Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Что такое газотурбинный двигатель


Газотурбинный двигатель самолета. Фото. Строение. Характеристики.

 

Авиационные газотурбинные двигатели.

 

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

 

Принцип работы газотурбинного двигателя.

 

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

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

 

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

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

 

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

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

  • турбореактивные
  • турбовинтовые
  • турбовентиляторные
  • турбовальные

 

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

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

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

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

 

Газотурбинные двигатели имеют классификацию также по другим признакам:

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

 

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

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

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

 

 

Газотурбинный двигатель. Видео.

 

Полезные статьи по теме.

 

Ещё узлы и агрегаты

 

Газотурбинный двигатель | Британика

Газотурбинный двигатель , любой двигатель внутреннего сгорания, использующий газ в качестве рабочей жидкости, используемой для вращения турбины. Термин также обычно используется для описания полного двигателя внутреннего сгорания, состоящего по меньшей мере из компрессора, камеры сгорания и турбины.

Общая характеристика

Полезная работа или тяговое усилие могут быть получены от газотурбинного двигателя. Он может приводить в действие генератор, насос или пропеллер или, в случае чисто реактивного авиационного двигателя, развивать тягу, ускоряя поток выхлопных газов турбины через сопло.Такой двигатель может производить большие объемы мощности, который при той же мощности намного меньше и легче, чем поршневой двигатель внутреннего сгорания. Поршневые двигатели зависят от движения поршня вверх-вниз, который затем должен быть преобразован во вращательное движение с помощью коленчатого вала, в то время как газовая турбина поставляет мощность вращающегося вала напрямую. Хотя концептуально газотурбинный двигатель является простым устройством, компоненты для эффективного блока должны быть тщательно спроектированы и изготовлены из дорогостоящих материалов из-за высоких температур и напряжений, возникающих во время работы.Таким образом, газотурбинные двигательные установки обычно ограничиваются большими единицами, где они становятся экономически эффективными.

Газотурбинный двигатель, циклы

Большинство газовых турбин работают в открытом цикле, в котором воздух отбирается из атмосферы, сжимается в центробежном или осевом компрессоре, а затем подается в камеру сгорания. Здесь топливо добавляется и сжигается при практически постоянном давлении с частью воздуха. Дополнительный сжатый воздух, который обходит вокруг секции горения и затем смешивается с очень горячими газами сгорания, необходим для поддержания достаточно низкой температуры на выходе из камеры сгорания (по сути, входа турбины), чтобы турбина могла работать непрерывно.Если установка предназначена для выработки мощности на валу, продукты сгорания (в основном воздух) расширяются в турбине до атмосферного давления. Большая часть мощности турбины требуется для работы компрессора; только остаток доступен для подачи работы вала на генератор, насос или другое устройство. В реактивном двигателе турбина спроектирована так, чтобы обеспечить достаточную мощность для привода компрессора и вспомогательных устройств. Затем поток газа покидает турбину при промежуточном давлении (выше местного атмосферного давления) и подается через сопло для создания тяги.

Газотурбинный двигатель постоянного давления с открытым циклом. Encyclopædia Britannica, Inc.

Идеализированный газотурбинный двигатель, работающий без каких-либо потерь в этом простом цикле Брайтона, рассматривается в первую очередь. Если, например, воздух поступает в компрессор при 15 ° C и атмосферном давлении и сжимается до одного мегапаскаля, он затем поглощает тепло из топлива при постоянном давлении до тех пор, пока температура не достигнет 1100 ° C, а затем расширится через турбину до атмосферного. давление.Для этого идеализированного блока потребовалась бы мощность турбины 1,68 кВт на каждый киловатт полезной мощности, а 0,68 кВт потреблялось для привода компрессора. Тепловая эффективность установки (чистая произведенная работа, деленная на энергию, добавленную через топливо) составила бы 48 процентов.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 года с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Фактическая производительность в открытом цикле

Если для агрегата, работающего между теми же пределами давления и температуры, компрессор и турбина работают только на 80 процентов ( i.например, работа идеального компрессора равна 0,8 раза фактической работы, в то время как фактическая мощность турбины в 0,8 раза превышает идеальную производительность), ситуация резко меняется, даже если все другие компоненты остаются идеальными. Для каждого произведенного киловатта полезной мощности турбина должна теперь производить 2,71 киловатта, в то время как работа компрессора становится 1,71 киловатта. Тепловая эффективность падает до 25,9 процента. Это иллюстрирует важность высокоэффективных компрессоров и турбин. Исторически сложность создания эффективных компрессоров, даже больше, чем эффективных турбин, задерживала разработку газотурбинного двигателя.Современные агрегаты могут иметь КПД компрессора 86–88% и КПД турбины 88–90% в проектных условиях.

