Газотурбінні реактивні двигуни. Привіт студент. Історія створення ВМД
Експериментальні зразки газотурбінних двигунів (ВМД) вперше з'явилися напередодні Другої світової війни. Розробки втілилися в життя на початку п'ятдесятих років: газотурбінні двигуни активно використовувалися у військовому та цивільному літакобудуванні. На третьому етапі впровадження у промисловість малі газотурбінні двигуни, представлені мікротурбінними електростанціями, почали широко застосовуватись у всіх сферах промисловості.
Загальні відомості про ВМД
Принцип функціонування загальний всім ВМД і полягає у трансформації енергії стисненого нагрітого повітря на механічну роботу валу газової турбіни. Повітря, потрапляючи в направляючий апарат і компресор, стискається і в такому вигляді потрапляє в камеру згоряння, де виробляється впорскування палива та підпалювання робочої суміші. Гази, що утворилися в результаті згоряння, під високим тиском проходять крізь турбіну та обертають її лопатки. Частина енергії обертання витрачається обертання валу компресора, але більшість енергії стиснутого газу перетворюється на корисну механічну роботу обертання валу турбіни. Серед усіх двигунів внутрішнього згоряння(ДВС), газотурбінні установки мають найбільшу потужність: до 6 кВт/кг.
Працюють ВМД на більшості видів диспергованого палива, що вигідно відрізняються від інших ДВЗ.
Проблеми розробки малих ТГД
При зменшенні розміру ВМД відбувається зменшення ККД та питомої потужності порівняно із звичайними турбореактивними двигунами. При цьому питома величина витрати палива також зростає; погіршуються аеродинамічні характеристики проточних ділянок турбіни та компресора, знижується ККД цих елементів. У камері згоряння внаслідок зменшення витрати повітря знижується коефіцієнт повноти згоряння ТВС.
Зниження ККД вузлів ВМД при зменшенні його габаритів призводить до зменшення ККД всього агрегату. Тому при модернізації моделі конструктори приділяють особливу увагу збільшенню ККД окремо взятих елементів, аж до 1%.
Для порівняння: при збільшенні ККД компресора з 85% до 86% ККД турбіни зростає з 80% до 81%, а загальний ККД двигуназбільшується одразу на 1,7%. Це говорить про те, що при фіксованій витраті палива, питома потужність збільшиться на ту саму величину.
Авіаційний ВМД «Клімов ВМД-350» для вертольота Мі-2
Вперше розробка ВМД-350 розпочалася ще 1959 року у ОКБ-117 під керівництвом конструктора С.П. Ізотова. Спочатку завдання полягало у розробці малого двигуна для вертольота МІ-2.
На етапі проектування було застосовано експериментальні установки, використано метод повузлового доведення. У процесі дослідження створено методики розрахунку малогабаритних лопаткових апаратів, проводилися конструктивні заходи щодо демпфування високооборотних роторів. Перші зразки робочої моделі двигуна з'явилися 1961 року. Повітряні випробування вертольота Мі-2 із ВМД-350 вперше було проведено 22 вересня 1961 року. За результатами випробувань, два вертолітні двигуни рознесли в сторони, переоснастивши трансмісію.
Державну сертифікацію двигун пройшов 1963 року. Серійне виробництво відкрилося у польському місті Жешув у 1964 році під керівництвом радянських фахівців та тривало до 1990 року.
Мал ий газотурбінний двигун вітчизняного виробництва ВМД-350 має такі ТТХ:
- Вага: 139 кг;
- Габарити: 1385 х 626 х 760 мм;
- Номінальна потужність на валу вільної турбіни: 400 к.с.(295 кВт);
- Частота обертання вільної турбіни: 24000;
- Діапазон робочих температур -60 ... +60 ºC;
- Питома витрата палива 0,5 кг/кВт годину;
- Паливо - гас;
- Потужність крейсерська: 265 к.с;
- Потужність злітна: 400 к.с.
З метою безпеки польотів на вертоліт Мі-2 встановлюють 2 двигуни. Спарена установка дозволяє повітряному судну успішно завершити політ у разі відмови однієї із силових установок.
ВМД - 350 на даний момент морально застарів, у сучасній малій авіації потрібні більш потужні, надійні та дешеві газотурбінні двигуни. На сучасний момент новим і перспективним вітчизняним двигуном є МД-120, корпорації «Салют». Маса двигуна - 35кг, тяга двигуна 120кгс.
Загальна схема
Конструктивна схема ВМД-350 дещо незвичайна за рахунок розташування камери згоряння не відразу за компресором, як у стандартних зразках, а за турбіною. При цьому турбіна прикладена до компресора. Таке незвичайне компонування вузлів скорочує довжину силових валів двигуна, отже, знижує вагу агрегату і дозволяє досягти високих оборотівротора та економічності.
У процесі роботи двигуна повітря надходить через ВНА, проходить щаблі осьового компресора, відцентровий ступінь і досягає повітрозбірного равлика. Звідти, по двох труб повітря подається в задню частину двигуна до камери згоряння, де змінює напрямок потоку на протилежне і надходить на турбінні колеса. Основні вузли ВМД-350: компресор, камера згоряння, турбіна, газозбірник та редуктор. Системи двигуна представлені: мастильною, регулювальною та протиобледенительной.
Агрегат розчленований на самостійні вузли, що дозволяє робити окремі запчастини та забезпечувати їх швидкий ремонт. Двигун постійно доопрацьовується і сьогодні його модифікацією і виробництвом займається ВАТ «Климов». Початковий ресурс ВМД-350 становив лише 200 годин, але в процесі модифікації був поступово доведений до 1000 годин. На картинці представлено загальний сміх механічного зв'язку всіх вузлів та агрегатів.
Малі ВМД: сфери застосування
Мікротурбіни застосовують у промисловості та побуті як автономні джерела електроенергії.
- Потужність мікротурбін становить 30-1000 кВт;
- Обсяг не перевищує 4 кубічних метра.
Серед переваг малих ВМД можна назвати:
- Широкий діапазон навантажень;
- низька вібрація та рівень шуму;
- робота на різних видахпалива;
- Невеликі габарити;
— низький рівеньемісії вихлопів.
Негативні моменти:
- Складність електронної схеми(У стандартному варіанті силова схема виконується з подвійним енергоперетворенням);
- силова турбіна з механізмом підтримки обертів значно підвищує вартість та ускладнює виробництво всього агрегату.
На сьогоднішній день турбогенератори не набули такого широкого поширення в Росії та на пострадянському просторі, як у країнах США та Європи через високу вартість виробництва. Проте, за проведеними розрахунками, одиночна газотурбінная автономна установка потужністю 100 кВт та ККД 30% може бути використана для енергопостачання стандартних 80 квартир із газовими плитами.
Коротеньке відео використання турбувального двигуна для електрогенератора.
За рахунок встановлення абсорбційних холодильників, мікротурбіну може використовуватися як система кондиціонування і для одночасного охолодження значної кількості приміщень.
Автомобільна промисловість
Малі ВМД продемонстрували задовільні результати під час проведення дорожніх випробуваньПроте вартість автомобіля, за рахунок складності елементів конструкції багаторазово зростає. ВМД з потужністю 100-1200 к.с. мають характеристики, подібні бензиновим двигунамПроте найближчим часом не очікується масове виробництво таких авто. Для вирішення цих завдань необхідно вдосконалити та здешевити всі складові двигуна.
Інакше справи в оборонній промисловості. Військові не звертають увагу на вартість, для них важливіше експлуатаційні характеристики. Військовим потрібна була потужна, компактна, безвідмовна силова установка для танків. І в середині 60-х років 20 століття до цієї проблеми залучили Сергія Ізотова, творця силової установки для МІ-2 - ВМД-350. КБ Ізотова почало розробку і в результаті створило ВМД-1000 для танка Т-80. Мабуть це єдиний позитивний досвід використання ВМД для наземного транспорту. Недоліки використання двигуна на танку - це його ненажерливість і вибагливість до чистоти повітря, що проходить по робочому тракту. Внизу представлено коротке відео роботи танкового ВМД-1000.
