Газотурбинный двигатель (ГТД) — Что такое Газотурбинный двигатель (ГТД)?

20 июля 2019 в 18:23 , Обновлено 14 ноября 11:34

9714

В отличие от поршневого двигателя в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа

Источник: Ростех

Газотурбинный двигатель (ГТД) — тепловой двигатель, любой двигатель внутреннего сгорания (ДВС), в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины.

В отличие от поршневого двигателя в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа.

От ГТД можно получить полезную работу или тягу:

• 
  приводить в действие генератор,  насос или воздушный винт;
• развивать тягу за счет ускорения потока выхлопных газов турбины через сопло.  

ГТД работает следующим образом:

1. сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подается топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением;
2. 
   в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счет вращения струей газа лопаток, большая часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре;
3. 
   остальная часть работы передается на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД.

Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.

В качестве топлива может использоваться любое горючее, которое можно диспергировать:

• бензин,
• керосин,
• дизтопливо,
• мазут,
• природный газ,
• судовое топливо,
• водяной газ,
• спирт, 
• измельченный уголь.

Существует 2 вида ГТД в зависимости от количества турбин:

• одновальные — простейшие ГТД, которые имеют только 1 турбину; такие ГТД имеют ограничения в режиме работы;
• 
  многовальные — имеется несколько последовательно стоящих турбин, каждая из которых приводит свой вал; турбина высокого давления (первая после камеры сгорания) всегда приводит компрессор двигателя, а последующие могут приводить как внешнюю нагрузку (винты вертолета или корабля, мощные электрогенераторы и т. д.), так и дополнительные компрессоры самого двигателя, расположенные перед основным.

Наиболее важным применением газовых турбин является авиация, где они обеспечивают движущую силу для реактивных двигателей.

ГТД широко используются в газотурбинных электростанциях (ГТЭС) среднего размера с «пиковой нагрузкой» для периодической работы в течение коротких периодов высокой потребности в мощности в электрической системе.

На первых промышленных ГТУ использовались авиационные агрегаты, работающие при пониженных температурах на входе в турбину. 

Сейчас используют специальные ГТД для работы:

• в ГТЭС, 
• в газоперекачивающих агрегатах (ГПА) на компрессорных станциях (КС) магистральных газопроводов.

Первая успешная газовая турбина, построенная в г. Париже в 1903 г., состояла из 3-цилиндрового многоступенчатого поршневого компрессора, камеры сгорания и импульсной турбины. 

Она работал следующим образом:

• воздух, подаваемый компрессором, сжигался в камере сгорания с жидким топливом;
• образовавшиеся газы охлаждались за счет впрыска воды и подавались на импульсную турбину. 

Тепловой КПД составлял около 3 % .

#Газотурбинный двигатель
#ГТД

Последние новости

Газотурбинный двигатель | это.

.. Что такое Газотурбинный двигатель?

Газотурбинный двигатель с одноступенчатым радиальным компрессором, турбиной, рекуператором, и воздушными подшипниками

Газотурбинный двигатель (ГТД) — тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу газовой турбины.

В отличие от поршневого двигателя, в ГТД процессы происходят в потоке движущегося газа.

Сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подаётся топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением. Затем в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механическую работу за счёт вращения струёй газа лопаток, часть которой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД. Газотурбинные двигатели имеют самую большую удельную мощность среди ДВС, до 6 кВт/кг.

В качестве топлива могут использоваться любое горючее, которое можно диспергировать: бензин, керосин, дизельное топливо, мазут, природный газ, судовое топливо, водяной газ, спирт и измельченный уголь.

Содержание 1 Основные принципы работы 2 Типы газотурбинных двигателей 3 Одновальные и многовальные двигатели 4 Турбореактивный двигатель 4.1 Турбореактивный двигатель с форсажной камерой 5 Турбовинтовой двигатель 5.1 Турбовальный двигатель 6 Двухконтурные двигатели 6.1 Двухконтурный турбореактивный двигатель 6.2 Турбовентиляторный двигатель 6.3 Турбовинтовентиляторный двигатель 6.4 Вспомогательная силовая установка 7 Судовые установки 8 Наземные двигательные установки 9 Газовая турбина с замкнутым циклом 10 Газовая турбина с внешним сгоранием 11 Использование в наземных транспортных средствах 11. 1 Использование в танках 12 Конструкторы газотурбинных двигателей 13 См. также 14 Ссылки

Основные принципы работы

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 11 ноября 2011.

Как и во всех циклических тепловых двигателях, чем выше температура сгорания, тем выше КПД. Сдерживающим фактором является способность стали, никеля, керамики или других материалов, из которых состоит двигатель, выдерживать температуру и давление. Значительная часть инженерных разработок направлена на то, чтобы отводить тепло от частей турбины. Большинство турбин также пытаются рекуперировать тепло выхлопных газов, которое, в противном случае, теряется впустую. Рекуператоры — это теплообменники, которые передают тепло выхлопных газов сжатому воздуху перед сгоранием. При комбинированном цикле тепло передается системам паровых турбин. И при комбинированном производстве тепла и электроэнергии (когенерация) отработанное тепло используется для производства горячей воды.

