Выпускное устройство (рис. 108) состоит из выпускной трубы, внутреннего конуса, стойки и реактивного сопла. В некоторых случаях из условий компоновки двигателя на самолете между выпускной трубой и реактивным соплом устанавливается удлинительная труба. Реактивные сопла могут быть с регулируемым и нерегулируемым выходным сечением.
Привет студент
Воздушно-реактивные двигатели по способу предварительного сжатия воздуха перед поступлением в камеру сгорания разделяются на компрессорные и бескомпрессорные. В бескомпрессорных воздушно-реактивных двигателях используется скоростной напор воздушного потока. В компрессорных двигателях воздух сжимается компрессором. Компрессорным воздушно-реактивным двигателем является турбореактивный двигатель (ТРД). В группу, получившую название смешанных или комбинированных двигателей, входят турбовинтовые двигатели (ТВД) и двухконтурные турбореактивные двигатели (ДТРД). Однако конструкция и принцип работы этих двигателей во многом схожи с турбореактивными двигателями. Часто все типы указанных двигателей объединяют под общим названием газотурбинных двигателей (ГТД). В качестве топлива в газотурбинных двигателях используется керосин.
Конструктивные схемы. Турбореактивный двигатель (рис. 100) состоит из входного устройства, компрессора, камеры сгорания, газовой турбины и выходного устройства.
Входное устройство предназначено для подвода воздуха к компрессору двигателя. В зависимости от расположения двигателя на самолете оно может входить в конструкцию самолета или в конструкцию двигателя. Входное устройство способствует повышению давления воздуха перед компрессором.
Дальнейшее повышение давления воздуха происходит в компрессоре. В турбореактивных двигателях применяются компрессоры центробежные (рис. 101) и осевые (см. рис. 100).
В осевом компрессоре при вращении ротора рабочие лопатки, воздействуя на воздух, закручивают его и заставляют двигаться вдоль оси в сторону выхода из компрессора.
В центробежном компрессоре при вращении рабочего колеса воздух увлекается лопатками и под действием центробежных сил движется к периферии. Наиболее широкое применение в современной авиации нашли двигатели с осевым компрессором.
Осевой компрессор включает в себя ротор (вращающаяся часть) и статор (неподвижная часть), к которому крепится входное устройство. Иногда во входных устройствах устанавливаются защитные сетки, предотвращающие попадание в компрессор посторонних предметов, которые могут привести к повреждению лопаток.
Ротор компрессора состоит из нескольких рядов профилированных рабочих лопаток, расположенных по окружности и последовательно чередующихся вдоль оси вращения. Роторы подразделяют на барабанные (рис. 102, а), дисковые (рис. 102, б) и барабаннодисковые (рис. 102, в).
Статор компрессора состоит из кольцевого набора профилированных лопаток, закрепленных в корпусе. Ряд неподвижных лопаток, называемых спрямляющим аппаратом, в совокупности с рядом рабочих лопаток называется ступенью компрессора.
В современных авиационных турбореактивных двигателях применяются многоступенчатые компрессоры, увеличивающие эффективность процесса сжатия воздуха. Ступени компрессора согласуются между собой таким образом, чтобы воздух на выходе из одной ступени плавно обтекал лопатки следующей ступени.
Нужное направление воздуха в следующую ступень обеспечивает спрямляющий аппарат. Для этой же цели служит и направляющий аппарат, устанавливаемый перед компрессором. В некоторых конструкциях двигателей направляющий аппарат может отсутствовать.
Турбовинтовые двигатели
Устройство и принцип действия. Для современных самолетов,
обладающих большой грузоподъемностью я дальностью полета, нужны двигатели, которые могли бы развить необходимые тяги при минимальном удельном весе. Этим требованиям удовлетворяют турбореактивные двигатели. Однако они неэкономичны по сравнению с винтомоторными установками на небольших скоростях полета. В связи с этим некоторые типы самолетов, предназначенные для полетов с относительно невысокими скоростями и с большой дальностыо, требуют постановки двигателей, которые сочетали бы в себе преимущества ТРД с преимуществами винтомоторной установки на малых скоростях полета. К таким двигателям относятся турбовинтовые двигатели (ТВД).
Турбовинтовым двигателем называется газотурбинный авиационный двигатель, в котором турбина развивает мощность, большую потребной для вращения компрессора, и этот избыток мощности используется для вращения воздушного винта. Принципиальная схема ТВД показана на рис. 109.
Как видно из схемы, турбовинтовой двигатель состоит из тех же узлов и агрегатов, что и турбореактивный. Однако в отличие от ТРД на турбовинтовом двигателе дополнительно смонтированы воздушный винт и редуктор. Для получения максимальной мощности двигателя турбина должна развивать большие обороты (до 20000 об/мин). Если с этой же скоростью будет вращаться воздушный винт, то коэффициент полезного действия последнего будет крайне низким, так как наибольшего значения к. п. д. винта на расчетных режимах полета достигает при 750—1 500 об/мин.
Для уменьшения оборотов воздушного винта по сравнению с оборотами газовой турбины в турбовинтовом двигателе устанавливается редуктор. На двигателях большой мощности иногда используют два винта, вращающихся в противоположные стороны, причем работу обоих воздушных винтов обеспечивает один редуктор.
В некоторых турбовинтовых двигателях компрессор приводится во вращение одной турбиной, а воздушный винт — другой. Это создает благоприятные условия для регулирования двигателя.
Тяга у ТВД создается главным образом воздушным винтом (до 90%) и лишь незначительно за счет реакции газовой струи.
В турбовинтовых двигателях применяются многоступенчатые турбины (число ступеней от 2 до 6), что диктуется необходимостью срабатывать на турбине ТВД большие теплоперепады, чем на турбине ТРД. Кроме того, применение многоступенчатой турбины позволяет снизить ее обороты и, следовательно, габариты и вес редуктора.
Назначение основных элементов ТВД ничем не отличается от назначения тех же элементов ТРД. Рабочий процесс ТВД также аналогичен рабочему процессу ТРД. Так же, как и в ТРД, воздушный поток, предварительно сжатый во входном устройстве, подвергается основному сжатию в компрессоре и далее поступает в камеру сгорания, в которую одновременно через форсунки впрыскивается топливо. Образовавшиеся в результате сгорания топливовоздушной смеси газы обладают высокой потенциальной энергией. Они устремляются в газовую турбину, где, почти полностью расширяясь, производят работу, которая затем передается компрессору, воздушному винту и приводам агрегатов. За турбиной давление газа практически равно атмосферному.
В современных турбовинтовых двигателях сила тяги, получаемая только за счет реакции вытекающей из двигателя газовой струи, составляет 10—20% суммарной силы тяги.
Двухконтурные турбореактивные двигатели
Стремление повысить тяговый коэффициент полезного действия ТРД на больших дозвуковых скоростях полета привело к созданию двухконтурных турбореактивных двигателей (ДТРД).
В отличие от ТРД обычной схемы в ДТРД газовая турбина приводит во вращение (помимо компрессора и ряда вспомогательных агрегатов) низконапорный компрессор, называемый иначе вентилятором второго контура. Привод вентилятора второго контура ДТРД может осуществляться и от отдельной турбины, располагаемой за турбиной компрессора. Простейшая схема ДТРД представлена на рис. 110.
Первый (внутренний) контур ДТРД представляет собой схему обычного ТРД. Вторым (внешним) контуром является кольцевой канал с расположенным в нем вентилятором. Поэтому двухконтурные турбореактивные двигатели называют иногда турбовентиляторными.
Работа ДТРД происходит следующим образом. Набегающий на двигатель воздушный поток поступает в воздухозаборник и далее одна часть воздуха проходит через компрессор высокого давления первого контура, другая — через лопатки вентилятора (компрессора низкого давления) второго контура. Так как схема первого контура представляет собой обычную схему ТРД, то и рабочий процесс в этом контуре аналогичен рабочему процессу в ТРД. Действие вентилятора второго контура подобно действию многолопастного воздушного винта, вращающегося в кольцевом канале.
ДТРД могут найти применение и на сверхзвуковых летательных аппаратах, но в этом случае для увеличения их тяги необходимо предусматривать сжигание топлива во втором контуре. Для быстрого увеличения (форсирования) тяги ДТРД иногда осуществляется сжигание дополнительного топлива либо в воздушном потоке второго контура, либо за турбиной первого контура.
При сжигании дополнительного топлива во втором контуре необходимо увеличивать площадь его реактивного сопла для сохранения неизменными режимов работы обоих контуров. При несоблюдении этого условия расход воздуха через вентилятор второго контура уменьшится вследствие повышения температуры газа между вентилятором и реактивным соплом второго контура. Это повлечет за собой снижение потребной мощности для вращения вентилятора. Тогда, чтобы сохранить прежние числа оборотов двигателя, придется в первом контуре снизить температуру газа перед турбиной, а это приведет к уменьшению тяги в первом контуре. Повышение суммарной тяги будет недостаточным, а в некоторых случаях суммарная тяга форсированного двигателя может оказаться меньше суммарной тяги обычного ДТРД. Кроме того, форсирование тяги связано с большими удельными расходами топлива. Все эти обстоятельства ограничивают применение данного способа увеличения тяги. Однако форсирование тяги ДТРД может найти широкое применение при сверхзвуковых скоростях полета.
Используемая литература: «Основы авиации» авторы: Г.А. Никитин, Е.А. Баканов
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ
Стоимость газотурбинных установок высока, о если поближе познакомиться с этими установками, их техническими характеристиками, стоит задуматься на нашим выгодным предложением.
Отличительные черты
Как уже говорилось раньше, предпринимались попытки использовать газотурбинный двигатель для автомобиля, однако дальше испытаний дело не пошло. Единственная отрасль, в которой агрегат нашёл применение — авиация.
Если сравнивать газотурбинный мотор с иными силовыми установками, то у первого изделия значение вырабатываемой мощи по отношению к массе больше. Так же плюс в используемом топливе, доведённый до мелкодисперсного состояния, ассортимент воображает, главный вид — керосин и дизель. Но возможно применение: бензина, газа, спирта, мазута, угольной пыли и т.п.
Агрегат с поршнями и газотурбинная установка, это моторы, работающие на основе тепла, преобразующие энергию, выделившуюся при горении в работу механики. Разница между устройствами заключается в течение процесса. В обоих моторах происходит забор и воздушное сдавливание, после чего подаётся порция горючего, затем субстанция горит, увеличивается и сбрасывается атмосферную среду.
В поршневых установках описанные действия происходят в одной точке — камере сгорания, при этом соблюдается очерёдность действий. Для газотурбинного двигателя характерно протекание действий в нескольких частях механизма одновременно.