Мала авіація
На сьогоднішній день висока вартість та низька надійність поршневих двигунів з потужністю 50-150 кВт не дозволяють малій авіації Росії впевнено розправити крила. Такі двигуни, як Rotax не сертифіковані на території Росії, а двигуни Lycoming, що застосовуються в сільськогосподарській авіації мають свідомо завищену вартість. Крім того, вони працюють на бензині, який не виробляється у нашій країні, що додатково збільшує вартість експлуатації.
Саме мала авіація, як жодна інша галузь потребує проектів малих ВМД. Розвиваючи інфраструктуру виробництва малих турбін, можна впевнено говорити про відродження сільськогосподарської авіації. За кордоном виробництвом малих ВМД займається достатньо фірм. Сфера застосування: приватні літаки та безпілотники. Серед моделей для легких літаків можна виділити чеські двигуни TJ100A, TP100 та TP180 та американський TPR80.
У Росії її з часів СРСР малі і середні ВМД розроблялися переважно вертольотів і легких літаків. Їхній ресурс становив від 4 до 8 тис. годин,
На сьогоднішній день для потреб вертольота МІ-2 продовжують випускатися малі ВМД заводу «Климов» такі як: ВМД-350, РД-33, ТВЗ-117ВМА, ТВ-2-117А, ВК-2500ПС-03 та ТВ-7-117В.
ВСТУП
В даний час авіаційні газотурбінні двигуни, що відпрацювали свій льотний ресурс, знаходять застосування для приводу газоперекачувальних агрегатів, електрогенераторів, газоструминних установок, пристроїв для очищення кар'єрів, снігоочисників і т.д. Проте тривожний стан вітчизняної енергетики потребує застосування авіадвигунів та залучення виробничого потенціалу авіаційної галузі насамперед у розвиток промислової енергетики.
Масове застосування авіадвигунів, що відпрацювали льотний ресурс і зберегли здатність до подальшого використання, дозволяє в масштабах співдружності незалежних держав вирішити поставлене завдання, оскільки в умовах загального спаду виробництва збереження уречевленого в двигунах праці та економія дорогих матеріалів, що використовуються при їх створенні, дозволяє не тільки загальмувати подальший економічний спад, а й досягти зростання економіки.
Досвід створення приводних газотурбінних установок на базі авіаційних двигунів, таких, як HK-12CT, HK-16CT , а потім НК-36СТ, НК-37 , НК-38СТ, АЛ-31СТ, ГТУ-12П,-16П,-25П підтвердив сказане вище.
На базі авіаційних двигунів надзвичайно вигідно створювати електростанції міського типу. Площа, що відчужується під станцію, не порівнянно менша, ніж для будівництва ТЕС, при одночасно кращих екологічних характеристиках. При цьому капіталовкладення при будівництві електростанцій можуть бути знижені на 30...35%, а також у 2...3 рази скорочено обсяг будівельно-монтажних робіт енергетичних блоків (цехів) та на 20...25% скорочено терміни будівництва порівняно із цехами, що використовують газотурбінні приводи стаціонарного типу. Хорошим прикладом є Безімянська ТЕЦ (м. Самара) з енергетичною потужністю 25 МВт і тепловою 39 Гкал/год, до складу якої вперше увійшов авіаційний газотурбінний двигун НК-37.
Існує ще кілька важливих міркувань на користь конвертування авіаційних двигунів. Одне пов'язані з своєрідністю розміщення природних ресурсів біля СНД. Відомо, що основні запаси нафти та газу розташовані у східних районах Західного та Східного Сибіру, тоді як основні споживачі енергії зосереджені в Європейській частині країни та на Уралі (де розміщена велика частина виробничих фондівта населення). У цих умовах підтримка економіки в цілому визначається можливістю організації транспорту енергоносіїв зі сходу на захід дешевими, транспортабельними силовими установками оптимальної потужності з високим рівнем автоматизації, здатними забезпечити експлуатацію у безлюдному варіанті «під замком».
Завдання забезпечення магістралей необхідною кількістю приводних агрегатів, що відповідають цим вимогам, найбільш раціонально вирішується шляхом продовження життя (конвертуванням) великих партій авіадвигунів, що знімаються з крила, після вироблення ними льотного ресурсу Освоєння нових районів, позбавлених доріг і аеродромів, вимагає використання енергетичних установок малої маси і транспортується засобами (по воді або гелікоптерами), при цьому отримання максимальної питомої потужності (кВт/кг) також забезпечує конвертований авіадвигун. Зауважимо, що цей показник у авіадвигунів у 5...7 разів більший, ніж у стаціонарних установок. Вкажемо в цьому зв'язку ще одна перевага авіадвигуна - малий час виходу на номінальну потужність (обчислюється секундами), що робить його незамінним при аварійних ситуаціяхна атомних електростанціях, де авіадвигуни використовуються як резервні агрегати. Очевидно, енергетичні установки, створені на базі авіадвигунів, можуть використовуватися і як пікові на електростанціях, і як резервні агрегати для особливого періоду.
Отже, географічні особливості розміщення енергоносіїв, наявність великої (обчислюваної сотнями) кількості знімаються щорічно з крила авіадвигунів та зростання необхідної кількості приводів для різних галузей народного господарства вимагають переважного нарощування парку приводів на базі авіадвигунів. Нині частка авіаприводу у загальному балансі потужностей на компресорних станціях перевищує 33%. У розділі 1 книги наведено особливості експлуатації авіаційних ВМД як приводи для нагнітачів газоперекачувальних станцій та електрогенераторів, викладено вимоги та основні принципи кон. вертування, дано приклади виконаних конструкцій приводів та показано тенденції розвитку конвертованих авіадвигунів.
У розділі 2 розглянуто проблеми та напрями підвищення ККД та потужності приводів енергетичних установок, створюваних на базі авіаційних двигунів, введенням додаткових елементів у схему приводу та різними прийомами утилізації тепла Особливу увагуу роботі звернено створення енергетично ефективних приводів, орієнтованих отримання високих значень ККД (до 48...52%) і ресурсу роботи щонайменше (З0...60)103 годин.
На порядок денний поставлено питання збільшення ресурсу роботи приводу до тр = (100...120)-103 годин і зниження викидів шкідливих речовин. І тут виникає необхідність проведення додаткових заходів до переробки вузлів зі збереженням рівня та ідеології проектування авіаційних двигунів. Приводи з такими змінами призначаються лише для наземного застосування, оскільки їх масові (вагові) характеристики виявляються гіршими, ніж у вихідних авіаційних ВМД.
В окремих випадках, незважаючи на збільшення початкових витрат, пов'язаних із змінами конструкції двигуна, вартість життєвого циклу таких ГТУ виявляється меншою. Такі вдосконалення у ГТУ тим паче виправдовуються, оскільки вичерпання кількості двигунів, що є крилі, відбувається швидше, ніж вичерпання ресурсу установок, експлуатованих на газопроводах чи складі електростанцій.
Загалом книга відображає ідеї, які впроваджував Генеральний конструктор авіаційно-космічної техніки, академік АН СРСР та РАН
Н.Д. Кузнєцов у теорію та практику конвертування авіадвигунів, розпочату в 1957 році.
Під час підготовки книги, крім вітчизняних матеріалів, були використані роботи зарубіжних вчених та конструкторів, опубліковані у науково-технічних журналах.
Автори висловлюють подяку співробітникам ВАТ «СНТК ім. Н.Д. Кузнєцова» В.М. Данильченко, О.В. Назарову, О.П. Павлової, Д.І. Кустову, Л.П. Жолобової, Є.І. Сеніною за допомогу у підготовці рукопису.
- Назва:Конвертування авіаційних ВМД у ГТУ наземного застосування
- Є.А. Гриценка; B.П. Данильченко; C.В. Лукачов; В.Є. Резник; Ю.І. Цибізов
- Видавництво:Самарський науковий центр РАН
- Рік: 2004
- Сторінок: 271
- УДК 621.6.05
- Формат:.pdf
- Розмір: 9.0 Мб
- Якість:відмінне
- Серія або Випуск:-----
СКАЧАТИ БЕЗКОШТОВНО Конвертування авіаційних
ВМД у ГТУ наземного застосування
Увага! У вас немає прав для перегляду прихованого тексту.