Как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала(ов), необходимая для поддержания максимальной линейной скорости лопаток.^{[источник не указан 404 дня]} Максимальная скорость турбинных лопаток определяет максимальное давление, которое может быть достигнуто, что приводит к получению максимальной мощности, независимо от размера двигателя. Реактивный двигатель вращается с частотой около 10000 об/мин и микро-турбина — с частотой около 100000 об/мин.^{[источник не указан 404 дня]}

Авиационные двигатели также часто используются для генерации электрической мощности, благодаря их способности запускаться, останавливаться и изменять нагрузку быстрее, чем промышленные машины. ^{[источник не указан 404 дня]}

Типы газотурбинных двигателей

Схема турбореактивного двигателя

Воздушно-реактивный двигатель — газовый двигатель, оптимизированный для получения тяги от выхлопных газов или от туннельного вентилятора, присоединенного к газовой турбине.^{[источник не указан 404 дня]}Реактивные двигатели, которые производят тягу, главным образом, от прямого импульса выхлопных газов, часто называются турбореактивными, в то время, как те, которые создают тягу от туннельного вентилятора, часто называются турбовентиляторными.^{[источник не указан 404 дня]}

Одновальные и многовальные двигатели

Простейший газотурбинный двигатель имеет только одну турбину, которая приводит компрессор и одновременно является источником полезной мощности. Это накладывает ограничение на режимы работы двигателя.

Иногда двигатель выполняется многовальным. В этом случае имеется несколько последовательно стоящих турбин, каждая из которых приводит свой вал. Турбина высокого давления (первая после камеры сгорания) всегда приводит компрессор двигателя, а последующие могут приводить как внешнюю нагрузку (винты вертолёта или корабля, мощные электрогенераторы и т. д.), так и дополнительные компрессоры самого двигателя, расположенные перед основным.

Преимущество многовального двигателя в том, что каждая турбина работает при оптимальном числе оборотов и нагрузке. При нагрузке, приводимой от вала одновального двигателя, была бы очень плоха приемистость двигателя, то есть способность к быстрой раскрутке, так как турбине требуется поставлять мощность и для обеспечения двигателя большим количеством воздуха (мощность ограничивается количеством воздуха), и для разгона нагрузки. При двухвальной схеме легкий ротор высокого давления быстро выходит на режим, обеспечивая двигатель воздухом, а турбину низкого давления большим количеством газов для разгона. Также есть возможность использовать менее мощный стартер для разгона при пуске только ротора высокого давления.

Турбореактивный двигатель

Схема турбореактивного двигателя: 1 — входное устройство; 2 — осевой компрессор; 3 — камера сгорания; 4 — рабочие лопатки турбины; 5 — сопло.

В полёте поток воздуха тормозится во входном устройстве перед компрессором, в результате чего его температура и давление повышается. На земле во входном устройстве воздух ускоряется, его температура и давление снижаются.

Проходя через компрессор, воздух сжимается, его давление повышается в 10—45 раз, возрастает его температура. Компрессоры газотурбинных двигателей делятся на осевые и центробежные. В наши дни в двигателях наиболее распространены многоступенчатые осевые компрессоры. Центробежные компрессоры, как правило, применяются в малогабаритных силовых установках.

Далее сжатый воздух попадает в камеру сгорания, в так называемые жаровые трубы, либо в кольцевую камеру сгорания, которая не состоит из отдельных труб, а является цельным кольцевым элементом. В наши дни кольцевые камеры сгорания являются наиболее распространёнными. Трубчатые камеры сгорания используются гораздо реже, в основном на военных самолётах. Воздух на входе в камеру сгорания разделяется на первичный, вторичный и третичный. Первичный воздух поступает в камеру сгорания через специальное окно в передней части, по центру которого расположен фланец крепления форсунки и участвует непосредственно в окислении (сгорании) топлива (формировании топливо-воздушной смеси). Вторичный воздух поступает в камеру сгорания сквозь отверстия в стенках жаровой трубы, охлаждая, придавая форму факелу и не участвуя в горении. Третичный воздух подаётся в камеру сгорания уже на выходе из неё, для выравнивания поля температур. При работе двигателя в передней части жаровой трубы всегда вращается вихрь раскалённого газа (что обусловлено специальной формой передней части жаровой трубы), постоянно поджигающего формируемую топливовоздушную смесь, происходит сгорание топлива (керосина, газа), поступающего через форсунки в парообразном состоянии.

Газовоздушная смесь расширяется и часть её энергии преобразуется в турбине через рабочие лопатки в механическую энергию вращения основного вала. Эта энергия расходуется, в первую очередь, на работу компрессора, а также используется для привода агрегатов двигателя (топливных подкачивающих насосов, масляных насосов и т. п.) и привода электрогенераторов, обеспечивающих энергией различные бортовые системы.

Основная часть энергии расширяющейся газовоздушной смеси идёт на ускорение газового потока в сопле и создание реактивной тяги.

Чем выше температура сгорания, тем выше КПД двигателя. Для предупреждения разрушения деталей двигателя используют жаропрочные сплавы, оснащённые системами охлаждения, и термобарьерные покрытия.

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой

Турбореактивный двигатель с форсажной камерой (ТРДФ) — модификация ТРД, применяемая в основном на сверхзвуковых самолётах. Между турбиной и соплом устанавливается дополнительная форсажная камера, в которой сжигается дополнительное горючее. В результате происходит увеличение тяги (форсаж) до 50%, но расход топлива резко возрастает. Двигатели с форсажной камерой, как правило, не используются в коммерческой авиации по причине их низкой экономичности.

