Принцип работы судового газотурбинного двигателя

Газотурбинный двигатель малой тяги серии МкА микроавиационный.

Газотурбинный двигатель малой тяги серии МкА (микроавиационный) отличается конструктивом, материалами, характеристиками, а также заранее продуманной интеграцией в ряд изделий. Это позволило повысить топливную эффективность двигателя на 82%, ресурс двигателя на 50 %, мощность на 30 %, надежность на 91%.

Описание:

Газотурбинный двигатель малой тяги серии МкА (микроавиационный) отличается конструктивом, материалами, характеристиками, а также заранее продуманной интеграцией в ряд изделий.

Основой двигателя является единый модуль, содержащий в себе:

– гибридный компрессор, обеспечивающий необходимый коэффициент сжатия и напора газа на выходе из модуля,

– блок торроидальной нессиметричной камеры сгорания с шариковой испарительной системой,

– одноступенчатую турбину с пассивным охлаждением лопаток.

В конструкции газотурбинного двигателя малой тяги применены новые методы балансировки подвижных элементов двигателя, позволившие снизить нагрузку на подшипниковые узлы и увеличить ресурс их работы на 20%, и новые методы синтеза системы управления, которые позволили значительно снизить расход топлива.

Газотурбинный двигатель малой тяги производится с применением аддитивных технологий производства и нанонапылений, пероуглеродосодержащих и композиционных материалов.

В двигателе используются многоканальная система смазки внутренних узлов, инновационная система воздушных тепловых экранов и интеллектуальная система самодиагностики.

В двигателе применена система управления с распределенной логикой, способная подстраиваться под параметры внешней среды, текущие условия, режимы эксплуатации двигателя и оптимизировать его параметры для достижения максимальной мощности, сберегая при этом ресурс внутренних узлов и агрегатов.

Внедрение подобных технологий позволило повысить топливную эффективность на 82%, ресурс двигателя на 50 %, мощность на 30 %, надежность на 91%.

– компактность,

– высокие характеристики надежности, мощности и потребления топлива,

– малый вес.

Технические характеристики газотурбинного двигателя малой тяги:

Применение:

– малая авиация,

– локальная энергетика.

Примечание: описание технологии на примере газотурбинного двигателя малой тяги серии МкА (микроавиационный).

карта сайта

авиационный газотурбинный вспомогательный двигательпродам новый первый танковый малый вертолетный вспомогательный газотурбинный двигатель аи 8 морские малоразмерные иноземцев корабельные российские судовые скубачевский авиационные газотурбинные двигатели для вмф россии 2016 год книга малой мощности россия скачать теория вспомогательные газотурбинные паротурбинные установки двигатели газотурбинным наддувом автомобильный маленький м90фр газотурбинный двигатель для авиамоделей для кораблей для фрегатов на автомобиле своими руками авто аи 20 аи 92 вертолета видео внутреннего сгорания гтд 1250 история купить недостатки принцип работы видео как работает дизельный газотурбинный двигатель реферат т 80 танка т 80 установка цена ямзиспользование газогидратов в газотурбинных двигателях диагностика газотурбинного газотурбинный расчет испытания камера сгорания принцип работы применение обороты мощность конструкция модель компрессор газотурбинного двигателя в танкемотоцикл с газотурбинным двигателемработа вал запуск кпд редуктор ресурс ремонт ротор схема характеристики устройство цикл газотурбинного двигателя видеозавод изготовление агрегаты лопатки производство лопаток разработка центр технологической компетенции лопатки эксплуатация топливо масло для типы металлокерамические вставки для газотурбинных двигателей россии

Коэффициент востребованности
350

comments powered by HyperComments

Основные узлы ТВаД

Рис. 1. Схема турбовального ГТД:

• 1- входное устройство; 2- компрессор; 3- камера сгорания; 4- турбина компрессора; 5- турбина винта (свободная турбина); 6- выходное устройство;
• 7 — вал отбора мощности

На примере ТВаД рассмотрим характерные сечения газотурбинного двигателя:

«Н» сечение невозмущенного потока, в этом сечении параметры воздуха соответствуют атмосферным;

«Вх» сечение на входе во входное устройство двигателя;

«В» сечение на входе в компрессор двигателя;

«К» сечение на выходе из компрессора двигателя, вход в камеру сгорания;

«Г» сечение на выходе камеры сгорания двигателя, вход в турбину;

«ТК» сечение на выходе из турбины компрессора (перед свободной турбиной);

«Т» сечение на выходе из турбин двигателя, вход в выходное устройство;

«С» сечение на выходе из двигателя.