Что бы понять, как работает газотурбинный двигатель, разделяют этапы протекания процессов, которые в сумме составляют преобразование топлива в работу:
За счёт прохождения атмосферного воздуха через компрессорное колесо, смесь сжимается в объёме, увеличивая напор, до сорока раз. После происходит перетекание воздуха в горящий объём, куда подаётся и топливо. Перемешиваясь с воздушной массой и сгорая, смесь энергетически преобразуется.
Выделившуюся силу переформатируют в работу механики. Для этого используют специальные лопатки, которые вращаются в газовой струе, выходящей с напором.
Распределяя полученную работу, задействуют её кусок в сдавливании очередной воздушной порции, оставшаяся мощь отводится для привода механизма.
Таким образом, видно, что действие газотурбинного устройства сопровождается оборачиванием и это единственное перемещение в установке. Тогда как для других видов силовых агрегатов действию сопутствует перемещение вытеснителя. Учитывая, что габариты и масса газотурбинного агрегата меньше поршневого собрата, а полезный коэффициент и мощь выше, превосходство первого очевидно. Однако увеличенный аппетит и сложность эксплуатации нивелируют преимущества. С целью экономии горючего, установки применяют устройство обмена теплом.
Схема включения в процесс турбины:
Газотурбинный двигатель принцип работы
Смысл двигателестроения, достижение повышенного значения полезного коэффициента. В нашем случае, требуемые результаты, напрямую связаны с горением смеси и при этом обширном выделении тепла. Это не так просто, как кажется, основополагающее препятствие — материал изделия, которому сложно выдержать температуру и напор. По этой причине, проведено много расчётов, направленных на снятие тепла с турбины и применение в ином русле. Усилия не пропали даром, повторное использование энергии стало возможным и нагревало сжатые воздушные массы перед горением, а не терялось зря. Без таких устройств «теплообменников» достичь значений полезного действия было бы не возможно.
Для достижения повышенных показателей мощи, турбинные лопатки раскручивают до как можно больших показателей. Скорость вращения обусловлена напором выходящих газов. Чем меньше размер установки, тем выше частота оборотов, поскольку только так достигается стабильность работы.
Газотурбинный двигатель Т 80:
Устройство газотурбинного двигателя
Если сравнивать газотурбинный двигатель с мотором, который применяют на автомобиле, устройство первого проще. Агрегат включает камеру, где происходит сгорание; присутствуют свечи, поджигающие заряд; форсунка, участвующая в смесеобразовании. На одном валу помещены турбинные колёса и нагнетатель. Присутствуют: редуктор понижения, устройство обмена теплом, трубки, коллектор впуска, сопло и концентратор.
Вращаясь на компрессорном валу, лопатки втягивают воздушную массу, используя коллектор впуска. Достигнув скорости вращения 0,5 км/с, нагнетатель затягивает воздух в концентратор. В конечной точке скоростной режим падает, однако сдавливание массы повышается. Далее воздушная масса перетекает в устройство температурного обмена для набора температуры и перехода в область горения. В пространство параллельно с воздушной массой постоянно поступает горючее, за это отвечают распылители. Перемешиваясь, масса и горючее образуют рабочую консистенцию, которая после приготовления воспламеняется свечой. Горение поднимает напор объёма, газы, вырываясь сквозь концентратор, сталкиваются с турбинными лопатками, двигая колесо. Импульс, создаваемый окружностью, передаётся посредством редуктора на движущий элемент, а газовый остаток перетекает в устройство обмена теплом, подогревая там сдавленные воздушные массы и выбрасываясь в среду окружения.
Газотурбинный мотор «ДР59Л»:
Минус установки, цена материала, способного выдержать температуру. Кроме того, чтобы исключить поломку, поступающий в агрегат воздух требует повышенной степени очистки. Несмотря на это, доработка и усовершенствование агрегата проводятся постоянно. Расширяется сфера применения, сегодня построена автомобильная, авиационная установка, и даже газотурбинный двигатель для кораблей.
Простейший газотурбинный двигатель имеет только одну турбину, которая приводит компрессор и одновременно является источником полезной мощности. Это накладывает ограничение на режимы работы двигателя.
Устройство и принцип работы агрегата
По своей конструкции движок не очень сложный, он представлен камерой сгорания, где оборудованы форсунки и свечи зажигания, которые необходимы для подачи горючего и добычи искрового заряда. Компрессор оснащен на валу вместе с колесом, обладающим особыми лопатками.
Помимо этого мотор состоит из таких составляющих как — редуктор, канал впуска, теплообменник, игла, диффузор и выпускной трубопровод.
Во время вращения компрессорного вала, воздушный поток, поступающий через канал впуска, захватывается его лопастями. После увеличения скорости компрессора до пятисот м в секунду, он нагнетается в диффузор. Скорость у воздуха на выходе диффузора снижается, но давление увеличивается. Затем воздушный поток оказывается в теплообменнике, где происходит его нагрев за счет отработанных газов, а после этого воздух подается в камеру сгорания.
Вместе с ним туда попадает горючее, которое распыляется через форсунок. После того как топливо перемешивается с воздухом, создается топливно-воздушная смесь, которая загорается благодаря искре получаемой от свечи зажигания. Давление в камере при этом начинает увеличиваться, а турбинное колесо приводится в действие за счет газов попадающих на лопатки колеса.