«Основные параметры турбореактивных двигателей различных поколений»

Поколение/ период	Т-ра газа перед турбиной °C	Степень сжатия газа, πк*	Характерные представители	Где установлены
1 поколение 1943-1949 гг.	730-780	3-6	BMW 003, Jumo 004	Me 262, Ar 234, He 162
2 поколение 1950-1960 гг.	880-980	7-13	J 79, Р11-300	F-104, F4, МиГ-21
3 поколение 1960-1970 гг.	1030-1180	16-20	TF 30, J 58, АЛ 21Ф	F-111, SR 71, МиГ-23Б, Су-24
4 поколение 1970-1980 гг.	1200-1400	21-25	F 100, F 110, F404, РД-33, АЛ-31Ф	F-15, F-16, МиГ-29, Су-27
5 поколение 2000-2020 гг.	1500-1650	25-30	F119-PW-100, EJ200, F414, АЛ-41Ф	F-22, F-35, ПАК ФА

Начиная с 4-го поколения рабочие лопатки турбины выполняются из монокристаллических сплавов, охлаждаемые.

Турбовинтовой двигатель

Основная статья: Турбовинтовые двигатели

Схема турбовинтового двигателя: 1 — воздушный винт; 2 — редуктор; 3 — турбокомпрессор.

В турбовинтовом двигателе (ТВД) основное тяговое усилие обеспечивает воздушный винт, соединённый через редуктор с валом турбокомпрессора. Для этого используется турбина с увеличенным числом ступеней, так что расширение газа в турбине происходит почти полностью и только 10—15 % тяги обеспечивается за счёт газовой струи.

Турбовинтовые двигатели гораздо более экономичны на малых скоростях полёта и широко используются для самолётов, имеющих большую грузоподъёмность и дальность полёта. Крейсерская скорость самолётов, оснащённых ТВД, 600—800 км/ч.

Турбовальный двигатель

Турбовальный двигатель (ТВаД) — газотурбинный двигатель, у которого вся развиваемая мощность через выходной вал передается потребителю. Основная область применения — силовые установки вертолетов.

Двухконтурные двигатели

Дальнейшее повышение эффективности двигателей связано с появлением так называемого внешнего контура. Часть избыточной мощности турбины передаётся компрессору низкого давления на входе двигателя.

Двухконтурный турбореактивный двигатель

Схема турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД) со смешением потоков: 1 — компрессор низкого давления; 2 — внутренний контур; 3 — выходной поток внутреннего контура; 4 — выходной поток внешнего контура.

В турбореактивном двухконтурном двигателе (ТРДД) воздушный поток попадает в компрессор низкого давления, после чего часть потока проходит по обычной схеме через турбокомпрессор, а остальная часть (холодная) проходит через внешний контур и выбрасывается без сгорания, создавая дополнительную тягу. В результате снижается температура выходного газа, снижается расход топлива и уменьшается шум двигателя. Отношение количества воздуха, прошедшего через внешний контур, к количеству прошедшего через внутренний контур воздуха называется степенью двухконтурности (m). При степени двухконтурности <4 потоки контуров на выходе, как правило, смешиваются и выбрасываются через общее сопло, если m>4 — потоки выбрасываются раздельно, так как из-за значительной разности давлений и скоростей смешение затруднительно.

Двигатели с малой степенью двухконтурности (m<2) применяются для сверхзвуковых самолётов, двигатели с m>2 для дозвуковых пассажирских и транспортных самолётов.

Турбовентиляторный двигатель

Основная статья: Турбовентиляторный двигатель

Схема турбореактивного двухконтурного двигателя без смешения потоков (Турбовентиляторного двигателя): 1 — вентилятор; 2 — защитный обтекатель; 3 — турбокомпрессор; 4 — выходной поток внутреннего контура; 5 — выходной поток внешнего контура.

Турбовентиляторный реактивный двигатель (ТВРД) — это ТРДД со степенью двухконтурности m=2—10. Здесь компрессор низкого давления преобразуется в вентилятор, отличающийся от компрессора меньшим числом ступеней и большим диаметром, и горячая струя практически не смешивается с холодной.

Турбовинтовентиляторный двигатель

Дальнейшим развитием ТВРД с увеличением степени двухконтурности m=20—90 является турбовинтовентиляторный двигатель (ТВВД). В отличие от турбовинтового двигателя, лопасти двигателя ТВВД имеют саблевидную форму, что позволяет перенаправить часть воздушного потока в компрессор и повысить давление на входе компрессора. Такой двигатель получил название винтовентилятор и может быть как открытым, так и закапотированным кольцевым обтекателем. Второе отличие — винтовентилятор приводится от турбины не напрямую, как вентилятор, а через редуктор.

Вспомогательная силовая установка

Вспомогательная силовая установка (ВСУ) — небольшой газотурбинный двигатель, являющийся дополнительным источником мощности, например, для запуска маршевых двигателей самолетов. ВСУ обеспечивает бортовые системы сжатым воздухом ( в том числе для вентиляции салона), электроэнергией и создает давление в гидросистеме летательного аппарата.

Судовые установки

Используются в судовой промышленности для снижения веса. GE LM2500 и LM6000 — две характерных модели этого типа машин.