Буквы, обозначающие сечения двигателя, используются в качестве индекса при обозначении величин, характеризующих параметры газа. Например, С_С — скорость истечения газа на выходе из двигателя, Р_К — давление газа за компрессором двигателя и.т. д.

Входное устройство.

Входное устройство предназначено для подвода к двигателю необходимого количества воздуха из атмосферы с минимальными гидравлическими потерями. Конструктивно выполнено как сужающийся канал, являющийся составной частью капотов. При движении воздуха во входном устройстве, как в любом сужающемся канале, происходит увеличение скорости, падение давления , снижение температуры .

Компрессор.

Компрессор предназначен для повышения давления воздуха. Компрессор конструктивно выполнен как лопаточная машина с вращающемся ротором. В компрессоре происходит повышение энергии воздуха за счет подводимой к его ротору механической энергии. Скорость потока в компрессоре несколько снижается. В компрессоре реализуется термодинамический процесс, приближенный к адиабатному. У вертолетных ТВаД обычно применяется осевой компрессор, т.е. воздух в компрессоре движется вдоль оси двигателя.

Камера сгорания.

Камера сгорания предназначена для подвода к воздуху тепла, в результате в камере сгорания происходит значительный рост температуры. При этом профиль проточной части камеры сгорания выбран таким, чтобы по мере продвижения газа происходило некоторое увеличение его скорости и снижение его давления. Термодинамический процесс в камере сгорания близок к изобарическому.

Турбина компрессора.

Турбина компрессора предназначена для привода во вращение ротора компрессора. Конструктивно выполнена как лопаточная машина, ротор которой с помощью вала связан с ротором компрессора и вращается заодно с ним. В турбине внутренняя энергия газа преобразуется в механическую т.е. и за счет этого вырабатывается механическая энергия, передаваемая через вал к ротору компрессора и расходуемая на его вращение.

Часть двигателя, включающая в себя компрессор, камеру сгорания, турбину компрессора, называется турбокомпрессором или газогенератором.

Свободная турбина.

Свободная турбина предназначена для выработки мощности, необходимой для передачи к главному редуктору вертолета. Процессы, происходящие в свободной турбине аналогичны тем, которые происходят в турбине компрессора.

Выходное устройство.

Выходное устройство двигателя (не регулируемое) представляет собой расширяющийся патрубок, обеспечивающий отвод отработанных газов в сторону от двигателя. В выходном устройстве двигателя ТВ2-117 газ, выходящий и свободной турбины активно смешивается с охлаждающим воздухом. В результате давление, температура и скорость газа снижаются.

Малые ГТД области применения

Микротурбины применяют в промышленности и быту в качестве автономных источников электроэнергии. — Мощность микротурбин составляет 30-1000 кВт; — объем не превышает 4 кубических метра.

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

Отрицательные моменты: — сложность электронной схемы (в стандартном варианте силовая схема выполняется с двойным энергопреобразованием); — силовая турбина с механизмом поддержания оборотов значительно повышает стоимость и усложняет производство всего агрегата.

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

Коротенькое видео, использования турбовального двигателя для электрогенератора.

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

Автомобильная промышленность

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

По иному дела обстоят в оборонной промышленности

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

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

И в середине 60-ых годов 20 века к этой проблеме привлекли Сергея Изотова, создателя силовой установки для МИ-2 — ГТД-350. КБ Изотова начало разработку и в итоге создало ГТД-1000 для танка Т-80. Пожалуй это единственный положительный опыт использования ГТД для наземного транспорта. Недостатки использования двигателя на танке — это его прожорливость и привередливость к чистоте проходящего по рабочему тракту воздуху. Внизу представлено короткое видео работы танкового ГТД-1000.

https://youtube.com/watch?v=yjla0e9xTmk

Малая авиация

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

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

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

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

Устройство и принцип работы двигателя

Строение турбовального двигателя в общих чертах напоминает строение ТРД. Основными составляющими являются комрессор, турбина, камера сгорания и вал. В отличие от других газотурбинных двигателей ТВаД совсем не имеет реактивной тяги – вся свободная энергия расходуется на вращение вала, поэтому и сопла, как такового, у него нет, а есть только каналы (своеобразные выхлопные трубы), по которым отводятся отработанные газы. Еще одна особенность ТВаД – наличие не одной, а двух турбин, не связанных между собой механически. Одна турбина приводит в движение компрессор, а вторая – рабочий вал. Между собой они связаны газодинамически. Некоторые модели турбовинтовых двигателей также имеют схожую конструкцию, но не обязательно. В случае с ТВаД турбин всегда две.