В итоге осуществляется передача крутящего момента колеса на трансмиссию авто, а отходящие газы выбрасываются в атмосферу.
По своему строению данные агрегаты разделяются на четыре типа. Первый из них это турбореактивный, его в большинстве своем устанавливают на военные самолеты, обладающие высокой скоростью. Принцип работы заключается в том, что газы, выходящие на большой скорости из мотора, через сопло толкают самолет вперед.
Другой тип — турбиновинтовой. Его устройство от первого отличается тем, что он имеет еще одну секцию турбины. Данная турбина составлена из ряда лопаток, которые забирают остаток энергии у газов, прошедших через турбину компрессора и благодаря этому осуществляют вращение воздушного винта.
Винт может располагаться как в задней части агрегата, так и в передней. Отходящие газы выводятся через выхлопные трубы. Такой реактивный аппарат оснащается на самолетах, летающих на низкой скорости и на малой высоте.
Третий тип — турбовентиляторный, который похож по своей конструкции на предыдущий двигатель, но у него 2-я турбинная секция забирает энергию у газов не полностью и поэтому подобные движки также обладают выхлопными трубами.
Главная особенность такого двигателя в том, что его вентилятор, закрытый в кожух, работает от турбины низкого давления. Поэтому движок называют еще 2-х контурным, поскольку воздушный поток проходит через агрегат, являющейся внутренним контуром и через свой внешний контур, необходимый только лишь для направления потока воздуха, который толкает мотор вперед.
Самые новейшие самолеты оборудованы именно турбовентиляторными двигателями. Они эффективно функционируют на большой высоте, а также отличаются экономичностью.
Последний тип — турбовальный. Схема и устройство газотурбинного двигателя этого типа почти такая же, как и у прошлого движка, но от его вала, который присоединен к турбине, приводится в действие практически все. Чаще всего его устанавливают в вертолеты, и даже на современные танки.
Двухпоршневой и малоразмерный двигатель
Наиболее распространен двигатель с двумя валами, оборудованный теплообменником. В сравнении с агрегатами, у которых всего 1 вал, такие аппараты более эффективные и мощные. 2-х вальный двигатель оснащен турбинами, одна из которых предназначена для привода компрессора, а другая для привода осей.
Подобный агрегат обеспечивает машине хорошие динамические характеристики и сокращает кол-во скоростей в трансмиссии.
Также существуют малоразмерные газотурбинные двигатели. Они состоят из компрессора, газо-воздушного теплообменника, камеры сгорания и двух турбин, одна из которых находятся в одном корпусе со сборником газа.
Малоразмерные газотурбинные двигатели применяются в основном на самолетах и вертолетах, которые преодолевают большие расстояние, а также на беспилотных летательных устройств и ВСУ.
По своей конструкции движок не очень сложный, он представлен камерой сгорания, где оборудованы форсунки и свечи зажигания, которые необходимы для подачи горючего и добычи искрового заряда. Компрессор оснащен на валу вместе с колесом, обладающим особыми лопатками.
Турбовинтовые двигатели
Турбовинтовой двигатель, как и турбореактивный, относится к газотурбинным двигателям. И работает он почти как турбореактивный. Элементарный турбовинтовой двигатель состоит из уже знакомых нам элементов: компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла. К ним добавляются редуктор и винт.
Принцип работы работы такой же, как у турбореактивного, с разницей в том, что практически вся энергия газа расходуется на турбине на вращение компрессора и на вращение винта через редуктор (здесь винт и редуктор находятся на одном валу с компрессором). Винт создаёт основную долю тяги. Оставшаяся, после турбины, часть энергии направляется в сопло, образуя реактивную тягу, но она мала, может составлять десятую часть от общей. Редуктор в этой схеме нужен для того, чтобы понизить обороты и передать момент, так как турбина может вращаться с очень высокой частотой, например, 10000 оборотов в минуту, а винту нужно только 1500. И винт достаточно тяжелый.
Схематичная конструкция ТВД
Но бывает и другая схема турбовинтовых двигателей: со свободной турбиной.
Её суть в том, что за обычной турбиной компрессора ставится отдельная турбина, которая механически не связана с турбиной компрессора. Такая турбина называется свободной. Связь между турбиной компрессора и свободной турбиной только газодинамическая. От свободной турбины идёт отдельный вал, на который устанавливаются редуктор с винтом. Все остальное работает так же, как и в первом случае. Большинство современных двигателей выполняют именно по такой схеме. Одним из плюсов такой схемы является возможность использования двигателя на земле, как вспомогательную силовую установку (ВСУ), не приводя винт в движение.
Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной
Хочу отметить, что не нужно смотреть на турбовинтовые двигатели как на малоэффективный пережиток прошлого. Я несколько раз слышал такие высказывания, но они неверны.
Турбовинтовой двигатель в некоторых случаях обладает наивысшим КПД, как правило, на самолетах с не очень большими скоростями (например, на 500 км/ч), притом, самолет может быть внушительных размеров. В таком случае, турбовинтовой двигатель может быть в разы выгоднее, рассмотренного ранее, турбореактивного двигателя.
На этом про турбовинтовые двигатели можно заканчивать. Мы потихоньку подошли к понятию турбовального двигателя.
Турбовальный двигатель
Должно быть, большинство читателей здесь вообще впервые слышат такое название. Такой тип двигателей устанавливается на вертолёты.
