Gázturbinás hajtómű

A gázturbinás motor (GTE) olyan légmotor, amelyben a levegőt kompresszor sűríti össze, mielőtt az üzemanyag elégetne benne , és a kompresszort egy gázturbina hajtja , amely az így felmelegített gázok energiáját használja fel. Brayton termodinamikai ciklusú belső égésű motor .

Vagyis a kompresszor sűrített levegője  belép az  égéstérbe , ahol tüzelőanyagot szállítanak , amely égéskor nagyobb energiájú gáznemű termékeket képez. Ezután a gázturbinában az égéstermékek energiájának egy része átalakul a turbina forgásához, amely a kompresszorban lévő levegő  összenyomására szolgál . Az energia fennmaradó része átvihető a hajtott egységbe, vagy felhasználható sugárhajtás előállítására . A motor ezen része hasznosnak tekinthető. A gázturbinás motorok teljesítménysűrűsége nagy, akár 6 kW/kg-ig.

Különféle tüzelőanyagokat használnak üzemanyagként. Például: benzin , kerozin , gázolaj , fűtőolaj , földgáz , hajózási üzemanyag , vízgáz , alkohol és porszén .

Alapvető működési elvek

A gázturbinás motor egyik legegyszerűbb kialakítása működési koncepciója szempontjából egy tengelyként ábrázolható, amelyen két lapátos tárcsa van, a kompresszor első tárcsa, a második turbina, és közéjük egy égéskamra van felszerelve. .

A gázturbinás motor működési elve:

• levegő szívása és sűrítése egy axiális kompresszorban , az égéstérbe juttatva;
• sűrített levegő összekeverése tüzelőanyaggal, hogy tüzelőanyag-levegő keveréket (FA) hozzunk létre, és ezt a keveréket elégetjük;
• a gázok égés közbeni felmelegedése miatti tágulása , ami kisebb ellenállás felé irányított gáznyomásvektort képez (a turbinalapátok irányába), a gázenergia (nyomás) átvitele a turbinalapátokkal arra a tárcsára vagy tengelyre, amelyben ezek a lapátok rögzítettek;
• a turbinatárcsa forgásba állítása, és ennek eredményeként a nyomaték átvitele a tengely mentén a turbinatárcsától a kompresszortárcsáig. [egy]

A betáplált tüzelőanyag mennyiségének növelése ("gáz" hozzáadása) több nagynyomású gáz keletkezését okozza, ami viszont a turbina és a kompresszortárcsa sebességének növekedéséhez, következésképpen a levegő mennyiségének növekedéséhez vezet. befecskendezett nyomása és nyomása, amely lehetővé teszi az égéstérbe való betáplálást és több tüzelőanyag elégetését. Az üzemanyag-levegő keverék mennyisége közvetlenül függ az égéstérbe szállított levegő mennyiségétől. A tüzelőanyag-kazetták mennyiségének növekedése az égéstér nyomásának és a gázok hőmérsékletének növekedéséhez vezet az égéstér kimeneténél, és ennek eredményeként lehetővé teszi, hogy több energiát hozzon létre az irányított kipufogógázokból. a turbina forgatásához és a reaktív erő növeléséhez .

Mint minden ciklikus hőmotor esetében , minél magasabb az égési hőmérséklet, annál nagyobb az üzemanyag- hatékonyság (pontosabban, annál nagyobb a különbség a "fűtő" és a "hűtő" között). A korlátozó tényező a motort alkotó acél, nikkel, kerámia vagy egyéb anyagok hő- és nyomásálló képessége. A mérnöki munka nagy része a turbina egyes részeiből történő hő eltávolítására irányul. A legtöbb turbina megpróbálja visszanyerni az egyébként elpazarolt kipufogó hőt. A rekuperátorok  olyan hőcserélők , amelyek az égés előtt a kipufogógázokból a sűrített levegőbe továbbítják a hőt. Van egy másik módja is a maradék gázok hőjének hasznosítására – hulladékhő-kazán ellátása . A kazán által termelt gőz egy gőzturbinába továbbítható, hogy kombinált ciklusban többletenergiát állítson elő egy kombinált ciklusú erőműben , vagy felhasználható fűtésre és melegvíz szükségletekre kombinált hő- és villamosenergia-termelésben ( kogeneráció ) egy gázturbinás CHP-erőműben . .

Minél kisebb a motor, annál nagyobbnak kell lennie a tengely(ek) fordulatszámának a lapátok maximális lineáris sebességének fenntartásához, mivel a kerület (a lapátok által egy fordulat alatt megtett út) közvetlenül összefügg a forgórész sugarával . A turbinalapátok maximális fordulatszáma határozza meg az elérhető maximális nyomást, ami a motor méretétől függetlenül maximális teljesítményt eredményez. A sugárhajtómű tengelye körülbelül 10 000 fordulat / perc, a mikroturbina  pedig körülbelül 100 000 fordulat / perc fordulatszámmal forog. [2] [3]

A repülőgép- és gázturbinás hajtóművek továbbfejlesztéséhez ésszerű új fejlesztéseket alkalmazni a nagy szilárdságú és hőálló anyagok területén a hőmérséklet és nyomás növelésére. Új típusú égésterek, hűtőrendszerek alkalmazása, az alkatrészek számának és tömegének, valamint a motor egészének csökkentése lehetséges az alternatív üzemanyagok használatának előrehaladtával, a motortervezési koncepció megváltoztatásával.

Gázturbinás erőmű (GTU) zárt ciklusú

A zárt ciklusú gázturbinában a munkagáz a környezettel érintkezés nélkül kering. A gáz fűtése (a turbina előtt) és hűtése (a kompresszor előtt) hőcserélőkben történik . Egy ilyen rendszer lehetővé teszi bármilyen hőforrás (például gázhűtéses atomreaktor ) használatát. Ha az üzemanyag elégetését használják hőforrásként, akkor egy ilyen eszközt külső égésű motornak neveznek. A gyakorlatban ritkán használnak zárt ciklusú GTU-kat.

