции мощностью 25 МВт блочного исполнения «под ключ».
2009 год можно считать отправной точкой стремительного экономического роста, с этого года начинается значительное увеличение показателей товарного выпуска и реализации продукции.

Преимущества и недостатки

Основным преимуществом турбовального двигателя является то, что по сравнения с поршневыми двигателями он более легкий по весу, менее шумный и более мощный, если брать двигатели одного размера. Вся суть турбовального двигателя и заключается, чтоб максимально использовать энергию сгорающего топлива, по сравнению с поршневыми двигателями это реализуется лучшим образом. Тем самым в одном килограмме двигателя можно реализовать конструкцию, более мощную своих цилиндрических сородичей, которая с каждого килограмма топлива будет забирать тепловую энергию и преобразовывать ее в механическую.

Есть у турбовального двигателя и недостатки. Первый из них – сравнительно большой расход топлива и, соответственно, низкий КПД, несмотря на высокие показатели мощности. Именно этот недостаток объясняет его ограниченное применение на наземном транспорте, где его можно заменить более эффективными силовыми установками. Второй недостаток – чувствительность к загрязнениям. Компрессор, втягивая воздух в камеру сгорания, заодно всасывает и пыль, и посторонние предметы, что сказывается на качестве работы двигателя и на его исправность в целом. На высоких оборотах даже незначительные твердые частички могут повредить лопасти турбины. Поэтому ТВаД нуждается в надежной системе тщательной очистки воздуха, а расходы на нее далеко не всегда оправданы – в большинстве случаев намного проще и дешевле использовать традиционный дизель. Это еще одна причина, по которой эти двигатели в основном используются в воздухе: там и грязи меньше, и птицы летают ниже высоты полета, так что нормальной работе компрессора и турбины ничего не мешает. Зато масса ТВаД намного меньше любого поршневого двигателя, а это в авиации немаловажно.

Турбовальные двигатели – это действительно в первую очередь «сердца» вертолетов, а уж потом все остальное. Именно эти стальные «стрекозы» дают возможность оценить основные преимущества ТВаД, ну а недостатки в этом случае совсем незначительны.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector