Motor cu turbină cu gaz

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 18 iunie 2017; verificările necesită 96 de modificări .

Un motor cu turbină cu gaz (GTE) este un motor cu aer în care aerul este comprimat de un compresor înainte ca combustibilul să fie ars în acesta , iar supraalimentatorul este antrenat de o turbină cu gaz care utilizează energia gazelor încălzite în acest fel. Motor cu ardere internă cu ciclu termodinamic Brayton .

Adică, aerul comprimat din  compresor intră  în camera de ardere , unde este furnizat combustibil , care, atunci când este ars, formează produse gazoase cu energie mai mare. Apoi, în turbina cu gaz, o parte din energia produselor de ardere este convertită în rotația turbinei, care este utilizată pentru a comprima aerul din  compresor . Restul de energie poate fi transferat la unitatea condusă sau utilizat pentru a genera propulsie cu reacție . Această parte a motorului este considerată utilă. Motoarele cu turbină cu gaz au o densitate mare de putere de până la 6 kW/kg.

Ca combustibil sunt utilizați o varietate de combustibili. De exemplu: benzină , kerosen , motorină , ulei de încălzire , gaz natural , combustibil marin , apă gaz , alcool și cărbune pulverizat .

Principii de bază de funcționare

Unul dintre cele mai simple modele ale unui motor cu turbină cu gaz pentru conceptul funcționării sale poate fi reprezentat ca un arbore pe care există două discuri cu pale, primul disc al compresorului, a doua turbină și o cameră de ardere este instalată între ele. .

Principiul de funcționare al unui motor cu turbină cu gaz:

Creșterea cantității de combustibil furnizat (adăugarea de „gaz”) determină generarea mai multor gaze de înaltă presiune, ceea ce duce, la rândul său, la o creștere a vitezei turbinei și a discului compresorului și, în consecință, la o creștere a cantității de aer care este injectat și presiunea acestuia, care permite alimentarea în camera de ardere și arderea mai mult combustibil. Cantitatea de amestec combustibil-aer depinde direct de cantitatea de aer furnizată în camera de ardere. O creștere a cantității de ansambluri de combustibil va duce la o creștere a presiunii în camera de ardere și a temperaturii gazelor la ieșirea din camera de ardere și, ca urmare, vă permite să creați mai multă energie din gazele de eșapament direcționate. pentru a roti turbina si a creste forta reactiva .

Ca și în cazul tuturor motoarelor termice ciclice , cu cât temperatura de ardere este mai mare, cu atât eficiența combustibilului este mai mare (mai precis, cu atât diferența dintre „încălzitor” și „răcitor”) este mai mare. Factorul limitativ este capacitatea oțelului, nichelului, ceramicii sau a altor materiale care alcătuiesc motorul de a rezista la căldură și presiune. O mare parte a lucrărilor de inginerie se concentrează pe îndepărtarea căldurii din părți ale turbinei. Majoritatea turbinelor încearcă, de asemenea, să recupereze căldura de evacuare care altfel ar fi irosită. Recuperatoarele  sunt schimbătoare de căldură care transferă căldura de la gazele de evacuare la aer comprimat înainte de ardere. Există, de asemenea, o altă modalitate de a utiliza căldura gazelor reziduale - alimentarea unui cazan de căldură reziduală . Aburul generat de cazan poate fi transferat într-o turbină cu abur pentru a genera energie suplimentară într-un ciclu combinat la o centrală cu ciclu combinat sau poate fi utilizat pentru încălzire și nevoie de apă caldă în producția combinată de căldură și energie ( cogenerare ) la o centrală de cogenerare cu turbină cu gaz . .

Cu cât motorul este mai mic, cu atât viteza arborelui (arborilor) trebuie să fie mai mare pentru a menține viteza liniară maximă a palelor, deoarece circumferința (traseul parcurs de palete într-o singură rotație) este direct legată de raza rotorului. . Viteza maximă a palelor turbinei determină presiunea maximă care poate fi atinsă, rezultând putere maximă indiferent de dimensiunea motorului. Arborele motorului cu reacție se rotește la o frecvență de aproximativ 10.000 rpm și microturbina  la o frecvență de aproximativ 100.000 rpm. [2] [3]

Pentru dezvoltarea în continuare a aeronavelor și a motoarelor cu turbine cu gaz, este rațional să se aplice noi dezvoltări în domeniul materialelor de înaltă rezistență și rezistente la căldură pentru a crește temperatura și presiunea. Utilizarea de noi tipuri de camere de ardere, sisteme de răcire, reducerea numărului și greutății pieselor și a motorului în ansamblu este posibilă în progresul utilizării combustibililor alternativi, o schimbare în însăși conceptul de proiectare a motorului.

Instalație de turbină cu gaz (GTU) cu ciclu închis

Într-o turbină cu gaz cu ciclu închis, gazul de lucru circulă fără contact cu mediul. Încălzirea (înaintea turbinei) și răcirea (înaintea compresorului) a gazului se realizează în schimbătoare de căldură . Un astfel de sistem permite utilizarea oricărei surse de căldură (cum ar fi un reactor nuclear răcit cu gaz ). Dacă arderea combustibilului este utilizată ca sursă de căldură, atunci un astfel de dispozitiv se numește motor cu ardere externă. În practică, GTU-urile cu ciclu închis sunt rareori utilizate.