Gázturbina üzem (GTU)

A gázturbina üzem (GTU) egy erőmű.

A gázturbinás berendezés a következő részeket tartalmazza:

• gázturbina,
• elektromos generátor,
• gázút,
• vezérlő rendszer,
• segédberendezések (indító, kompresszor, hőcserélő vagy hulladékhő kazán hálózati víz fűtésére ipari ellátáshoz).

A turbinát elhagyó kipufogógázokat a vevő igényeitől függően meleg víz vagy gőz előállítására használják fel.

Az erőturbina és a generátor egy házban található.

A magas hőmérsékletű gáz áramlása az erőturbina lapátjaira hat (nyomatékot hoz létre).

A hő hőcserélőn vagy hulladékhő-kazánon keresztül történő felhasználása növeli az üzem általános hatékonyságát.

A gázturbinás erőművek elektromos teljesítménye több tíz kW-tól több tíz MW-ig terjed.

A gázturbina optimális működési módja a hő és villamos energia kombinált előállítása (kapcsolt energiatermelés).

A legnagyobb hatásfok a kapcsolt vagy trigenerációs üzemmódban (egyidejű hő-, villamos- és hidegenergia-termelés) érhető el.

A modern gázturbinák elektromos hatásfoka 33-39%.

Figyelembe véve a nagy teljesítményű gázturbinák kipufogógázainak magas hőmérsékletét, a gáz- és gőzturbinák kombinált alkalmazása lehetővé teszi az üzemanyag-hatékonyság növelését és az egységek elektromos hatásfokának 57-59%-os növelését. [négy]

Jelenleg a gázturbinákat széles körben alkalmazzák a kisüzemi energiatermelésben.

A GTU-kat bármilyen éghajlati viszonyok között történő működésre tervezték, mint fő vagy tartalék villamosenergia- és hőforrást ipari vagy háztartási létesítményekben.

A gázturbinás erőművek felhasználási területei gyakorlatilag korlátlanok: olaj- és gázipar, ipari vállalkozások, önkormányzatok.

Egytengelyes és többtengelyes gázturbinás motorok

A legegyszerűbb gázturbinás motornak csak egy tengelye van, ahová egy turbina van beépítve, amely meghajtja a kompresszort és egyben hasznos erőforrás is. Ez korlátozza a motor működési módjait.

Néha a motor több tengelyes. Ebben az esetben több turbina van sorba kapcsolva, amelyek mindegyike meghajtja a saját tengelyét. A nagynyomású turbina (az égéstér után az első) mindig a motor kompresszorát hajtja, a továbbiak pedig külső terhelést ( helikopter [5] vagy hajócsavarok , nagy teljesítményű elektromos generátorok stb.) és további terhelést is hajthatnak. maga a motor kompresszor fokozatai, amelyek a fő előtt találhatók. A kompresszor felosztása kaszkádokra (alacsony nyomású kaszkád, nagynyomású kaszkád - LPC és HPC [6] , néha közepes nyomású kaszkád, KSD kerül közéjük, mint például az NK-32 motorban a Tu-160 repülőgép ) lehetővé teszi a túlfeszültség elkerülését részleges üzemmódokban.

A többtengelyes motor előnye továbbá, hogy minden turbina az optimális fordulatszámon és terhelésen működik. Egy egytengelyes motor tengelyéről hajtott terhelés esetén nagyon rossz a motor reakciója , vagyis a gyors felpörgés képessége, mivel a turbinának mindkettőt energiával kell ellátnia ahhoz, hogy a motort nagy mennyiségű levegővel láthassa el. (a teljesítményt a levegő mennyisége korlátozza) és a terhelés gyorsításához. Kéttengelyes rendszerrel egy könnyű, nagynyomású rotor gyorsan belép a rezsimbe, amely a motort levegővel, az alacsony nyomású turbinát pedig nagy mennyiségű gázzal látja el a gyorsításhoz. Ha csak a nagynyomású rotort indítjuk, akkor a gyorsításhoz kisebb teljesítményű önindítót is lehet használni.

Indítsa el a rendszert

A gázturbinás motor beindításához fel kell forgatni a rotorját egy bizonyos fordulatszámra, hogy a kompresszor elkezdjen elegendő mennyiségű levegőt szállítani (ellentétben a térfogat- kiszorítású kompresszorokkal, az inerciális ( dinamikus ) kompresszorok ellátása négyzetesen függ a fordulatszámtól, ill. ezért kis fordulatszámon gyakorlatilag hiányzik), és meggyújtja a kamra tüzelőanyag égésébe szállított levegőt. A második feladatot gyakran speciális indítófúvókákra szerelt gyújtógyertyák végzik, és a promóciót egy vagy olyan típusú indító hajtja végre:

• elektromos indító, gyakran indító-generátor, azaz indítás után 27 voltos egyenáramú generátorra kapcsol. Ilyen például a TA-6B segédhajtómű GS-24-e vagy az An-24-es repülőgép AI-24 turbólégcsavaros hajtóművének STG -18-a ;
• légturbó indító (ATS) - egy kis légturbina, amely levegőt kap egy elszívó rendszerből ( egy APU -ból vagy egy szomszédos működő motorból) vagy egy földi levegő indító egységből (UVZ). Az ilyen indítókat az Il-76 repülőgépek D - 30KP hajtóműveire, a Mi - 8 és Mi-24 helikopterek TV3-117 -ére és sok másra telepítik;
• turbóindító (TS) - egy kis turbótengelyes motor, amelyet csak a fő motor forgórészének forgatására terveztek, amelyre fel van szerelve. Ilyen indítók például az L-39 oktatórepülőgép AI- 25TL hajtóművein és a Tu-95 nagy hatótávolságú bombázó NK-12MV hajtóművein találhatók . Maga a jármű elektromos indítóval rendelkezik. [7]