Две основные схемы устройства ТВаД с описание расположенных механизмов. Картинки кликабельны.

Принцип работы турбовального двигателя тоже не сильно отличается от ТРД или ТВД. Компрессор, приводимый в движение турбиной, нагнетает воздух в камеру сгорания, где он перемешивается с впрыснутым через форсунки топливом. Топливный заряд воспламеняется и сгорает, в результате чего образуются газы с большим запасом энергии. Расширяясь, они вращают турбины, приводя в движение компрессор и вал, а отработанные газы выводятся наружу.

Компрессор турбовального двигателя имеет несколько ступеней и может быть центробежным, осевым или комбинированным. Комбинированные компрессоры сочетают в себе и центробежные, и осевые ступени.

Обязательным конструктивным элементом ТВаД, как, впрочем, и турбовинтового двигателя, является редуктор, установленный между турбиной и валом. Сама турбина вращается с угловой скоростью, достигающей 20 000 об/мин. Понятно, что винт, закрепленный на валу и создающий тягу, не сможет работать при такой скорости и выполнять свои функции, ведь тогда ему придется вращаться со сверхзвуковой скоростью. Редуктор, установленный перед валом, понижает обороты и увеличивает крутящий момент, так что скорость вращения лопастей винта вертолета значительно меньше скорости вращения турбины.

Если турбовинтовые двигатели, которые используются на самолетах, должны иметь компактные размеры, а вал турбины и вал винта у них устанавливаются параллельно в одном корпусе, то к габаритам турбовальных двигателей таких жестких требований нет. Рабочий вал у них может находиться впереди турбины или за ней, в одном корпусе с ней или отдельно. Это объясняется тем, что мотор спрятан в конструкции кабины, где его можно расположить в любом удобном положении. Различают цельные моторы и модульные, состоящие из отдельных модулей, связанных между собой механически. Часто в одном модуле расположены компрессор и турбины, а в другом – рабочий вал, связанный с валом турбины редуктором.

Легкий американский вертолет AH-6j Little Bird

Победа за турбокомпрессором?

Не углубляясь в технические подробности, скажем, что механические нагнетатели можно считать частью эволюционного пути, а массовое распространение в итоге получили турбокомпрессоры. Для раскрутки нагнетателя требуется мощность с вала двигателя, турбина же раскручивается просто за счeт выхлопных газов. Первый путь технически сложнее и дороже в массовом производстве. Тем не менее механические компрессоры до сих пор устанавливают! С одной стороны, это премиальные модели британских Jaguar и Land Rover, некоторые двигатели у Mercedes, а с другой — традиционные масл-кары в духе Dodge Challenger Hellcat, которые продолжают специфически «подвизгивать» именно из-за своего механического нагнетателя.

Главное преимущество этой конструкции — приводной компрессор любой конструкции, будучи привязанным к коленвалу, не имеет инерционности. Связь «по педали» с ним прямая, и разгон остаeтся ровным практически во всeм диапазоне. Как говорится, каждому своe. Но вернeмся к массовым автомобилям.

Статьи по теме

Диагностика топливных форсунок: методы, рекомендации, профилактика поломок

Присадки для дизельного топлива: виды и задачи

Ремонт топливных форсунок: причины неисправности, диагностика, методы решения проблемы

Давление масла в двигателе: норма и признаки неисправности

Порвался ремень генератора: что делать в такой ситуации

Защита картера двигателя: мнения экспертов и автолюбителей

Сколько антифриза в системе охлаждения, и почему так важно знать его уровень

Ремонт турбины на дизельном двигателе: все проще, чем кажется

Уровень масла в двигателе: как правильно замерить и что делать при резком колебании

Ремонт дизельного мотора по всем правилам

Как часто надо менять масло в двигателе: рекомендации завода-изготовителя и специалистов

Присадки для бензиновых двигателей: использовать или нет

Присадки для дизельного двигателя: их виды и критерии выбора

Объем масла в двигателе: как выяснить, сколько нужно

Замена масла в двигателе: когда это нужно делать и как

Турбовинтовой двигатель ТВД

Турбовинтовой двигатель. Привод винта от вала турбины осуществляется через редуктор

Устройство турбовинтового двигателя

Основная статья: Турбовинтовые двигатели

Турбовинтовые двигатели (ТВД) или турбовальные двигатели (ТВЛД)[источник не указан 24 дня

] относятся к ВРДнепрямой реакции .

