Как работает газотурбинный двигатель

Как сделать реально работающий газотурбинный двигатель в домашних условиях

как работает газотурбинный двигатель

Самое сложное в изготовлении и самое важное для работы турбины — это ступень компрессора. Обычно для его сборки требуется точный обрабатывающий инструмент с ЧПУ или ручным приводом.

К счастью, компрессор работает при низкой температуре и может быть напечатан на 3D-принтере.

Еще одна вещь, которую обычно очень трудно воспроизвести в домашних условиях, это так называемая «сопловая лопатка» или просто NGV.

Путем проб и ошибок автор нашел способ, как сделать это, не используя сварочный аппарат или другие экзотические инструменты.

Что понадобится:

1) 3D-принтер, способный работать с нитью PLA. Если у вас есть дорогой, такой как Ultimaker – это замечательно, но более дешевый, такой как Prusa Anet, тоже подойдет; 2) У вас должно быть достаточное количество PLA, чтобы напечатать все части. ABS не подойдет для этого проекта, так как он слишком мягкий. Вероятно, можете использовать PETG, но это не проверялось , так что делайте это на свой страх и риск; 3) Жестяная банка соответствующего размера (диаметр 100 мм, длина 145 мм). Предпочтительно банка должна иметь съемную крышку. Вы можете взять обычную банку (скажем, от кусочков ананаса), но тогда вам нужно будет сделать для нее металлическую крышку; 4) Лист из оцинкованного железа. Толщина 0,5 мм является оптимальной. Вы можете выбрать другую толщину, но у вас могут возникнуть трудности с изгибом или шлифовкой, поэтому будьте готовы. В любом случае Вам понадобится как минимум короткая лента из оцинкованного железа толщиной 0,5 мм, чтобы сделать проставку кожуха турбины. Подойдет 2 шт. Размером 200 х 30 мм; 5) Лист нержавеющей стали для изготовления колеса турбины, колеса NGV и кожуха турбины. Опять толщина 0,5 мм является оптимальной. 6) Твердый стальной стержень для изготовления вала турбины. Осторожно: мягкая сталь здесь просто не работает. Вам понадобится хотя бы немного углеродистой стали. Твердые сплавы будут еще лучше. Диаметр вала составляет 6 мм. Вы можете выбрать другой диаметр, но затем вам нужно будет найти подходящие материалы для изготовления ступицы; 7) 2 шт. 6х22 подшипники 626zz; 8) патрубки 1/2″ длиной 150 мм и два концевых фитинга; 9) сверлильный станок; 10) Точило 11) дремель (или что-то похожее) 12) Ножовка по металу, плоскогубцы, отвертку, плашку М6, ножницы, тиски и т. д .; 13) кусок трубы из меди или нержавеющей стали для распыления топлива; 14) Набор болтов, гаек, хомутов, виниловых трубок и прочего; 15) пропан или бутановая горелка

Если вы хотите запустить двигатель, вам также понадобятся:

16) Баллон с пропаном. Существуют бензиновые или керосиновые двигатели, но заставить их работать на этих видах топлива немного сложно. Лучше начать с пропана, а потом решить, хотите ли вы перейти на жидкое топливо или вы уже довольны газовым топливом; 17) Манометр, способный измерять давление в несколько мм водяного столба. 18) Цифровой тахометр для измерения оборотов турбины 19) Стартер. Для запуска реактивного двигателя можно использовать:Вентилятор (100 Вт или более). Лучше центробежный)электродвигатель (мощностью 100 Вт или более, 15000 об / мин; Вы можете использовать свой дремель здесь).

Делаем ступицу

Ступица будет сделана из: 1/2 » патрубок длиной 150 мм; два 1/2 «штуцера для шлангов; и два подшипника 626zz;Ножовкой, отрежьте «елочки» от штуцеров, и используйте сверло, чтобы увеличить оставшиеся отверстия. Вставьте подшипники в гайки и навинтите гайки на патрубок. Ступица готова.

Делаем вал

Теория (и опыт в некоторой степени) говорит, что нет никакой разницы, делаете ли Вы вал из мягкой стали, твердой стали или нержавеющей стали. Так что выбирайте тот, который более доступен для Вас. Если вы ожидаете получить приличную тягу от турбины, лучше использовать стальной стержень диаметром 10 мм (или больше). Однако на момент написания статьи был вал всего 6 мм.

Нарежьте резьбу M6, с одной стороны, длиною 35 мм. Далее надо нарезать резьбу с другого конца стержня таким образом, чтобы, когда стержень вставлялся в ступицу ( подшипники упираются в конец патрубка затягиваются с помощью гаек, которые вы сделали из штутцеров для шланга) и когда стопорные гайки завинчиваются до конца резьбы на обеих сторонах, между гайками и подшипниками остается небольшой зазор.

Это очень сложная процедура. Если резьба слишком короткая, а продольный люфт слишком велик, можно нарезать резьбу чуть больше дальше. Но если резьба кажется слишком длинной (а продольного зазора вообще нет), исправить это будет невозможно. Как вариант- валы от лазерного принтера, они точно 6 мм в диаметре. Их недостаток в том, что их предел составляет 20-25000 об / мин.

Если вы хотите более высокие обороты — используйте более толстые стержни.

3D-печать матриц колеса турбины и NGV

Для изготовления колеса турбины, а точнее его лопастей используются пресс-матрицы. Форма лезвия становится более гладкой, если прижимать лопасть не к окончательной форме за один шаг (проход), а к некоторой промежуточной форме (1-й проход) и только затем — к окончательной форме (2-й проход). Поэтому есть STL для обоих типов пресс-матриц. Для 1-го прохода и для второго.

Вот файлы STL матриц для колеса NGV и файлы STL для матриц колеса турбины:

3d-print-turbine-wheel.rar [212.87 Kb] (скачиваний: 64)

Изготовление рабочих колес

В этой конструкции используются 2 вида стальных колес. А именно: турбинное колесо и колесо NGV. Для их изготовления используют нержавеющую сталь. Если бы они были изготовлены из легкого или оцинкованного материала, их едва хватило бы, чтобы показать, как работает двигатель.

Вы можете вырезать диски из металлического листа, а затем просверлить отверстие в центре, но, скорее всего, вы не попадете в центр. Поэтом просверлите отверстие в листе металла, а затем приклеить бумажный шаблон, чтобы отверстие в металле и место для отверстия в бумажном шаблоне совпали. Вырежьте металл по шаблону.

Вы можете найти и скачать шаблоны ниже:

шаблон колеса турбины turbine_wheel_template.pdf [65.81 Kb] (скачиваний: 127)
Посмотреть онлайн файл: turbine_wheel_template.pdf
шаблон лопаток турбины ngv_wheel_template.pdf [73.09 Kb] (скачиваний: 93)
Посмотреть онлайн файл: ngv_wheel_template.pdf Просверлите вспомогательные отверстия. (Обратите внимание, что центральные отверстия уже должны быть просверлены. Также обратите внимание, что колесо турбины имеет только центральное отверстие.)Также неплохо бы оставить немного припуска при резке металла, а затем обточить кромку дисков, используя сверлильный станок и точило.На этом этапе может быть лучше сделать несколько резервных дисков. Далее будет понятно почему.

Формирование лопастей

Нарезанные диски трудно поместить в матрицу для формовки. Используйте плоскогубцы, чтобы немного повернуть лопасти. Диски с предварительно закрученными лопатками намного легче формуются матрицами. Зажмите диск между половинами пресса и сожмите в тиски.

Если матрицы были предварительно смазаны машинным маслом- все пройдет гораздо легче. Тиски — довольно слабый пресс, так что, скорее всего, вам нужно будет ударить узел молотком, чтобы сжать его дальше. Используйте несколько деревянных подушек, чтобы не сломать пластиковые матрицы.

Двух этапное формирование (использование матриц 1-го прохода и матриц 2-го прохода для финализации формы) дает определенно лучшие результаты.

Делаем опору

Файл документа с шаблоном для опоры находится здесь: Вырежьте деталь из листа нержавеющей стали, просверлите необходимые отверстия и согните деталь, как показано на фотографиях.