Эффективность и выходную мощность можно повысить, повысив температуру на входе в турбину. Однако все материалы теряют прочность при очень высоких температурах, и поскольку лопатки турбины движутся с высокой скоростью и подвергаются сильным центробежным напряжениям, температура на входе в турбину выше 1100 ° C требует специального охлаждения лопаток. Можно показать, что для каждой максимальной температуры на входе в турбину также существует оптимальный коэффициент давления.Современные авиационные газовые турбины с лопастным охлаждением работают при температуре на входе в турбину выше 1370 ° С и при давлениях около 30: 1.

Переохлаждение, подогрев и регенерация

В авиационных газотурбинных двигателях следует обратить внимание на массу и диаметр. Это не позволяет добавлять больше оборудования для улучшения производительности. Соответственно, двигатели для коммерческих самолетов работают по простому циклу Брайтона, идеализированному выше. Эти ограничения не распространяются на стационарные газовые турбины, в которые могут быть добавлены компоненты для повышения эффективности.Улучшения могут включать (1) уменьшение компрессионной работы при промежуточном охлаждении, (2) увеличение мощности турбины путем повторного нагрева после частичного расширения или (3) уменьшение расхода топлива при регенерации.

Первое улучшение будет включать сжатие воздуха при почти постоянной температуре. Хотя это не может быть достигнуто на практике, оно может быть аппроксимировано промежуточным охлаждением (то есть , то есть , путем сжатия воздуха в два или более этапа и водяного охлаждения между этапами до его первоначальной температуры).Охлаждение уменьшает объем воздуха, который необходимо обрабатывать, а вместе с ним и работу сжатия.

Второе усовершенствование включает в себя подогрев воздуха после частичного расширения через турбину высокого давления во втором наборе камер сгорания перед подачей его в турбину низкого давления для окончательного расширения. Этот процесс похож на подогрев, используемый в паровой турбине.

Оба подхода требуют значительного дополнительного оборудования и используются реже, чем третье усовершенствование.Здесь горячие отработавшие газы из турбины пропускаются через теплообменник или регенератор, чтобы повысить температуру воздуха, выходящего из компрессора до сгорания. Это уменьшает количество топлива, необходимое для достижения желаемой температуры на входе в турбину. Повышение эффективности, однако, связано с большим увеличением первоначальных затрат и будет экономичным только для агрегатов, которые работают почти непрерывно.

Двигатели

Что такое аэронавтика? | динамика полета | Самолеты | Двигатели | История полета | какой такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Ланс | Индекс сайта | Дом

Двигатели

Как работает реактивный двигатель?


NEW!
Видео "Как работает реактивный двигатель".

Мы считаем само собой разумеющимся, насколько легко самолет весом более половины миллион фунтов поднимается с земли с такой легкостью. Как это случилось? Ответ прост. Это двигатели.

Пусть Тереза ​​Беньо из Исследовательского центра Гленна НАСА объяснит больше ...

Как показано на НАСА Направление завтра.


Реактивные двигатели с огромной силой двигают самолет вперед, создаваемый огромная тяга и заставляет самолет лететь очень быстро.

Все реактивные двигатели, которые также называются газовые турбины, работать по тому же принципу. Двигатель всасывает воздух спереди с помощью вентилятора. Компрессор поднимает давление воздуха. Компрессор сделан со многими лезвиями, прикрепленными к валу. Лопасти вращаются с высокой скоростью и сжимают или сжимают воздух. Сжатый воздух тогда распыляется с топливом, и электрическая искра зажигает смесь. горючие газы расширяются и выдуваются через сопло в задней части двигателя.Когда струи газа стреляют назад, двигатель и самолет смещаются вперед. Когда горячий воздух идет к соплу, он проходит через другую группу лопастей. называется турбиной. Турбина прикреплена к тому же валу, что и компрессор. Вращение турбины приводит к вращению компрессора.

На рисунке ниже показано, как воздух проходит через двигатель. Воздух проходит через ядро двигателя, а также вокруг ядра.Это вызывает некоторое количество воздуха быть очень горячим, а некоторые - круче. Кулер воздух затем смешивается с горячим воздух на выходе из двигателя.

Это картина того, как воздух проходит через двигатель

Что такое тяга?

Тяга это передняя сила, которая толкает двигатель и, следовательно, самолет вперед. сэр Исаак Ньютон обнаружил, что для «каждого действия существует равное и противоположная реакция. "Двигатель использует этот принцип. Двигатель принимает в большом объеме воздуха. Воздух нагревается, сжимается и замедляется. Воздух проходит через множество вращающихся лопастей. Смешивая этот воздух со струей топливо, температура воздуха может достигать трех тысяч градусов. Мощность воздуха используется для вращения турбины. Наконец, когда воздух уходит, это выталкивает назад из двигателя.Это заставляет самолет двигаться вперед.

Части реактивного двигателя

Поклонник - Вентилятор является первым компонентом в ТРДД. Большой вращающийся вентилятор всасывает большое количество воздуха. Большинство лезвий вентилятора сделаны из титана. Затем он ускоряет этот воздух и разбивает его на две части. Одна часть проходит через «ядро» или центр двигателя, где на него воздействуют другие компоненты двигателя.

Вторая часть «обходит» сердечник двигателя. Проходит через воздуховод который окружает ядро ​​в задней части двигателя, где он производит большую часть сила, которая продвигает самолет вперед. Этот более прохладный воздух помогает успокоить двигатель, а также добавление тяги к двигателю.

Компрессор - Компрессор первый компонент в ядре двигателя. Компрессор состоит из вентиляторов с множеством лопастей. и прикреплен к валу.Компрессор сжимает воздух, который поступает в него Постепенно меньшие площади, что приводит к увеличению давления воздуха. это приводит к увеличению энергетического потенциала воздуха. Раздавленный воздух нагнетается в камеру сгорания.

Combustor - В камере сгорания воздух смешан с топливом, а затем загорелся. Есть 20 форсунок для распыления топлива. воздушный поток. Смесь воздуха и топлива загорается.Это обеспечивает высокую температура, высокоэнергетический воздушный поток. Горючее с кислородом в сжатом топливе воздух, производящий горячие расширяющиеся газы. Внутренняя часть камеры сгорания часто производится из керамических материалов для обеспечения термостойкой камеры. Жара может достигать 2700 °.

Турбина - Высокоэнергетический поток воздуха из камеры сгорания уходит в турбину, вызывая вращение лопастей турбины. Турбины связаны валом, чтобы вращать лопасти в компрессоре и раскрутить впускной вентилятор спереди.Это вращение отнимает энергию у поток высокой энергии, который используется для привода вентилятора и компрессора. Газы Произведенные в камере сгорания движутся через турбину и вращают ее лопасти. Турбины реактивного двигателя вращаются вокруг тысячи раз. Они закреплены на валах которые имеют несколько наборов шарикоподшипников между ними.

Насадка - Сопло является вытяжным каналом двигатель. Это часть двигателя, которая на самом деле производит тягу для самолет.Истощенный энергией воздушный поток, который прошел турбину, в дополнение к более холодный воздух, который обошел ядро ​​двигателя, создает силу при выходе из форсунка, которая движет вперед двигатель и, следовательно, самолет. Сочетание горячего воздуха и холодного воздуха выталкивается и производит выхлоп, который вызывает прямую тягу. Соплу может предшествовать смеситель , который сочетает в себе высокотемпературный воздух, поступающий из активной зоны двигателя с воздух с более низкой температурой, который был обойден в поклоннике.Смеситель помогает сделать двигатель тише.

Первый реактивный двигатель - А Краткая история ранних двигателей

Сэр Исаак Ньютон в 18 веке был сначала предположить, что взрыв, направленный назад, может привести в движение машину вперед с большой скоростью. Эта теория была основана на его третьем законе движение. Когда горячий воздух проходит через сопло в обратном направлении, самолет движется вперед.

Анри Жиффар построил дирижабль, который был приведен в действие первым двигателем самолета - паровой двигатель с тремя лошадьми. Это было очень тяжелый, слишком тяжелый, чтобы летать.

В 1874 году Феликс де Храм года построил моноплан который пролетел короткий прыжок вниз по склону с помощью угольного парового двигателя.

Отто Даймлер , в конце 1800-х изобрел первый бензиновый двигатель.

В 1894 году американец Хирам Максим пытался привести в действие свой трехместный биплан с двумя угольными паровыми двигателями.Это только пролетели на несколько секунд.

Ранние паровые двигатели работали на подогреве угля и, как правило, слишком тяжелый для полета.

американец Сэмюэль Лэнгли сделал модель самолета которые были приведены в действие паровыми двигателями. В 1896 году он успешно управлял Беспилотный самолет с паровым двигателем, названный Aerodrome . Он пролетел около 1 мили, прежде чем испарился. Затем он попытался построить полный размер самолета, Aerodrome A, с бензиновым двигателем.В 1903 году это разбился сразу же после спуска с домашнего катера.

В 1903 году братьев Райт полетел, Flyer , с 12-сильным газом двигатель.

С 1903 года, года первого полета братьев Райт, до конца 1930-х годов бензиновый поршневой двигатель внутреннего сгорания с пропеллером единственное средство, используемое для приведения в движение самолета.

Это был Фрэнк Уиттл , британский пилот, который разработал и запатентовал первый турбореактивный двигатель в 1930 году.Двигатель Уиттл впервые полетел успешно в мае 1941 года. Этот двигатель имел многоступенчатый компрессор и систему сгорания. камера, одноступенчатая турбина и сопло.

В то же время, когда Уиттл работал в Англии, Ганс фон Охайн работал над похожим дизайном в Германии. Первый самолет успешно Использовать газотурбинный двигатель был немецкий Heinkel He 178, август 1939 года. Это был первый в мире турбореактивный двигатель рейс.

General Electric построила первый американский реактивный двигатель для ВВС США Реактивный самолет . Это был экспериментальный самолет XP-59A, который впервые полетел в октябре 1942 года.

Типы реактивных двигателей

Турбореактивные двигатели

Основная идея турбореактивный двигатель просто.Воздух забирается из отверстия в передней части двигателя сжимается в 3-12 раз от исходного давления в компрессоре. Топливо добавляется в воздух и сжигается в камере сгорания для поднять температуру жидкой смеси примерно до 1100 ° F до 1300 ° F. Полученный горячий воздух проходит через турбину, которая приводит в движение компрессор. Если турбина и компрессор работают, давление на выходе турбины будет почти вдвое больше атмосферного давления, и это избыточное давление отправляется к соплу, чтобы произвести высокоскоростной поток газа, который создает тягу.Значительное увеличение тяги может быть достигнуто с помощью форсаже. Это вторая камера сгорания, расположенная после турбины и перед сопло. Дожигатель повышает температуру газа перед соплом. Результатом этого повышения температуры является увеличение примерно на 40 процентов в тяге при взлете и гораздо больший процент на высоких скоростях, как только самолет в воздухе.

Турбореактивный двигатель - реактивный двигатель.В реакторе, расширяющемся газе давить сильно на переднюю часть двигателя. Турбореактивный двигатель всасывает воздух и сжимает или сжимает это. Газы протекают через турбину и заставляют ее вращаться. Эти газы отскочить назад и выстрелить из задней части выхлопа, толкая самолет вперед.

Изображение турбореактивного двигателя

Турбовинты

А турбовинтовой двигатель реактивный двигатель, прикрепленный к винтуТурбина в задняя часть поворачивается горячими газами, и это поворачивает вал, который приводит в движение пропеллер. Некоторые небольшие авиалайнеры и транспортные самолеты приводятся в действие турбовинтовыми двигателями.

Как турбореактивный, турбовинтовой двигатель состоит из компрессора, сгорания камеры и турбины, давление воздуха и газа используется для запуска турбины, которая затем создает мощность для привода компрессора. По сравнению с турбореактивным двигателем, турбовинтовой двигатель обладает большей эффективностью при скорости полета ниже примерно 500 миль в час.Современные турбовинтовые двигатели оснащены винтами, которые имеют меньший диаметр, но большее количество лопастей для эффективной работы на гораздо более высоких скоростях полета. Чтобы приспособить более высокие скорости полета, лопасти имеют форму ятагана с опущенными передними кромками на концах лезвия. Двигатели с такими винтами называются пропфанов .

Изображение турбовинтового двигателя

Турбовентиляторы

А турбовентиляторный двигатель имеет большой вентилятор спереди, который всасывает воздух.Большая часть воздуха проходит вокруг двигателя, что делает его тише и дает больше тяги на низких скоростях. Большинство современных авиалайнеров имеют питание турбовентиляторы. В турбореактивном двигателе весь воздух, поступающий на впуск, проходит через газогенератор, который состоит из компрессора, камеры сгорания и турбины. В турбовентиляторном двигателе только часть поступающего воздуха поступает в камера сгорания. Остальная часть проходит через вентилятор или компрессор низкого давления, и выбрасывается непосредственно как «холодная» струя или смешивается с выхлопом газогенератора производить "горячую" струю.Целью этого типа обходной системы является увеличение тяга без увеличения расхода топлива. Это достигается путем увеличения общий воздушно-массовый поток и снижение скорости в пределах того же общего источника энергии.

Изображение турбовентиляторный двигатель

Турбовальные валы

Это еще одна форма газотурбинного двигателя, которая работает во многом как турбовинтовой двигатель система.Это не водить винт. Вместо этого он обеспечивает мощность для вертолета ротор. Турбовальный двигатель сконструирован таким образом, чтобы скорость вращения вертолета ротор не зависит от скорости вращения газогенератора. Это разрешает частота вращения ротора должна быть постоянной, даже если скорость генератора варьируется, чтобы модулировать количество производимой энергии.

Изображение турбовального двигателя

Ramjets

ПВРД является Самый простой реактивный двигатель и не имеет движущихся частей.Скорость струи "баранов" или нагнетает воздух в двигатель. По сути это турбореактивный двигатель, в котором вращается машины были опущены. Его применение ограничено тем, что его Степень сжатия полностью зависит от скорости движения. ПВРД не развивает статичность тяга и очень малая тяга вообще ниже скорости звука. Как следствие, Для ПВРД необходим некоторый вспомогательный взлет, такой как другой самолет. Он использовался в основном в ракетных системах.Космические аппараты используют это тип струи.