Турбовальный двигатель очень схож с турбовинтовым двигателем со свободной турбиной. Он также состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины компрессора, далее идёт свободная турбина, связанная со всем предыдущем только газодинамически. А вот реактивную тягу такой двигатель не создаёт, реактивного сопла у него нет, только выхлоп. Свободная турбина имеет свой вал, который соединяется к главному редуктору вертолёта (несущего винта). Да, у всех известных мне вертолетов есть такой редуктор, и, как правило, он внушительных размеров. Дело в том, что обороты несущего винта вертолёта очень низкие. Если у самолета, как я писал выше, они могут достигать 1500 об/мин, то у вертолёта, например у Ми-8, всего 193 об/мин.
А обороты двигателя у вертолёта зачастую очень высокие (из-за небольших размеров), и понижать их приходится в сотню и более раз. Бывает такое, что редуктор стоит и на двигателе, и на самом вертолете, например, у Ми-2 и его двигателя ГТД-350.
Схематичная конструкция турбовального двигателя
Двигатель ТВ3-117 от вертолета Ми-8. Справа видны выхлопная труба и приводной вал
Итак, мы рассмотрели четыре типа газотурбинных двигателей. Надеюсь, мой текст был понятен и полезен для вас. Все вопросы и замечания можете писать в комментариях.
В некоторых турбовинтовых двигателях компрессор приводится во вращение одной турбиной, а воздушный винт — другой. Это создает благоприятные условия для регулирования двигателя.
Как уже говорилось раньше, предпринимались попытки использовать газотурбинный двигатель для автомобиля, однако дальше испытаний дело не пошло. Единственная отрасль, в которой агрегат нашёл применение – авиация.
Если сравнивать газотурбинный мотор с иными силовыми установками, то у первого изделия значение вырабатываемой мощи по отношению к массе больше. Так же плюс в используемом топливе, доведённый до мелкодисперсного состояния, ассортимент воображает, главный вид – керосин и дизель. Но возможно применение: бензина, газа, спирта, мазута, угольной пыли и т.п.
Агрегат с поршнями и газотурбинная установка, это моторы, работающие на основе тепла, преобразующие энергию, выделившуюся при горении в работу механики. Разница между устройствами заключается в течение процесса. В обоих моторах происходит забор и воздушное сдавливание, после чего подаётся порция горючего, затем субстанция горит, увеличивается и сбрасывается атмосферную среду.
В поршневых установках описанные действия происходят в одной точке – камере сгорания, при этом соблюдается очерёдность действий. Для газотурбинного двигателя характерно протекание действий в нескольких частях механизма одновременно.
Что бы понять, как работает газотурбинный двигатель, разделяют этапы протекания процессов, которые в сумме составляют преобразование топлива в работу:
За счёт прохождения атмосферного воздуха через компрессорное колесо, смесь сжимается в объёме, увеличивая напор, до сорока раз. После происходит перетекание воздуха в горящий объём, куда подаётся и топливо. Перемешиваясь с воздушной массой и сгорая, смесь энергетически преобразуется.
Выделившуюся силу переформатируют в работу механики. Для этого используют специальные лопатки, которые вращаются в газовой струе, выходящей с напором.
Распределяя полученную работу, задействуют её кусок в сдавливании очередной воздушной порции, оставшаяся мощь отводится для привода механизма.
Схема включения в процесс турбины:
В Москве каждый год проходит выставка «Нефтегаз». Мероприятие посвящено отрасли нефтедобывающей промышленности, это крупнейшая выставка данной сферы.
Газотурбинные двигатели в промышленности
При нефтедобыче и переработке активно используются также газотурбинные двигатели. Газотурбинный двигатель представляет собой сложную установку – это тепловое оборудование, внутри которого газ сжимается, затем нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа создает вращение турбины. Такие двигатели лучше поршневых, так как все процессы в них более эффективны благодаря тому, что они происходят в потоке движущегося газа.
Принцип действия газотурбинного двигателя сводится к тому, что из компрессора воздух подается в камеру сгорания, затем туда же подается топливо. В камере сгорания образуются газообразные продукты разного вида, находятся они под давлением. После этого в турбине двигателя энергия газообразных продуктов создает механическую работу, и турбина начинает вращаться. Полезной работой двигателя считается работа, которая выполняется приводимым агрегатом.
Преимуществом газотурбинного двигателя можно назвать то, что он обладает самой большой мощностью, она может достигать 6 кВт/час. Это наибольший показатель среди аналогов. Кроме того, такой агрегат способен работать с разными видами топлива – бензином, керосином, мазутом, природным газом, спиртом или измельченным углем. Данное оборудование широко применяется в сфере нефте- и газодобычи.
Стоимость газотурбинных установок высока, о если поближе познакомиться с этими установками, их техническими характеристиками, стоит задуматься на нашим выгодным предложением.
Экология
Безусловно огромный плюс в практическом применении наших установок, это минимальное количество вредных примесей в выбросах., что позволяет строить ГТУ вблизи места проживания населения.
Не нужно строить дымовые трубы и тратиться на приобретение катализаторов.
Стоимость газотурбинных установок высока, о если поближе познакомиться с этими установками, их техническими характеристиками, стоит задуматься на нашим выгодным предложением.
На старте энергетических проектов высокие капиталовложения полностью компенсируются при последующей эксплуатации незначительными расходами. Значительное уменьшение платежей по экологии, уменьшены платежи за электроэнергию и тепловую энергию.