У даному посібнику розглядається лише один тип газотурбінні двигуни ВМД т. ВМД широко застосовуються в авіаційній наземній та морській техніці.1 показані основні об'єкти застосування сучасних ВМД. В даний час у загальному обсязі світового виробництва ВМД у вартісному вираженні авіаційні двигуни становлять близько 70 наземні та морські близько 30 .
Поділіться роботою у соціальних мережах
Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук
Лекція 1
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ГАЗОТУРБІННІ ДВИГУНИ
1.1. Вступ
У сучасній техніці розроблено та використовується безліч різних типів двигунів.
У цьому посібнику розглядається лише одне тип - газотурбінні двигуни (ВМД), тобто. двигуни, що мають у своєму складі компресор, камеру згоряння та газову турбіну.
ВМД широко застосовуються в авіаційній, наземній та морській техніці. На рис. 1.1 показано основні об'єкти застосування сучасних ВМД.
Мал. 1.1. Класифікація ВМД за призначенням та об'єктами застосування
В даний час у загальному обсязі світового виробництва ВМД у вартісному вираженні авіаційні двигуни становлять близько 70%, наземні та морські - близько 30%. Обсяг виробництва наземних та морських ВМД розподіляється таким чином:
Енергетичні ВМД ~ 91%;
ВМД для приводу промислового обладнаннята наземних транспортних засобів ~ 5 %;
ВМД для приводу суднових рушіїв ~ 4%.
У сучасній цивільній та військовій авіації ВМД практично повністю витіснили поршневі двигуни та зайняли домінуюче становище.
Їхнє широке застосування в енергетиці, промисловості та транспорті стало можливим завдяки вищій енерговіддачі, компактності та малій вазі в порівнянні з іншими типами силових установок.
Високі питомі параметри ВМД забезпечуються особливостями конструкції та термодинамічного циклу. Цикл ВМД, хоч і складається з тих самих основних процесів, що й цикл поршневих двигунів внутрішнього згоряння, має суттєву відмінність. У поршневих двигунахпроцеси відбуваються послідовно, один за одним, в тому самому елементі двигуна - циліндрі. У ВМД ці ж процеси відбуваються одночасно і безперервно у різних елементах двигуна. Завдяки цьому в ВМД немає такої нерівномірності умов роботи елементів двигуна, як у поршневому, а Середня швидкістьі масова витрата робочого тіла в 50...100 разів вища, ніж у поршневих двигунах. Це дозволяє зосередити в малогабаритних ВМД великі потужності.
Авіаційні ВМД щодо способу створення тягового зусилля відносяться до класу реактивних двигунів, класифікація яких показана на рис. 1.2.
Мал. 1.2. Класифікація реактивних двигунів
До другої групи належать повітряно-реактивні двигуни (ВРД), котрим атмосферне повітря є основним компонентом робочого тіла, а кисень повітря використовується як окислювач. Задіяння повітряного середовища дозволяє значно скоротити запас робочого тіла та підвищити економічність двигуна.
Газотурбінні ВРД, що отримали свою назву через наявність турбокомпресорного агрегату, що має у своєму складі газову турбіну як основне джерело механічної енергії.
Реактивні двигуни, у яких вся корисна робота циклу витрачається прискорення робочого тіла, називаються двигунами прямої реакції. До них відносяться ракетні двигунивсіх типів, комбіновані двигуни, прямоточні та пульсуючі ВРД, а з групи ВМД - турбореактивні двигуни (ТРД) та двоконтурні турбореактивні двигуни (ТРД). Якщо ж основна частина корисної роботи циклу у вигляді механічної роботина валу двигуна передається спеціальному рушію, наприклад повітряному гвинту, такий двигун називається двигуном непрямої реакції. Прикладами двигунів непрямої реакції є турбогвинтовий двигун (ТВД) та вертолітний ВМД.
Класичним прикладом двигуна непрямої реакції може бути також поршнева гвинтомоторна установка. Якісної відмінності за способом створення тягового зусилля між нею та турбогвинтовим двигуном немає.
1.2. ВМД наземного та морського застосування
Паралельно з розвитком авіаційних ВМД почалося застосування ВМД у промисловості та на транспорті. B1939r. швейцарська фірма A.G. Brown Bonery ввела в експлуатацію першу електростанцію з газотурбінним приводом потужністю 4 МВт та ККД 17,4%. Ця електростанція і зараз перебуває у працездатному стані. У 1941 р. почав працювати перший залізничний газотурбовоз, обладнаний ВМД потужністю 1620 кВт розробки цієї фірми. З кінця 1940-хрр. ВМД починають застосовуватися для приводу морських суднових рушіїв, а з кінця 1950-х років. - у складі газоперекачувальних агрегатів на магістральних газопроводах для приводу нагнітачів газу.
Таким чином, постійно розширюючи область та масштаби свого застосування, ВМД розвиваються у напрямі підвищення одиничної потужності, економічності, надійності, автоматизації експлуатації, покращення екологічних характеристик.
Швидкому впровадженню ВМД у різні галузі промисловості та транспорту сприяли незаперечні переваги цього класу теплових двигунів перед іншими енергетичними установками - паротурбінними, дизельними та ін.
Велика потужність одному агрегаті;
Компактність, мала маса рис. 1.3;
Врівноваженість рухомих елементів;
Широкий діапазон застосовуваних палив;
Легкий і швидкий запуск, у тому числі при низьких температурах;
Хороші тягові характеристики;
Висока прийомистість та хороша керованість.
Мал. 1.3. Порівняння габаритних розмірівВМД та дизельного двигуна потужністю 3 МВт
Основним недоліком перших моделей на земних та морських ВМД була відносно низька економічність. Однак ця проблема досить швидко долалася у процесі постійного вдосконалення двигунів, чому сприяло випереджальний розвиток технологічно близьких авіаційних ВМД та перенесення передових технологій у наземні двигуни.
1.3. Області застосування наземних ВМД
1.3.1. Механічний привід промислового обладнання
Найбільш масове застосування ВМД механічного приводу знаходять у газовій промисловості. Вони використовуються для приводу нагнітачів природного газу у складі ДПА на компресорних станціях магістральних газопроводів, а також для приводу агрегатів закачування природного газу до підземних сховищ (рис. 1.4).
Мал. 1.4. Застосування ВМД для прямого приводу нагнітача газу:
1 | ВМД; 2 | трансмісія; 3 Нагнітач
ВМД використовуються також для приводу насосів, технологічних компресорів, повітродувок на підприємствах нафтової, нафтопереробної, хімічної та металургійної промисловості. Потужний діапазон ВМД від 0,5 до 50МВт.
Основна особливість перерахованого приводного обладнання - залежність споживаної потужності N від частоти обертання n (зазвичай близька до кубічної: N ~ n 3 ), температури і тиску середовищ, що нагнітаються. Тому ВМД механічного приводу повинні бути пристосовані до роботи зі змінними частотою обертання та потужністю. Цій вимогі найбільшою мірою відповідає схема ВМД із вільною силовою турбіною. Різні схеми наземних ВМД будуть розглянуті нижче.
1.3.2. Привід електрогенераторів
ВМД для приводу електрогенераторів Мал. 1.5 використовуються у складі газотурбінних електростанцій (ГТЕС) простого циклу та конденсаційних електростанцій комбінованого парогазового циклу (ПГУ), що виробляють «чисту» електроенергію, а також у складі когенераційних установок, що виробляють спільно електричну та теплову енергію.
Мал. 1.5. Застосування ВМД для приводу генератора (через редуктор):
1 – ВМД; 2 – трансмісія; 3 – редуктор; 4 | генератор.
Сучасні ГТЕС простого циклу мають відносно помірний електричний ККД.η ел =25...40 %, переважно використовують у піковому режимі експлуатації - покриття добових і сезонних коливань попиту електроенергію. Експлуатація ВМД у складі пікових ГТЕС характеризується високою циклічністю (великою кількістю циклів «пуск – навантаження – робота під навантаженням – зупинка»). Можливість прискореного пуску є важливою перевагою ВМД під час роботи в піковому режимі.
Електростанції з ПГУ використовуються у базовому режимі ( постійна роботаз навантаженням, близьким до номінального, з мінімальною кількістю циклів «пуск - зупинка» для проведення регламентних та ремонтних робіт). Сучасні ПГУ, що базуються на ВМД великої потужності ( N> 150 МВт ), досягають ККД вироблення електроенергіїη ел =58...60%.