A gázturbinás motorok típusai

Turbóhajtómű

GTE, amelyben az üzemanyag kémiai energiája a sugárfúvókából kiáramló gázsugarak mozgási energiájává alakul. [8] Bármely turbóhajtóműben a tolóerőt csak a fúvókából a repülési sebességnél mindig nagyobb sebességgel kiáramló gázok reakcióereje hozza létre. A turbóhajtómű motort és légcsavart egyaránt kombinál. [9]

A turbósugárhajtóműveket ( a továbbiakban turbósugárhajtóművek ) az áramkörök száma szerint osztályozzák, amely lehet egy, kettő vagy három. Az áramkörök száma az adott turbóhajtómű műszaki leírása szempontjából fontos, de általánosított referencia esetén az áramkörök száma nem számít, és ebben az esetben bármilyen kontúrú turbósugárhajtóművet egyszerűen hívhatunk. egy turbóhajtómű. A TRD-knek egynél több tengelye lehet, de a tengelyek száma szerinti osztályozás nagyon speciális és nem széles körben alkalmazott.

Egykörös turbósugárhajtómű

Egyetlen áramkörű turbósugárhajtómű, amelyben az üzemanyag elégetésének összes energiája a sugárfúvókából kiáramló gázsugarak mozgási energiájává alakul. Hatály - bármilyen repülőgép a szubszonikus polgári harctól a szuperszonikus harcig.

Turbóventilátor motor

TRD belső és külső áramkörökkel, amelyben a belső körbe szállított tüzelőanyag égési energiájának egy részét mechanikai munkává alakítják a külső kör ventilátorának meghajtására. [10] A bypass turbósugárhajtóművek fontos jellemzője a bypass mértéke, amely a külső és a belső körön áthaladó levegőmennyiség arányát jelenti. Mindenesetre az egyes körök áramlásainak keveredése a fúvóka előtt történik. A bypass lehetővé teszi, hogy a turbóhajtómű gazdaságosabb legyen szubszonikus és transzonikus repülési sebességeknél. Hatály - bármilyen repülőgép a szubszonikus polgári harctól a szuperszonikus harcig. [9] Rövidítés - turbofan.

Háromkörös turbóhajtómű

TRD belső, közbenső és külső körökkel, amelyben a belső körbe betáplált tüzelőanyag égési energiájának egy része mechanikai munkává alakul át a közbenső és külső kör ventilátorainak meghajtására. [10] Rövidítés – TRTD.

Turbóhajtómű utóégetővel

TRD, amelyben a fő égéstér mellett egy további utóégető égéskamra is található a sugárfúvóka előtt. [11] Az utóégető funkciója a tolóerő rövid távú növelése. Bármilyen kontúrú motorral kombinálható. Hatály - harci szuperszonikus repülőgépek. Rövidítés - TRDF, TRDDF.

Turbóventilátor motor

A turbóventilátoros sugárhajtómű (TVRD) egy turbóventilátoros motor, amelynek bypass aránya m=2-10. Itt az alacsony nyomású kompresszort ventilátorrá alakítják, amely kisebb lépésszámban és nagyobb átmérőben különbözik a kompresszortól, és a forró sugár gyakorlatilag nem keveredik a hideggel. A polgári repülésben használják, a motor hosszú ideig hozzárendelt erőforrással és alacsony fajlagos üzemanyag-fogyasztással rendelkezik szubszonikus sebességnél.

Turbóprop motor

A turbósugárhajtómű további fejlesztése m = 20-90 bypass arány növelésével a turbopropfan motor (TVVD). A turbólégcsavaros motorral ellentétben a HPT motor lapátjai kard alakúak, ami lehetővé teszi a légáramlás egy részének a kompresszor felé történő átirányítását és a nyomás növelését a kompresszor bemeneténél. Az ilyen motort propfan-nak nevezik, és lehet nyitott vagy gyűrűs burkolattal ellátott motorháztető. A második különbség az, hogy a propfant nem közvetlenül a turbináról hajtják, hanem, mint egy csavar, egy sebességváltón keresztül. A motor a leggazdaságosabb, ugyanakkor az ilyen típusú motorokkal rendelkező repülőgépek utazósebessége általában nem haladja meg az 550 km / h-t, erősebbek a rezgések és a „zajszennyezés”.

A TVD példája a D-27 An-70 teherszállító repülőgép .

Turbóprop

A turbóprop motorban (TVD) a fő tolóerőt egy sebességváltón keresztül a turbófeltöltő tengelyéhez csatlakoztatott propeller biztosítja. [12] Ehhez megnövelt fokozatú turbinát használnak, így a turbinában a gáz tágulása szinte teljesen megtörténik és a tolóerőnek csak 10-15%-át adja a gázsugár.

A turbóprop hajtóművek sokkal gazdaságosabbak alacsony repülési sebesség mellett, és széles körben használják nagy hasznos teherbírású és repülési hatótávolságú repülőgépeken - például An-12 , An-22 , C-130 . A hadműveleti térrel felszerelt repülőgépek utazósebessége 500-700 km/h.

Auxiliary power unit (APU)

Az APU egy kis gázturbinás motor, amely önálló energiaforrás a fedélzeten. A legegyszerűbb APU-k csak a turbinás kompresszorból vett sűrített levegőt képesek előállítani, ami a fő (fő) hajtóművek beindítására, vagy a földi klímarendszer működtetésére szolgál (például helikoptereken és a Jakon használt AI -9 APU-k -40 repülőgép ). A bonyolultabb APU-k a sűrített levegő forrása mellett elektromos árammal látják el a fedélzeti hálózatot, azaz egy teljes értékű autonóm tápegység, amely biztosítja az összes repülőgép fedélzeti rendszerének normális működését a fő hajtóművek beindítása nélkül. valamint földi repülőtéri áramforrások hiányában. Ilyen például az An-124 [13] , Tu-95MS , Tu-204 , An-74 és mások APU TA-12 -je.