Instalație cu turbine cu gaz (GTU)

Uzina cu turbine cu gaz (GTU) este o centrală electrică.

Echipamentul turbinei cu gaz include următoarele părți:

Gazele de evacuare care ies din turbina sunt folosite pentru a produce apa calda sau abur, in functie de nevoile clientului.

Turbina de putere și generatorul sunt găzduite într-o singură carcasă.

Fluxul de gaz la temperatură ridicată acționează asupra palelor turbinei de putere (creează cuplu).

Utilizarea căldurii printr-un schimbător de căldură sau un cazan de căldură reziduală crește eficiența generală a instalației.

Puterea electrică a centralelor cu turbine cu gaz variază de la zeci de kW la zeci de MW.

Modul optim de funcționare al turbinei cu gaz este generarea combinată de căldură și electricitate (cogenerare).

Cea mai mare eficiență se obține atunci când funcționează în modul de cogenerare sau trigenerare (generare simultană de căldură, electricitate și energie rece).

Eficiența electrică a turbinelor cu gaz moderne este de 33-39%.

Luând în considerare temperatura ridicată a gazelor de eșapament în turbinele cu gaz puternice, utilizarea combinată a turbinelor cu gaz și abur face posibilă creșterea eficienței combustibilului și creșterea eficienței electrice a unităților până la 57-59%. [patru]

În prezent, turbinele cu gaz au început să fie utilizate pe scară largă în generarea de energie la scară mică.

GTU-urile sunt proiectate pentru funcționarea în orice condiții climatice ca sursă principală sau de rezervă de energie electrică și căldură pentru instalațiile industriale sau casnice.

Domeniile de aplicare ale instalațiilor cu turbine cu gaz sunt practic nelimitate: industria petrolului și gazelor, întreprinderile industriale, municipalitățile.

Motoare cu turbină cu gaz cu un singur arbore și cu mai mulți arbori

Cel mai simplu motor cu turbina cu gaz are un singur arbore, unde este instalata o turbina, care actioneaza compresorul si in acelasi timp este o sursa de putere utila. Aceasta impune o restricție asupra modurilor de funcționare ale motorului.

Uneori, motorul este cu mai mulți arbori. În acest caz, există mai multe turbine în serie, fiecare dintre acestea antrenând propriul arbore. Turbina de înaltă presiune (prima după camera de ardere) antrenează întotdeauna compresorul motorului, iar cele ulterioare pot conduce atât o sarcină externă ( elicopter [5] sau elice de navă , generatoare electrice puternice și așa mai departe), cât și suplimentar trepte compresoare ale motorului în sine, situate în fața principalului . Împărțirea compresorului în cascade (cascada de joasă presiune, cascadă de înaltă presiune - LPC și respectiv HPC [6] , uneori o cascadă de presiune medie, KSD, este plasată între ele, ca, de exemplu, în motorul NK-32 a aeronavei Tu-160 ) face posibilă evitarea supratensiunii în modurile parțiale.

De asemenea, avantajul unui motor cu mai mulți arbori este că fiecare turbină funcționează la viteza de rotație și sarcina optimă. Cu o sarcină antrenată de la arborele unui motor cu un singur arbore, motorul ar avea un răspuns foarte slab , adică capacitatea de a se învârti rapid, deoarece turbina trebuie să furnizeze energie atât pentru a furniza motorului o cantitate mare de aer. (puterea este limitată de cantitatea de aer) și pentru a accelera sarcina. Cu o schemă cu doi arbori, un rotor ușor de înaltă presiune intră rapid în regim, furnizând motorului aer și turbinei de joasă presiune cu o cantitate mare de gaze pentru accelerare. De asemenea, este posibil să utilizați un demaror mai puțin puternic pentru accelerare atunci când porniți doar rotorul de înaltă presiune.

Sistem de lansare

Pentru a porni un motor cu turbină cu gaz, trebuie să-i învârtiți rotorul până la o anumită viteză, astfel încât compresorul să înceapă să furnizeze o cantitate suficientă de aer (spre deosebire de compresoarele cu deplasare pozitivă , alimentarea compresoarelor inerțiale ( dinamice ) depinde în mod pătratic de turație și prin urmare este practic absent la viteze mici) și a dat foc aerului furnizat camerei de ardere a combustibilului. A doua sarcină este gestionată de bujii , adesea instalate pe duze speciale de pornire, iar promovarea este efectuată de un starter de un design sau altul:

Tipuri de motoare cu turbine cu gaz

Motor turboreactor

GTE, în care energia chimică a combustibilului este convertită în energia cinetică a jeturilor de gaz care curg din duza cu jet. [8] Impingerea în orice motor cu turboreacție este creată numai de forța de reacție a gazelor care ies din duză la o viteză care este întotdeauna mai mare decât viteza de zbor. Un motor turborreactor combină atât un motor, cât și o elice. [9]

Motoarele cu turboreacție ( denumite în continuare motoare cu turboreacție ) sunt clasificate în funcție de numărul de circuite, care poate fi unul, două sau trei. Numărul de circuite este important în contextul descrierii tehnice a unui anumit motor turborreactor, dar în cazul unei referințe generalizate, numărul de circuite nu contează, iar orice motor turborreactor de orice contur în acest caz poate fi numit pur și simplu un turboreactor. TRD-urile pot avea mai mult de un arbore, dar clasificarea după numărul de arbori este foarte specializată și nu este utilizată pe scară largă.