Наземные двигательные установки

Другие модификации газотурбинных двигателей используются в качестве силовых установок на судах (газотурбоходы), железнодорожном (газотурбовозы) и другом наземном транспорте, а также на электростанциях, в том числе, передвижных, и для перекачки природного газа. Принцип работы практически не отличается от турбовинтовых двигателей.

Газовая турбина с замкнутым циклом

В газовой турбине с замкнутым циклом рабочий газ циркулирует без контакта с окружающей средой. Нагрев (перед турбиной) и охлаждение (перед компрессором) газа производится в теплообменниках. Такая система позволяет использовать любой источник тепла (например, газоохлаждаемый ядерный реактор). Если в качестве источника тепла используется сгорание топлива, то такое устройство называют турбиной внешнего сгорания. На практике газовые турбины с замкнутым циклом используются редко.

Газовая турбина с внешним сгоранием

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 11 ноября 2011.

Большинство газовых турбин представляют собой двигатели внутреннего сгорания, но также возможно построить газовую турбину внешнего сгорания, которая, фактически, является турбинной версией теплового двигателя.^{[источник не указан 404 дня]}

При внешнем сгорании в качестве топлива используется пылевидный уголь или мелкоистолченная биомасса (например, опилки). Внешнее сжигание газа используется как непосредственно, так и косвенно. В прямой системе, продукты сгорания проходят сквозь турбину. В косвенной системе, используется теплообменник и чистый воздух проходит сквозь турбину. Тепловой КПД ниже в системе внешнего сгорания косвенного типа, однако лопасти не подвергаются воздействию продуктов сгорания.

Использование в наземных транспортных средствах

В этом разделе не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 11 ноября 2011.

Rover JET1

STP Oil Treatment Special на выставке в зале славы музея трассы Indianapolis Motor Speedway показана вместе с газовой турбиной Pratt & Whitney.

A 1968 Howmet TX — единственная в истории турбина, принесшая победу в автомобильной гонке.

Газовые турбины используются в кораблях, локомотивах и танках. Множество экспериментов проводилось с автомобилями, оснащенными газовыми турбинами.

В 1950 году дизайнер Ф.Р. Белл и главный инженер Морис Вилкс в британской компании Rover Company анонсировал первый автомобиль с приводом от газотурбинного двигателя. Двухместный JET1 имел двигатель, расположенный позади сидений, решетки воздухозаборника по обеим сторонам машины, и выхлопные отверстия на верхней части хвоста. В ходе испытаний автомобиль достиг максимальной скорости 140 км/ч, на скорости турбины 50000 об/мин. Автомобиль работал на бензине, парафиновом или дизельном маслах, но проблемы с потреблением топлива оказались непреодолимыми для производства автомобилей. В настоящее время он выставлен в Лондоне в Музее Науки.

Команды Rover и British Racing Motors (BRM) (Формула-1) объединили усилия для создания Rover-BRM, авто, с приводом от газовых турбин, которое приняло участие в гонке 24 часа Ле-Мана 1963 года, управляемое Грэмом Хиллом и Гитнером Ричи. Оно имело среднюю скорость — 107,8 миль/ч (173 км/ч), а максимальную скорость — 142 миль/ч (229 км/ч). Американские компании Ray Heppenstall, Howmet Corporation и McKee Engineering объединились для совместной разработки собственных газотурбинных спортивных автомобилей в 1968 году, Howmet TX приняла участие в нескольких американских и европейских гонках, в том числе завоевав две победы, а также принимала участие в гонке 24 часа Ле-Мана 1968 года. Автомобили использовали газовые турбины Continental Motors Company, благодаря которым, в конечном итоге, ФИА было установлено шесть посадочных скоростей для машин с приводом от турбин.

На гонках автомобилей с открытыми колёсами, революционное полноприводное авто 1967 года STP Oil Treatment Special с приводом от турбины, специально подобранной легендой гонок Эндрю Гранателли и управляемое Парнелли Джонсом, почти выиграло в гонке «Инди-500»; авто с турбиной STP компании Pratt & Whitney обгоняло почти на круг авто, шедшее вторым, когда у него неожиданно отказала коробка передач за три круга до финишной черты. В 1971 глава компании Lotus Колин Чепмен представил авто Lotus 56B F1, с приводом от газовой турбины Pratt & Whitney. У Чепмена была репутация создателя машин-победителей, но он вынужден был отказаться от этого проекта из-за многочисленных проблем с инерционностью турбин (турболагом).

Оригинальная серия концептуальных авто General Motors Firebird была разработана для автовыставки Моторама 1953, 1956, 1959 годов, с приводом от газовых турбин.

Использование в танках

Первые исследования в области применения газовой турбины в танках проводились в Германии Управлением вооруженных сухопутных сил начиная с середины 1944 года. Первым массовым танком, на котором устанавливали газотурбинный двигатель стал С-танк. Газовые двигатели установлены в российском Т-80 и американском М1 Абрамс.
Газотурбинные двигатели, устанавливаемые в танках, имеют при схожих с дизельными размерами гораздо большую мощность, меньший вес и меньшую шумность. Однако из-за низкого КПД подобных двигателей требуется гораздо большее количество топлива для сравнимого с дизельным двигателем запаса хода.

Конструкторы газотурбинных двигателей

• Соловьёв, Павел Александрович
• Уиттл, Фрэнк
• Охайн, Ханс-Иоахим Пабст фон
• Колосов, Сергей Дмитриевич
• Кухто, Николай Кузьмич
• Климов, Владимир Яковлевич
• Кузнецов, Николай Дмитриевич (авиаконструктор)
• Люлька, Архип Михайлович

См.