У когенераційних установках тепло вихлопних газівВМД використовується в котлі-утилізаторі для виробництва гарячої водита (або) пара для технологічних потреб або в системах централізованого опалення. Спільне виробництво електричної та теплової енергії значно знижує її собівартість. Коефіцієнт використання тепла палива в когенераційних установках сягає 90%.
Електростанції з ПГУ та когенераційні установки є найбільш ефективними сучасними енергетичними системами, що динамічно розвиваються. В даний час світове виробництво енергетичних ВМД складає близько 12000 штук на рік сумарною потужністю близько 76000 МВт.
Основна особливість ВМД для приводу електрогенераторів - сталість частоти обертання вихідного валу на всіх режимах (від холостого ходу до максимального), а також і високі вимоги до точності підтримки частоти обертання, від якої залежить якість струму, що виробляється. Цим вимогам найбільше відповідають одновальні ВМД, тому вони широко використовуються в енергетиці. ВМД великої потужності ( N >60 МВт ), що працюють, як правило, у базовому режимі у складі потужних електростанції, виконуються виключно за одновальною схемою.
В енергетиці використовується весь потужний ряд ВМД від кількох десятків кВт до 350МВт.
1.3.3. Основні типи наземних ВМД
Наземні ВМД різного призначення та класу потужності можна розділити на три основні технологічні типи:
Стаціонарні ВМД;
ВМД, конвертовані з авіадвигунів (авіапохідні);
Мікротурбіни.
1.3. 3.1. Стаціонарні ВМД
Двигуни цього типу розробляються та виробляються на підприємствах енергомашинобудівного комплексу згідно з вимогами, що висуваються до енергетичного обладнання:
Високий ресурс (не менше 100 000 год) та термін служби (не менше 25 років);
Висока надійність;
Ремонтопридатність в умовах експлуатації;
Помірна вартість застосовуваних конструкційних матеріалів та ПММ для зниження вартості виробництва та експлуатації;
Відсутність жорстких габаритно-масових обмежень, важливих для авіаційних ВМД.
Перелічені вимоги сформували вигляд стаціонарних ВМД, котрим характерні такі особливості:
Максимально проста конструкція;
використання недорогих матеріалів з відносно низькими характеристиками;
Масивні корпуси, як правило, з горизонтальним роз'ємом для можливості виїмки та ремонту ротора ВМД в умовах експлуатації;
Конструкція камери згоряння, що забезпечує можливість ремонту та заміни жарових труб в умовах експлуатації;
Використання підшипників ковзання.
Типовий стаціонарний ВМД показаний на рис. 1.6.
Мал. 1. 6 . Стаціонарний ВМД (модель M 501 F фірми Mitsubishi )
потужністю 150 МВт.
В даний час ВМД стаціонарного типу використовуються у всіх галузях застосування наземних ВМД у широкому діапазоні потужності від 1МВт до 350 МВт.
На початкових етапах розвитку у стаціонарних ВМД застосовувалися помірні параметри циклу. Це пояснювалося деяким технологічним відставанням від авіаційних двигунів через відсутність потужної державної фінансової підтримки, якою користувалася авіадвигунобудівна галузь у всіх країнах-виробниках авіадвигунів. З кінця 1980-хр.р. почалося широке впровадження авіаційних технологій при проектуванні нових моделей ВМД та модернізації чинних.
На сьогодні потужні стаціонарні ВМД за рівнем термодинамічної та технологічної досконалості впритул наблизилися до авіаційних двигунів за збереження високого ресурсу та терміну служби.
1.3.3.2. Наземні ВМД, конвертовані з авіадвигунів
ВМД даного типу розробляються на базі авіаційних прототипів на підприємствах авіадвигунобудівного комплексу з використанням авіаційних технологій. Промислові ВМД, конвертовані з авіадвигунів, почали розроблятися на початку 1960-х. x р.р., коли ресурс цивільних авіаційних ВМД досяг прийнятної величини (2500...4000ч.).
Перші промислові установки з авіаприводом з'явилися в енергетиці як пікові або резервні агрегати. Подальшому швидкому впровадженню авіапохідних ВМД у промисловість та транспорт сприяли:
Швидший прогрес вавіадвигателестроении за параметрами циклу та підвищення надійності, ніж у стаціонарному газотурбобудуванні;
Висока якість виготовлення авіаційних ВМД та можливість організації їхнього централізованого ремонту;
Можливість використання авіадвигунів, що відпрацювали льотний ресурс, із необхідним ремонтом для експлуатації на землі;
Переваги авіаційних ВМД - мала маса і габарити, швидший пуск та прийомистість, менша потрібна потужність пускових пристроїв, менші потрібні капітальні витрати при будівництві об'єктів застосування.
При конвертації базового авіаційного двигуна в наземний ВМД у разі потреби замінюються матеріали деяких деталей холодної та гарячої частин, найбільш схильних до корозії. Так, наприклад, магнієві сплави замінюються на алюмінієві або сталеві, у гарячій частині застосовуються більш жаростійкі сплави з підвищеним вмістом хрому. Камера згоряння та система паливного живлення модифікуються для роботи на газоподібному паливі або під багатопаливний варіант. Допрацьовуються вузли, системи двигуна (запуску, автоматичного керування(САУ), протипожежна, маслосистема та ін.) та обв'язування для забезпечення роботи в наземних умовах. При необхідності посилюються деякі статорні та роторні деталі.
Обсяг конструктивних доробок базового авіадвигуна наземну модифікацію значною мірою визначається типом авіаційного ВМД.
Порівняння конвертованого ВМД та ВМД стаціонарного типу одного класу потужності показано на рис. 1.7.
Авіаційні ТВД та вертолітні ВМД функціонально та конструктивно більше інших авіадвигунів пристосовані для роботи як наземні ВМД. Вони практично не вимагають модифікації турбокомпресорної частини (крім камери згоряння).
У 1970-ті роки було розроблено наземний ВМД HK-12CT на базі одновального авіаційного ТВД HK-12, який експлуатувався на літаках ТУ-95, ТУ-114 та АН-22. Конвертований двигун HK-12CT потужністю 6,3 МВт був виконаний з вільною CT і працює у складі багатьох ДПА і досі.
В даний час конвертовані авіаційні ВМД різних виробників широко використовуються в енергетиці, промисловості, морських умовах та на транспорті.
Мал. 1.7. Порівняння типових конструкцій ВМД, конвертованого з авіадвигуна та ВМД стаціонарного типу одного класу потужності 25МВт:
1 тонкі корпуси; 2 | підшипники кочення; 3 ¦ виносні КС;
4 - масивні корпуси; 5 | підшипники ковзання; 6 горизонтальний роз'єм
Потужний ряд - від кількох сотень кіловат до 50МВт.
Цей тип ВМД характеризується найвищим ефективним ККД під час роботи у простому циклі, що з високими параметрами і ефективністю вузлів базових авіадвигунів.
1.3.3.3. Мікротурбіни
У 1990-ті роки за кордоном почали інтенсивно розроблятися енергетичні ВМД надмалу потужність (від 30 до 200 кВт), названі мікротурбінами.
Примітка: необхідно пам'ятати, що у зарубіжній практиці термінами «турбіна», «газова турбіна» позначається як окремий вузол турбіни, і ВМД загалом).
Особливості мікротурбін обумовлені їх виключно малою розмірністю та областю застосування. Мікротурбіни використовуються в малої енергетикиу складі компактних когенераційних установок (ГТУ-ТЕЦ) як автономні джерела електричної та теплової енергії. Мікротурбіни мають максимально просту конструкцію – одновальна схема та мінімальна кількість деталей рис.1.8.
Мал. 1.7. Мікротурбіна (модель ТА-60 фірми Elliot Energy Systems потужністю 60кВт)
Використовуються одноступінчастий відцентровий компресор і одноступінчаста доцентрова турбіна, виконані у вигляді моноколес. Частота обертання ротора через малу розмірність досягає 40000...120 000об/хв , тому застосовуються керамічні та газостатичні підшипники. Камера згоряння виконується багатопаливною і може працювати на газоподібному та рідкому паливі.