Motor turboreactor cu un singur circuit

Un turboreactor cu un singur circuit în care toată energia arderii combustibilului este convertită în energia cinetică a jeturilor de gaz care curg din duza cu jet. Domeniul de aplicare - orice aeronavă de la luptă subsonică civilă la supersonică.

Motor turboventilator

TRD cu circuite interne și externe, în care o parte din energia de ardere a combustibilului furnizat circuitului intern este convertită în lucru mecanic pentru a antrena ventilatorul circuitului extern. [10] O caracteristică importantă a motoarelor cu turboreacție bypass este gradul de bypass, care implică raportul dintre volumele de aer care trec prin circuitele exterior și interior. În orice caz, amestecarea fluxurilor fiecărui circuit are loc înaintea duzei. Bypass-ul permite motorului turboreactor să fie mai economic la viteze de zbor subsonice și transonice. Domeniul de aplicare - orice aeronavă de la luptă subsonică civilă la supersonică. [9] Abreviere - turbofan.

Motor turboreactor cu trei circuite

TRD cu circuite interne, intermediare și externe, în care o parte din energia de ardere a combustibilului furnizat circuitului intern este transformată în lucru mecanic pentru a antrena ventilatoarele circuitelor intermediare și externe. [10] Abreviere - TRTD.

Motor turboreactor cu postcombustie

TRD, în care, pe lângă camera de ardere principală, există o cameră de ardere suplimentară a postcombustiei , situată în fața duzei cu jet. [11] Funcția post-arzător este o creștere pe termen scurt a forței. Poate fi combinat cu un motor de orice contur. Scop - avioane supersonice de luptă. Abreviere - TRDF, TRDDF.

Motor turboventilator

Un motor cu reacție cu turboventilator (TVRD) este un motor cu turboventilator cu un raport de bypass m=2-10. Aici, compresorul de joasă presiune este transformat într-un ventilator, care diferă de compresor într-un număr mai mic de trepte și un diametru mai mare, iar jetul fierbinte practic nu se amestecă cu cel rece. Este folosit în aviația civilă, motorul are o resursă alocată îndelung și un consum specific scăzut de combustibil la viteze subsonice.

Motor turbopropulsor

O dezvoltare ulterioară a motorului turboreactor cu o creștere a raportului de bypass m = 20-90 este motorul turbopropfan (TVVD). Spre deosebire de un motor turbopropulsor, paletele motorului HPT sunt în formă de sabie, ceea ce vă permite să redirecționați o parte din fluxul de aer către compresor și să creșteți presiunea la admisia compresorului. Un astfel de motor se numește propfan și poate fi deschis sau acoperit cu un caren inelar. A doua diferență este că propfanul nu este antrenat direct de la turbină, ci, ca un șurub, printr-o cutie de viteze. Motorul este cel mai economic, dar, în același timp, viteza de croazieră a unei aeronave cu aceste tipuri de motoare nu depășește de obicei 550 km/h, există vibrații mai puternice și „poluare fonică”.

Un exemplu de TVD este avionul de marfă D-27 An-70 .

Turboprop

Într-un motor cu turbopropulsor (TVD), tracțiunea principală este asigurată de o elice conectată printr-o cutie de viteze la arborele turbocompresorului. [12] Pentru aceasta se folosește o turbină cu un număr sporit de trepte, astfel încât dilatarea gazului în turbină să se producă aproape complet și doar 10-15% din forță este asigurată de jetul de gaz.

Motoarele turbopropulsoare sunt mult mai economice la viteze mici de zbor și sunt utilizate pe scară largă pentru aeronave cu o sarcină utilă și o rază de zbor mare - de exemplu, An-12 , An-22 , C-130 . Viteza de croazieră a aeronavelor echipate cu un teatru de operațiuni este de 500–700 km/h.

Unitate de putere auxiliară (APU)

APU este un mic motor cu turbină cu gaz, care este o sursă autonomă de energie la bord. Cele mai simple APU-uri pot produce doar aer comprimat prelevat de la compresorul turbinei, care este folosit pentru a porni motoarele principale (principale) sau pentru a opera sistemul de aer condiționat de la sol (de exemplu, APU-uri AI-9 utilizate pe elicoptere și Yak -uri). -40 de avioane ). APU-urile mai complexe, pe lângă o sursă de aer comprimat, furnizează curent electric rețelei de bord, adică sunt o unitate de putere autonomă cu drepturi depline care asigură funcționarea normală a tuturor sistemelor de bord a aeronavei fără a porni motoarele principale, așa cum precum și în absența surselor de energie la sol pentru aerodrom . Astfel, de exemplu, este APU TA-12 al An-124 [13] , Tu-95MS , Tu-204 , An-74 și altele.