Делаем делаем набор металлических проставок

Если бы у вас есть токарный станок, вы можете сделать все проставки на нем. Другой способ сделать это — вырезать несколько плоских дисков из листа металла, положить их один на другой и плотно закрепить их болтами, чтобы получить объемную деталь.Используйте здесь лист из мягкой (или оцинкованной) стали толщиной 1 мм.Документы с шаблонами для проставок находятся здесь:

spacer.rar [102.99 Kb] (скачиваний: 48)

Вам понадобятся 2 маленьких диска и 12 больших. Количество приведено для листа металла толщиной 1 мм. Если вы используете более тонкий или более толстый, вам нужно будет отрегулировать количество дисков, чтобы получить правильную общую толщину.Отрежьте диски и просверлите отверстия. Обточите диски одинакового диаметра, как описано выше.

Опорная шайба

Поскольку опорная шайба удерживает всю сборку NGV, Вы должны использовать здесь более толстый материал. Вы можете использовать подходящую стальную шайбу или лист (черный) толщиной не менее 2 мм. Шаблон для опорной шайбы:

Сборка внутренней части NGV

Теперь у вас есть все детали для сборки NGV. Установите их на ступицу, как показано на фотографиях. Турбина нуждается в некотором давлении для нормальной работы. А чтобы не допустить свободного распространения горячих газов, нам нужен так называемый «турбинный кожух». В противном случае газы будут терять давление сразу после прохождения через NGV. Для правильного функционирования кожух должен соответствовать турбине + небольшой зазор.

Поскольку у нас турбинное колесо и колесо NGV имеют одинаковый диаметр, нам нужно что-то, чтобы обеспечить необходимый зазор. Это что-то — проставка кожуха турбины. Это просто полоса металла, которая обернута вокруг колеса NGV. Толщина этого листа определяет величину зазора. Используйте 0,5 мм здесь. Просто нарежьте полосу шириной 10 мм и длиной 214 мм из листа любой стали толщиной 0,5 мм.Сам турбинный кожух будет куском металла, по диаметру колеса NGV.

Или лучше пара штук. Здесь у вас больше свободы выбора толщины. Кожух — это не просто полоса, поскольку у нее есть ушки прикрепления.Файл документации с шаблоном для кожуха турбины находится здесь:
Наденьте проставку кожуха на лопасти NGV. Закрепите с помощью стальной проволоки. Найдите способ зафиксировать проставку, чтобы она не двигалась при удалении провода. Вы можете использовать пайку. Затем удалите проволоку, и накрутите кожух турбины на проставку.

Снова используйте проволоку, чтобы плотно обернуть.
Делайте, как показано на фотографиях. Единственным соединением между NGV и ступицей являются три винта M3. Это ограничивает тепловой поток от горячего NGV к холодной ступице и не дает перегреваться подшипникам. Проверьте может ли турбина вращаться свободно. Если нет — произведите выравнивание кожуха NGV, изменив положение регулировочных гаек на трех винтах M3.

Изменяйте наклон NGV, пока турбина не сможет свободно вращаться.

Делаем камеру сгорания

Наклейте этот шаблон поверх металлического листа. Просверлите отверстия и обрежьте форму. Здесь нет необходимости использовать нержавеющую сталь. Сверните конус. Для для того, чтобы он не разворачивался, загните его.

Передняя часть камеры находится здесь:Снова используйте этот шаблон, чтобы сделать конус. Используйте долото, чтобы сделать клиновые прорези, и затем сверните в конус. Закрепите конус с помощью загиба. Обе части удерживаются вместе только трением двигателе.

Поэтому не нужно думать, как их закрепить на этом этапе.

Рабочее колесо

Рабочее колесо состоит из двух частей:диск с лопастями и кожух

impeller.rar [510.25 Kb] (скачиваний: 46)

Источник: https://usamodelkina.ru/12566-kak-sdelat-realno-rabotajuschij-gazoturbinnyj-dvigatel-v-domashnih-uslovijah.html

Десять величайших способов использования газотурбинных двигателей

как работает газотурбинный двигатель

Газотурбинные двигатели достаточно высокотехнологичны и существенно по своим характеристикам превосходят традиционные (обычные) двигатели внутреннего сгорания. Основное свое распространение газотурбинные моторы получили в авиационной промышленности.

А вот в автомобильной промышленности двигатели этого типа не получили распространения, что связано с проблемами с потребления ими авиационного топлива, которое для наземного автотранспорта слишком уж дорогое. Но тем не менее, в мире существуют различные и необычные транспортные средства, которые оснащены реактивными двигателями.

Наше интернет-издание для своих постоянных читателей решило сегодня публиковать Топ-10 (десятку) этой удивительной на наш взгляд и мощной автотехники.

1) Tractor Pulling Putten

Этот трактор можно смело назвать вершиной человеческих достижений. Инженеры создали автотранспортное средство, которое способно с бешеной скоростью буксировать 4,5-тонный трактор, и это благодаря всего нескольким газотурбинным двигателям. 

2) Железнодорожный локомотив с газотурбинным мотором

Этот эксперимент инженеров железнодорожной промышленности так никогда и не получил ожидаемой коммерческой славы. А жаль конечно. Такой железнодорожный поезд использовал в часности двигатель от  стратегического бомбардировщика Convair B-36 «Peacemaker» («Миротворец» — пр-во США). Благодаря этому мотору железнодорожный локомотив удалось разогнать до скорости 295,6 км/час. 

3) Thrust SSC

В настоящий момент инженеры компании «SSC Programme Ltd» готовят к испытаниям реактивный болид Bloodhound SSC, который должен будет установить новый рекорд скорости на земле. Но, не смотря на проектирование этого нового автомобиля оригинальный Thrust SSC, что ранее официально установил мировой рекорд скорости среди всех наземных автотранспортных средств, тоже очень даже впечатляет. 

Мощность данного Thrust SSC составляет 110 тыс. л.с., которая достигается за счет двух газотурбинных двигателей фирмы «Rolls-Royce». Напомним нашим читателям, что этот реактивный автомобиль в 1997 году разогнался до скорости в 1228 км/час. Таким образом Thrust SSC стал первым в мире автомобилем преодолевшим звуковой барьер на земле.

4) Volkswagen New Beetle

47-летний автолюбитель Рон Патрик установил в свой автомобиль модели Volkswagen Beetle ракетный двигатель. Мощность данной машины после ее модернизации составила 1350 л.с. Теперь максимальная скорость автомобиля составляет 225 км/час. Но в работе такого мотора есть один очень существенный минус. Этот реактивный двигатель оставляет за собой сзади горячий шлейф длинною в 15 метров.

5) Российский огнетушитель «Большой Ветер»

А как вам русская старинная пословица,- «Клин клином вышибают», помните такую? В нашем примере эта пословица, как это не странно, конкретно работает. Представляем вам уважаемые читатели Российскую разработку- «Тушения огня огнем». Не верите? Но это правда. Подобная установка действительно использовалась в Кувейте для тушения нефтяных пожаров во время войны в Персидском заливе.

Это транспортное средство создано на базе Российского танка Т-34, на который были установлены (поставлены) два реактивных двигателя от истребителя МИГ-21. Принцип действия этого автосредства тушения огня довольно прост — тушение происходит с помощью реактивных потоков воздуха вместе с водой.

 Двигатели от реактивного самолета были немного модифицированы, сделано это было с помощью шлангов по которым под высоким давлением подавалась вода.

Во время работы газотурбинного мотора вода попадала на выходящий из сопел реактивного двигателя огонь, в результате чего образовывался сильный пар, который двигался большими потоками воздуха на огромной скорости.

Этот метот позволял тушить нефтяные вышки. Потоки самого пара отрезали нефть от горящего слоя. 

6) Гоночный автомобиль STP-Paxton Turbocar

Это гоночный болид был разработан Кеном Уоллис для выступления в гонках «Indianapolis 500». Впервые данный спорткар принял свое участие на «Indy 500» в 1967 году. Газовая турбина автомобиля и место для пилота располагались рядом друг с другом. Крутящий момент с помощью преобразователя тут-же передавался на все четыре колеса. 