также

• Турбовинтовой двигатель
• Воздушно-реактивный двигатель
• Реактивный двигатель

Ссылки

• Газотурбинный двигатель — статья из Большой советской энциклопедии
• ГОСТ Р 51852-2001 Установки газотурбинные. Термины и определения.
• Словарь терминов на АвиаПорт. Ru
• Расчет газотурбинной установки
• Technology Speed of Civil Jet Engines

Газовые турбины

Узнайте об истории и развитии газовой турбины

 

газовая турбина стала важным, распространенным и надежным устройством
в области энергетики, транспорта и других приложений.
Газовая турбина — это двигатель внутреннего сгорания, он может сжигать различные
топлива (что способствует его большой универсальности).

Использование
газовых турбин:

Есть
Есть много форм газовых турбин длиной от 1 до 10+ метров. Газовые турбины
прийти в большом разнообразии форм для удовлетворения различных потребностей в энергии
от вождения танков, самолетов и вертолетов до производства электроэнергии
и промышленное использование энергии.

В
на этой веб-странице мы обсуждаем газовые турбины , используемые для производства электроэнергии .

Позже
на вы можете узнать о многих других сложных формах газовой турбины
указан на вики
страница.

1.
Как это работает
2. Краткая история газовых турбин
3. Разработка газовых турбин в General Electric, Арне
Лофт
4. Системы управления газовыми турбинами

1.
Как это работает:

Газовая турбина
используется для получения механической энергии из горючего топлива. В газе
турбины, используемые для превращения промышленной/электрической энергии в механическую энергию
приходит в виде вращающийся вал (в отличие от герметичных
тяга газотурбинного реактивного двигателя). Этот вал имеет огромное количество
мощности и крутящего момента.

Использование
газовая турбина с валом:

Вал может
быть подключен к другому оборудованию для выполнения различных видов работ, таких как:
вращение винта вертолета, запуск компрессора (который «давит»
газ в конденсированную форму для использования в промышленных целях) или генерирующих
электроэнергия.

Газовая турбина
полезен для нашего современного мира, потому что он относительно компактен по размеру
и дает много энергии. Газовые турбины используются в системах резервного электроснабжения
например, на Манхэттене, когда сеть выходит из строя из-за стихийного бедствия,
газовые турбины включаются и могут производить энергию для аварийных нужд.

Газовые турбины
используются на нефтяных платформах для производства электроэнергии. Нефтяная платформа похожа на
маленький город, изолированный от воды, поэтому требует много энергии
и не имеет много места. Газовые турбины также используются в нефтяной промышленности.
нефтеперерабатывающие заводы, чтобы произвести энергию для крекинга
процесс.

Упряжь
сила взрыва: Как работает устройство:

Исходное изображение выше: General Electric.

Газовая турбина сжигает топливо в камере сгорания высокого давления, продукты
из этого принудительно в турбину. Турбина специально спроектирована
лопасти, прикрепленные к центральному валу, и как газы под высоким давлением
протекают, вал вращается. Вал вращается с невероятной силой.
Вал часто подключается к генератору, который вырабатывает электроэнергию.
Иногда вал соединен с компрессором. Компрессоры используются
для сжатия газа или пара для множества промышленных и коммерческих целей.

Часы
видео ниже, чтобы узнать подробности о том, как работает газовая турбина:

2.
Краткая история газовой турбины:

Газ
турбины, разработанные из двух областей техники: паровая турбина,
и двигатель внутреннего сгорания. Работа над обоими этими полями помогла
привели к «Современной газовой турбине» периода после 1940-х годов.

1500
— 1870-е годы: Леонардо да Винчи, Джованни Бранка, Джон Барбер и др.
упомянуть или спроектировать устройства, которые используют горячий газ или пар для создания движения.
Одновременно работают Сэмюэл Браун, Сади Карно, Сэмюэл Морел, Уильям
Барнетт и другие разрабатывают конструкцию двигателя внутреннего сгорания.
Базовое понимание и теория того, как газы горят и ведут себя в закрытых помещениях.
пространства развиты.

Паровая турбина by GE, нажмите на изображение, чтобы увидеть увеличенное фото

Пар и газотурбинный рабочий комбинат: Сэр Чарльз Парсонс построил первую паровую турбину, использовавшуюся в электроэнергетике. станции в Кембридже, Англия. Чарльз Кертис (США) разрабатывает другой дизайн и продает патент E.W. Райс в General Electric. Райс отдает Кертису всю рабочую силу и ресурсы, необходимые ему для разработки самого мощного в мире парового двигателя. турбины, которые коммерчески продаются по всему континенту. Др. Сэнфорд Мосс разрабатывает диссертацию о газовых турбинах в 1919 г.03, он присоединяется Дженерал Электрик в Массачусетсе. Мосс разрабатывает супертурбокомпрессор во время Первая мировая война. Это устройство использует горячие выхлопные газы из внутреннего двигатель внутреннего сгорания для привода турбинного колеса, которое приводило в движение центробежную компрессор. Это устройство увеличило мощность двигателя. В 1918 году GE открывает подразделение газовых турбин. Это устанавливает этап для GE, чтобы возглавить индустрию коммерческих газовых турбин спустя десятилетия. Доктор А. А. Гриффит развивает жизненно важные теории относительно потока газа. прошлые аэродинамические поверхности по сравнению с предыдущим методом использования проходов.