Turbótengely motor

Az összes többi gázturbinás motorral ellentétben a turbótengelyes motor nem hoz létre tolóerőt, kipufogókészüléke nem fúvóka, és minden hasznos teljesítmény a kimenő tengely forgása formájában távozik. Leggyakrabban egy ilyen motorban a turbina két mechanikailag nem kapcsolódó részből áll, amelyek közötti kapcsolat gázdinamikus. Az égésteret elhagyó gázáram megforgatja az első turbinát, erejének egy részét a kompresszor forgatására adja, majd a másodikhoz megy, amelynek tengelye túlnyúlik a motorházon és mozgásba hozza a hasznos terhet.

A TVAD kimenő tengelye, amelyről minden hasznos teljesítmény kikerül, hátrafelé, a kimeneti eszköz csatornáján keresztül és előre is irányítható, akár a turbófeltöltő üreges tengelyén, akár a motorházon kívüli sebességváltón keresztül.

A sebességváltó  a turbótengelyes motor nélkülözhetetlen tartozéka. Mind a turbófeltöltő rotor, mind a szabad turbina rotor forgási sebessége olyan nagy, hogy ez a forgás nem közvetíthető közvetlenül a hajtott egységekre. Egyszerűen nem fogják tudni ellátni funkcióikat, sőt össze is eshetnek. Ezért szükségszerűen egy sebességváltót kell elhelyezni a szabad turbina és a hasznos egység között, hogy csökkentsék a hajtótengely fordulatszámát.

A TVAD kompresszor lehet axiális (ha a motor erős) vagy centrifugális. Gyakran a kompresszor is vegyes kialakítású, van axiális és centrifugális fokozata is. Egyébként ennek a motornak a működési elve megegyezik a turbóhajtóművel.

A turbótengelyes motor fő alkalmazása a repülésben -  helikoptereken , valamint más gázturbinás motorok turbóindítóiban; hajógyártásban - gázturbinákon ; a villamosenergia-iparban gázturbinás hőerőművekben , kombinált ciklusú erőművekben , mikroturbina formájában , mikroturbinás generátorok részeként; a földgáz szivattyúzására szolgáló szivattyútelepeken. Alkalmanként használják a vasúti közlekedésben - gázturbinás mozdonyokon , valamint járműveken és katonai berendezéseken erőműként. Helikopteren a hasznos teher a fő rotor. A leghíresebb példák a széles körben elterjedt  Mi-8 és Mi-24 helikopterek TV2-117 és TV3-117 hajtóművekkel . A modern turbólégcsavaros repülőgépek hajtóművei is turbótengelyesek, ahol a légcsavart szabad turbina hajtja, és a kipufogógázok tolóerejét nem használják ki. Egy ilyen séma előnyei: egyesítés helikopter hajtóművekkel, sokkal jobb feltételek az indításhoz és az üzemmódba lépéshez (nincs szükség a légcsavar elforgatására), sokkal jobb gázdinamikai stabilitás, egyszerűbb és kompaktabb kialakítás, mivel a a gázgenerátor nagy sebességgel, a szabad turbina pedig viszonylag kicsivel tud működni, a járó motor gázgenerátorának teljesítménye (lefagyott légcsavarral) a földi repülőgép-rendszerek szükségleteihez használható.

Turbostarter

TS - egy gázturbinás motorra szerelt egység, amelyet indításkor felpörgetnek.

Ilyen eszközök egy miniatűr, egyszerű kialakítású turbótengelyes motor, amelynek szabad turbinája indításkor megpörgeti a főmotor forgórészét. Példaként: az AL-21F-3 hajtóművön használt TS-21 turbóindító , amelyet a Szu-24- es repülőgépekre [14] szerelnek fel, vagy a TS-12, amelyet a Tu-95-ös NK-12- es repülőgép -hajtóműveire szereltek fel. és Tu-142-es repülőgépek . A TS-12 egyfokozatú centrifugális kompresszorral, egy kétfokozatú kompresszorhajtású axiális turbinával és egy kétfokozatú szabad turbinával rendelkezik. A kompresszor forgórészének névleges fordulatszáma a motor indításakor 27 ezer perc −1 , mivel az NK-12 rotor felpörög a TS-12 szabad turbina fordulatszámának növekedése, a kompresszorturbina mögötti ellennyomás miatt. leesik és a sebesség 30 ezer min −1 -re nő .

Az AL-31F motor GTDE-117-es turbóindítója szintén szabad turbinával készül, az AM-3 motor S-300M indítója , amely a Tu-16-os , Tu-104- es és M-4- es  repülőgépeken volt. egytengelyű, és egy folyadékcsatlakozón keresztül forgatja a motor rotorját . [tizenöt]

Hajótelepítések

A hajóiparban súlycsökkentésre használják. A General Electric LM2500 és LM6000  jellegzetes modelljei ennek a géptípusnak.

A turbótengelyes gázturbinás motorokat használó hajókat gázturbinás hajóknak nevezzük . Ezek egyfajta hajó. Ezek leggyakrabban szárnyashajók, amelyekben a propeller mechanikusan hajtja a turbótengelyes motort a sebességváltón, vagy elektromosan egy generátoron keresztül, amelyet forgat. Vagy légpárnás járműről van szó, amit egy gázturbinás motor segítségével hoznak létre.

Például a Cyclone-M gázturbinás jármű 2 db DO37 gázturbinás motorral. A szovjet történelemben mindössze két személyszállító gázturbinás jármű volt. Az utolsó nagyon ígéretes "Cyclone-M" hajó 1986-ban jelent meg. Több ilyen hajó nem épült. A katonai szférában e tekintetben valamivel jobbak a dolgok. Példa erre a Zubr leszállóhajó , a világ legnagyobb légpárnás járműve.