Ежегодно у нас приобретают и устанавливают сотни новых газотурбинных установок.
Получите информацию по стоимости микрогазовой турбины МГТУ мощностью 60-200 кВт, связавшись с нашим отделом продаж по телефону +7 (351) 737-01-53
ТРД может иметь и два вала. В таком случае компрессор состоит из компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД), а подвод работы будут осуществлять турбина низкого давления (ТНД) и турбина высокого давления (ТВД) соответственно. Такая схема более выгодная газодинамически.
Турбовинтовой двигатель
В турбовинтовом двигателе (ТВД) основное тяговое усилие обеспечивает воздушный винт, соединённый через редуктор с валом турбокомпрессора. Для этого используется турбина с увеличенным числом ступеней, так что расширение газа в турбине происходит почти полностью и только 10—15 % тяги обеспечивается за счёт газовой струи.
Турбовинтовые двигатели гораздо более экономичны на малых скоростях полёта и широко используются для самолётов, имеющих большую грузоподъёмность и дальность полёта. Крейсерская скорость самолётов, оснащённых ТВД, 600—800 км/ч.
Турбовальный двигатель
Турбовальный двигатель (ТВаД) — газотурбинный двигатель, у которого вся развиваемая мощность через выходной вал передается потребителю. Основная область применения — силовые установки вертолетов.
Двухконтурные двигатели
Дальнейшее повышение эффективности двигателей связано с появлением так называемого внешнего контура. Часть избыточной мощности турбины передаётся компрессору низкого давления на входе двигателя.
Двухконтурный турбореактивный двигатель
Схема турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) со смешением потоков: 1 — компрессор низкого давления; 2 — внутренний контур; 3 — выходной поток внутреннего контура; 4 — выходной поток внешнего контура.
В турбореактивном двухконтурном двигателе (ТРДД) воздушный поток попадает в компрессор низкого давления, после чего часть потока проходит по обычной схеме через турбокомпрессор, а остальная часть (холодная) проходит через внешний контур и выбрасывается без сгорания, создавая дополнительную тягу. В результате снижается температура выходного газа, снижается расход топлива и уменьшается шум двигателя. Отношение количества воздуха, прошедшего через внешний контур, к количеству прошедшего через внутренний контур воздуха называется степенью двухконтурности (m). При степени двухконтурности 4 — потоки выбрасываются раздельно, так как из-за значительной разности давлений и скоростей смешение затруднительно.
Двигатели с малой степенью двухконтурности (m<2) применяются для сверхзвуковых самолётов, двигатели с m>2 для дозвуковых пассажирских и транспортных самолётов.
Турбовентиляторный двигатель
Схема турбореактивного двухконтурного двигателя без смешения потоков (Турбовентиляторного двигателя): 1 — вентилятор; 2 — защитный обтекатель; 3 — турбокомпрессор; 4 — выходной поток внутреннего контура; 5 — выходной поток внешнего контура.
Турбовентиляторный реактивный двигатель (ТВРД) — это ТРДД со степенью двухконтурности m=2—10. Здесь компрессор низкого давления преобразуется в вентилятор, отличающийся от компрессора меньшим числом ступеней и большим диаметром, и горячая струя практически не смешивается с холодной.
Турбовинтовентиляторный двигатель
Дальнейшим развитием ТВРД с увеличением степени двухконтурности m=20—90 является турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). В отличие от турбовинтового двигателя, лопасти двигателя ТВВД имеют саблевидную форму, что позволяет перенаправить часть воздушного потока в компрессор и повысить давление на входе компрессора. Такой двигатель получил название винтовентилятор и может быть как открытым, так и закапотированным кольцевым обтекателем. Второе отличие — винтовентилятор приводится от турбины не напрямую, как вентилятор, а через редуктор.
Вспомогательная силовая установка
Вспомогательная силовая установка (ВСУ) — небольшой газотурбинный двигатель, являющийся дополнительным источником мощности, например, для запуска маршевых двигателей самолетов. ВСУ обеспечивает бортовые системы сжатым воздухом ( в том числе для вентиляции салона), электроэнергией и создает давление в гидросистеме летательного аппарата.
Судовые установки
Используются в судовой промышленности для снижения веса. GE LM2500 и LM6000 — две характерных модели этого типа машин.
Другие модификации газотурбинных двигателей используются в качестве силовых установок на судах (газотурбоходы), железнодорожном (газотурбовозы) и другом наземном транспорте, а также на электростанциях, в том числе, передвижных, и для перекачки природного газа. Принцип работы практически не отличается от турбовинтовых двигателей.
Сопло — суживающийся канал, в котором происходит преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую (оставшийся запас энергии газа после турбины). Как и в турбине, в сопле происходит расширение газа. Образуется струя, которая, вытекая из сопла, движет самолёт.
Какие двигатели ставятся на самолёт?
Как уже говорилось выше, газотурбинный двигатель очень прожорлив. Чтобы снизить расход топлива, на двигатели стали устанавливать второй контур. Т.е. на входе в двигатель установили компрессор большего диаметра, способного пропускать через себя большие расходы воздуха. Пройдя этот компрессор, воздух стал разделяться на два потока: внешний(наружный) и внутренний(см.рис6)
.
Примером использования схемы с небольшой степенью двухконтурности является двигатель Д-30КУ. Устанавливается на самолёт Ту-154М и Ил-62М, модификация Д-30КП устанавливается на Ил-76.