Реактивные двигатели
использовать газотурбинную технику. Это применение газовых турбин было разработано
сначала сэр Фрэнк Уиттл, Ганс фон Ойан, доктор Франц Анслем и другие.
периода 1930-42 гг. Разработка реактивного двигателя — еще одна тема, лучше всего
обсуждаются на отдельной странице.


первая современная газовая турбина:

BCC Brown Boveri
& Cie (Швейцария) ведет разработку газовых турбин для коммунальных
выработка электроэнергии с 1930 с. Рауль Патерас де Пескара, Ханс
von Ohain, Max Hahn разрабатывают свои собственные проекты вне BCC Brown Boveri.
В 1936 году компания BCC Brown Boveri построила котел Velox с наддувом для нефтеперерабатывающего завода.
в Пенсильвании, который использовался в процессе каталитического крекинга для
масло. В 1939 году установлена ​​газовая турбина мощностью 4 МВт.
в Невшателе, Швейцария. Теперь вы можете увидеть эту турбину на выставке в
Бирр, Швейцария. Он проходил с 1939 по 2002 год.

Первый коммерческий
продана газовая турбина в Западном полушарии, используемая для производства электроэнергии
был установлен в 1949 году на станции Бель-Айл, штат Оклахома, США. Основная группа
инженеров General Electric первыми разработали эффективную и мощную
дизайн, который лег в основу многомиллиардной индустрии.
конструкция привела к взрывному росту продаж газовых турбин по всему миру. Газовые турбины
наконец занял прочное место в области надежного производства электроэнергии после
1950.

Пионеры
Газовая турбина 1949 года в GE включает: Брюса Бакленда «Мистер Газовая турбина»,
Нил Старки (GT Control Genius), Арне Лофт*, Энди Смит, Боб Крамер,
Боб Хендриксон*, Дик Ноэ, Том МакКоун, Эл Бойко, Билл Тейлор, Голди
Голдсворт, Фрэнк Йипл, Джордж Фуснер, Эдди Уимет, Энди Даргис,
Рой Линн, Джон Бак, Фил Белл, Фред Каммингс, Фернан Померло.

*Видео лекции доступны
Арне Лофт и Боб Хендриксон

Вверху: Инженеры-ракетчики и газотурбинисты
Мальтийский испытательный полигон

3.
Инженерный форум:

Газ Разработка турбин в General Electric Арне Лофт Брюс Бакленд начал работать в GE в августе 1923 г. и вышел на пенсию в 1966 г., проработав 42 года. оказание услуг. Он сыграл важную роль в разработке многих ранних газовых турбин, которые сделали GE одним из ведущих поставщиков газовые турбины. Первая половина его трудовой деятельности пришлась на бизнес паровых турбин и вторая половина в дизайне газовых турбин. Следующая информация была извлечена из записанного на пленку интервью с Брюсом в 1980: О 1937 г. GE Locomotive and Car Equipment Division в Эри, штат Пенсильвания, хотели, чтобы компания разработала и произвела двигатель для своих локомотивов, а не покупать чей-то дизель. А. Р. Смит, который тогда был главой Turbine Engineering Group. ответил, организовав команду людей в паровой турбине Инженерная секция, в том числе Кенни Солсбери, Алан Ховард, Джин Ханцигер, Ларри Ларек, изучить возможности. Исследования были прерваны в 1941 в результате встречи Алекса Стивенсона и Глен Уоррен с доктором Дюрандом, главой N.A.C.A. (Предшественник НАСА), после чего GE было приказано отказаться от своих планов по локомотивный двигатель и обратить свое внимание на авиационные двигатели. В этот период Рой Шульц и полковник Дон Керн, которые были в Англии, расследуя реактивный двигатель Уиттла, договорились отправить образец двигателя Whittle группе нагнетателей. Доктор Сэнфорд Мосс продолжил исследование нагнетателя. в Линне, Массачусетс, после Первой мировой войны, следовательно, у Линна был хороший нагнетатель отдел, который поставляет нагнетатели типа B почти во все Бомбардировщики и другие самолеты, использовавшиеся во Второй мировой войне. Департамент Линн получил указание разработать реактивный двигатель типа Уиттла. результатом стал И-16 с 1600 фунтами тяги и используемый для питания колокол XP-59. И-40 был следующей конструкцией реактивного двигателя с 4000 фунтов тяги. Оба проекта по проектированию двигателей были очень секретными. на ранних стадиях. Тем временем Алан Ховард и его группа разработали TG-100, реактивный двигатель который развивал 2000 лошадиных сил, вращая винт, и примерно 500 лошадиных сил в реактивном самолете. Первый полет был на XP-81 Orion. самолет с ТГ-100 в носовой части с винтом и реактивный И-40 в хвосте. Снятие опоры и удвоение размера ТГ-100 выпускался осевой, чисто реактивной конструкции двигателя: ТГ-180 с тягой 4000 фунтов. Это было примерно в это время в 1944, что Брюс был назначен на проект по испытанию ТГ-180, который был построен в Скенектади. Позже ТГ-180 приводил в движение Р-84, Р-86, Б-45 и Б-47. Локомотив проекта перезапущен в середине 1946 г. и испытан в корп. 49 в следующем году. Затем последовали испытания с локомотивом в Эри, во время которого возникло несколько конструктивных проблем обнаружены, в том числе усталостное разрушение второй ступени ковша в течение первых трехсот часов работы. После завершение испытаний локомотива в Эри и несколько начальных пробегов на Nickel Plate and Pennsylvania Railroads, локомотив был отдан в аренду Union Pacific. Union Pacific управлял им около год между Шайенном и Лос-Анджелесом, прежде чем заказать 20 единиц в феврале 1952, в основном для перевозки грузов. К тому времени GE изготовила два Бангорских, два Центральных Вермонтских и один Центральный Локомотив Мэн. Затем последовала отгрузка первого газа турбина для коммунального использования компании Texas Power and Light в конце 1952 г., МС3001. Затем GE продала 20 единиц новой двухвальной версии, трубопроводный газ. К декабрю 1979 года одно из этих подразделений на Пекосе Речной вокзал отработал 200 000 часов, что побудило Ховарда Перри, чтобы отпраздновать это событие, организовав вечеринку в Эль-Пасо. Тем временем GE начала получать заказы на многие «газовые насосы». В начале 1950-х годов GE поставила 10 газовых турбин/компрессоров едет в Creole Petroleum, чтобы повысить давление в нефтяном пласте в миле ниже поверхности озера Маракайбо в Венесуэле. Этот впервые кто-то поставил такую ​​станцию ​​семь или восемь миль от берега в озере. Это было очень успешно. Десять газов турбины и компрессоры были установлены на платформе примерно два футбольных поля размером и поддерживаются 364 железобетонными сваи, около одного квадратного метра и длиной 120 футов, с нижним половина в иле, а верхняя половина в озере и над поверхностью. В этот же период у газовых турбин были проблемы с сжиганием бункера C топливо. В конце шестимесячного испытательного периода GE разработала схема обессоливания с использованием центрифужного оборудования ДеЛаваль для удаления натрий и добавить магний, чтобы замедлить коррозию ванадия. Это привело к образованию золы, которая стряхивалась при выключении и оказалось удовлетворительным решением при условии, что турбина эксплуатировался с перерывами. Между тем, Union Pacific все еще искал большую газовая турбина для замены их дизелей мощностью 9000 л.с. Локомотив Эри Персонал предположил, что правильный размер локомотива двигатель был 4500 л.с. и, если требовалось больше мощности, турбины должны быть уложены в ряд, аналогично дизелям. Тем не менее, Скенектади процитировала газовую турбину мощностью 8500 л. с. в 1952/1953 гг., и Union Pacific заказала 30 единиц. Это был смелый проект, поскольку он имел большой пролет. только с двумя опорными подшипниками. Кроме того, имелся осевой резонанс потока и некоторые из машин «на испытании» сбрасывают корзины и пострадали от сбоев динамических компонентов, что привело к очень много проблем. Они были успешно очищены, в том числе ранние отказы колес, которые были устранены путем разработки метода испытаний на горячее растяжение и хладостойкость турбинных колес, используется до сих пор. Однако газовые турбины стоили дороже рыночной цены а в начале 60-х годов были приняты две концепции, чтобы для снижения общей стоимости: (1) Заключите турбину в упакованный силовая установка и (2) Предварительный заказ для достижения шестимесячной поставки цикла (как на соревнованиях) вместо одного года. К счастью для GE, большое отключение электроэнергии в 1965 году в районе Нью-Йорка произошло в на этот раз и один из газа Лонг-Айленда Лайт и Энергетика турбины подхватили систему с «черного старта». Это мероприятие вкупе с решением технических проблем с Конструкция Frame 5 стала стимулом, необходимым для изменения бизнеса и считается поворотным моментом в бизнесе газовых турбин. Особая благодарность Арне Лофту за этот раздел. Присоединяйтесь к Эдисону Команда Технического центра в качестве волонтера и создайте собственное инженерное решение история известна.

 

4.
Системы управления газовыми турбинами:

Газ
турбины — чрезвычайно сложные устройства, требующие точного управления
работать. Инженеры по управлению General Electric были первыми, кто
разработать надежную систему управления. Нил Старки разработал механический
контроль, который был надежным в 1940с. Нужна была лучшая система
используя компьютеры и электронику (которая сама только что была разработана
в это время). Эта первая электронная система была разработана Арне Лофтом,
инженер-механик/электрик, работающий в GE в Скенектади, Нью-Йорк.
Ниже его рассказ о разработке первого Speedtronic Control.
Система. (Позже Speedtronic превратилась в большую линейку продуктов, которая контролирует
не только газовые турбины, но и паровые турбины и другие устройства).

Видео
на первой системе управления Speedtronic ниже:

1980-е годы:

Газ 7 F
Турбина General Electric (видео Youtube):

 

Похожие темы:

Тепловозы электрические	Паровозы	Электромобили
Тележки и легкорельсовый транспорт	Паровые турбины	Динамо-машины и генераторы

Нравится
нас на Facebook

Источники:

— История
Газовая турбина с Бобом Хендриксоном Фрэнка Хакерта и Эдисона
Технический центр
— Подарки Эдисона: Интервью с Арне Лофтом от Эдисона
Технический центр
-Википедия (Двигатель внутреннего сгорания, статьи о газовых турбинах)
-About. com Изобретатели
-История General Electric в Зале истории
— ASME.org -Газовая турбина Belle Isle
— Группа ABB, История веб-страница

Что такое газотурбинный двигатель?