Конструктивно ТВД схож с ТРД, в котором мощность, развиваемая последним каскадом турбины, передаётся на вал воздушного винта (обычно через редуктор). Этот двигатель не является, строго говоря, реактивным (реакция выхлопа турбины составляет не более 10 % его суммарной тяги), однако традиционно их относят к ВРД. Турбовинтовые двигатели используются в транспортной и гражданской авиации при полётах с крейсерскими скоростями 400—800 км/ч.

В ТВЛД газ, исходящий их камеры сгорания, направляется, во-первых, на турбину, приводящую в движение компрессор, а во-вторых, на турбину, связанную с приводным валом. Приводной вал механически соединяется с редуктором, приводящим в движение несущий винт. Таким образом, в ТВЛД связь ротора и выходного вала является чисто газодинамической. Такое техническое решение преимущественно применяется для силовых установок вертолетов из-за большого момента инерции несущего винта. В случае механической связи несущего винта с газогенератором запуск двигателя требует наличия стартера большой мощности.

Конструкция

Благодаря тому, что у этого агрегата отсутствуют возвратно-поступательно двигающиеся части, а также тому, что его ротор обладает высокой частотой вращений, можно существенно уменьшить габаритные размеры и удельную массу этого двигателя (если сравнивать с дизелем). А это, в свою очередь, позволяет рассмотреть его как перспективный агрегат. Итак, чтобы создать газотурбинный двигатель своими руками (данным процессом интересуются многие – это реально, однако весьма трудно), нужно иметь турбины, камеру сгорания и компрессор. Также в его комплектацию входят стартер, масляный насос, регулятор частоты вращений и другое оборудование. Как правило, в автомобильных двигателях газотурбинного типа применяется центробежный одноступенчатый компрессор, при помощи которого давление воздуха увеличивается в 3,5 раза. Чтобы достичь указанного давления, нужно, чтобы компрессорное колесо вращалось с как можно большей скоростью. А она составляет около 420-450 метров в секунду.

Без коров в салоне

Я пригласил к себе Стива Андерсона и Фрэнка Соседо из экспериментальной дизайн-студии при General Motors и рассказал им о своей задумке. Мне оказалось весьма непросто передать свои мечтания в словах, так что я предпочел внимательно выслушать предложения собеседников. Они рисовали эскиз за эскизом и спрашивали: «Это?» Я раз за разом тянул: «Не-е-е…» Помню, на одной из этих встреч присутствовал Эд Уэлберн, вице-президент GM, отвечающий в компании за все виды проектирования, и тоже рисовал что-то свое на коктейльных салфетках. Я помянул Cadillac Cien, которую видел на одном из автосалонов. Спецы из GM продолжали что-то рисовать, но я уже знал, что мне нужно, так что сразу ткнул в долгожданный эскиз.

Гигантские воздухозаборники 650-сильной вертолетной турбины Honeywell LTS-101 — это главный источник шума, извергаемого джеткаром. Доработкой впускного тракта обещают заняться специалисты по глушителям — K&N и Flowmaster.

Новому автомобилю мы дали имя EcoJet, отражающее все аспекты нашего вполне серьезного проекта. Было решено, что автомобиль будет работать на биодизеле. Бернард Лучли, главный механик в моей команде, Джим Холл, главный слесарь, да и остальные специалисты просто творили чудеса. Кузов (углепластик поверх кевларовой основы) сделала компания Metalcrafters — она понастроила много концепт-каров для разных автошоу. Шасси собрали прямо на месте, в моем гараже. Когда выгибали профили под раму, алюминиевый каркас жесткости для кузова, другие рамные элементы, кое-какую техническую помощь нам оказала компания Alcoa. Она же предоставила колесные диски из закаленного алюминия со спицами в виде турбинных лопаток. Каждое из этих колес вытачивалось из 200-килограммовой алюминиевой болванки.

Вся концепция нашего автомобиля построена на дружественном отношении к природе, так что нам не хотелось использовать в его конструкции никаких веществ животного происхождения. На отделку салона пошли искусственные материалы, пригодные для дальнейшей утилизации, — такова, к примеру, синтетическая замша Alcantara. Мы постарались применить в нашей конструкции как можно больше серийных деталей из производства GM. Карбоновые тормоза Brembo — те же самые, что ставятся на Corvette ZR1, рычаги подвески взяты с Z06 C6 Corvette, оттуда же и серьезно доработанные элементы рамы.