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Сколько масла в двигателе газ 66

В 1967 году, во время проведения основной гонки, этот болид был претендентом на победу. Но за 12 километров до финиша по причине выхода  из строя подшипников, автомобиль сошел с дистанции.

7) Американский полярный ледокол USCGC Polar-Class Icereaker

Это мощный ледокол может передвигаться среди льдов толщина которых может доходить до 6 метров. Ледокол оснащается 6 дизельными двигателями общей мощностью 18 тыс. л.с., а также тремя газотурбинными моторами фирмы «Pratt & Whitney» общей мощностью в 75 тыс. л.с. Но не смотря на огромную мощность всех своих силовых установок, скорость у ледокола не большая. Но для этого транспортного средства главное не скорость — Главное, это сила.

8) Транспортное средство для летнего санного спорта

Если у вас напрочь отсутствует чувство самосохранения, то это транспортное средство отлично сможет подойти вам для получения огромной порции адреналина. На этом необычном транспортном средстве установлен небольшой газотурбинный мотор.

Благодаря ему, в 2007 году, одному бесстрашному спортсмену удалось разогнаться до скорости 180 км/час. Но это ни что. по сравнению еще с одним  Австралийским спортсменом который готовит для себя аналогичное транспортное средство, и это все для того, чтобы установить мировой рекорд.

В планах этого человека разогнаться на доске с газотурбинным мотором до скорости 480 км/час.

9) MTT Turbine Superbike

Компания «МТТ» решила оснастить свой мотоцикл газотурбинным двигателем. В конечном итоге на заднее колесо передается мощность в 286 л.с. Такой реактивный мотор произвела компания «Rolls Royce». Джей Лено сегодня уже владеет таким супербайком. По его словам управлять подобной мототехникой и страшно, и одновременно интересно.

Самая большая опасность для любого мотогонщика, что оказался за рулем такого байка, это удержать во время разгона его устойчивость и обязательно вовремя затормозить.

10) Снегоочиститель

Знаете уважаемые друзья, где в основном оказываются старые реактивные двигатели после того, как их сняли с самолетов? Не знаете? Очень часто во многих странах мира их используют в железнодорожной отрасли, применяются они для очистки железнодорожных путей от нападавшего снега.

Кроме того, подобные снегоочистительные транспортные средства используются также и на взлетно-посадочных полосах аэродромов и везде, где требуется за короткий срок убрать с определенного участка снежный занос.

Источник: http://www.1gai.ru/publ/514681-desyat-velichayshih-sposobov-ispolzovaniya-gazoturbinnyh-dvigateley.html

Газовые турбины

как работает газотурбинный двигатель

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения понятий в области стационарных газовых турбин, применяемые в стандартах по газотурбинным установкам, технической документации всех видов и контрактах на поставляемое энергетическое промышленное оборудование. Настоящий стандарт не распространяется на газовые турбины со свободнопоршневыми генераторами газа, установки специального назначения, а также транспортные газотурбинные установки.

Газовые турбины — газотурбинные двигатели — определения

Газовые турбины — газотурбинные двигатели — ГТД
gas turbine (engine)
Машина, предназначенная для преобразования тепловой энергии в механическую.

Примечание — Машина может состоять из одного или нескольких компрессоров, теплового устройства, в котором повышается температура рабочего тела, одной или нескольких газовых турбин, вала отбора мощности, системы управления и необходимого вспомогательного оборудования.

Теплообменники в основном контуре рабочего тела, в которых реализуются процессы, влияющие на термодинамический цикл, являются частью газотурбинного двигателя.

Газовые турбины — газотурбинные двигатели — ГТУ
gas turbine plant
Газотурбинный двигатель и все основное оборудование, необходимое для генерирования энергии в полезной форме.Примечания1 Полезной формой энергии может быть — электрическая, механическая и другие.2 Примеры принципиальных схем газотурбинных установок показаны на рисунках А.1-А.6. Газовая турбина — газотурбинный двигатель открытого цикла

open cycle gas turbine

Газотурбинный двигатель, в котором воздух поступает из атмосферы, а выхлопные газы отводятся в атмосферу.Газовая турбина — газотурбинный двигатель замкнутого цикла
closed cycle gas turbine
Газотурбинный двигатель, в котором рабочее тело циркулирует по замкнутому контуру без связи с атмосферойГазовая турбина — газотурбинный двигатель полузамкнутого цикла
semiclosed cycle gas turbine
Газотурбинный двигатель, в котором используется горение в рабочем теле, частично рециркулирующем и частично заменяемым атмосферным воздухомГазовая турбина — газотурбинный двигатель простого цикла
simple cycle gas turbine
Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого состоит только из следующих друг за другом процессов сжатия, нагрева и расширения рабочего тела.Газовая турбина — газотурбинный двигатель регенеративного цикла
regenerative cycle gas turbine
Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого отличается наличием регенеративного охлаждения рабочего тела на выходе из газовой турбины и соответственно регенеративного подогрева воздуха за компрессоромПримечание — Теплоту расширившегося в турбине газа используют для подогрева сжатого в компрессоре воздуха Газовая турбина — газотурбинный двигатель с циклом промежуточного охлаждения
intercooled cycle gas turbine
Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого включает охлаждение рабочего тела в процессе его сжатия.Газовая турбина — газотурбинный двигатель с циклом промежуточного подогрева
reheat cycle gas turbine
Газотурбинный двигатель, термодинамический цикл которого включает подогрев рабочего тела в процессе его расширенияГазовая турбина — установка комбинированного цикла
gas turbine combined cycle plant
Установка, термодинамический цикл которой включает комбинацию двух циклов, при которой теплота отработавших в газотурбинном двигателе газов в первом цикле используется для нагрева другого рабочего тела во втором циклеГазовая турбина — одновальный газотурбинный двигатель
single-shaft gas turbine
Газотурбинный двигатель, в котором роторы компрессора и газовой турбины соединены и мощность отбирается непосредственно с выходного вала или через редуктор.Газовая турбина — многовальный газотурбинный двигатель
multi-shaft gas turbine
Газотурбинный двигатель, имеющий, по крайней мере, две газовые турбины, вращающиеся на независимых валахГазовая турбина — газотурбинный двигатель с отбором воздуха (газа)
bleed gas turbine
Газотурбинный двигатель, в котором для внешнего использования предусмотрен отбор сжатого воздуха между ступенями компрессора и/или на выходе из компрессора (горячего газа на входе в турбину и/или между ступенями турбины)Газовая турбина — газогенератор
bleed gas turbine
Комплекс компонентов газотурбинного двигателя, которые производят горячий газ под давлением для совершения какого-либо процесса или для привода силовой турбиныПримечание — Генератор газа состоит из одного или более компрессоров, устройств(а) для повышения температуры рабочего тела, одной или более турбин, приводящих компрессор(ы), системы управления и необходимого вспомогательного оборудования Компрессор
compressor
Компонент газотурбинного двигателя, повышающий давление рабочего тела Турбина
turbine
Компонент газотурбинного двигателя, преобразующий потенциальную энергию нагретого рабочего тела под давлением в механическую работу Силовая турбина
power turbine
Турбина на отдельном валу, с которого отбирается выходная мощностьКамера сгорания (основного — промежуточного подогрева)
combustion chamber primary or reheat
Устройство газотурбинного двигателя для основного (промежуточного) подогрева рабочего тела Подогреватель рабочего тела
working fluid heater
Устройство для подогрева поступающего в него рабочего тела без смешивания его с продуктами сгорания топлива Регенератор/рекуператор
regenerator/recuperator
Теплообменный аппарат, предназначенный для передачи теплоты отработавших в турбине газов рабочему телуПримечание — Передача теплоты рабочему телу или воздуху перед его поступлением в камеру сгорания ГТД Предварительный охладитель
precooler
Теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения рабочего тела ГТД перед его первоначальным сжатием Промежуточный охладитель
intercooler
Теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения рабочего тела ГТД в процессе его сжатия Устройство защиты от превышения частоты вращения ротора
overspeed trip
Регулирующий или отключающий элемент, который при повышении частоты вращения ротора ГТД сверхустановленного предельно допустимого значения, приводит в действие систему защитыГазовая турбина -система управления
control system
Система, используемая для управления, защиты, контроля и отображения информации о состоянии промышленной газотурбинной установки (газотурбинного двигателя) на всех режимах работыПримечание — Она включает систему управления пуском, системы управления и регулирования подачи топлива и частоты вращения ротора, датчики, устройства контроля подачи электропитания и другие средства управления, необходимые для правильного пуска, устойчивой работы, останова, ограничения режима работы и/или выключения установки при условиях, отличных от заданных Система регулирования
governing system
Элементы и устройства для автоматического регулирования параметров газотурбинной установкиПримечание — К параметрам относятся частота вращения ротора, температура газов, давление, выходная мощность и другие параметры Топливный регулирующий клапан
fuel governor valv
Регулирующий орган для изменения подачи топлива в газотурбинный двигательПримечание — Возможны также устройства другого типа для регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель Топливный стопорный клапан
fuel stop valve
Регулирующий орган для изменения подачи топлива в газотурбинный двигательПримечание — Вместо топливного стопорного клапана может использоваться топливный отсечной клапан, перекрывающий магистраль подачи топлива в ГТД при срабатывании Зона нечувствительности системы управления
dead band
Диапазон изменения входного сигнала, не связанный с корректирующим воздействием регулятора расхода топливаПримечание — Зона нечувствительности (применительно к частоте вращения) — это отношение частоты вращения к номинальной частоте вращения в процентах Статизм регулирования системы управления
governor droop
Изменение частоты вращения ротора силового вала на установившемся режиме работы газотурбинной установки, вызванное внешним воздействием, от нуля до номинальной, выраженное в процентах от номинальной частоты вращения Датчик предельной температуры рабочего тела
overtemperature detector
Первичный чувствительный элемент системы управления ГТД, который непосредственно реагирует на изменение температуры и выходной сигнал которого воздействует через соответствующие усилители или преобразователи на систему защиты от предельного превышения температуры Теплота сгорания топлива
fuel specific energy
Общее количество тепла, выделившегося при сгорании единицы массы топлива, кДж/кг Удельный расход теплоты
heat rate
Отношение теплоты сожженного в ГТД топлива за единицу времени к произведенной им мощности, кДж/кВт чПримечание — Удельный расход теплоты рассчитывают по низшей теплоте сгорания топлива при нормальных условиях Удельный расход топлива
specific fuel consumption
Отношение массового расхода топлива к выходной мощности ГТУ (ГТД), кг/кВт чГазовые турбины — КПД
thermal efficiency
Отношение выходной мощности к расходу теплоты топлива, подсчитанное по его низшей теплоте сгорания при нормальных условиях Условная температура на входе в турбину
reference turbine inlet temperature
Условная средняя температура рабочего тела непосредственно перед сопловыми лопатками первой ступени. Режим (частота вращения) «самоходности»
self-sustaining speed
Режим (минимальная частота вращения выходного вала), при котором газотурбинный двигатель работает без использования мощности пускового устройства при наиболее неблагоприятных внешних условиях Режим (частота вращения) холостого хода
idling speed
Установленный изготовителем режим (частота вращения выходного вала), при котором газотурбинный двигатель может работать устойчиво и можно осуществлять нагружение или останов Максимальная продолжительная частота вращения
maximum continuous speed
Максимально допустимое при длительной эксплуатации значение частоты вращения выходного вала газотурбинного двигателя, с которого отбирается мощность Номинальная частота вращения вала
rated speed