Из наружного контура, получив небольшую степень сжатия, воздух выбрасывается в атмосферу, а во внутреннем контуре воздух проходит весь цикл теплового двигателя: сжатие нагрев от сгораемого топлива и расширение в реактивном сопле, создавая при этом реактивную тягу.
Отношение массового расхода воздуха, проходящего через внешний контур, к расходу проходящего через внутренний, называется степенью двухконтурности. Чем больше величина этого параметра, тем больший КПД двигателя удаётся получить. Большая степень двухконтурности обеспечивает меньшую скорость реактивной струи, истекающей из сопла. Это уменьшает удельный расход топлива, но также уменьшает максимальную скорость и увеличивает вес двигателя. Меньшая степень двухконтурности обеспечивает большую скорость реактивной струи, которая необходима для достижения высоких, обычно сверхзвуковых скоростей. Она увеличивает удельный расход топлива. Двигатели со степенью двухконтурности равной 2м и выше называют турбовентиляторными(ТРВД).
Все двухконтурные двигатели, в свою очередь, подразделяются на двигатели без камеры смешения и на двигатели с камерой смешения. Примером использования схемы без смешения потоков является двигатель Pure Power 1000G. Устанавливается на самолёт Боинг-747. У двигателей без смешения потоков(см.рис7), оба
потока воздуха не взаимодействуют друг с другом, у каждого потока своё сопло, потоки имеют разные скорости, у потока внешнего контура меньшая скорость, а у внутреннего большая. За счёт большего массового расхода воздуха, 70% тяги двигателя создаётся внешним контуром и лишь 30% внутренним, хотя скорость потока в нём и больше. Двигатели с камерой смешения(см.рис8) имеют одно сопло. Примером использования схемы со смешением потоков может служить двигатель ПС-90. Устанавливается на самолёты Ту-214, Ил-96.
Воздух поступающий из внешнего контура эжектируется потоком газа внутреннего контура, приобретая на срезе сопла двигателя дополнительную скорость. Тяга таких двигателей выше, чем у двигателей без камеры смешения, но у них больше вес. Компромисс находится для каждого двигателя индивидуально, ещё одна золотая середина, коих при проектировании самолёта, великое множество.
Из всего выше описанного следует, что на пассажирские самолёты устанавливаются двигатели с большой степенью двухконтурности, турбовентиляторные, экономичность таких двигателей является основным критерием для их установки, конечно не в ущерб надёжности.
На военные самолёты устанавливаются двигатели с малой степенью двухконтурности. Главным критерием их установки являются выдаваемые ими рабочие, лётные параметры. Экономичность здесь не является приоритетом.
Какие двигатели ставятся на вертолёт?
На современные вертолёты, как и на самолёты, устанавливаются газотурбинные двигатели, но они несколько отличаются от самолётных.Связано это с тем, что на вертолёте установлен неcущий винт большого диаметра, частота его вращения порядка 100-150об/мин несоизмерима с частотой вращения ротора двигателя, равной ~ 30000об/мин. Чтобы редуцировать такие обороты, редуктор несущего винта должен быть больших размеров и, как следствие, большого веса.
Решение найдено в установке на двигателе свободной турбины, которая жёстко связана с входным валом редуктора НВ, и имеет газодинамическую связь с ротором самого двигателя. Устанавливается свободная турбина сразу после турбины компрессора и вращается независимо от неё(см.Рис9). Пример использования турбовальной схемы является двигатель ТВ-2-117, устанавливается на вертолёт Ми-8.
Газовоздушная смесь, отдав часть своей энергии на турбину компрессора, полностью срабатывает свою энергию на лопатках свободной турбины, а оставшийся выхлоп выводится в расширяющееся сопло, направленное вбок от оси двигателя. Обороты свободной турбины значительно меньше оборотов ротора двигателя, а отсюда и входной вал редуктора НВ вращается с оборотами соизмеримыми с оборотами выходного вала, т.е. НВ.
На вертолёты устанавливают, как правило два двигателя, т.о. у главного редуктора НВ соответственно два входных вала, передающих вращение на одну главную шестерню. Работа обоих двигателей, при этом, должна быть строго синхронизирована. Для этого на вертолёте устанавливается специальная топливная аппаратура, которая регулирует синхронность оборотов обоих двигателей.
Этим я заканчиваю раздел «Как работают авиационные двигатели», и хочу сказать, всё, что здесь описано, присуще всем газотурбинным двигателям, несмотря на то, что конструктивно их многообразие очень велико.
Существуют турбовинтовые двигатели(ТВД), привод на винт, у которых, осуществляется, как через планетарный редуктор, установленный перед входом в двигатель(cм.рис11), (примером является двигатель АИ-20, установленный на самолётах Ан-12, Ил-18, Ан-32)
, так и через свободную турбину, установленную сзади двигателя и передающую вращение винту через вал, проложенный внутри вала ротора компрессора.
Существуют ТВД, установленные задом на перёд, когда вращение винта осуществляется также через свободную турбину, но при этом нет необходимости прокладывать тяжёлый вал внутри ротора двигателя. К таким двигателям относится М-601, установленный не Л-410.(см.Рис ниже)
В военной авиации используются двигатели с форсажной камерой, позволяющей резко повысить тягу двигателя на некоторое время. Примером является двигатель АЛ-31Ф, установленный на самолёт Су-27 всех модификаций.