Motor cu turboax

Spre deosebire de toate celelalte tipuri de motoare cu turbină cu gaz, motorul cu turboax nu creează tracțiune cu jet, dispozitivul său de evacuare nu este o duză și toată puterea utilă este îndepărtată sub forma rotației arborelui de ieșire. Cel mai adesea, într-un astfel de motor, turbina este formată din două părți neînrudite mecanic, legătura dintre care este gaz-dinamică. Fluxul de gaz după părăsirea camerei de ardere rotește prima turbină, dă o parte din puterea acesteia pentru a roti compresorul, apoi trece la al doilea, al cărui arbore se extinde dincolo de carcasa motorului și pune sarcina utilă în mișcare.

Arborele de ieșire TVAD, din care este îndepărtată toată puterea utilă, poate fi direcționat atât înapoi, prin canalul dispozitivului de ieșire, cât și înainte, fie prin arborele tubular al turbocompresorului, fie printr-o cutie de viteze în afara carcasei motorului.

Cutia de viteze  este un accesoriu indispensabil al motorului cu turboax. Viteza de rotație atât a rotorului turbocompresorului, cât și a rotorului liber al turbinei este atât de mare încât această rotație nu poate fi transmisă direct la unitățile antrenate. Pur și simplu nu își vor putea îndeplini funcțiile și chiar se pot prăbuși. Prin urmare, o cutie de viteze este plasată în mod necesar între turbina liberă și unitatea utilă pentru a reduce viteza arborelui de antrenare.

Compresorul TVAD poate fi axial (dacă motorul este puternic) sau centrifugal. Adesea, compresorul este, de asemenea, mixt în design, are atât trepte axiale, cât și centrifuge. În caz contrar, principiul de funcționare al acestui motor este același cu cel al motorului cu turboreacție.

Principala aplicație a motorului cu turboax este în aviație - pe  elicoptere , precum și în demaroare turbo pentru alte motoare cu turbină cu gaz; în construcţii navale - pe turbine cu gaz ; în industria energiei electrice la centrale termice cu turbine cu gaz , centrale cu ciclu combinat , sub formă de microturbină ca parte a generatoarelor de microturbine; la staţiile de pompare pentru pomparea gazelor naturale. Este folosit ocazional în transportul feroviar - pe locomotive cu turbină cu gaz , precum și pe vehicule și echipamente militare ca centrală electrică. Pe un elicopter, sarcina utilă este rotorul principal. Cele mai cunoscute exemple sunt elicopterele răspândite  Mi-8 și Mi-24 cu motoare TV2-117 și TV3-117 . Motoarele aeronavelor moderne cu turbopropulsoare sunt, de asemenea, turboax, unde elicea este antrenată de o turbină liberă, iar forța de jet a gazelor de eșapament nu este utilizată. Avantajele unei astfel de scheme sunt: ​​unificarea cu motoarele de elicopter, condiții mult mai bune de lansare și intrare în modul de funcționare (nu este nevoie să rotești elicea), o stabilitate gaz-dinamică mult mai bună, un design mai simplu și mai compact, deoarece generatorul de gaz poate funcționa la viteze mari, iar turbina liberă - la cele relativ mici, posibilitatea de a utiliza puterea generatorului de gaz a unui motor în funcțiune (cu elicea blocată) pentru nevoile sistemelor de aeronave de la sol.

Turbostarter

TS - o unitate instalată pe un motor cu turbină cu gaz și proiectată să o rotească la pornire.

Astfel de dispozitive sunt un motor cu turboax în miniatură, simplu în design, a cărui turbină liberă învârte rotorul motorului principal atunci când este pornit. Ca exemplu: demarorul turbo TS-21 utilizat pe motorul AL-21F-3 , care este instalat pe aeronavele Su-24 [14] , sau TS-12, instalat pe motoarele de aeronave NK-12 ale Tu-95 și aeronavele Tu-142 . TS-12 are un compresor centrifugal cu o singură treaptă, o turbină axială cu antrenare a compresorului în două trepte și o turbină liberă în două trepte. Viteza nominală a rotorului compresorului la începutul pornirii motorului este de 27 mii min -1 , deoarece rotorul NK-12 se rotește din cauza creșterii vitezei turbinei libere TS-12, contrapresiunii din spatele turbinei compresorului. scade și viteza crește la 30 mii min −1 .

Demarorul turbo GTDE-117 al motorului AL-31F este, de asemenea, realizat cu o turbină liberă, iar demarorul S-300M al motorului AM-3 , care era pe aeronavele Tu-16 , Tu-104 și M-4  , este cu un singur arbore și învârte rotorul motorului printr-un cuplaj fluid . [cincisprezece]

Instalații nave

Folosit în industria navală pentru a reduce greutatea. General Electric LM2500 și LM6000  sunt modele caracteristice acestui tip de mașină.

Navele care utilizează motoare cu turbină cu gaz cu turboax sunt numite nave cu turbină cu gaz . Sunt un tip de navă. Acestea sunt de cele mai multe ori hidrofoile, în care elicea antrenează motorul turboax mecanic printr-o cutie de viteze sau electric printr-un generator pe care îl rotește. Sau este un hovercraft, care este creat cu ajutorul unui motor cu turbină cu gaz.