Конструктивно ВМД максимально інтегрується в енергетичну установку: ротор ВМД об'єднується однією валу з ротором високочастотного електричного генератора.
ККД мікротурбін у простому циклі становить 14...18%. Для підвищення ефективності часто використовують регенератори тепла вихлопних газів. ККД мікротурбіни в регенеративному циклі досягає 28...32%.
Відносно низька економічність мікротурбін пояснюється малою розмірністю та невисокими параметрами циклу, які застосовуються в даному типі ВМД для спрощення та здешевлення установок. Оскільки мікротурбіни працюють у складі когенераційних установок (ГТУ-ТЕЦ), низька економічність ВМД компенсується підвищеною тепловою потужністю, яка виробляється міні «ГТУ-ТЕЦ» за рахунок тепла вихлопних газів.
Коефіцієнт використання тепла палива у цих установках сягає 80 %.
1.4. Основні світові виробники ВМД
General Electric, США. Компанія General Electric (GE ) - найбільший світовий виробник авіаційних, наземних та морських ВМД. Відділення компанії General Electric Aircraft Engines (GE AE) в даний час займається розробкою та виробництвом авіаційних ВМД різних типів – ТРДД, ТРДДФ, ТВД та вертолітних ВМД.
Pratt & Whitney, США . ФірмаРгай & Whitney (PW) входить до складу компанії United Technologies Corporation (UTC).В даний час PW займається розробкою та виробництвом авіаційних ТРДД середньої та великої тяги.
Pratt & Whitney Canada , (Канада). Фірма Pratt & Whitney Canada (PWC) також входить до складу компанії UTC до групи PW. PWC займається розробкою та виробництвом малорозмірних ТРДД, ТВД та вертолітних ВМД.
Rolls-Royce (Велика Британія). Компанія Rolls-Royce в даний час розробляє та виробляє широкий спектр ВМД авіаційного, наземного та морського застосування.
Honeywell (США) . Компанія Honeywell займається розробкою та виробництвом авіаційних ВМД - ТРДД та ТРДДФ у малому класі тяги, ТВД та вертолітних ВМД.
Snecma (Франція). Компанія займається розробкою та виробництвом авіаційних ВМД - військових ТРДДФ та цивільних ТРДД спільно з компанією GE. Спільно з фірмою Rolls-Royce розробляла та виробляла ТРДФ «Олімп».
Turbomeca (Франція). Фірма Turbomeca в основному розробляє та випускає ТВД та вертолітні ВМД малої та середньої потужності.
Siemens (Німеччина). Профілем цієї великої фірми є стаціонарні наземні ВМД для енергетичного та механічного приводу та морського застосування у широкому діапазоні потужності.
Alstom (Франція, Великобританія).Компанія Alstom розробляє та виробляє стаціонарні одновальні енергетичні ВМД малої потужності.
Solar (США). Фірма Solar входить до складу компанії Caterpillar і займається розробкою та виробництвом стаціонарних ВМД малої потужності для енергетичного та механічного приводу та морського застосування.
ВАТ «Авіадвигун» (м. Перм). Розробляє, виготовляє та сертифікує авіаційні ВМД – цивільні ТРДД для магістральних літаків, військові ТРДДФ, вертолітні ВМД, а також авіапохідні наземні промислові ВМД для механічного та енергетичного приводу.
ГУНВП «Завод імені В.Я. Клімова» (м. Санкт-Петербург). Державне унітарне науково-виробниче підприємство «Завод ім. В.Я. Клімова» в Останніми рокамиспеціалізується на розробці та виробництві авіаційних ВМД. Номенклатура розробок широка – військові ТРДДФ, літакові ТВД та вертолітні ВМД; танкові ВМД, а також конвертовані промислові ВМД.
ВАТ "ЛМЗ" (м. Санкт-Петербург).ВАТ «Ленінградський Металевий завод» розробляє та виробляє стаціонарні енергетичні ВМД.
ФГУП "Мотор" (м. Уфа).Федеральне державне унітарне підприємство «Науково-виробниче підприємство "Мотор"» займається розробкою військових ТРД та ТРДФ для винищувачів та штурмовиків.
"Омське МКБ" (м. Омськ).АТ «Омське моторобудівне конструкторське бюро» займається розробкою малорозмірних ВМД та допоміжних СУ.
ВАТ «НВО "Сатурн"» (м.Рибінськ). ВАТ «Науково-виробниче об'єднання "Сатурн"» в останні роки розробляє та виробляє військові ТРДДФ, ТВД, вертолітні ВМД, конвертовані наземні ВМД. Спільно з НВО "Машпроект" (Україна) бере участь у програмі енергетичного одновального ВМД потужністю 110 МВт.
ВАТ «СНТК ім. Н.Д.Кузнєцова».ВАТ «Самарський науково-технічний комплекс ім. Н.Д. Кузнєцова» розробляє та випускає авіаційні ВМД (ТВД, ТРДД, ТРДДФ) та наземні ВМД, конвертовані з авіадвигунів.
AMHTK "Союз" (м. Москва).ВАТ «Авіамоторний науково-технічний комплекс «Союз»» розробляє та виготовляє авіаційні ВМД – ТРД, ТРДФ, підйомно-маршеві ТРДДФ.
Тушинське МКБ "Союз" (м. Москва). Державне підприємство "Тушинське машинобудівне конструкторське бюро "Союз"" займається доведенням та модернізацією військових ТРДФ.
НВП "Машпроект" (Україна, м. Миколаїв). Науково-виробниче підприємство «Зоря-Машпроект» (Україна, м. Миколаїв) розробляє та виготовляє ВМД для морських СУ, а також наземні ВМД для енергетичного та механічного приводу. Наземні двигуни є модифікація моделей морського застосування. Клас потужності ВМД: 2...30МВт . З 1990 р.р. НВП "Зоря-Машпроект" розробляє також стаціонарний одновальний енергетичний двигун UGT-110 потужністю 110 МВт.
ДП «ЗМКБ „Прогрес” ім. А.Г. Івченка» (Україна, м. Запоріжжя).Державне підприємство "Запорізьке машинобудівне конструкторське бюро "Прогрес" імені академіка О.Г. Івченко» спеціалізується на розробці, виготовленні дослідних зразків та сертифікації авіаційних ВМД - ТРДД у діапазоні тяги 17...230кН , літакових ТВД та вертолітних ВМД потужністю 1000...10000кВт , а також промислових наземних ВМД потужністю від 2,5 до 10000кВт.
Двигуни розробки «ЗМКБ "Прогрес" серійно випускаються вВАТ «Мотор Січ» (Україна, м. Запоріжжя). Найбільш масові серійні авіаційні двигуни та перспективні проекти:
ТВД та вертолітні ВМД - АІ-20, АІ-24, Д-27;
ТРДД – АІ-25, ДВ-2, Д-36, Д-18Т, Д-436Т1/Т2/ЛП.
Наземні ВМД:
Д-336-1/2, Д-336-2-8, Д-336-1/2-10.