Источник: https://manbw.ru/analitycs/gtu-gtd.html

��������� ������� ��������������

��������������� ��������������, ������ ������� �������� �������, ������� ������������� ������������� � ��������� ������������, � ����� ������� ������������ �����������. ��������� ������� �������������� �������� �������� ������������� ��� �� ���������� ������.

������� ������� �������������� ������ � �����������, ��������������, ��� ������� ��������� ������������ � ��������� ����� ���������� ���������������� ������������.

� ��������� ����� ������� ����������� ������, ��� �������� ������� ���� � �������, ������� ��� ������������������� ������ � ������� ������ �������. ����������� ��� ������ �����, ������ ��������� �������� ����������.

������ ������ �������� ������� ���������� ��� ����, ��� ��� ����� ��������� ��������� �� ��������� ���������� �����. ����� ��� �������� � ��������� �����, ����� �� ��� ����� ������ ����� �� ��������� ���������� �����. ������ ��� ���� �������� ������� �������� ����������� ��������� �������.

������� ���������: ������� ������ � �������������

������� ��������� ������������ ����� ��������� ����������� ��������, ������� ������������ � ������� ������� ��������������. �������� ����� ������� �� ��������, ������ ��� ��������� ����, � ����� �� ����� ������������ �������.

������������� ���������� ����� �� �� ����� ����:

  1. ��������� � �������� ����������.
  2. ��������� � �������������� �����.
  3. ������������� ���������.

��� ������������� �������� ��������� ������� �� ������� � ���� ������������. ��� �������, � ����������� ��� ������� ������� ��������� ��������� ������� ��������������, ������� �������� �� �������� ����. ����� ��� ������������ ����� ��������� � �������� ��������������, ������ ���� ���������� ���������, ������� �������� �� ��������� ����.

��������� �� ��������� ���� ������� ����� �������� ���� � ���������� ��������� � ��������������� ��������������.

� ��������� ������� ���������� ���������, � ������� � �������� ������� � ��������� ���. ��� ����������� ������������, ��� ��� � �������� ������ ��� ��������� ����������� ����������� �� ���������� �����, ����� ��������� ������������ ����������� ������ ������������ � ����������� ��������� �����. ���� ��� ������������ ����� �������� ��������������.

������� ��������� ����� ��������������� ����� ��������� ����������� ����������� � ��� �������� ������� ������ ������������, ��� ��� ����� ������� ����� �������� �������, ��� �������� ����������� ����������������� � ����� ����������� ���������. ��������� ��������������� ���� ����� ����� ������������, ��� ������� ������� ������ �������, ����� ���������� ������� �������� � ��������� �����.

������ ���������������� ����������� � ������ ������� �������������� �������� ��, ������� �������� �� ����� ������.

������������� ��������� � ��������������

��� ����������� � ����������� ������� ������������ ����� ������������� ���������. ������������� ��������� ������������ ����� ������� ��������� � ��� �������� ������������, ������ �������� ��� ���������, ����� �����������, � ����� ������� ������� � ��������� ���� ������� �������� �������. ����� ��������� ����� ���������, ��� ��� ��� �������� � ��� ����� ���������� ��������� ����, ��� ��� ���������� � ������ ����������� ����.

������� �������� �������������� ��������� �������� � ����, ��� �� ����������� ������ �������� � ������ ��������, ����� ���� �� �������� �������. � ������ �������� ���������� ������������ �������� ������� ����, ��������� ��� ��� ���������. ����� ����� � ������� ��������� ������� ������������ ��������� ������� ������������ ������, � ������� �������� ���������. �������� ������� ��������� ��������� ������, ������� ����������� ���������� ���������.

������������� �������������� ��������� ����� ������� ��, ��� �� �������� ����� ������� ���������, ��� ����� ��������� 6 ���/���. ��� ���������� ���������� ����� ��������. ����� ����, ����� ������� �������� �������� � ������� ������ ������� � ��������, ���������, �������, ��������� �����, ������� ��� ������������ �����. ������ ������������ ������ ����������� � ����� �����- � ����������.

��������� ������� �������������� �� ��������

� ������ ������ ��� �������� �������� ���������. ����������� ��������� ������� ��������������� ��������������, ��� ���������� �������� ������ �����.

�� ���������� ����� ������������ �������� ���������� � ���������� ������� ��������� ������������ �������, � ����� ������������� ������������, � ��������� ��������� ������� ��������������.

����� ������������ �������� ����������� �������� ������ �������, ������� �� ����� �����������, ������� ������ �������� ������� � �� ��������� ���������� �����.

�������� ����������� ������� � ��� �����������.