Vasúti létesítmények

Azokat a mozdonyokat, amelyeken turbótengelyes gázturbinás motorok találhatók,  gázturbinás mozdonyoknak (a dízelmozdonyok egy fajtája ) nevezik. Elektromos átvitelt használnak. A GTE egy elektromos generátort forgat, az általa generált áram pedig táplálja a mozdonyt mozgásba hozó villanymotorokat . Az 1960-as években három gázturbinás mozdony sikeres próbaüzemen esett át a Szovjetunióban. Két utas és egy rakomány. Az elektromos mozdonyokkal azonban nem tudták kiállni a versenyt, és az 1970-es évek elején a projektet lefaragták. 2007-ben azonban az Orosz Vasutak kezdeményezésére elkészítették a cseppfolyósított földgázzal üzemelő gázturbinás tehermozdony prototípusát . A GT1 sikeresen átment a teszteken, később egy második gázturbinás mozdony épült, ugyanazzal az erőművel, de más alvázon üzemelnek a gépek.

Földgáz szivattyúzása

A gázszivattyú egység működési elve gyakorlatilag megegyezik a turbóprop motorokéval , a TVAD-t itt nagy teljesítményű szivattyúk meghajtásaként használják, és ugyanazt a gázt használják üzemanyagként, amelyet szivattyúznak. A hazai iparban a repülőgép-hajtóművek - NK-12 (NK-12ST) [16] , NK-32 (NK-36ST) - alapján készült hajtóműveket széles körben használják erre a célra, mivel felhasználhatják a repülőgép-hajtóművek olyan alkatrészeit, amelyek kimerítették repülési idejüket .

Erőművek

A turbótengelyes gázturbinás motor használható elektromos generátor meghajtására erőművekben , amelyek egy vagy több ilyen motoron alapulnak. Egy ilyen erőmű elektromos teljesítménye húsz kilowatttól több száz megawattig terjedhet.

A gázturbinás motorok termodinamikai hatásfoka azonban tiszta formájában elég kicsi ahhoz, hogy hatékonyan lehessen használni az energiaszektorban. Az energia jelentős része hő formájában távozik a magas hőmérsékletű kipufogógázokból. Ezért a gázturbinás motorokat leggyakrabban kombinált ciklusú üzemek részeként használják , amelyekben a kipufogógázt egy hulladékhő-kazánhoz vezetik , amely nagynyomású gőzt termel, amelyet további villamosenergia-termelésre használnak fel. Egy ilyen közös termelőegység termodinamikai hatásfoka elérheti az 55...60%-ot, ezért a CCGT részeként működő gázturbinás motorokat széles körben alkalmazzák az erőművekben. Emellett a gázturbinás motor kipufogógázainak hője felhasználható hőellátási igényekre, ebben az esetben az állomást gázturbinás CHP- nek nevezzük .

Tanképítés

Az első tanulmányokat a gázturbina tartálymotorokban való felhasználásával kapcsolatban Németországban a Fegyveres Erők Hivatala végezte 1944 közepétől. Az első sorozatgyártású gázturbinás tartály az S-tank volt .

A turbótengelyes motorokat (TVaD) a szovjet T-80 tartályra (GTE-1000T motor) és az amerikai M1 Abramsre szerelték fel . A tartályokra szerelt, a dízelmotorokhoz hasonló méretű gázturbinás motorok sokkal nagyobb teljesítményűek, könnyebbek, kisebb a zaj és kevesebb a füstgáz. Ezenkívül a TVAD jobban megfelel a több tüzelőanyag-kapacitás követelményeinek, sokkal könnyebb elindítani - a gázturbinás motorral ellátott tartály üzemkészsége, vagyis a motor beindítása, majd az összes rendszerének üzemmódba lépése szükséges több perc, ami egy dízelmotoros tanknál alapvetően lehetetlen, és téli körülmények között alacsony hőmérsékleten a dízelmotor elég hosszú indítás előtti fűtést igényel, amit a TVA nem ír elő. A turbina és a sebességváltó közötti merev mechanikus kapcsolat hiánya miatt a motor nem áll le egy beragadt tartályon, vagy egyszerűen egy akadálynak támaszkodik. Víz bejutása esetén (a tartály megfulladása esetén) elegendő a gázturbinás motor úgynevezett hideg scrollozását elvégezni, hogy eltávolítsuk a vizet a gáz-levegő útból, és ezt követően a motor beindítható - egy tartály dízelmotorral hasonló helyzetben vízkalapács lép fel , ami eltöri a henger-dugattyú csoport alkatrészeit és minden bizonnyal motorcserét igényel.

A lassan mozgó (repülőgépekkel ellentétben) járművekre szerelt gázturbinás hajtóművek alacsony hatásfoka miatt azonban a dízelmotorhoz hasonló kilométer-távolsághoz sokkal nagyobb mennyiségű szállított üzemanyagra van szükség. Pontosan az üzemanyag-fogyasztás miatt, minden előny ellenére a T-80 típusú tartályokat fokozatosan kivonják a forgalomból. A TVA M1 Abrams tartály magas portartalmú körülmények között (például homokos sivatagokban) való üzemeltetésének tapasztalata kétértelműnek bizonyult. Ellentétben vele, a T-80 biztonságosan üzemeltethető magas portartalmú körülmények között - egy szerkezetileg átgondolt rendszer a motorba belépő levegő tisztítására a T-80-on megbízhatóan védi a gázturbinás motort a homoktól és a portól. Az "Abrams" éppen ellenkezőleg, "megfulladt" - a két iraki hadjárat során a sivatagokon áthaladva jónéhány "Abrams" felállt, mivel a motorjukat eltömte a homok. .

Autóipar

Sok kísérletet végeztek gázturbinákkal felszerelt autókkal.

1950-ben F. R. Bell tervező és Maurice Wilks főmérnök, a brit Rover cégnél bejelentették az első gázturbinás motorral hajtott autót. A kétüléses JET1 motorja az ülések mögött helyezkedett el, légbeömlő rácsok az autó mindkét oldalán, kipufogónyílások a farok tetején. A tesztek során az autó 140 km/h maximális sebességet ért el, a turbina 50 000 ford./perc fordulatszámmal. Az autó benzinnel , paraffinnal vagy gázolajjal működött , de az üzemanyag-fogyasztási problémák megoldhatatlannak bizonyultak az autógyártásban. Jelenleg a londoni Science Museumban látható .