De exemplu, vehiculul cu turbină cu gaz Cyclone-M cu 2 motoare cu turbină cu gaz DO37. În istoria sovietică au existat doar două vehicule cu turbină cu gaz pentru pasageri. Ultima navă foarte promițătoare „Cyclone-M” a apărut în 1986. Mai multe astfel de nave nu au fost construite. În sfera militară, lucrurile stau ceva mai bine în acest sens. Un exemplu este ambarcațiunea de debarcare Zubr , cel mai mare aeroglisor din lume.

Instalații feroviare

Locomotivele pe care sunt amplasate motoare cu turbină cu gaz cu turboax se numesc  locomotive cu turbină cu gaz (un tip de locomotivă diesel ). Ei folosesc transmisie electrică. GTE-ul rotește un generator electric, iar curentul generat de acesta alimentează, la rândul său, motoarele electrice care pun locomotiva în mișcare. În anii 1960, trei locomotive cu turbină cu gaz au fost supuse unei operațiuni de probă destul de reușite în URSS. Doi pasageri și o marfă. Cu toate acestea, nu au suportat concurența cu locomotivele electrice și la începutul anilor 1970 proiectul a fost redus. Dar în 2007, la inițiativa Căilor Ferate Ruse, a fost fabricat un prototip de locomotivă de marfă cu turbină cu gaz , care funcționează cu gaz natural lichefiat . GT1 a trecut cu succes testele, ulterior a fost construită o a doua locomotivă cu turbină cu gaz, cu aceeași centrală, dar pe un alt șasiu, utilajele sunt în funcțiune.

Pompare gaze naturale

Principiul de funcționare al unei unități de pompare a gazului este practic același cu motoarele cu turbopropulsoare , TVAD sunt folosite aici ca o unitate pentru pompe puternice și același gaz pe care îl pompează este folosit ca combustibil. În industria autohtonă, motoarele create pe baza motoarelor de aviație - NK-12 (NK-12ST) [16] , NK-32 (NK-36ST) sunt utilizate pe scară largă în aceste scopuri, deoarece pot folosi părți ale motoarelor de aeronave care și-au epuizat viața de zbor .

Centrale electrice

Un motor cu turbină cu gaz cu turboax poate fi utilizat pentru a antrena un generator electric în centralele electrice , care se bazează pe unul sau mai multe dintre aceste motoare. O astfel de centrală poate avea o putere electrică de la douăzeci de kilowați până la sute de megawați.

Cu toate acestea, eficiența termodinamică a unui motor cu turbină cu gaz în forma sa pură este suficient de mică pentru o utilizare eficientă în sectorul energetic. O parte semnificativă a energiei este transportată sub formă de căldură din gazele de eșapament, care au o temperatură ridicată. Prin urmare, motoarele cu turbină cu gaz sunt utilizate cel mai adesea ca parte a instalațiilor cu ciclu combinat , în care gazele de evacuare sunt furnizate unui cazan de căldură reziduală care produce abur de înaltă presiune, care este utilizat pentru generarea suplimentară de energie electrică. Eficiența termodinamică a unei astfel de unități de generare în comun poate ajunge la 55..60%, din acest motiv, motoarele cu turbină cu gaz ca parte a unui CCGT sunt utilizate pe scară largă la centralele electrice. În plus, căldura gazelor de eșapament ale motorului cu turbină cu gaz poate fi utilizată pentru nevoile de alimentare cu căldură, în acest caz stația se numește turbină cu gaz CHP .

Construcția rezervorului

Primele studii în domeniul utilizării unei turbine cu gaz în motoarele de tanc au fost efectuate în Germania de către Oficiul Forțelor Armate de la mijlocul anului 1944. Primul rezervor produs în masă cu un motor cu turbină cu gaz a fost tancul S.

Motoarele cu turboax (TVaD) sunt instalate pe tancul sovietic T-80 (motor GTE-1000T) și pe americanul M1 Abrams . Motoarele cu turbină cu gaz instalate pe rezervoare, cu dimensiuni similare cu motoarele diesel , au mult mai multă putere, greutate mai mică și mai puțin zgomot, mai puțin fum de eșapament. De asemenea, TVAD îndeplinește mai bine cerințele de capacitate multicombustibil, este mult mai ușor de pornit - pregătirea operațională a unui rezervor cu un motor cu turbină cu gaz, adică pornirea motorului și apoi intrarea în modul de funcționare al tuturor sistemelor sale, necesită câteva minute, ceea ce este practic imposibil pentru un rezervor cu motor diesel, iar în condiții de iarnă la temperaturi scăzute, motorul diesel necesită o încălzire pre-pornire destul de lungă, ceea ce nu este cerut de TVA. Din cauza lipsei unei legături mecanice rigide între turbină și transmisie, motorul nu se blochează pe un rezervor care este blocat sau pur și simplu se sprijină pe un obstacol. În cazul in care apa intră în motor (înecarea rezervorului), este suficient să efectuați așa-numita defilare la rece a motorului cu turbină cu gaz pentru a elimina apa din calea gaz-aer, iar după aceea motorul poate fi pornit - pe o rezervor cu un motor diesel într-o situație similară, are loc un ciocan de apă , rupând părțile grupului cilindru-piston și necesitând cu siguranță înlocuirea motorului.