������� ������ ���� ������:

������� ������� ������� �������
������� � ������������ �������
������� ������������ �������

Источник: https://www.neftegaz-expo.ru/ru/articles/dvigateli-gazovoj-promyshlennosti/

Газотурбинный двигатель — что это? Как устроен и принципе работы

Газотурбинный двигатель является разновидностью теплового двигателя, в основе его работы которого не очень простой принцип. А именно, в двигателе газ сначала сжимается, потом нагревается, и после этого, энергия этого газа и «превращается» в механическую работу. Как стало ясно, с первых слов описания такого типа двигателя, все рабочие процессы в потоке движущегося газа происходят, благодаря чему от принципа работы поршневых типов двигателей отличается кардинально.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Сколько весит зил 157

А если говорить простым языком, то, как же работает газотурбинный двигатель? Итак, если более подробно рассматривать процесс работы газотурбинника, то следует выделить несколько шагов, которые описывают в соединении в механическую работу сложный процесс преобразования энергии сжатого газа. И что это за этапы?

*  Итак, подача воздуха, а в дальнейшем и топливно-воздушной смеси. В сжатом виде атмосферный воздух из компрессора попадает в камеру сгорания. Куда и поступает топливо, в итоге получаем топливную смесь, которой выделяется очень много энергии во время процесса сгорания.

*  Далее идёт преобразование. Оно начинается после того, как и топливно-воздушная смесь преобразуется в энергию в процессе сгорания, и необходимо, чтобы ее преобразовать в механической действие, работу. Происходит это благодаря вращению специально предназначенных «лопаток» с помощью струй газа, которые и получаются под большим давлением после горения смеси.

*  Разделяется работа. А именно, следующим образом — часть полученной механической работы, которую получаем от энергии топливной смеси, идёт в компрессоре на сжатие воздуха для последующей подачи, а остальная часть энергии передается на приводимое устройство силового агрегата.

Как раз та работа, которую и получает приводимый агрегат и есть полезная работа! Кстати, газотурбинный мотор считается по праву двигателем, который обладает наибольшей удельной мощностью, среди остальных типов ДВС. В качестве топлива к газотурбинному двигателю можно выступить почти любое горючее: керосин, дизельное топливо, бензин, природный газ, мазут, водяной газ, спирт, судовое топливо, и даже мелкий уголь!

Принцип работы газотурбинного двигателя

Чтобы получить высокое КПД в тепловом двигателе, нужно добиться высокой температуры сгорания топливной смеси, однако не всегда можно достичь это. Препятствия кроются не в способностях материалов, из которых выполнен двигатель (это может быть никель, магний, сталь, сплавы, керамика и прочие) которые сами по себе выдерживают большие температуры и давление.

Инженеры очень большое количество трудов направили на то, чтобы удачно отводить тепло от турбины и применять его там, где необходимо это. Можно смело сказать, что работа их была проведена не зря, ибо в настоящее время, благодаря этим инновационным разработкам, удалось эту цель достичь путем перенаправления выхлопных газов, а точнее их тепла, сжатому воздуху.

Этот процесс называется рекуперированием. Это оказался очень успешным подходом, ведь в иначе, тепло выхлопных газов мог бы быть просто утеряно, а таким способом, оно в состоянии выступать в роли источника нагрева сжатого воздуха, перед тем как начнётся процесс дальнейшего сгорания.

В итоге, можем смело утверждать, что без данного процесса и специально предусмотренных теплообменников, или рекуператоров, не удалось бы добиться столь высокого значения КПД.

Максимальное давление определяется максимальной скорость вращения лопаток турбинных, которое необходимо достигнуть для того, чтобы получить наивысшее значение мощности мотора.

Как правило, при этом, чем меньше размеры и вес двигателя, частота вращения его вала должна быть тем выше, для того, чтобы поддерживать максимальную скорость турбинных лопаток.

Это в силу их малой инерционности – чем меньше ГТД, то есть газотурбинный двигатель, тем больше вращение вала – чтобы компенсировать меньшие размеры и вес.

Об устройстве ГТД

Что насчёт его устройства, то здесь все не так и сложно, как себе можно представить. Газотурбинники состоят из камеры сгорания, где также расположены форсунка и свечи зажигания, для подачи топлива и в камере сгорания получения искры.

Турбинное колесо обладает специальными лопатками, и установлено с компрессором на одном валу.

Конструкция устройства такого мотора также состоит из: понижающего редуктора, теплообменника, выпускного трубопровода, впускного канала, а также диффузора и сопла.

Когда вращается вал компрессора, то его лопастями захватывается воздух, который и поступает во впускной канал. Как компрессором увеличивается скорость движения воздуха до скорости 500 метров в секунду, он его нагнетает в диффузор. Хотя и скорость воздуха на выходе диффузора уменьшается, однако заодно и  повышается его давление.

Воздух после диффузора поступает в теплообменник, там он нагревается под воздействием тепла отработанных газов и попадает в камеру сгорания. Кроме воздуха, который уже подогрет и сжат, в камеру сгорания непрерывно подается топливо, предварительно распыляясь, с помощью форсунок.

Топливо там смешивается с воздухом, там образуется топливная смесь, далее идёт процесс воспламенения этой смеси, с помощью искры, которая производится свечами. В результате этого сгорания, повышается в камере давление, через сопло нагретые газы проходят и направляются в сторону лопаток турбинного колёса, которое и начинает своё движение.

Через понижающий редуктор крутящий момент от турбинного колеса передается на трансмиссию автомобиля. Отработанные газы попадают в теплообменник, где помогают подогревать уже поступивший сжатый воздух и наконец, выходят в атмосферу.

Конечно, у ГТД есть куча плюсов, но есть и минусы. Основным из них считается стоимость теплопрочных материалов, с применением которых производится двигатель.

Кроме этого сложность работ и необходимая высокая уровень очистки воздуха, который поступает в мотор, также бьют по карману хорошо, однако, не взирая ни на что, и разработка и усовершенствование ГТД уже вовсю проходят не только в нашей стране, но и за границей.

Когда-то у них был большой минус – огромная турбояма – то есть, например, у Крайслера Турбайн образца 1963 года! То есть, несмотря на огромную тягу в 576 Н*м, он ждал целых десять секунд, прежде чем начать разгон!!! На такое не в состоянии даже модели у которых тандем из откровенно «тупого» автомата и  «провального» турбомотора (с большой «турбоямой»). Но позже крайслеровцы и другие инженеры это доработали, и уже вместо десяти секунд мотор «думал» секунд три. Были помимо Крайслера, такие марки с моделями с ГТД под капотом, как Ровер, Лотус и другие.

О типах газотурбинных моторов

Что насчёт типов, то их довольно большое количество, правда, при этом суть их работы абсолютна одна и та же (в отличие от привычных нам поршневых типов, они могут быть бензиновыми, дизельными, атмосферными, турбированными, роторно-поршневыми и т.д.), однако лишь выполнение – может немного различаться.

Исходя из типов, ГТД нашёл широкое применение на железнодорожных составах, морских судах, самолетах, вертолетах, автомобилях и даже на танках. Кстати на сегодняшний день остался лишь американский танк Абрамс М1А1, оснащенный газотурбинником.

Конечно, советские инженеры также применяли попытки применить газотурбинник на танках, было даже несколько концептов на базе T80, однако почему в дальнейшем все эти разработки свернули.

Источник: http://autosteam.ru/helpful-info/1346-gazoturbinnyj-motor

Как функционирует газотурбинный двигатель?

Газотурбинный двигатель — представляет собой тепловой силовой агрегат, который осуществляет свою работу по принципу реорганизации тепловой энергии в механическую.

Ниже подробно рассмотрим, как работает газотурбинный двигатель, а также его устройство, разновидности, преимущества и недостатки.

Отличительные черты газотурбинных двигателей

Сегодня наиболее широко подобный тип моторов используется в авиации. Увы, но из-за особенностей устройства они не могут применяться для обычных легковых автомобилей.

По сравнению с другими агрегатами внутреннего сгорания газотурбинный движок обладает наибольшей удельной мощностью, что является его основным плюсом. Помимо этого такой двигатель способен функционировать не только на бензине, но и на множества других видах жидкого горючего. Как правило, он работает на керосине либо на дизельном горючем.