Изображение Ramjet Engine

Вернуться к началу

Что такое аэронавтика? | Динамика полета | самолеты | Двигатели | история полета | Что такое UEET?
Словарь | Весело и игры | Образовательные ссылки | Урок Планы Индекс сайта | Дом

,

Газотурбинные двигатели - PetroWiki

Размеры газовых турбин варьируются от микротурбин мощностью <50 л.с. (37,3 кВт) до крупных промышленных турбин мощностью> 250 000 л.с. (190 кВт). Эта страница посвящена газотурбинному двигателю, различиям между типами турбин и пунктам, которые следует учитывать, когда они применяются в качестве основного двигателя.

Процесс

Как показано в Рис. 1 и Рис. 2 , «открытый» цикл Брайтона является термодинамическим циклом для всех газовых турбин.Этот цикл состоит из:

  • Адиабатическое сжатие
  • Нагрев постоянным давлением
  • Адиабатическое расширение

Газовая турбина состоит из следующих компонентов:

  • Воздушный компрессор
  • Камера сгорания
  • Силовая турбина, которая вырабатывает энергию для привода воздушного компрессора и выходного вала
  • Рис. 1 - Упрощенная схема газовой турбины простого цикла.

  • Рис.2 - Типичный «открытый» цикл Брайтона для газовых турбин.

Воздух поступает на вход компрессора в условиях окружающей среды (точка 1), сжимается (точка 2) и проходит через систему сгорания, где он смешивается с топливом и «запускается» до максимальной температуры цикла (точка 3). Нагретый воздух расширяется через секцию турбины газогенератора (между точками 3 и 5), где энергия рабочего тела извлекается для выработки энергии для привода компрессора, и расширяется через силовую турбину для привода нагрузки (точка 7) ,Затем воздух выпускается в атмосферу. Пусковая система используется для того, чтобы воздушный компрессор работал на достаточной скорости, чтобы подавать воздух для сгорания вместе с топливом, впрыскиваемым в камеру сгорания. Цикл сгорания с непрерывным горением турбины в сочетании с непрерывным вращением ротора турбины обеспечивает практически безвибрационную работу, а также меньшее количество движущихся частей и точек износа, чем у других первичных двигателей.

Рассмотрение проекта и эксплуатация

Максимальная температура цикла, TRIT

Выходная мощность газовой турбины может быть увеличена путем увеличения максимальной температуры цикла.Максимальная температура цикла обозначается TRIT, что обозначает температуру на входе ротора турбины. API 616 определяет номинальную температуру обжига как вычисленную поставщиком температуру на входе турбины (TIT) непосредственно перед ротором турбины первой ступени для непрерывной работы при номинальной выходной мощности. TRIT рассчитывается непосредственно перед ротором турбины первой ступени и включает рассчитанные эффекты охлаждения воздуха и падения температуры на лопатках статора первой ступени.

Воздушный поток

Выходная мощность газовой турбины также может быть увеличена путем увеличения массового расхода воздуха через газовую турбину.Геометрия газовой турбины, в частности компрессора, и скорость компрессора определяют основной массовый расход воздуха. Увеличение потока требует увеличения скорости, которая ограничена максимальной скоростью непрерывного хода любой конкретной конструкции. При заданной скорости увеличение плотности воздуха на входе увеличивает массовый расход воздуха. Плотность воздуха на входе увеличивается непосредственно при атмосферном давлении и обратно пропорционально температуре окружающей среды.

Основными параметрами, влияющими на выходную мощность, являются скорость и TRIT для любой заданной механической / аэродинамической конструкции.Увеличение любого из этих параметров увеличивает выходную мощность газовой турбины. Скорость и температура могут диктоваться желаемой выходной мощностью и скоростью нагрева в пределах ограничений, налагаемых следующими факторами:

  • Жизнь компонентов
  • Стоимость
  • Техническая осуществимость

Ограничения скорости

По мере увеличения скорости газовой турбины центробежные силы на вращающихся компонентах увеличиваются. Эти силы увеличивают нагрузку на вращающиеся компоненты, особенно следующие:

  • Диски
  • Лезвия
  • Прикрепление лезвия к диску

Материалы компонентов имеют пределы напряжений, которые прямо пропорциональны их скоростным пределам и не должны превышаться.Таким образом, максимальная непрерывная скорость вращающегося элемента является функцией:

  • геометрия ротора
  • Свойства материала компонента
  • Факторы безопасности конструкции

Это максимально допустимая скорость для непрерывной работы.