Cu toate acestea, din cauza eficienței scăzute a motoarelor cu turbină cu gaz instalate pe vehiculele cu mișcare lentă (spre deosebire de aeronave), este necesară o cantitate mult mai mare de combustibil transportat pentru o autonomie de kilometri comparabilă cu un motor diesel. Tocmai din cauza consumului de combustibil, în ciuda tuturor avantajelor, rezervoarele de tip T-80 sunt scoase din funcțiune. Experiența de operare a rezervorului TVA M1 Abrams în condiții de conținut ridicat de praf (de exemplu, în deșerturile nisipoase) s-a dovedit a fi ambiguă. Spre deosebire de acesta, T-80 poate fi operat în siguranță în condiții de conținut ridicat de praf - un sistem bine gândit din punct de vedere structural pentru curățarea aerului care intră în motor pe T-80 protejează în mod fiabil motorul cu turbină cu gaz de nisip și praf. „Abrams”, dimpotrivă, „s-a sufocat” – în timpul celor două campanii din Irak, la trecerea prin deșerturi, destul de mulți „Abrams” s-au ridicat, motoarele lor erau înfundate cu nisip. .

Automobile

Au fost efectuate multe experimente cu mașini echipate cu turbine cu gaz.

În 1950, designerul F. R. Bell și inginerul șef Maurice Wilks de la British Rover Company au anunțat prima mașină propulsată de un motor cu turbină cu gaz. JET1 cu două locuri avea un motor situat în spatele scaunelor, grile de admisie a aerului pe ambele părți ale mașinii și orificii de evacuare în partea de sus a cozii. În timpul testelor, mașina a atins o viteză maximă de 140 km/h, cu o viteză a turbinei de 50.000 rpm. Mașina funcționa cu benzină , parafină sau motorină , dar problemele de consum de combustibil s-au dovedit insurmontabile pentru producția de mașini. În prezent este expus la Muzeul de Știință din Londra .

Echipele Rover și British Racing Motors ( Formula 1 ) și-au unit forțele pentru a crea Rover-BRM, o mașină alimentată cu turbină de gaz care a intrat la 24 de ore de la Le Mans din 1963 condusă de Graeme Hill și Gitner Ritchie . Această mașină a arătat o viteză medie de 173 km/h, maximă - 229 km/h.

Companiile americane Ray Heppenstall , Howmet Corporation și McKee Engineering s-au unit pentru a-și dezvolta în comun propriile mașini sport cu turbină cu gaz în 1968, Howmet TX a luat parte la mai multe curse americane și europene, inclusiv câștigând două victorii și, de asemenea, a luat parte la 24 Hours of Le Mana 1968. Mașinile au folosit turbine cu gaz de la Continental Motors Company , care a stabilit în cele din urmă șase viteze de aterizare pentru mașinile cu turbină de către FIA .

În cursele de mașini cu roți deschise, revoluționarul STP Oil Treatment Special din 1967, o mașină cu tracțiune integrală, propulsată de turbină, aleasă manual de legenda curselor Andrew Granatelli și condusă de Parnelli Jones , aproape a câștigat Indy 500 ; Mașina turbo STP a lui Pratt & Whitney a fost cu aproape un tur înaintea mașinii de pe locul doi, când cutia de viteze a eșuat în mod neașteptat cu trei ture înainte de linia de sosire. În 1971, CEO -ul Lotus , Colin Chapman , a prezentat Lotus 56B F1, propulsat de o turbină cu gaz Pratt & Whitney . Chapman avea reputația de a construi mașini câștigătoare, dar a fost forțat să abandoneze proiectul din cauza numeroaselor probleme legate de inerția turbinei ( turbolag ).

Seria originală de mașini concept General Motors Firebird a fost proiectată pentru Salonul Auto Motorama din 1953, 1956, 1959 , alimentată de turbine cu gaz.

Singurul model de producție al unei mașini cu turbină cu gaz „de familie” pentru utilizare pe drumurile publice a fost lansat de Chrysler în 1963-1964. Compania a predat cincizeci de mașini asamblate manual în caroserii studioului italian Ghia voluntarilor care au testat noutatea în condiții normale de drum până în ianuarie 1966. Experimentul a avut succes, dar compania, care nu avea fonduri pentru a construi o nouă producție de motoare, a abandonat producția în masă a unei mașini cu un motor cu turbină cu gaz. După înăsprirea standardelor de mediu și o creștere explozivă a prețului petrolului, compania, care abia supraviețuise crizei financiare, a refuzat să continue dezvoltarea [17] . [optsprezece]

Istoria creării motorului cu turbină cu gaz

În 1791, inventatorul englez John Barber a primit un brevet cu numărul 1833, în care a descris prima turbină cu gaz. [19]