Газотурбинный и поршневой двигатель, которые устанавливаются на «легковушках» за счет сжигания топлива изменяют химическую энергию горючего в тепловую, а затем и в механическую.

Но сам процесс у данных агрегатов немного различается. И в том и в другом движке сначала осуществляется забор (то есть воздушный поток поступает в мотор), затем происходит сжатие и впрыск горючего, после этого ТВС загорается, вследствие чего сильно расширяется и в результате выбрасывается в атмосферу.

Различие состоит в том, что в газотурбинных аппаратах все это проходит в одно время, но в различных частях агрегата. В поршневом же все осуществляется в одной точке, но по очередности.

Проходя через турбинный мотор, воздух сильно сжимается в объеме и благодаря этому увеличивает давление почти в сорок раз.

Единственное движение в турбине это вращательное, когда как в иных агрегатах внутреннего сгорания, помимо вращения коленвала также происходит движение поршня.

КПД и мощность газотурбинного двигателя выше чем у поршневого, несмотря на то, что вес и размеры меньше.

Для экономного потребления топлива газовая турбина оснащена теплообменником — диском из керамики, который функционирует от двигателя с небольшой частотой вращения.

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.

Плюсы и минусы двигателя

Газовая турбина, как и паровая, развивает большие обороты, что позволяет ей набирать хорошую мощность, несмотря на свои компактные размеры.

Охлаждается турбина очень просто и эффективно, для этого не нужно каких-либо дополнительных приборов. У нее нет трущихся элементов, а подшипников совсем немного, за счет чего движок способен функционировать надежно и долгое время без поломок.

Главный минус подобных агрегатов в том, что стоимость материалов, из которых они изготавливаются довольно высокая. Цена на ремонт газотурбинных двигателей тоже немалая. Но, несмотря на это они постоянно совершенствуются и разрабатываются во многих странах мира, включая нашу.

Газовую турбину не устанавливают на легковые автомобили, прежде всего из-за постоянной нужды в ограничении температуры газов, которые поступают на турбинные лопатки. Вследствие этого понижается КПД аппарата и повышается потребление горючего.

Сегодня уже придуманы некоторые методы, которые позволяют повысить КПД турбинных двигателей, например, с помощью охлаждения лопаток или применения тепла выхлопных газов для обогрева воздушного потока, который поступает в камеру. Поэтому вполне возможно, что через некоторое время разработчики смогут создать экономичный двигатель своими руками для автомобиля.

Среди главных преимуществ агрегата можно также выделить:

  • Низкое содержание вредоносных веществ в выхлопных газах;
  • Простота в обслуживании (не нужно менять масло, а все детали обладают износостойкостью и долговечностью);
  • Нет вибраций, поскольку есть возможность запросто сбалансировать вращающейся элементы;
  • Низкий уровень шума во время работы;
  • Хорошая характеристика кривой крутящего момента;
  • Заводиться быстро и без затруднений, а отклик двигателя на газ не запаздывает;
  • Повышенная удельная мощность.

Виды газотурбинных двигателей

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.

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.

Агрегат со свободно поршневым генератором

На сегодняшний день аппараты этого типа являются наиболее перспективными для авто. Устройство движка представлено блоком, который соединяет поршневой компрессор и 2-х тактовый дизель. В середине находится цилиндр с наличием двух поршней объединенных друг с другом с помощью специального приспособления.

Работа движка начинается с того, что воздух сжимается во время схождения поршней и происходит возгорание горючего. Газы образуются за счет сгоревшей смеси, они способствуют расхождению поршней при повышенной температуре. Затем газы оказываются в газо-сборнике. За счет продувочных щелей в цилиндр попадает пережатый воздух, помогающий очистить агрегат от отработанных газов. Затем цикл начинается заново.

Источник: http://avtodvigateli.com/vidy/gibridnyj/gazoturbinnyj-dvigatel.html

Малый авиационный газотурбинный двигатель

Экспериментальные образцы газотурбинных двигателей (ГТД) впервые появились в преддверии Второй мировой войны. Разработки воплотились в жизнь в начале пятидесятых годов: газотурбинные двигатели активно использовались в военном и гражданском самолетостроении. На третьем этапе внедрения в промышленность малые газотурбинные двигатели, представленные микротурбинными электростанциями, начали широко применяться во всех сферах промышленности.

Общие сведения о ГТД

Принцип функционирования общий для всех ГТД и заключается в трансформации энергии сжатого нагретого воздуха в механическую работу вала газовой турбины. Воздух, попадая в направляющий аппарат и компрессор, сжимается и в таком виде попадает в камеру сгорания, где производится впрыскивание топлива и поджег рабочей смеси.

Газы, образовавшиеся в результате сгорания, под высоким давлением проходят сквозь турбину и вращают ее лопатки. Часть энергии вращения расходуется на вращение вала компрессора, но большая часть энергии сжатого газа преобразуется в полезную механическую работу вращения вала турбины.

Среди всех двигателей внутреннего сгорания (ДВС), газотурбинные установки обладают наибольшей мощностью: до 6 кВт/кг.

Работают ГТД на большинстве видов диспергированного топлива, чем выгодно отличаются от прочих ДВС.

Проблемы разработки малых ТГД

При уменьшении размера ГТД происходит уменьшение КПД и удельной мощности по сравнению с обычными турбореактивными двигателями. При этом удельная величина расхода топлива так же возрастает; ухудшаются аэродинамические характеристики проточных участков турбины и компрессора, снижается КПД этих элементов. В камере сгорания, в результате уменьшения расхода воздуха, снижается коэффициент полноты сгорания ТВС.

Снижение КПД узлов ГТД при уменьшении его габаритов приводит к уменьшению КПД всего агрегата. Поэтому, при модернизации модели, конструкторы уделяют особое внимание увеличению КПД отдельно взятых элементов, вплоть до 1%.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как работает главный цилиндр сцепления

Для сравнения: при увеличении КПД компрессора с 85% до 86%, КПД турбины возрастает с 80% до 81%, а общий КПД двигателя увеличивается сразу на 1,7%. Это говорит о том, что при фиксированном расходе топлива, удельная мощность увеличится на ту же величину.

Авиационный ГТД «Климов ГТД-350» для вертолета Ми-2

Впервые разработка ГТД-350 началась еще в 1959 году в ОКБ-117 под начальством конструктора С.П. Изотова. Изначально задача состояла в разработке малого двигателя для вертолета МИ-2.

МИ-2

На этапе проектирования были применены экспериментальные установки, использован метод поузловой доводки.

В процессе исследования созданы методики расчета малогабаритных лопаточных аппаратов, проводились конструктивные мероприятия по демпфированию высокооборотных роторов. Первые образцы рабочей модели двигателя появились в 1961 году.

Воздушные испытания вертолета Ми-2 с ГТД-350 впервые были проведены 22 сентября 1961 года. По результатам испытаний, два вертолетных двигателя разнесли в стороны, переоснастив трансмиссию.

Государственную сертификацию двигатель прошел в 1963 году. Серийное производство открылось в польском городе Жешув в 1964 году под руководством советских специалистов и продолжалось до 1990 года.

Малый газотурбинный двигатель отечественного производства ГТД-350 имеет следующие ТТХ:

— вес: 139 кг;— габариты:  1385 х 626 х 760 мм;— номинальная мощность на валу свободной турбины: 400 л.с.(295 кВт);— частота вращения свободной турбины: 24000;— диапазон рабочих температур -60+60  ºC;— удельный расход топлива 0,5 кг/кВт час;— топливо — керосин;— мощность крейсерская:  265 л.с;

— мощность взлётная: 400 л.с.

В целях безопасности полетов на вертолет Ми-2 устанавливают 2 двигателя. Спаренная установка позволяет воздушному судну благополучно завершить полет в случае отказа одной из силовых установок.

ГТД — 350 на данный момент морально устарел, в современной малой авиации нужны более можные, надежные и дешевые газотурбинные двигатели. На современный момент новый и перспективным отечественным двигателем является МД-120, корпорации «Салют». Масса двигателя — 35кг, тяга двигателя 120кгс.