Температурные ограничения

Одним из способов увеличения выходной мощности является увеличение расхода топлива и, следовательно, TRIT. При увеличении TRIT компоненты горячей секции работают при более высоких температурах металла, что сокращает время между проверками (TBI) газовой турбины.Поскольку срок службы материалов горячего сечения ограничен напряжением при высокой температуре, существуют ограничения на максимальные температуры для данного TBI. Срок службы материала быстро уменьшается при более высоких температурах. TBI является функцией времени в TRIT и скорости изменения TRIT во время переходных процессов, таких как запуск. Предел ползучести или разрушения под напряжением определяется свойствами материала в зависимости от уровня напряжения и рабочей температуры.

Рейтинговый балл

Может быть установлен рейтинг для определения производительности газовой турбины для заданных условий окружающей среды, потерь в воздуховоде, топлива и т. Д.

Международная организация по стандартизации определяет свои стандартные условия как:

  • 59 ° F
  • 1,013 бар
  • Относительная влажность 60% без потерь

Это стало стандартным рейтингом для сравнения турбин различных производителей и конструкций.

Рейтинг сайта

Рейтинг площадки - это заявление об основных характеристиках газовой турбины при определенных условиях площадки, в том числе:

  • Температура окружающей среды
  • Высота
  • Потери давления в воздуховоде
  • Контроль выбросов
  • Топливная композиция
  • Вспомогательная коробка отбора мощности
  • Компрессор вытяжной воздушный
  • Уровень выходной мощности

Например, повышение температуры окружающей среды снижает выходную мощность со скоростью, на которую влияет конструкция газовой турбины.

Температура воздуха на входе

Рис. 3 относится к температуре входящего воздуха при оптимальной скорости турбины для примера газовой турбины:

  • Выходная мощность
  • Расход топлива
  • Температура выхлопных газов
  • Выпускной поток
  • Рис. 3 - Выходная мощность в зависимости от температуры воздуха на входе в компрессор.

Повышение эффективности турбины

Простой цикл

Большая часть механической энергии, извлекаемой из газового потока турбиной, требуется для привода воздушного компрессора, а оставшаяся часть доступна для привода механической нагрузки.Энергия газового потока, не извлекаемая турбиной, отбрасывается в атмосферу в виде тепла.

Восстановительный цикл

В рекуперативном цикле, также называемом регенеративным циклом, нагнетаемый воздух компрессора предварительно нагревается в теплообменнике или рекуператоре, источником тепла которого является выхлоп газовой турбины. Энергия, передаваемая из выхлопа, уменьшает количество энергии, которое должно добавляться топливом. В , фиг.4, , экономия топлива представлена ​​заштрихованной областью под 2-2.Три основные конструкции, используемые в стационарных рекуператорах:

  • Пластинчатый плавник
  • Оболочка и труба
  • Первичная поверхность
  • Рис. 4 - Восстановленный цикл.

Комбинированный цикл

Добавление цикла парового дна к циклу Брайтона использует тепло отработавших газов для получения дополнительной мощности, которая может использоваться при общей нагрузке, как показано в , рис. 5 , или для отдельной нагрузки.Затененная область представляет собой дополнительный подвод энергии.

Система впуска воздуха

Фильтрация воздуха на входе. Качество воздуха, поступающего в газовую турбину, является очень важным фактором при проектировании. Эффективность турбины со временем будет снижаться из-за отложений на внутреннем пути потока турбины и вращающихся лопастях. Это накопление приводит к увеличению технического обслуживания и расхода топлива. Выбор и поддержание подходящей системы фильтрации воздуха на входе для конкретных условий на месте будет влиять на скорость снижения эффективности с течением времени.

Падение давления

Очень важно минимизировать падение давления воздуха, проходящего через: Воздуховоды на входе Фильтр на входе воздуха Глушитель на входе (см. Шумоподавление ниже)

Потеря давления на атмосферном воздухе, поступающем в турбину, сильно влияет на производительность газовой турбины.

Шумоподавление

Шум, создаваемый газовой турбиной, в основном относится к высокочастотным диапазонам, которые не передаются до низкочастотных шумов, создаваемых первичными двигателями с более низкой скоростью, такими как поршневые двигатели.Большая часть высокочастотного шума, создаваемого турбиной, генерируется на входе воздуха, при этом меньшее количество поступает из выхлопной трубы. Источники шума и метод ослабления следующие:

Воздухозаборник

Впускной глушитель должен быть специально разработан с учетом профиля шума газовой турбины и требований площадки. Этот глушитель установлен во впускном воздуховоде между воздушным фильтром и впускным отверстием компрессора турбины.