A Rover és a British Racing Motors ( Formula-1 ) csapata összefogott, hogy megalkossák a Rover-BRM-et, egy gázturbinás autót, amely 1963 -ban Graeme Hill és Gitner Ritchie vezette Le Mans-i 24 órás versenyét . Ez az autó 173 km / h átlagsebességet mutatott, maximális - 229 km / h.

A Ray Heppenstall , a Howmet Corporation és a McKee Engineering amerikai cégek 1968-ban közösen fejlesztették ki saját gázturbinás sportautójukat, a Howmet TX több amerikai és európai versenyen vett részt, köztük két győzelmet aratott, és részt vett a 24 órás Le -n is. Mana 1968. Az autók a Continental Motors Company gázturbináit használták , amely végül hat leszállási sebességet határozott meg a turbinás hajtású autók számára az FIA által.

A nyíltkerekű autóversenyzésben a forradalmian új, 1967-es STP Oil Treatment Special , egy négykerék-meghajtású, turbinás meghajtású autó, amelyet Andrew Granatelli válogatott és Parnelli Jones vezetett , majdnem megnyerte az Indy 500 -at ; Pratt & Whitney STP turbóautója majdnem egy körrel megelőzte a második helyezett autót, amikor három körrel a cél előtt váratlanul meghibásodott a sebességváltója. 1971-ben a Lotus vezérigazgatója , Colin Chapman bemutatta a Pratt & Whitney gázturbinával hajtott Lotus 56B F1-et . Chapman hírneve volt győztes gépek építéséről, de a turbina tehetetlenségével ( turbolag ) kapcsolatos számos probléma miatt kénytelen volt feladni a projektet .

Az eredeti General Motors Firebird koncepcióautó-sorozatot az 1953-as, 1956-os és 1959-es Motorama Autószalonra tervezték , gázturbinákkal hajtotta.

A Chrysler 1963-1964- ben adta ki a közutakon használható "családi" gázturbinás autó egyetlen sorozatgyártású modelljét . A cég ötven, kézzel összeszerelt autót adott át az olasz Ghia stúdió karosszériájában önkénteseknek, akik 1966 januárjáig normál útviszonyok között tesztelték az újdonságot. A kísérlet sikeres volt, de a cég, amelynek nem volt pénze új motorgyártás építésére, felhagyott a gázturbinás motorral szerelt autók tömeggyártásával. A környezetvédelmi normák szigorítása és az olajárak robbanásszerű emelkedése után a pénzügyi válságot alig-alig túlélő cég megtagadta a fejlesztés folytatását [17] . [tizennyolc]

A gázturbinás motor létrehozásának története

1791-ben John Barber angol feltaláló 1833-as szabadalmat kapott, amelyben leírta az első gázturbinát. [19]

1892-ben az orosz mérnök, P. D. Kuzminsky megtervezte és megépítette a világ első gázturbinás motorját 10 nyomásfokozatú, reverzibilis radiális gázturbinával. [20] A turbinának egy gáz-gőz keveréken kellett volna működnie, amelyet az általa létrehozott égéstérben kaptak - "gáz-gőz". [21]

1906-1908-ban V. V. Karovodin orosz mérnök robbanékony típusú gázturbinát tervezett (állandó térfogatú turbina). [22] A Karovodin nem kompresszoros gázturbinás motorja 4 szakaszos égéskamrával és 10 000-es fordulatszámú gázturbinával 1,2 kW (1,6 LE) teljesítményt fejlesztett ki. [23]

1909-ben az orosz mérnök, N. Gerasimov szabadalmaztatott egy sugárhajtásra használt gázturbinás motort, vagyis tulajdonképpen az első turbóhajtóművet (21021. sz. privilégium, 1909). [24] [25] [26]

1913-ban M. N. Nikolsky egy 120 kW (160 LE) teljesítményű gázturbinás motort tervezett, amelynek három gázturbina fokozata volt. [27] [28]

V. I. Bazarov (1923), V. V. Uvarov és N. R. Briling (1930-1936) további fejlesztéseket végzett a gázturbinás motorok tervezésében. [28] [29]

Az 1930-as években a Szovjetunió Tudományos Akadémia akadémikusa, A. M. Lyulka vezette tervezők egy csoportja óriási mértékben hozzájárult a gázturbina-technológiák fejlesztéséhez . A tervező fő munkája a centrifugális lapátos kompresszorral ellátott turbósugárhajtóművekre vonatkozott, amelyek a repülés fő motorjaivá váltak. [30] [31] [32] [33]

Gázturbinás motor működési paramétereinek szabályozása

Mint minden hőmotornak, a gázturbinás motornak is számos paramétere van, amelyeket ellenőrizni kell, hogy a motor biztonságos és lehetőleg gazdaságos üzemmódban működjön. Ellenőrző eszközökkel mérve .

• Forgalom - a motor működési módjának értékelésére és a veszélyes üzemmódok megelőzésére szolgál. A többtengelyes motorok esetében általában az összes tengely fordulatszámát szabályozzák - például a Yak-42- n az egyes D-36 motorok mindhárom tengelyének fordulatszámának szabályozására egy hárommutatós fordulatszámmérő ITA-13 [34] van telepítve , az An-72 és An-74 , ilyenekkel felszerelt D-36 hajtóművek három kéttűs fordulatszámmérővel rendelkeznek, kettő a pilóták műszerfalán van és egy ventilátor rotor fordulatszámot mutat, a második a HP rotor sebessége, a harmadik a repülés előtti előkészítő panelre van felszerelve, és az LP rotorok sebességét mutatja.
• Kipufogógáz hőmérséklete (EGT) - a gázok hőmérséklete a motorturbina mögött, általában az utolsó szakasz mögött [6] , mivel a turbina előtti hőmérséklet túl magas a megbízható méréshez. A gázok hőmérséklete a turbina hőterhelését jelzi, és hőelemekkel mérik . Az automatika hőelemekkel is működhet, leállítva az üzemanyag-fogyasztást vagy teljesen leállítva a motort, ha a TVG-t túllépik - SOT-1 a TA-6 motoron [1] , RT-12 az NK-8 motoron stb.