În 1892, inginerul rus P. D. Kuzminsky a proiectat și construit primul motor cu turbină cu gaz din lume cu o turbină radială cu gaz reversibilă cu 10 trepte de presiune. [20] Turbina trebuia să funcționeze pe un amestec gaz-vapor, care a fost obținut în camera de ardere creată de el - „gaz-vapor”. [21]

În 1906-1908, inginerul rus V.V. Karovodin a proiectat o turbină cu gaz de tip exploziv (o turbină cu volum constant). [22] Motorul cu turbină cu gaz fără compresor al lui Karovodin, cu 4 camere de ardere intermitente și o turbină cu gaz la 10.000 rpm, a dezvoltat o putere de 1,2 kW (1,6 CP). [23]

În 1909, inginerul rus N. Gerasimov a brevetat un motor cu turbină cu gaz folosit pentru propulsia cu reacție, adică, de fapt, primul turboreactor (privilegiul nr. 21021, 1909). [24] [25] [26]

În 1913, M. N. Nikolsky a proiectat un motor cu turbină cu gaz cu o putere de 120 kW (160 CP), care avea trei trepte ale unei turbine cu gaz. [27] [28]

Îmbunătățiri suplimentare în proiectarea motoarelor cu turbine cu gaz au fost făcute de V. I. Bazarov (1923), V. V. Uvarov și N. R. Briling (1930-1936). [28] [29]

În anii 1930, un grup de designeri condus de academicianul Academiei de Științe a URSS A. M. Lyulka a adus o contribuție uriașă la dezvoltarea tehnologiilor turbinelor cu gaz . Lucrarea principală a proiectantului a vizat motoarele turboreactor cu un compresor centrifugal cu palete, care au devenit principalele pentru aviație. [30] [31] [32] [33]

Controlul parametrilor de funcționare a motorului cu turbină cu gaz

Ca orice motor termic, un motor cu turbină cu gaz are mulți parametri care trebuie controlați pentru a funcționa motorul în moduri sigure și, dacă este posibil, economice. Măsurat cu ajutorul dispozitivelor de control .

  • Turnovers - sunt controlate pentru a evalua modul de funcționare al motorului și pentru a preveni modurile periculoase. Pentru motoarele cu mai mulți arbori, de regulă, rotațiile tuturor arborilor sunt controlate - de exemplu, pe Yak-42 , pentru a controla rotațiile tuturor celor trei arbori ale fiecărui motor D-36 , un tahometru cu trei puncte ITA-13 [34] este instalat , pe An-72 și An-74 , echipate cu astfel de motoare D-36 au trei tahometre cu două ace, două sunt pe tabloul de bord al piloților și arată o turație a rotorului ventilatorului, al doilea este HP viteza rotorului, al treilea este instalat pe panoul de pregătire înainte de zbor și arată viteza rotoarelor LP.
  • Temperatura gazelor de eșapament (EGT) - temperatura gazelor din spatele turbinei motorului, de regulă, în spatele ultimei trepte [6] , deoarece temperatura din fața turbinei este prea mare pentru o măsurare fiabilă. Temperatura gazelor indică sarcina termică a turbinei și se măsoară cu ajutorul termocuplurilor . De asemenea, automatele pot funcționa din termocupluri, reducând consumul de combustibil sau oprind complet motorul atunci când TVG este depășit - SOT-1 pe motorul TA-6 [1] , RT-12 pe motorul NK-8 și așa mai departe.

Designeri de motoare cu turbine cu gaz și birouri de proiectare fondate de aceștia