Выхлоп

Выхлопной глушитель должен быть специально разработан с учетом профиля шума газовой турбины и требований площадки.Высота выхлопной трубы в сочетании с глушителем является важным фактором. Высвобождение горячих выхлопных газов настолько высоко, насколько это практически возможно, снижает измеряемый шум на уровне земли, а также имеет дополнительное преимущество, заключающееся в уменьшении вероятности рециркуляции горячего выхлопа обратно во впускное отверстие для воздуха. Потеря давления (противодавление) на выхлопе турбины сильно влияет на производительность газовой турбины.

Кожух / коробка передач / приводное оборудование

Шумопоглощающие кожухи могут быть установлены непосредственно над оборудованием, таким как встроенные в салазки въездные шкафы или здание, содержащее оборудование, изолированное для удовлетворения требований, или и то, и другое.

Масляный радиатор

Наиболее распространенным методом охлаждения масла является использование воздухообменников / вентиляторов. Они генерируют шум вентилятора, который можно контролировать с помощью скорости вращения вентилятора. Использование кожухотрубных кулеров для воды может быть эффективным с точки зрения шума, если имеется охлаждающая среда.

Типы газовых турбин

Конструкцию турбины

можно различить по:

  • Тип пошлины
  • Типы камер сгорания
  • Конфигурация вала
  • Степень упаковки

Виды пошлин

Авиационные турбинные двигатели

Авиационные турбинные двигатели или реактивные двигатели разработаны с очень сложной конструкцией для легкого веса специально для питания самолетов.Эти конструкции требуют максимальной мощности или тяги при минимальном весе и максимальной эффективности использования топлива. Авиационные турбины имеют подшипники качения и высокие температуры обжига, требующие экзотической металлургии. Они могут работать на ограниченном количестве видов топлива. Когда реактивный двигатель используется в промышленности, он должен быть соединен с независимой турбиной для выработки мощности на валу.

Тяжелые промышленные газотурбинные двигатели

Основные параметры конструкции тяжелых промышленных газотурбинных двигателей были разработаны на основе промышленных паровых турбин с более низкими скоростями вращения, тяжелыми роторами и корпусами большего размера, чем у реактивных двигателей, для обеспечения более длительного срока службы.Эти газовые турбины способны сжигать самый широкий спектр жидкого или газового топлива.

Легкие промышленные газотурбинные двигатели

Основные конструктивные параметры и технология, используемые в авиационных турбинах, могут быть объединены с некоторыми аспектами конструкции тяжелых промышленных газовых турбин для производства более легкой промышленной турбины с ресурсом, приближающимся к сроку службы тяжелой промышленной газовой турбины. Эти двигатели называются легкими промышленными газотурбинными двигателями.

Типы камер сгорания

Радиальная или кольцевая камера сгорания

Эта камера сгорания окружает вращающиеся детали газовой турбины и является неотъемлемой частью корпуса двигателя ( Рис.6 ). Авиационные турбины и легкие промышленные газовые турбины используют эту конструкцию.

  • Рис. 6 - Типичный разрез газовой турбины.

Банка сгорания

Это система с одним или несколькими сгораниями, которая отделена от вращающейся турбины как банки внешнего сгорания ( Рис. 7 ). Конструкции с использованием этого типа камеры сгорания могут сжигать более широкий спектр топлива.

  • Рис. 7 - Типичная газовая турбина с камерой сгорания банки (выреза).

Конфигурация вала

Одиночный вал

Газовая турбина может иметь либо одновальную, либо двухвальную конструкцию. Одновальная конструкция состоит из одного вала, соединяющего воздушный компрессор, газогенераторную турбину и силовую турбину как один вращающийся элемент ( Рис. 1 ). Эта конструкция лучше всего подходит для применений с постоянной скоростью, таких как управление электрическими генераторами с постоянной частотой.

Двухвальный

Двухвальная конструкция имеет воздушный компрессор и генератор газа на одном валу и силовую турбину на втором независимом валу.Такая конструкция обеспечивает гибкость скорости, необходимую для более эффективного покрытия более широкой карты производительности приводимого оборудования. Это позволяет производителю газа работать со скоростью, необходимой для выработки мощности, необходимой для приводного оборудования, такого как центробежные компрессоры или насосы. Рис. 6 показывает вид в разрезе типичной двухвальной газовой турбины. Основные компоненты включают в себя компрессор, систему сгорания, турбину для производства газа и силовую турбину. Эта конструкция включает в себя двухступенчатую газогенераторную турбину и двухступенчатую силовую турбину.