Інші схожі роботи, які можуть вас зацікавити. |
|||
| 8415. | Загальні відомості про посилання | 20.99 KB | |
| Мова C пропонує альтернативу для більш безпечного доступу до змінних через покажчики. Оголосивши посилальну змінну, можна створити об'єкт, який як покажчик посилається на інше значення, але, на відміну від покажчика, постійно прив'язаний до цього значення. Таким чином, посилання на значення завжди посилається на це значення. | |||
| 12466. | Загальні відомості про гідропередачі | 48.9 KB | |
| Тому надалі для стислості викладу слово «статичні» зазвичай буде опускатися. При цьому зусилля F1 необхідне переміщення поршнів нескінченно мало. Для задоволення поняття статична гідропередача повинна бути виконана умова геометричного відділення порожнини нагнітання від порожнини всмоктування. | |||
| 17665. | Загальні відомості із метрології | 31.74 KB | |
| Сучасний стан вимірів у телекомунікаціях Процес удосконалення вимірювальних технологій підпорядковується загальній тенденції ускладнення високих технологій у процесі розвитку. Основними тенденціями у розвитку сучасної вимірювальної техніки є: розширення меж вимірюваних величин та підвищення точності вимірювань; розробка нових методів вимірювань та приладів з використанням нових принципівдії; впровадження автоматизованих інформаційно-вимірювальних систем, що характеризуються високою точністю швидкодією. | |||
| 14527. | Загальні відомості про методи прогнозування | 21.48 KB | |
| Загальні відомостіпро методи прогнозування ОФП у приміщенні Загальні поняття та відомості про небезпечні фактори пожежі. Методи прогнозування ОПФ Загальні поняття та відомості про небезпечні фактори пожежі Розробка економічно оптимальних та ефективних протипожежних заходів ґрунтується на науковообґрунтованому прогнозі динаміки ОФП. Сучасні методи прогнозування пожежі дають змогу відтворити відновити картину розвитку реальної пожежі. Це необхідно при криміналістичній чи пожежнотехнічній експертизі пожежі. | |||
| 7103. | ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ І ПОНЯТТЯ ПРО КОТЕЛЬНІ УСТАНОВКИ | 36.21 KB | |
| В результаті цього в парових котлах вода перетворюється на пару, а у водогрійних котлах нагрівається до необхідної температури. Тягодітьовий пристрій складається з дутьових вентиляторів системи газовоздуховодів димососів та димової труби за допомогою яких забезпечуються подача необхідної кількості повітря в топку та рух продуктів згоряння газоходами котла а також видалення їх в атмосферу. представлено схему котельної установки з паровими котлами. Установка складається з парового котла, який має два барабани верхній і нижній. | |||
| 6149. | Загальні відомості про промислові підприємства РФ та регіону | 29.44 KB | |
| Зокрема вугільні виробництва гірничорудні виробництва хімічні виробництва нафтовидобувні виробництва газодобувні виробництва геологорозвідувальні підприємства об'єкти експлуатуючі магістральні газопроводи підприємства газопостачання металургійні виробництва виробництва хлібопродуктів об'єкти котлонагляду об'єкти експлуатуючі стаціонарні вантажопідйомні механізми та споруди підприємства зайняті перевезенням небезпечних вантажівта інші. Класифікація об'єктів економіки промислових підприємств. | |||
| 1591. | ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ГЕОГРАФІЧНІ ІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ | 8.42 KB | |
| Географічна інформаційна системаабо геоінформаційна система (ГІС) - це інформаційна система, що забезпечує збирання, зберігання, обробку, аналіз та відображення просторових даних та пов'язаних з ними непросторових, а також отримання на їх основі інформації та знань про географічний простір. | |||
| 167. | Загальні відомості щодо експлуатації засобів обчислювальної техніки | 18.21 KB | |
| Основні поняття Засоби обчислювальної техніки СВТ це комп'ютери до яких належать персональні комп'ютери ПЕОМ мережеві робочі станції сервери та інші види комп'ютерів а також периферійні пристрої комп'ютерна оргтехніка та засоби міжкомп'ютерного зв'язку. Експлуатація СВТ полягає у використанні обладнання за призначенням, коли ВТ повинна виконувати весь комплекс покладених на неї завдань. Для ефективного використання та підтримки СВТ у працездатному стані в процесі експлуатації проводиться... | |||
| 10175. | Вихідні поняття та загальні відомості про методи прогнозування ОФП у приміщеннях | 15.8 KB | |
| Вихідні поняття та загальні відомості про методи прогнозування ОФП у приміщеннях План лекції: Введення Небезпечні фактори пожежі. Цілі лекції: Навчальні В результаті прослуховування матеріалу слухачі повинні знати: небезпечні фактори пожежі, що впливають на людей на конструкції та обладнання, гранично допустимі значення ОФП методи прогнозування ОФП Вміти: прогнозувати обстановку на пожежі. | |||
| 9440. | Загальні відомості про приймально-передавальні пристрої систем управління засобами ураження | 2.8 MB | |
| Електрична копія первинного повідомлення струм або напруга передачі, що підлягає, називається керуючим сигналом і позначається при аналітичному записі символами або. Назва обумовлена тим, що цей сигнал надалі управляє одним або декількома з параметрів високочастотних коливань в процесі модуляції. Спектри керуючих сигналів у зв'язку лежать у сфері низьких частот і ефективно випромінювані не можуть. | |||
Поширено повітряне охолодження, При якому повітря, що відбирається з компресора, пройшовши через канали системи охолодження, надходить у проточну частину турбіни.
Авіаційна газова турбінаслужать для приводу компресора турбореактивного двигуна, компресора та вентилятора двоконтурного турбореактивного двигуна та для приводу компресора та гвинта турбогвинтового двигуна. Авіаційна газова турбінавикористовуються також для приводу допоміжних агрегатівдвигунів і літальних апаратів - пускових пристроїв (стартерів), електричних генераторів, насосів пального та окислювача рідинному ракетному двигуні.
Розвиток Авіаційна газова турбінайде шляхом аеродинамічного конструктивного та технологічного вдосконалення; покращення газодинамічних характеристик проточної частини для забезпечення високого ккд у широкому діапазоні зміни режимів роботи, характерному для авіаційного двигуна; зменшення маси турбіни (при заданій потужності); подальшого підвищення температури газу на вході в турбіну; застосування новітніх високожароміцних матеріалів, покриттів та ефективного охолодження лопаток та дисків турбіни. Розвиток Авіаційна газова турбінахарактерно також подальшим збільшенням числа ступенів: у сучасних Авіаційна газова турбіначисло сходів сягає восьми.
Літ.:Теорія реактивних двигунів. Лопаткові машини, М., 1956; Скубачевський Р. С., Авіаційні газотурбінні двигуни, М., 1965; Абіанц Ст X., Теорія газових турбін реактивних двигунів, 2 видавництва, М., 1965.
С. З. Копелєв.
Одну з найпростіших конструкцій газотурбінного двигуна, для поняття його роботи, можна представити як вал, на якому знаходиться два диски з лопатками, перший - компресора, другий - турбіни, в проміжку між ними встановлена камера згоряння.
Принцип роботи газотурбінного двигуна:
Збільшення кількості палива, що подається (додавання «газу») викликає генерування більшої кількості газів високого тиску, Що, у свою чергу, веде до збільшення кількості обертів турбіни і диска(ів) компресора і, внаслідок цього, збільшення кількості повітря, що нагнітається, і його тиску, що дозволяє подати в камеру згоряння і спалити більше палива. Кількість паливо-повітряної суміші безпосередньо залежить від кількості повітря, поданого в камеру згоряння. Збільшення кількості ТВС (паливо-повітряної суміші) призведе до збільшення тиску в камері згоряння і температури газів на виході з камери згоряння і, внаслідок цього, дозволяє створити більшу енергію газів, що викидаються, спрямовану для обертання турбіни і підвищення реактивної сили .
Чим менший двигун, тим вищою повинна бути частота обертання валу(ів), необхідна для підтримки максимальної лінійної швидкості лопаток, так як довжина кола (шлях, що проходить лопатками за один оборот), прямо залежить від радіуса ротора. максимальна швидкістьтурбінних лопаток визначає максимальний тиск, який може бути досягнутий, що призводить до отримання максимальної потужності, незалежно від розміру двигуна. Вал реактивного двигуна обертається із частотою близько 10000 об/хв і мікротурбіну - із частотою близько 100000 об/хв.
Для подальшого розвитку авіаційних та газотурбінних двигунів раціонально застосовувати нові розробки в галузі високоміцних та жароміцних матеріалів для можливості підвищення температури та тиску. Застосування нових типів камер згоряння, систем охолодження, зменшення числа та маси деталей та двигуна в цілому можливе в прогресі застосування альтернативних видів палива, зміна самого представлення конструкції двигуна.
Газотурбінне встановлення (ГТУ) із замкнутим циклом
У ГТУ із замкнутим циклом робочий газ циркулює без контакту з довкіллям. Нагрів (перед турбіною) та охолодження (перед компресором) газу проводиться в теплообмінниках. Така система дозволяє використовувати будь-яке джерело тепла (наприклад, ядерний реактор, що охолоджується). Якщо як джерело тепла використовується згоряння палива, такий пристрій називають двигуном зовнішнього згоряння. На практиці ГТУ із замкнутим циклом використовуються рідко.