Vezi și

Surse

  1. ↑ 1 2 motor TA-6V. Manual de operare tehnică. TA-6V.00.000-01RE . Consultat la 10 septembrie 2016. Arhivat din original pe 6 decembrie 2010.
  2. ↑ Principiul de funcționare - Microturbine Capstone - Echipamente (link inaccesibil) . www.bpcenergy.ru Data accesului: 1 septembrie 2016. Arhivat din original la 1 octombrie 2016. 
  3. ↑ Marele mister al turbinelor mici . www.rcdesign.ru Consultat la 1 septembrie 2016. Arhivat din original pe 25 septembrie 2016.
  4. ↑ Ce este o unitate cu turbină cu gaz (GTU)? - Biblioteca Tehnica Neftegaz.RU . neftegaz.ru . Data accesului: 15 septembrie 2022.
  5. ↑ Motor cu turboax a aeronavei TV2-117 și cutie de viteze VR-8A . Preluat la 18 iunie 2022. Arhivat din original la 16 septembrie 2016.
  6. ↑ 1 2 Motor NK-8-2U. Manual de operare tehnică (în trei părți) . Consultat la 10 septembrie 2016. Arhivat din original pe 9 ianuarie 2011.
  7. ↑ Motor turbopropulsor aeronavei NK-12MV seria 4. Cartea I. Descriere tehnică. Moscova, „Inginerie”, 1966
  8. ↑ GOST 23851-79. - p. 3. termenul 10.
  9. ↑ 1 2 Avioane de luptă. — P. 149. Secțiunea III „Motoare de aeronave”, Capitolul 1 „Clasificare și aplicații”.
  10. ↑ 1 2 GOST 23851-79. - p. 3. termenul 13.
  11. ↑ GOST 23851-79. - S. 23. termenul 136.
  12. ↑ Motor turbopropulsor de avion AI-20M (seria 6). IE&TO (Ediția 4) . Preluat la 11 septembrie 2016. Arhivat din original la 7 decembrie 2010.
  13. ↑ Aeronava An-124-100. Manual de operare tehnică. Cartea 17. 1.4001.0000.000.000 RE17 . Consultat la 10 septembrie 2016. Arhivat din original pe 6 decembrie 2010.
  14. ↑ Yuri. Motor cu turboax . Aviația de înțeles pentru toată lumea (28 februarie 2012). Consultat la 27 octombrie 2015. Arhivat din original la 17 septembrie 2016.
  15. ↑ Motor turborreactor al aeronavei RD-3M-500. Feldman L. E. M., „Transport”, 1968
  16. ↑ Motor NK-12ST seria 02. Descrierea tehnică a unui motor cu turboax cu turbină liberă. Kuibyshev, 1985  (link inaccesibil)
  17. ↑ Lehto, Steve. Mașina cu turbină a lui Chrysler: ascensiunea și căderea celei mai tari creații din Detroit. - Chicago, IL: Chicago Review press, 2010. - 228 p. — ISBN 9781569765494 .
  18. ↑ Garajul lui Jay Leno. 1963 Chrysler Turbine: Ultimate Edition - Garajul lui Jay Leno (7 noiembrie 2012). Preluat la 26 septembrie 2018. Arhivat din original la 21 august 2019.
  19. ↑ John Barber - inventator englez - biografie, fotografie, video . biozvezd.ru. Data accesului: 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  20. ↑ Kuzminsky Pavel Dmitrievici . cadehistory.ru. Data accesului: 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  21. ↑ Crearea și dezvoltarea centralelor cu ciclu combinat și gaz-abur . search-ru.ru. Consultat la 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 9 februarie 2019.
  22. ↑ B. Bidulya. Turbină de incendiu // Tânăr tehnician. - 1960. - Nr. 11 . - S. 13-17 .
  23. ↑ Invențiile Rusiei // Motor cu turbină cu gaz . rus-eng.org. Data accesului: 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  24. ↑ Gilzin K. A. Motoare cu reacție de aer. - Moscova: Editura Militară a Ministerului Apărării al URSS, 1956.
  25. ↑ [Istoria motorului cu reacție] . warthunder.ru. Data accesului: 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  26. ↑ V. M. Korneev. Caracteristicile de proiectare ale motoarelor cu turbine cu gaz. - 2018. - ISBN 978-5-4485-9499-1 .
  27. ↑ Aviația civilă a URSS în anii 50-70. . Vuzlit. Preluat la 16 februarie 2019. Arhivat din original la 25 noiembrie 2020.
  28. ↑ 1 2 MOTOR TURBINĂ PE GAZ (PGD) . enciklopediya-tehniki.ru. Data accesului: 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  29. ↑ Invențiile Rusiei // Motor cu turbină cu gaz . www.rus-eng.org. Data accesului: 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  30. ↑ [Istoria motoarelor lui Arkhip Lyulka] . warthunder.ru. Data accesului: 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  31. ↑ Kudryavtsev V.F. Motoarele de aeronave ale lui A.M. Lyulka  // Aviație și cosmonautică. - 1993. - Nr. 11-12 . Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  32. ↑ Motor turboreactor domestic cu compresor centrifugal RD-500. - Călătorie în lumi îndepărtate . www.e-reading.club. Data accesului: 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  33. ↑ Motor turboreactor cu compresor centrifugal | Tehnologie și oameni . Data accesului: 16 februarie 2019. Arhivat din original pe 17 februarie 2019.
  34. ↑ Aeronava Yak-42. Manual de operare tehnică. Secțiunea 77 . Preluat la 18 iunie 2017. Arhivat din original la 23 martie 2017.

Link -uri

Literatură

  • GOST 23851-79. Motoare cu turbine cu gaz pentru aviație; Termeni și definiții. - Moscova: Editura IPK Standards, 1979. - 99 p.
  • GOST 51852-2001. Instalatii de turbine cu gaz; Termeni și definiții. - Moscova: Editura IPK Standards, 2001. - 9 p.
  • Aeronava de luptă Pavlenko VF ; avioane, centrale electrice, funcționarea acestora. - Moscova: Editura Militară, 1984. - 319 p.
  • Elliot, Simon . Power Progress : World Turbine Engine Directory  . // Zbor internaţional . - 13-19 octombrie 1993. - Vol. 144 - nr. 4391 - P. 29-40 - ISSN 0015-3710. (o carte de referință cu date tehnice și caracteristici comparative ale a 34 de motoare cu turbine cu gaz cu turboarbore (turboarbore) ale celor mai mari producători-întreprinderi de construcții de motoare străine din lume)
  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
 Motoare
Jet de aer
Principalele tipuri
Necomprimat
Turboreactor
Modificări
și sisteme hibride
Vezi și: Motoare cu turbină cu gaz
Vezi si mașină cu mișcare perpetuă Motorreductor motor din cauciuc