Общая схема

Конструктивная схема ГТД-350 несколько необычна за счет расположения камеры сгорания не сразу за компрессором, как в стандартных образцах, а за турбиной. При этом турбина приложена к компрессору. Такая необычная компоновка узлов сокращает длину силовых валов двигателя, следовательно, снижает вес агрегата и позволяет достичь высоких оборотов ротора и экономичности.

В процессе работы двигателя, воздух поступает через ВНА, проходит ступени осевого компрессора, центробежную ступень и достигает воздухосборной улитки. Оттуда, по двум трубам воздух подается в заднюю часть двигателя к камере сгорания, где  меняет направление потока на противоположное и поступает на турбинные колеса. Основные узлы ГТД-350: компрессор, камера сгорания, турбина, газосборник и редуктор. Системы двигателя представлены: смазочной, регулировочной и противообледенительной.

Агрегат расчленен на самостоятельные узлы, что позволяет производить отдельные запчасти и обеспечивать их быстрый ремонт. Двигатель постоянно дорабатывается и на сегодняшний день его модификацией и производством занимается ОАО «Климов». Первоначальный ресурс ГТД-350 составлял всего 200 часов, но в процессе модификации был постепенно доведен до 1000 часов. На картинке представлена общая смеха механической связи всех узлов и агрегатов.

Малые ГТД: области применения

Микротурбины применяют в промышленности и быту в качестве автономных источников электроэнергии.— Мощность микротурбин составляет 30-1000 кВт;

— объем не превышает 4 кубических метра.

Среди преимуществ малых ГТД можно выделить:— широкий диапазон нагрузок;— низкая вибрация и уровень шума;— работа на различных видах топлива;— небольшие габариты;

— низкий уровень эмиссии выхлопов.

Отрицательные моменты:— сложность электронной схемы (в стандартном варианте силовая схема выполняется с двойным энергопреобразованием);

— силовая турбина с механизмом поддержания оборотов значительно повышает стоимость и усложняет производство всего агрегата.

На сегодняшний день турбогенераторы не получили такого широкого распространения в России и на постсоветском пространстве, как в странах США и Европы в виду высокой стоимости производства. Однако, по проведенным расчетам, одиночная газотурбинная автономная установка мощностью 100 кВт и КПД 30% может быть использована для энергоснабжения стандартных 80 квартир с газовыми плитами.

Коротенькое видео, использования турбовального двигателя для электрогенератора.

За счет установки абсорбционных холодильников, микротурбина может использоваться в качестве системы кондиционирования и для одновременного охлаждения значительного количества помещений.

Автомобильная промышленность

Малые ГТД продемонстрировали удовлетворительные результаты при проведении дорожных испытаний, однако стоимость автомобиля, за счет сложности элементов конструкции многократно возрастает. ГТД с мощностью 100-1200 л.с. имеют характеристики, подобные бензиновым двигателям, однако в ближайшее время не ожидается массовое производство таких авто. Для решения этих задач необходимо усовершенствовать и удешевить все составляющие части двигателя.

По иному дела обстоят в оборонной промышленности. Военные не обращают внимание на стоимость, для них важнее эксплуатационные характеристики. Военным нужна была мощная, компактная, безотказная силовая установка для танков. И в середине 60-ых годов 20 века к этой проблеме привлекли Сергея Изотова, создателя силовой установки для МИ-2 — ГТД-350.

КБ Изотова начало разработку и в итоге создало ГТД-1000 для танка Т-80. Пожалуй это единственный положительный опыт использования ГТД для наземного транспорта. Недостатки использования двигателя на танке — это его прожорливость и привередливость к чистоте проходящего по рабочему тракту воздуху.

Внизу представлено короткое видео работы танкового ГТД-1000.

Малая авиация

На сегодняшний день высокая стоимость и низкая надежность поршневых двигателей с мощностью 50-150 кВт не позволяют малой авиации России уверенно расправить крылья. Такие двигатели, как «Rotax» не сертифицированы на территории России, а двигатели «Lycoming», применяемые в сельскохозяйственной авиации имеют заведомо завышенную стоимость. Кроме того, они работают на бензине, который не производится в нашей стране, что дополнительно увеличивает стоимость эксплуатации.

Именно малая авиация, как ни одна другая отрасль нуждается в проектах малых ГТД. Развивая инфраструктуру производства малых турбин, можно с уверенностью говорить о возрождении сельскохозяйственной авиации. За рубежом производством малых ГТД занимается достаточное количество фирм. Сфера применения: частные самолеты и беспилотники. Среди моделей для легких самолетов можно выделить чешские двигателиTJ100A, TP100 и TP180, и американский TPR80.

В России со времен СССР малые и средние ГТД разрабатывались в основном для вертолетов и легких самолетов. Их ресурс составлял от 4 до 8 тыс. часов,

На сегодняшний день для нужд вертолета МИ-2 продолжают выпускаться малые ГТД завода «Климов» такие как: ГТД-350, РД-33,ТВЗ-117ВМА, ТВ-2-117А, ВК-2500ПС-03 и ТВ-7-117В.

Источник: http://zewerok.ru/malyj-tvd/

Газотурбинный танк Т-80У: тест-драйв «Популярной механики»

Редко какой танк или другой вид российского оружия вызывает столько споров и противоречивых мнений, как Т-80. Обсуждение этой боевой машины, ведущей свою родословную из 1960-х, стало вдруг актуальным в связи с озвученными планами модернизации стоящих на вооружении Российской армии танков Т-80БВ. «ПМ» провела тест-драйв Т-80У и обсудила с экспертом технические особенности этого семейства танков.

Т-80 — первый в мире серийно производимый танк с газотурбинным двигателем (ГТД). Работы по оснащению танков силовыми установками этого типа начались еще в конце 1950-х годов. Тогда на опытные образцы боевых машин ставились вертолетные двигатели. Быстро выяснилось, что они неспособны нормально работать в наземных условиях — вибрация и облака пыли быстро выводили ГТД из строя. Пришлось разрабатывать двигатель с самого нуля.

Но откуда вообще возникла идея устанавливать газотурбинный двигатель на танк? «Во-первых, таким образом хотели решить проблему повышения боеготовности машины в условиях нашего сурового климата, — говорит Сергей Суворов, военный эксперт, кандидат военных наук, в прошлом — офицер-танкист.

— Для того чтобы танк с дизельным двигателем мог начать движение при температурах от 0 до -20°С, необходимо для начала разогреть двигатель с помощью специального устройства — подогревателя — в течение 20−30 минут, затем запустить силовой агрегат и еще прогревать его около 10 минут на холостом ходу, пока температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения не поднимется примерно до 40 °C.

Таким образом, зимой требуется в общей сложности 30−40 минут для выхода танка по тревоге из парка, что в боевых условиях немало. Газотурбинный танк может трогаться с места уже через 45 секунд после нажатия на кнопку пуска двигателя независимо от температуры окружающего воздуха.

Второе преимущество ГТД — так называемый коэффициент приспособляемости двигателя. Чем выше его значение, тем проще может быть конструкция коробки передач. Коробка передач Т-80 схожа с той, что установлена на Т-64, но в ней убран один планетарный ряд — в результате вместо семи передач их всего четыре. А упрощение всегда означает повышение надежности и удешевление конструкции, снижение утомляемости механика-водителя. Впрочем, сам по себе газотурбинный двигатель заметно дороже дизельного».

Не задохнуться в пыли

Еще одним толчком для советских конструкторов стала информация о том, что темой газотурбинных танков стали интересоваться в США. В условиях холодной войны и гонки вооружений советское руководство не могло пропустить такую информацию мимо ушей. Нашей оборонке пришлось срочно приступить к работе, и в результате Т-80 появился на свет раньше своего газотурбинного собрата-конкурента — танка M1A1 Abrams — на несколько лет.

Одной из главных задач, которую предстояло решить конструкторам, была защита газотурбинного двигателя от пыли. Та система очистки воздуха, которую в результате удалось сделать, уникальна, и аналогов в мире ей нет.