Смысл форсажной камеры в том, что в газовоздушной смеси реактивной струи, находится ещё достаточно воздуха в котором может гореть топливо. При этом поднимается температура выходящих газов, растёт энергия струи. В сужающемся сопле происходит её расширение и увеличение скорости, а отсюда и тяги. Общий расход топлива, при этом, гигантский, но это уже не в счёт. Сопла на таких двигателях делают регулируемыми, как по диаметру среза сопла, так и по углу отклонения вектора тяги. Такие двигатели существенно улучшают летные характеристики истребителей.
Надеюсь, что информация описанная в этом разделе, удовлетворит Ваше любопытство на ознакомление с авиационными ГТД.
Как запускаются газотурбинные двигатели?
Сразу хочу отметить, что запуск газотурбинного двигателя, это довольно энергоёмкий процесс, тем самым я предваряю, возникающие по этому поводу вопрос, почему нельзя запускать сразу все двигатели на самолёте.
Любые ГТД по своей природе- это керосинки зажгли один раз фитиль, и горит до тех пор, пока не кончится керосин. Зажигание происходит всего один раз при запуске, в отличии от поршневых двигателей у которых каждую порцию топлива нужно поджигать заново. Запуск ГТД, в зависимости от типа двигателей, может быть или электрическим, при помощи стартер-генератора, или воздушным, с помощью воздушного стартера. И в первом и во втором случаях, запуск может осуществляться, как от наземного источника электричества или сжатого воздуха, так и от вспомогательной силовой установки(ВСУ), которая на современных самолётах устанавливается в обязательном порядке. Сама ВСУ запускается только при помощи электрического стартер-генератора от наземного источника электропитания или от бортовых аккумуляторов.
Для начала разберём этапы запуска газотурбинного двигателя.
1. Этап. Раскрутка ротора двигателя стартером до определённой частоты вращения, при которой в камере сгорания может сформироваться устойчивый факел горения топлива.
2. Этап. На втором этапе в камеру сгорания подаётся отдозированное топливо и на свечи зажигания подаётся электрическое напряжение, всего один раз, но зато свечи горят в течении нескольких десятков секунд. Происходит воспламенение топлива, и дальнейшая раскрутка производится уже совместно стартером и турбиной ротора двигателя.
3. Этап. На определённой частоте вращения ротора двигателя происходит отключение стартера и дальнейшая раскрутка, до оборотов малого газа, производится только турбиной ротора.
Надо отметить, что во время запуска в двигателе происходит ещё много различных процедур: происходит перекладка лопаток входного направляющего аппарата на отрицательный угол уменьшая расхода воздуха, закрытие клапанов перепуска воздуха, увеличивая расход на оборотах близких к расчётным. Как видим, процесс запуска ГТД является довольно сложной процедурой. Управление процессом запуска полностью автоматизировано. Управление перекладкой лопаток ВНА, отключение стартера осуществляется топливной системой посредством центробежных или стробоскопических датчиков. Закрытие клапанов перепуска осуществляется воздухом отбираемым от последней ступени КВД по команде датчиков сравнения давления воздуха на входе в двигатель и за последней ступенью компрессора. Подача топлива при запуске осуществляется топливной автоматикой, чем больше степень повышения давления воздуха за компрессором, тем больше топлива подаётся в камеру сгорания. Лётчик, запускающий двигатель, в процессе запуска контролирует лишь рост оборотов, рост температуры выходящих газов, момент отключения стартера, а также рост давления масла и топлива.
Управление процессом запуска любого ГТД осуществляется при помощи автоматической панели двигателя АПД. Самой панелью управляет пилот, запускающий двигатель. На панели расположен переключатель «выбора запускаемого двигателя», переключатель выбор режима запуска, кнопка «запуск», кнопка «стоп», лампа контроля работы панели.
Кнопкой «выбор запускаемого двигателя» выбирается двигатель, который будет запускаться в настоящий момент.
Кнопкой «выбор режима запуска» выбирается режим запуска, коих на ГТД существует три:
1. Режим «Холодная прокрутка». ХП выполняется после длительной стоянки самолёта, для привода в рабочее состояние всех систем двигателя, топливной, масляной и т.д. При холодной прокрутке на свечи зажигания не подаётся напряжение, в камеру сгорания не подаётся топливо. Двигатель вращается только стартером до частоты вращения ~ 20%. АПД работает ~ 30сек.
2. Режим «ложный запуск». Выполняется для консервации и расконсервации двигателя, когда нужно или заполнить консервационным маслом топливную систему двигателя, перед его снятием с самолёта, или удалить из топливной системы консервационное масло и заполнить её топливом после установки двигателя на самолёт. В режиме «Ложный запуск» напряжение на свечи зажигания не подаётся. АПД работает ~ 60сек.
3. Режим «Запуск». Производится горячий запуск двигателя. Подаётся пусковое топливо, подаётся напряжение на свечи зажигания.
Для каждого режима запуска механизм АПД отрабатывает определённую программу, открывает-закрывает подачу пускового топлива, подаёт или снимает напряжение с свечей зажигания, дублирует отключение стартера через определённое время, если это не сделала топливная автоматика по какой либо причине.
Конструктивно панель АПД представляет собой цилиндрический вращающийся барабан с кулачками, которые при вращении нажимают на управляющие концевики и через некоторое время, определённое длиной кулачка, размыкают концевик.
Ну вот наверное и всё про запуск.