Степень упаковки

Норма для большинства газовых турбин, используемых в промышленности, состоит в том, чтобы включить газовую турбину в базовую раму / полозья со всеми компонентами, необходимыми для основного рабочего блока. Это включает в себя такие системы, как:

  • Стартовая система
  • Топливная система
  • Система смазки
  • Местное управление
  • В некоторых случаях редуктор и приводное оборудование

Дополнительные необходимые для эксплуатации системы - это, как правило, отдельные готовые комплексные системы, которые могут быть предоставлены и настроены изготовителем турбины.В эту категорию входят такие системы, как:

  • Фильтрация / глушитель воздухозаборника
  • Маслоохладители
  • Системы дистанционного управления
  • Шумоглушители
  • Выхлопные глушители

Выхлопные выбросы

Ухудшение атмосферы газообразными загрязнителями является важной экологической проблемой. Газовая турбина с базовой конструкцией цикла обеспечивает более чистое сгорание и производит более низкий уровень загрязнения по сравнению с другими первичными двигателями, что является главным преимуществом.Загрязняющие вещества газовой турбины, которые обычно регулируются:

  • Оксиды азота
  • Угарный газ
  • несгоревших углеводородов
  • Частицы
  • Диоксид серы

Решение некоторых, но не всех, этих проблем загрязнения находится в камере сгорания газовой турбины. Краткое обсуждение следует.

Оксиды азота (NO x )

Регулируются только два из семи оксидов азота: NO и NO2, которые в совокупности именуются NO x .Почти все проблемы выбросов, связанные с первичными двигателями, относятся к производству NO x и контролю NO x . Газовая турбина относительно чистая по сравнению с другими первичными двигателями. Например, газовые турбины, работающие на природном газе, обычно производят в 4-12 раз меньше NOx на единицу мощности, чем производят поршневые двигатели. Тем не менее, NOx является основным фактором, разрешающим установку газотурбинных установок.

Окись углерода (CO)

CO также находится на очень низком уровне в выхлопе турбины из-за избытка воздуха в процессе сгорания.Поэтому обычно это не проблема. Однако в некоторых районах, где уровень СО в окружающей среде чрезвычайно высок или когда для контроля NO x в газовой турбине используется закачка воды, СО может быть фактором получения разрешений.

несгоревших углеводородов (UHC)

В отличие от поршневых двигателей, которые вырабатывают значительное количество UHC, газовые турбины вырабатывают небольшое количество UHC, потому что большое количество избыточного воздуха, участвующего в процессе сгорания газовой турбины, полностью сгорает почти все углеводороды.Следовательно, выбросы UHC редко являются значительным фактором при получении экологических разрешений для газовых турбин.

частиц

Ни одна из методик измерения твердых частиц не была усовершенствована, чтобы дать значимые результаты на выхлопах газовых турбин. Это редко является фактором получения разрешений для газовых турбин, когда в газовой турбине сжигается чистое топливо.

Диоксид серы (SO 2 )

Почти все оборудование для сжигания топлива, включая газовые турбины, преобразует всю серу, содержащуюся в топливе, в SO 2 .Это делает SO 2 топливной проблемой, а не проблемой, связанной с характеристиками турбины. Единственный эффективный способ контроля SO 2 - это ограничение количества серы, содержащейся в топливе, или удаление SO 2 из выхлопных газов с помощью процесса мокрой очистки.

Контроль выбросов

Необходимость соответствовать или превышать нормы выбросов, установленные федеральными, государственными и местными нормами, требует от производителей промышленных газовых турбин разработки более чистых турбин.Системы сухих выбросов были разработаны с использованием топливных форсунок с бедным премиксом, специальной технологии сгорания и средств контроля для снижения выбросов NOx и CO путем создания более низких максимальных температур пламени и более полного окисления углеводородного топлива. Все промышленные газотурбинные производства имеют сухие продукты с низким уровнем выбросов. Производительность зависит от конкретного продукта из-за различий в конструкции камеры сгорания.

Эти системы, работающие на обедненном топливе, снижают образование NOx и CO до очень низких уровней, что делает ненужным использование дорогих каталитических нейтрализаторов с высокими эксплуатационными расходами для удаления NOx и CO после их образования.В зонах с высоким уровнем достижений в некоторых газовых турбинах может потребоваться использование селективных каталитических нейтрализаторов для дальнейшего снижения уровня NOx и CO. Топливом, выбранным для газовой турбины, является чистый сухой природный газ, который производит наиболее чистый выхлоп.

Отработанное тепло

Газовые турбины имеют большую часть потерь тепла от цикла, выходящего из выхлопных газов. Это тепло может быть восстановлено и использовано для повышения общего теплового кпд сгоревшего топлива. Наиболее распространенный метод использования тепла отработавших газов заключается в производстве пара.

Список литературы

Используйте этот раздел для цитирования элементов, на которые есть ссылки в тексте, чтобы показать ваши источники. [Источники должны быть доступны читателю, т. Е. Не внутреннему документу компании.]

интересных документов в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Используйте этот раздел, чтобы размещать ссылки на соответствующие материалы на других веб-сайтах, кроме PetroWiki и OnePetro.

См. Также

первопроходцы

Поршневые двигатели

PEH: Prime_Movers

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.