Gázturbinás motorok tervezői és az általuk alapított tervezőirodák

• Szolovjov, Pavel Alekszandrovics ( JSC Aviadvigatel )
• Whittle, Frank (Power Jets Ltd.)
• Ohain, Hans-Joachim Pabst von (Heinkel Strahltriebwerke)
• Franz, Anselm (Jumo)
• Kolosov, Szergej Dmitrijevics ( "Zorya - Mashproekt" állami vállalat )
• Kukhto, Nikolai Kuzmich ( Zorja-Mashproekt Állami Vállalat )
• Klimov, Vladimir Yakovlevich ( JSC "Klimov" )
• Kuznyecov, Nyikolaj Dmitrijevics ( OJSC "Kuznetsov" )
• Lyulka, Arkhip Mihajlovics ( NPO Saturn )

Lásd még

• Légcsavaros gázturbina
• repülőgép hajtómű
• Repülőgép hajtómű

Források

1. ↑ 1 2 TA-6V motor. Műszaki kezelési útmutató. TA-6V.00.000-01RE . Letöltve: 2016. szeptember 10. Az eredetiből archiválva : 2010. december 6.. (határozatlan)
2. ↑ Működési elv - Capstone mikroturbinák - Berendezés (elérhetetlen link) . www.bpcenergy.ru Hozzáférés időpontja: 2016. szeptember 1. Eredetiből archiválva : 2016. október 1.. (határozatlan) 
3. ↑ A kis turbinák nagy rejtélye . www.rcdesign.ru Letöltve: 2016. szeptember 1. Archiválva az eredetiből: 2016. szeptember 25. (határozatlan)
4. ↑ Mi az a gázturbinás egység (GTU)? - Műszaki Könyvtár Neftegaz.RU . neftegaz.ru . Hozzáférés időpontja: 2022. szeptember 15. (határozatlan)
5. ↑ TV2-117 repülőgép turbótengelyes motor és VR-8A sebességváltó . Letöltve: 2022. június 18. Az eredetiből archiválva : 2016. szeptember 16. (határozatlan)
6. ↑ 1 2 NK-8-2U motor. Műszaki kezelési útmutató (három részben) . Letöltve: 2016. szeptember 10. Az eredetiből archiválva : 2011. január 9.. (határozatlan)
7. ↑ Repülőgép turbóprop motor NK-12MV sorozat 4. Könyv I. Műszaki leírás. Moszkva, "Mérnökség", 1966
8. ↑ GOST 23851-79. - 3. o. 10. term.
9. ↑ 1 2 Harci repülőgép. — 149. o. III. szakasz „Repülőgép-hajtóművek”, 1. fejezet „Osztályozás és alkalmazások”.
10. ↑ 1 2 GOST 23851-79. - 3. o. 13. term.
11. ↑ GOST 23851-79. - S. 23. term 136.
12. ↑ Repülőgép turbólégcsavaros hajtómű AI-20M (6-os sorozat). IE&TO (4. kiadás) . Letöltve: 2016. szeptember 11. Az eredetiből archiválva : 2010. december 7.. (határozatlan)
13. ↑ An-124-100 repülőgép. Műszaki kezelési útmutató. 17. könyv 1.4001.0000.000.000 RE17 . Letöltve: 2016. szeptember 10. Az eredetiből archiválva : 2010. december 6.. (határozatlan)
14. ↑ Jurij. Turbótengelyes motor . A REPÜLÉS MINDENKINEK ÉRTHETŐEN (2012. február 28.). Letöltve: 2015. október 27. Az eredetiből archiválva : 2016. szeptember 17.. (határozatlan)
15. ↑ Repülőgép turbóhajtómű RD-3M-500. Feldman L.E.M., "Transport", 1968
16. ↑ Motor NK-12ST sorozat 02. Szabad turbinás turbótengelyes motor műszaki leírása. Kuibisev, 1985  (elérhetetlen link)
17. ↑ Lehto, Steve. A Chrysler turbinás autója: Detroit legmenőbb alkotásának felemelkedése és bukása. - Chicago, IL: Chicago Review press, 2010. - 228 p. — ISBN 9781569765494 .
18. ↑ Jay Leno garázsa. 1963 Chrysler Turbine: Ultimate Edition – Jay Leno garázsa (2012. november 7.). Letöltve: 2018. szeptember 26. Az eredetiből archiválva : 2019. augusztus 21. (határozatlan)
19. ↑ John Barber - angol feltaláló - életrajz, fotó, videó . biozvezd.ru. Hozzáférés dátuma: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 17. (Orosz)
20. ↑ Kuzminszkij Pavel Dmitrijevics . cadehistory.ru. Hozzáférés dátuma: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 17. (határozatlan)
21. ↑ Kombinált ciklusú és gáz-gőz üzemek létrehozása és fejlesztése . search-ru.ru. Letöltve: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 9.. (határozatlan)
22. ↑ B. Bidulya. Tűzturbina // Fiatal technikus. - 1960. - 11. sz . - S. 13-17 .
23. ↑ Oroszország találmányai // Gázturbinás motor . rus-eng.org. Hozzáférés dátuma: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 17. (határozatlan)
24. ↑ Gilzin K. A. Légsugárhajtóművek . - Moszkva: A Szovjetunió Védelmi Minisztériumának Katonai Kiadója, 1956.
25. ↑ [A sugárhajtómű története ] . warthunder.ru. Hozzáférés dátuma: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 17. (Orosz)
26. ↑ V. M. Kornyejev. A gázturbinás motorok tervezési jellemzői. - 2018. - ISBN 978-5-4485-9499-1 .
27. ↑ A Szovjetunió polgári repülése az 50-70-es években. . Vuzlit. Letöltve: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2020. november 25. (határozatlan)
28. ↑ 1 2 GÁZTURBINA MOTOR (PGD) . enciklopediya-tehniki.ru. Hozzáférés dátuma: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 17. (határozatlan)
29. ↑ Oroszország találmányai // Gázturbinás motor . www.rus-eng.org. Hozzáférés dátuma: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 17. (határozatlan)
30. ↑ [ Arkhip Lyulka motorjainak története] . warthunder.ru. Hozzáférés dátuma: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 17. (Orosz)
31. ↑ Kudrjavcev V.F. A. M. Lyulka repülőgép-hajtóművei  // Repülés és űrhajózás. - 1993. - 11-12. sz . Archiválva az eredetiből 2019. február 17-én.
32. ↑ Hazai turbóhajtómű RD-500 centrifugális kompresszorral. - Utazás távoli világokba . www.e-reading.club. Hozzáférés dátuma: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 17. (határozatlan)
33. ↑ Turbóhajtómű centrifugális kompresszorral | Technológia és emberek . Hozzáférés dátuma: 2019. február 16. Az eredetiből archiválva : 2019. február 17. (Orosz)
34. ↑ Yak-42 repülőgép. Műszaki kezelési útmutató. 77. szakasz . Letöltve: 2017. június 18. Az eredetiből archiválva : 2017. március 23. (határozatlan)