Автомобили

6 забытых советских и российских легковушек: ностальгия и обида

Устройство

Первый контур вмещает в себя компрессоры высокого и низкого давления, камеру сгорания, турбины высокого и низкого давления и сопло. Второй контур состоит из направляющего аппарата и сопла. Такая конструкция является базовой, но возможны и некоторые отклонения, например, потоки внутреннего и внешнего контура могут смешиваться и выходить через общее сопло, или же двигатель может оснащаться форсажной камерой.

Теперь коротко о каждом составляющем элементе ТРДД. Компрессор высокого давления (КВД) – это вал, на котором закреплены подвижные и неподвижные лопатки, формирующие ступень. Подвижные лопатки при вращении захватывают поток воздуха, сжимают его и направляют внутрь корпуса. Воздух попадает на неподвижные лопатки, тормозится и дополнительно сжимается, что повышает его давление и придает ему осевой вектор движения. Таких ступеней в компрессоре несколько, а от их количества напрямую зависит степень сжатия двигателя. Такая же конструкция и у компрессора низкого давления (КНД), который расположен перед КВД. Отличие между ними заключается только в размерах: у КНД лопатки имеют больший диаметр, перекрывающий собой сечение и первого и второго контура, и меньшее количество ступеней ( от 1 до 5).

В камере сгорания сжатый и нагретый воздух перемешивается с топливом, которое впрыскивается форсунками, а полученный топливный заряд воспламеняется и сгорает, образуя газы с большим количеством энергии. Камера сгорания может быть одна, кольцевая, или же выполняться из нескольких труб.

Турбина по своей конструкции напоминает осевой компрессор: те же неподвижные и подвижные лопатки на валу, только их последовательность изменена. Сначала расширенные газы попадают на неподвижные лопатки, выравнивающие их движение, а потом на подвижные, которые вращают вал турбины. В ТРДД турбин две: одна приводит в движение компрессор высокого давления, а вторая – компрессор низкого давления. Работают они независимо и между собой механически не связаны. Вал привода КНД обычно расположен внутри вала привода КВД.

Сопло – это сужающаяся труба, через которую выходят наружу отработанные газы в виде реактивного потока. Обычно каждый контур имеет свое сопло, но бывает и так, что реактивные потоки на выходе попадают в общую камеру смешения.

Внешний, или второй, контур – это полая кольцевая конструкция с направляющим аппаратом, через которую проходит воздух, предварительно сжатый компрессором низкого давления, минуя камеру сгорания и турбины. Этот поток воздуха, попадая на неподвижные лопасти направляющего аппарата, выравнивается и движется к соплу, создавая дополнительную тягу за счет одного только сжатия КНД без сжигания топлива.

Форсажная камера – это труба, размещенная между турбиной низкого давления и соплом. Внутри у нее установлены завихрители и топливные форсунки с воспламенителями. Форсажная камера дает возможность создания дополнительной тяги за счет сжигания топлива не в камере сгорания, а на выходе турбины. Отработанные газы после прохождения ТНД и ТВД имеют высокую температуру и давления, а также значительное количество несгоревшего кислорода, поступившего из второго контура. Через форсунки, установленные в камере, подается топливо, которое смешивается с газами, и воспламеняется. В результате тяга на выходе возрастает порой в два раза, правда, и расход топлива при этом тоже растет. ТРДД, оснащенные форсажной камерой, легко узнать по пламени, которое вырывается из их сопла во время полета или при запуске.

форсажная камера в разрезе, на рисунке видны завихрители.

Самым важным параметром ТРДД является степень двухконтурности (к) – отношение количества воздуха, прошедшего через второй контур, к количеству воздуха, прошедшего через первый. Чем выше этот показатель, тем более экономичным будет двигатель. В зависимости от степени двухконтурности можно выделить основные виды двухконтурных турбореактивных двигателей. Если его значение к<2, это обычный ТРДД, если же к>2, то такие двигатели называются турбовентиляторными (ТВРД). Есть также турбовинтовентиляторные моторы, у которых значение достигает и 50-ти, и даже больше.

В зависимости от типа отведения отработанных газов различают ТРДД без смешения потоков и с ним. В первом случае каждый контур имеет свое сопло, во втором газы на выходе попадают в общую камеру смешения и только потом выходят наружу, образуя реактивную тягу. Двигатели со смешением потоков, которые устанавливаются на сверхзвуковые самолеты, могут снабжаться форсажной камерой, которая позволяет увеличивать мощность тяги даже на сверхзвуковых скоростях, когда тяга второго контура практически не играет роли.