Газотурбинный Abrams тоже имеет систему очистки, однако в ходе американской операции в Ираке «Буря в пустыне» выяснилось, что в условиях песчаной бури американский танк мог двигаться или стоять на месте с работающим двигателем не более 15 минут. Затем приходилось останавливаться и вытряхивать песок из бумажных фильтров. В Т-80 с пылью боролись прямоточные циклоны — вихревые газоочистители.

Кроме того, пневмовибратор стряхивал песок с наиболее подверженного загрязнению соплового аппарата. После остановки двигателя пыль также стряхивалась с лопаток турбины, и на них не происходило запекания песка в виде стекловидной массы.

«Когда Т-80 движется на тебя, на расстоянии до 30 м машины совсем не слышно, — рассказывает Сергей Суворов. — Первое, что доносится до слуха, — это лязг зубьев ведущих колес. Танк не дымит, выпуская практически чистый горячий воздух. Я служил на Т-80 и думаю, что в плане комфорта среди отечественных танков ему не было равных до появления Т-90АМ. Сказки о комфорте в танках западного производства так и остались сказками.

Уровень эргономики во всех «абрамсах», «леопардах», «меркавах» и прочих «челленджерах» примерно на уровне Т-55 или Т-62. В «восьмидесятках» при -35°С механик-водитель раздевался да нательного белья, я сидел в башне на командирском месте в хромовых сапогах. Никаких рукавиц — тонкие кожаные перчатки. На других машинах в холод без нескольких слоев одежды, меховых варежек, шерстяной маски на лицо и валенок в башне не поездишь».

Т-80У — наиболее совершенная на сегодня машина из всего семейства Т-80. В этой модификации, появившейся в 1985 году, был применен новый комплекс вооружения. Несколько лет спустя тот же комплекс поставили на танк Т-72Б, после этого и ряда доработок танк получил наименование Т-90. Он располагает более мощным двигателем ГТД-1250 (1250 л.с. против 1100 л.с. у предшествующих модификаций).

В прошлом году появились сообщения о планах модернизации имеющегося в стране парка танков Т-80БВ, включающего несколько тысяч машин, и хотя официально параметры программы не объявлены, можно предположить, что итогом станет боевая машина, не уступающая по боевым свойствам Т-80У (а по некоторым показателям превосходящая его).

Вероятно, будет произведена замена двигателя на ГТД-1250, танк оборудуют системой управления огнем 1А45 «Иртыш» с лазерным прицелом-дальномером, цифровым баллистическим вычислителем, комбинированным ночным прицелом и комплексом управляемого ракетного вооружения, способного стрелять ракетами типа «Инвар-М».

Также машина получит современную динамическую защиту.

На пути к гибриду

Одна из главных претензий, предъявляемых танку Т-80, — прожорливость его газотурбинного двигателя. С этим трудно поспорить — ГТД действительно потребляет больше топлива, чем дизель. «Основной вид горючего для этого танка — дизельное топливо, — говорит Сергей Суворов, — но Т-80 может ездить и на керосине, и на смесях бензина.

Как-то во время службы на Урале я столкнулся с ситуацией, когда мои танки ездили практически на воде. Баки нам заправили какой-то белой, похожей на молоко жидкостью, в которой воды было, наверно, не меньше 50%. Я тогда задавал себе вопрос — сколько бы на этой адской смеси проехал Abrams? А Т-80 ездили как ни в чем не бывало. При этом температура воздуха в тот день была ниже -10°С. Но проверку батальон сдал.

Правда, потом от влаги начались проблемы в работе топливной системы двигателя».

Как считает Сергей Суворов, относительно низкая экономичность Т-80 связана не только и не столько с применением ГТД, сколько с конструкцией именно танковых газотурбинных двигателей. В отличие от дизеля, мотор Т-80 имеет более низкую приемистость. Чтобы набрать максимальные обороты, а следовательно, и мощность, дизелю надо полсекунды, а ГТД-1000/1250 — секунды три-четыре.

Если на пути танка яма, механик-водитель должен бросить педаль газа, то есть сократить подачу топлива. Двигатель резко сбрасывает обороты, и танк фактически останавливается. Потом механик снова нажимает педаль подачи топлива, но требуется еще несколько секунд, пока турбина раскрутится снова.

Чтобы не стоять в ямах, танкистов обучали раскручивать турбину до максимальных оборотов, а затем в яме замедляться с помощью системы торможения. Танк при этом не глохнет — так как нет жесткой связи между турбиной двигателя и трансмиссией, между ними связь только газодинамическая, однако топливо продолжает литься рекой.

«В танковом газотурбинном двигателе была изначально применена не совсем правильная идеология подачи топлива, — объясняет Сергей Суворов. — Например, в ряде авиационных газотурбинных двигателей после запуска автоматически поддерживается заданное значение постоянных оборотов, а регулирование мощности на валу осуществляется за счет изменения подачи топлива, без изменения частоты вращения турбины.

Если бы в танковом двигателе существовала такая же система, тогда и расход топлива был бы почти таким же, как на дизеле». Впрочем, конструкторская мысль не стоит на месте. Уже разработан перспективный газотурбинный танковый двигатель ГТД-1500, который по экономичности не уступает дизелям.

Пока страшно не станет

Я стою на танковом полигоне в подмосковной Кубинке перед своей мечтой — танком Т-80У. Для неспециалиста он совсем неотличим от других массовых советских танков типа Т-72, но с ними его роднит только тип боеприпасов.

Т-80 устроен совсем иначе, чем обычные дизельные танки, но управляется гораздо проще, инструктирует меня командир танка сержант Степанов. В нем всего две педали, и он никогда не глохнет. Правая педаль газа отвечает за подачу топлива, а левая — за работу регулируемого соплового аппарата, РСА. Правой педалью газа ты раскручиваешь основную турбину, а левой меняешь положение лопаток силовой турбины.

Сержант Степанов рекомендует мне держать правую педаль на максимуме, а работать только левой. Отпустил — несешься вперед, нужно подтормозить — слегка нажал, лопатки поменяли угол, скорость замедлилась. Нажал сильнее — они приняли отрицательный угол, и Т-80 тормозит турбиной. Нажал еще сильнее — и только тогда в дело вступают гидравлические тормоза.

«Выжал РСА, включил передачу и движешься, — я внимаю каждому слову Степанова, — мощный двигатель Т-80 никогда не заглохнет, если не кончится горючее. Не связанную валом с компрессором силовую турбину раскручивает поток горячего газа из газогенератора. Даже если турбина застопорится, ничто не помешает газогенератору продолжать работу. Если на подъеме мощности не хватает, танк просто останавливается, но турбина не глохнет. Переключаешься на пониженную и вперед.

А на Т-72 идет нагрузка на дизель. Так как у него прямое сцепление с двигателем, при подъеме в гору надо нажать сцепление, включить передачу, и в этот момент можно скатиться назад».

46-тонная машина стоит как вкопанная, и не верится, что эту массу железа что-то может сдвинуть с места. Выполняю все рекомендации Степанова, и Т-80 резво начинает движение по полигону.

Левый рычаг на себя, газ не сбрасываем, и танк легко, почти на месте делает полицейский разворот! И это 46-тонная машина! Летим к небольшой полигонной горке. Переключаемся на передачу ниже, и танк без надрыва взлетает на самый верх, турбина монотонно свистит за спиной.

Уже через десять минут езды я чувствую себя заправским механиком-водителем и жалею, что в армии попал не в танковые войска.

«Я управлял и Т-72, и Т-90, но для меня самый лучший танк — Т-80, — говорит сержант Степанов. — Т-80 ускоряется очень быстро, быстро набирает скорость и движется намного быстрее, чем Т-72. Если Т-72 пойдет по ровной дороге 70 км/ч, то Т-80 можно разогнать, пока страшно не станет». И это тот случай, когда я готов подписаться под каждым словом.

Статья «Газотурбинный уникум Т-80» опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2017).

Источник: https://www.popmech.ru/weapon/367312-gazoturbinnyy-tank-t-80u-test-drayv-populyarnoy-mehaniki/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Эксперт по технике
Как работает снегоуборочная машина

Закрыть