Газотурбінне встановлення (ГТУ) із зовнішнім згорянням
При зовнішньому згорянні як паливо використовується пилоподібне вугілля або дрібновитовчена біомаса (наприклад, тирса). Зовнішнє спалювання газу використовується як безпосередньо, і побічно. У прямій системі крізь турбіну проходять продукти згоряння. У непрямій системі використовується теплообмінник і через турбіну проходить чисте повітря. Тепловий ККД нижче в системі зовнішнього згоряння непрямого типу, проте лопаті не піддаються впливу продуктів згоряння. Одновальні та багатовальні газотурбінні двигуниНайпростіший газотурбінний двигун має тільки один вал, куди встановлюється турбіна, яка обертає компресор і одночасно є джерелом корисної потужності. Це накладає обмеження на режими роботи двигуна. Іноді двигун виконується багатовальним. У цьому випадку є кілька послідовних турбін, кожна з яких наводить свій вал. Турбіна високого тиску (перша після камери згоряння) завжди надає руху компресор двигуна, а наступні можуть приводити як зовнішнє навантаження (гвинти вертольота або корабля, потужні електрогенератори і так далі), так і додаткові каскади компресора самого двигуна, розташовані перед основним. Розбиття компресора на каскади (каскад низького тиску, каскад високого тиску - КНД і КВД відповідно , іноді між ними поміщається каскад середнього тиску, КСД, як, наприклад, двигуні НК-32 літака Ту-160) дозволяє уникнути помпажу на часткових режимах. Також перевага багатовального двигуна в тому, що кожна турбіна працює при оптимальній швидкості обертання та навантаженні. При навантаженні, що приводиться від валу одновального двигуна, була б дуже погана приємність двигуна, тобто здатність до швидкого розкручування, так як турбіні потрібно поставляти потужність і для забезпечення двигуна великою кількістю повітря (потужність обмежується кількістю повітря), і для розгону навантаження. При двовальній схемі легкий ротор високого тиску швидко виходить на режим, забезпечуючи двигун повітрям, а турбіну низького тиску – великою кількістю газів для розгону. Також можна використовувати менш потужний стартер для розгону при пуску тільки ротора високого тиску. Система запускуДля запуску ВМД потрібно розкрутити його ротор до певних оборотів, щоб компресор почав подавати достатню кількість повітря (на відміну від об'ємних компресорів, подача інерційних (динамічних) компресорів квадратично залежить від частоти обертання і тому на малих оборотах практично відсутня), і підпалити камеру, що подається. горіння паливо. З другим завданням справляються свічки запалювання, часто встановлені на спеціальних пускових форсунках, а розкручування виконується стартером тієї чи іншої конструкції: Типи газотурбінних двигунівТурбореактивний двигунУ польоті потік повітря гальмується у вхідному пристрої перед компресором, внаслідок чого його температура та тиск підвищується. На землі у вхідному пристрої повітря прискорюється, його температура та тиск знижуються. Проходячи через компресор повітря стискається, його тиск підвищується в 10-45 разів, зростає його температура. Компресори газотурбінних двигунів діляться на осьові та відцентрові. У наші дні в двигунах найбільш поширені багатоступінчасті осьові компресори. Відцентрові компресори, як правило, використовуються в малогабаритних силових установках. Далі стиснене повітря потрапляє в камеру згоряння, так звані жарові труби, або в кільцеву камеру згоряння, яка не складається з окремих труб, а є цільним кільцевим елементом. У наші дні кільцеві камери згоряння є найпоширенішими. Трубчасті камери згоряння використовуються набагато рідше, переважно на військових літаках. Повітря на вході в камеру згоряння поділяється на первинний, вторинний і третинний. Первинне повітря надходить у камеру згоряння через спеціальне вікно в передній частині, центром якого розташований фланець кріплення форсунки, і бере участь безпосередньо в окисленні (згорянні) палива (формуванні паливо-повітряної суміші). Вторинний повітря надходить у камеру згоряння крізь отвори в стінках жарової труби, охолоджуючи, надаючи форму факелу і беручи участь у горінні. Третичне повітря подається в камеру згоряння вже на виході з неї для вирівнювання поля температур. При роботі двигуна в передній частині жарової труби завжди обертається вихор розпеченого газу (що обумовлено спеціальною формою передньої частини жарової труби), що постійно підпалює паливоповітряну суміш, що формується, відбувається згоряння палива (гасу, газу), що надходить через форсунки в пароподібному стані. Газоповітряна суміш розширюється і частина її енергії перетворюється на турбіні через робочі лопатки в механічну енергію обертання основного валу. Ця енергія витрачається, в першу чергу, на роботу компресора, а також використовується для приводу агрегатів двигуна (паливних насосів, що підкачують, масляних насосіві т. п.) та приводу електрогенераторів, що забезпечують енергією різні бортові системи. Основна частина енергії газоповітряної суміші, що розширюється, йде на прискорення газового потоку в соплі і створення реактивної тяги. Що температура згоряння, то вище ККД двигуна. Для попередження руйнування деталей двигуна для їх виготовлення використовують жароміцні сплави та термобар'єрні покриття. А також застосовується система охолодження повітрям, яке відбирається від середніх ступенів компресора. Турбореактивний двигун з форсажною камероюТурбореактивний двигун з форсажною камерою (ТРДФ) - модифікація ТРД, що застосовується в основному на надзвукових літаках. Між турбіною та соплом встановлюється додаткова форсажна камера, в якій спалюється додаткове пальне. Через війну відбувається збільшення тяги (форсаж) до 50 %, але витрата палива різко зростає. Двигуни з форсажною камерою, як правило, не використовуються в комерційній авіації через їхню низьку економічність. Двоконтурний турбореактивний двигунУ турбореактивному двоконтурному двигуні (ТРДД) повітряний потік потрапляє в компресор низького тиску, після чого частина потоку проходить за звичайною схемою через турбокомпресор, а решта (холодна) проходить через зовнішній контур і викидається без згоряння, створюючи додаткову тягу. В результаті знижується температура вихідного газу, знижується витрата палива та зменшується шум двигуна. Відношення кількості повітря, що пройшло через зовнішній контур, до кількості повітря, що пройшло через внутрішній контур, називається ступенем двоконтурності ( m). При ступені двоконтурності<4 потоки контуров на выходе, как правило, смешиваются и выбрасываются через общее сопло, если m > 4 - Потіки викидаються окремо, так як через значну різницю тисків і швидкостей змішання важко. Застосування другого контуру в двигунах військової авіації дозволяє охолоджувати гарячі частини двигуна, це дозволяє збільшувати температуру газів перед турбіною, що сприяє додатковому підвищенню тяги. Двигуни з малим ступенем двоконтурності ( m < 2 ) застосовуються для надзвукових літаків, двигуни з m > 2 для дозвукових пасажирських та транспортних літаків. Турбовентиляторний двигунТурбовентиляторний реактивний двигун (ТВРД) – це ТРДД зі ступенем двоконтурності m=2-10. Тут компресор низького тиску перетворюється на вентилятор, що відрізняється від компресора меншим числом ступенів і більшим діаметром, і гарячий струмінь практично не поєднується з холодним. Застосовується в цивільній авіації, двигун має великий призначений ресурс і малу питому витрату палива на дозвукових швидкостях. Турбовінтовентиляторний двигунПодальшим розвитком ТВРД із збільшенням ступеня двоконтурності m=20-90 є турбогвинтовентиляторний двигун (ТВВС). На відміну від турбогвинтового двигуна, лопаті двигуна ТВВС мають шаблеподібну форму, що дозволяє перенаправити частину повітряного потоку в компресор і підвищити тиск на вході компресора. Такий двигун отримав назву гвинтовентилятора і може бути як відкритим, так і закапотеним кільцевим обтічником. Друга відмінність – гвинтовентилятор наводиться від турбіни не безпосередньо, а, як гвинт, через редуктор. Двигун найбільш економічний, але при цьому крейсерська швидкість польоту ЛА, з такими типами двигунів, зазвичай не перевищує 550 км/год, є сильніші вібрації та шумове забруднення. Турбогвинтовий