Linkek

• Gázturbinás motor // Nagy Szovjet Enciklopédia  : [30 kötetben]  / ch. szerk. A. M. Prohorov . - 3. kiadás - M .  : Szovjet Enciklopédia, 1969-1978.
• GOST R 51852-2001 Gázturbinás üzemek. Kifejezések és meghatározások.
• Az AviaPort kifejezések szószedete. Ru
• Gázturbinás üzem számítása
• Polgári sugárhajtóművek technológiai sebessége
• Gázturbinás motor - 50 cikk

Irodalom

• GOST 23851-79. Repülési gázturbinás motorok; Kifejezések és meghatározások. - Moszkva: IPK Standards Publishing House, 1979. - 99 p.
• GOST 51852-2001. Gázturbina berendezések; Kifejezések és meghatározások. - Moszkva: IPK Standards Publishing House, 2001. - 9 p.
• Pavlenko VF Combat repülőgép; repülőgépek, erőművek, működésük. - Moszkva: Katonai Könyvkiadó, 1984. - 319 p.
• Elliot, Simon . Power Progress : World Turbine Engine Directory  . // Flight International . - 1993. október 13-19. 144 - nem. 4391 - P. 29-40 - ISSN 0015-3710. ( a világ vezető külföldi motorgyártó gyártói-vállalkozásai 34 turbótengelyes gázturbinás motorjának (turbótengelyének) műszaki adataival és összehasonlító jellemzőivel ellátott referenciakönyv )

Szótárak és enciklopédiák	Nagy orosz Britannica (online)

Motorok
Belső égésű motorok (kivéve a turbinát ) viszonzó Ciklusok száma Kétütemű motor Lenoir motor Négyütemű motor Ötütemű motor forgó Hatütemű motor Hengerelrendezés _ soros motor U-motor boxer motor H-motor V-motor VR motor W motor csillag motor forgó X-motor Dugattyús típusok Szabaddugattyús Ellendugattyús motor deltoid Tengelyirányú Begyújtási módszer Dízel Kompressziós karburátor Fűtés és kompresszió Izzó karburátor akkumulátoros gyújtás Elektromágnes Ív és gyújtógyertyák Forgó Wankel motor orbitális motor Sarich motor Vigriyanov forgólapátos motor Kombinált hibrid Hesselmann motor
Légsugár Főbb típusok Tömörítetlen Közvetlen áramlás Lüktető Turbóhajtómű Turbóventilátor (kétkörös) Légcsavaros gázturbina Turbópropfan Turbótengely Módosítások és hibrid rendszerek Motor-kompresszoros légsugaras motor Hiperszonikus egyszeri átfutás Lásd még: Gázturbinás motorok
rakétamotorok Indulás Túlhúzás március Tolatás Kémiai folyékony Zártláncú nyitott hurok fázisátmenettel Walther motor Egyéb Szilárd tüzelőanyag Üzemanyag hibrid Nukleáris Termonukleáris Gázfázisú-nukleáris Szilárd fázisú atommag Só Elektromos Vérplazma elektromágneses gyorsító VASIMR ión Elektrotermikus Elektrosztatikus Egyéb Wedge-levegő Bussard motor
Külső égésű motorok Gőzgép Stirling motorja Légmotor Turbinák és mechanizmusok turbinákkal a kompozícióban A dolgozó test típusa szerint Gáz Gázturbinás üzem gázturbinás erőmű Gázturbinás motorok Gőz Kombinált ciklusú üzem Kondenzációs turbina hidraulikus propeller turbina Tervezési jellemzők szerint Axiális (axiális) turbina centrifugális turbina sugárirányú átlós Radiális-axiális turbina (Francis turbina) Kaplan turbina Pelton turbina (Pelton turbina) Turbina Turgo Daria rotor Walesi turbina Turbina Tesla Segner kereke
Elektromos motorok Egyenáram Váltakozó áram Többfázisú Három fázis Kétfázisú egyfázisú Egyetemes Aszinkron kondenzátor motor Szinkron Kefe nélküli (kapcsolt motor) Gyűjtő Reaktív szelep Stepper Egyéb Lineáris Hiszterézis Egypólusú Ultrahangos mendocino motor
Biológiai motorok motoros fehérjék aktin Dinein Kinesin Miozin Tropomiozin Troponin Flagellin
Lásd még örökmozgó Fogaskerék motor gumi motor