двигунУ турбогвинтовому двигуні (ТВД) основне тягове зусилля забезпечує повітряний гвинт з'єднаний через редуктор з валом турбокомпресора. Для цього використовується турбіна зі збільшеною кількістю ступенів, так що розширення газу в турбіні відбувається майже повністю і тільки 10-15% тяги забезпечується за рахунок газового струменя. Турбогвинтові двигуни набагато економічніші на малих швидкостях польоту і широко використовуються для літаків, що мають велику вантажопідйомність і дальність польоту - наприклад, Ан-12, Ан-22, C-130. Крейсерська швидкість літаків, оснащених ТВД, 500-700 км/год. Допоміжна силова установка (ЗСУ)ЗСУ - невеликий газотурбінний двигун, що є автономним джерелом енергії на борту. Найпростіші ЗСУ можуть видавати тільки стиснене повітря, що відбирається від компресора турбіни, який використовується для запуску маршових (основних) двигунів, або для роботи системи кондиціювання на землі (наприклад, ЗСУ типу АІ-9, що використовується на гелікоптерах та літаку Як-40). Більш складні ЗСУ, крім джерела стисненого повітря, видають електричний струм у бортову мережу, тобто є повноцінним автономним енерговузлом, що забезпечує нормальне функціонування всіх бортових системлітака без запуску основних двигунів, і навіть за відсутності наземних аеродромних джерел енергії. Така, наприклад, ЗСУ ТА-12 літаків Ан-124, Ту-95МС, Ту-204, Ан-74 та інших. Турбувальний двигунТакий двигун найчастіше має вільну турбіну. Уся турбіна поділена на дві частини, між собою механічно незв'язані. Зв'язок між ними лише газодинамічний. Газовий потік, обертаючи першу турбіну, віддає частину своєї потужності для обертання компресора і далі, обертаючи другу, тим самим через вал цієї (другої) турбіни приводить у дію корисні агрегати. Реактивне сопло на турбувальному двигуні відсутнє. Вихідний пристрій для відпрацьованих газів соплом не є і не створює тяги. Вихідний вал ТВаД, з якого знімається вся корисна потужність, може бути спрямований як назад, через канал вихідного пристрою, так і вперед, або через порожнистий вал турбокомпресора, або через редуктор поза корпусом двигуна. ТурбостартерТС - агрегат, що встановлюється на газотурбінному двигуні та призначений для його розкручування при запуску. Такі пристрої є мініатюрний, простий по конструкції турбувальний двигун, вільна турбіна якого розкручує ротор основного двигуна при його запуску. Як приклад: турбостартёр ТС-21, що використовується на двигуні АЛ-21Ф-3, який встановлюється на літаки типу Су-24, або ТС-12, що встановлюється на авіаційні двигуни НК-12 літаків Ту-95 і Ту-142. ТС-12 має одноступінчастий відцентровий компресор, двоступінчасту осьову турбіну приводу компресора та двоступінчасту вільну турбіну. Номінальні обороти ротора компресора на початку запуску двигуна - 27 тисяч хв −1 , у міру розкрутки ротора НК-12 рахунок зростання оборотів вільної турбіни ТС-12 протитиск за турбіною компресора падає і обороти зростають до 30 тисяч хв −1 . Турбостартер ГТДЕ-117 двигуна АЛ-31Ф також виконаний з вільною турбіною, а стартер С-300М двигуна АМ-3, що стояв на літаках Ту-16, Ту-104 і М-4 - одновальний і розкручує ротор двигуна через гідромуфту. Суднові установкиВикористовуються в судновій промисловості для зниження ваги. General Electric LM2500 та LM6000 – характерні моделі цього типу машин. Судна, що використовують турбувальні газотурбінні двигуни називають газотурбоходами. Вони є різновидом теплохода. Це найчастіше судна на підводних крилах, у яких гребний гвинт надає руху турбувальний двигун механічно через редуктор або електрично через генератор, який він обертає. Або це судна на повітряній подушці, що створюється за допомогою ВМД. Наприклад, газотурбохід «Циклон-М» з двома газотурбінними двигунами ДО37. Пасажирських газотурбоходів за російську історіюбуло лише два. Останнє дуже перспективне судно «Циклон-М» з'явилося 1986 року. Більше таких судів не будували. У військовій сфері в цьому плані справи трохи кращі. Прикладом є десантний корабель "Зубр", найбільше у світі судно на повітряній подушці. Залізничні установкиЛокомотиви, на яких стоять турбувальні газотурбінні двигуни, називаються газотурбовозами (різновид тепловоза). Там використовується електрична передача. ВМД обертає електрогенератор, а струм, що виробляється ним, у свою чергу, живить електродвигуни, що приводять локомотив в рух. У 1960-ті роки в СРСР проходили досить успішну дослідну експлуатацію три газотурбовози. Два пасажирських та один вантажний. Проте вони не витримали змагання з електровозами і на початку 1970-х років проект було згорнуто. Але у 2007 році з ініціативи ВАТ «РЖД» було виготовлено дослідний зразок вантажного газотурбовозу, який працює на зрідженому природному газі. ГТ1 успішно пройшов випробування, пізніше був побудований другий газотурбовоз, з тієї ж силовою установкоюале на іншій ходовій частині машини експлуатуються. Перекачування природного газуПринцип роботи газоперекачувальної установки практично не відрізняється від турбогвинтових двигунів, ТВаД використовуються тут як привод потужних насосів, а в якості палива використовується той же газ, який вони перекачують. У вітчизняній промисловості для цих цілей широко застосовуються двигуни, створені на базі авіаційних - НК-12 (НК-12СТ), НК-32 (НК-36СТ), тому що на них можна використовувати деталі авіадвигунів, що виробили свій льотний ресурс. ЕлектростанціїТурбувальний газотурбінний двигун може використовуватися для приводу електрогенератора на електростанціях, основу якої складають один або декілька таких двигунів. Така електростанція може мати електричну потужність від двадцяти кіловат до сотень мегават. Однак, газотурбінний двигун, крім обертання, також виробляє велику кількість тепла, яке також може бути використане для виробництва електроенергії або теплопостачання, тому найбільше ефективно його застосування спільно з утилізатором котла. Отриманий у котлі-утилізаторі пар подається в паротурбінну установку, у такому разі вся установка в цілому називається парогазовою, або подається в мережевий підігрівач для використання в теплофікації, в такому випадку установка називається газотурбінною ТЕЦ. Турбувальні двигуни (ТВаД) встановлені на радянському танку Т-80 (двигун ВМД-1000Т) та американському М1 Абрамс. Газотурбінні двигуни, що встановлюються на танках, мають при схожих з дизельними розмірах набагато більшу потужність, меншу вагу і меншу шумність, меншу димність вихлопу. Також ТВаД краще задовольняє вимогам багатопаливності, набагато легше запускається - оперативна готовність танка з ВМД, тобто запуск двигуна і наступний вхід у робочий режим усіх його систем, займає кілька хвилин, що для танка з дизельним двигуномв принципі неможливо, а в зимових умовахпри низьких температурах дизелю потрібно досить тривалий передпусковий прогрів, який не потрібний ТВаД. Через відсутність жорсткого механічного зв'язку турбіни і трансмісії на танку, що застряг або просто уперся в перешкоду, двигун не глухне. У разі попадання води в двигун (утоплення танка) достатньо виконати так звану холодну прокрутку ВМД для видалення води з газоповітряного тракту і після цього двигун можна запускати - на танку з дизельним двигуном в аналогічній ситуації відбувається гідроудар, що ламає деталі циліндро-поршневої групи і неодмінно вимагає заміни двигуна Однак через низький ККД газотурбінних двигунів, встановлених на тихохідних (на відміну від літаків) транспортних засобах, потрібна набагато більша кількість палива, що возиться для порівнянного з дизельним двигуном кілометрового запасу ходу. Саме через витрати палива, незважаючи на всі переваги, танки типу Т-80 поетапно виводяться з експлуатації. Неоднозначним виявився досвід експлуатації танкових ТВаД М1 Абрамс в умовах високої запиленості (наприклад, у піщаних пустелях). На відміну від нього, Т-80 благополучно може експлуатуватися в умовах високої запиленості, - конструктивно добре продумана система очищення повітря, що надходить у двигун, на Т-80 надійно захищає ВМД від піску і пилу. «Абрамси», навпаки, «задохнулися» - під час двох кампаній проти Іраку при проходженні пустель досить багато «Абрамсів» встали, тому що їхні двигуни забилися піском [ ] . Автобудування
|
Завантаження...