The Drive и его партнеры могут получать комиссию, если вы покупаете продукт по одной из наших ссылок. Подробнее.

Газотурбинные двигатели, которые чаще всего оглушают вас в заднем ряду коммерческого рейса по пересеченной местности, также использовались в автомобилях и прототипах автомобилей более 60 лет. Если вам, дорогой читатель, кажется, что использование лопастей вентилятора с оглушительными 50 000 об/мин для питания вашего ежедневного водителя кажется плохой идеей, вы будете правы!

В автомобилестроении турбины обычно применялись одним из двух способов. Они могли бы использовать систему прямого привода, в которой двигатель непосредственно приводит в движение колеса через трансмиссию, как в обычном двигателе внутреннего сгорания, или гибридную систему, в которой турбина приводит в действие систему электродвигателей в автомобиле.

Сложность всегда была проблемой, которая не останавливала многих производителей, больших и малых, от попыток внедрить новую технологию. Сегодня Команда компании Drive здесь, чтобы помочь вам понять, как эти бесспорно крутые неудачные эксперименты стремились изменить автомобильный ландшафт.

Toyota Sports 800 Gas Turbine Hybrid Concept, Toyota

Что такое газотурбинный двигатель и как он работает?

Газотурбинные двигатели бывают разных модификаций, но все модели имеют три основных компонента: вентилятор компрессора, который раскручивает поступающий воздух до высокого давления, камера сгорания, в которой сжигается топливо для питания системы, и турбина, вращающаяся за счет сжигания топлива. .

Как работает газотурбинный двигатель?

Турбина соединена с компрессором с помощью вала, поэтому при сгорании топлива и вращении турбины компрессор активно всасывает больше воздуха и нагнетает его в камеру сгорания, поддерживая подачу мощности. По своей концепции он похож на турбокомпрессор, за исключением того, что он приводится в движение не внешним воздушным потоком — выхлопными газами работающего двигателя, а полностью автономным.

Турбинные двигатели в турбовинтовых и турбовентиляторных двигателях с большой степенью двухконтурности чаще всего встречаются не в военных целях, поскольку они используются в гражданских самолетах. Они хорошо подходят для полетов, потому что побочным продуктом камеры сгорания с чрезвычайно высоким давлением является выхлопной газ с высокой скоростью, который можно использовать для создания тяги. ТРДД с малой двухконтурностью часто используются в современных военных реактивных истребителях. Эти турбины часто имеют вторую камеру впрыска топлива и сгорания после турбины. Эта система известна как форсажная камера и обеспечивает чрезвычайно высокую тягу за счет высокого расхода топлива и тепла.0250 очереди вверх Кенни Логгинс .

Независимо от области применения, турбины чрезвычайно популярны для полетов, поскольку их высокая степень сжатия превосходно работает даже в разреженном воздухе в милях над Землей, их относительно стабильная рабочая скорость хорошо подходит для крейсерского полета на высоте в течение нескольких часов подряд, а их высокая тяга позволяет более эффективно использовать топливо.

Так что же побудило инженеров использовать их для наземных приложений, где ни одно из этих преимуществ не применимо?

Зачем использовать газотурбинный двигатель?

Турбинные двигатели имеют несколько веских причин рассматривать их для наземного использования. Во-первых, у них относительно мало движущихся частей по сравнению с поршневым двигателем внутреннего сгорания, и в результате они теоретически более надежны.

Вторая причина — абсурдно высокий крутящий момент на низких оборотах от относительно небольшого пакета из-за диапазона мощности газовых турбин. По этой причине газовые турбины преобладают в дизель-электрических локомотивах, где для запуска длинных составов ценится высокий крутящий момент.

Последняя причина заключается в том, что они часто могут работать практически на любом виде топлива, будь то бензин, дизель, а в случае с президентом Мексики и его технологической демонстрацией Chrysler Turbine в 60-х годах, текила — вы знаете ты тоже только что услышал эту песню в своей голове.

Toyota Gas Turbine Hybrid System, Toyota

Кто начал использовать газотурбинные двигатели?

Газотурбинные двигатели для автомобильного применения как концепция существуют по крайней мере с конца Второй мировой войны. Однако первый газотурбинный двигатель для дорожного движения был построен и приводился в действие британским производителем Rover в JET1, разработанном в 1919 г.50. 

JET1 был концептуальным родстером с турбинным двигателем с прямым приводом, который должен был стать первой из многих турбинных моделей Rover, появившихся позже, но его преследовал ужасный пробег (около 6 миль на галлон) и относительно медленное ускорение, которое удерживало им от выпуска серийных моделей в ближайшие десятилетия после его постройки.

В течение 50-х годов компания Chrysler интенсивно исследовала газовую турбину, даже модернизировала Plymouth 1954 года с газотурбинным двигателем и проехала на нем по США в качестве рекламного трюка и тестового упражнения. В 1963, они разработали самый известный и широко производимый автомобиль с турбинным двигателем, названный Chrysler Turbine.

50 дорожных моделей были построены и переданы представителям общественности в бесплатную двухлетнюю аренду, с общим пробегом 1,1 миллиона миль с 1964 по 1966 год. расход топлива, чрезвычайно медленное ускорение и высокий уровень шума от турбины с красной линией 60 000 об / мин. Когда Chrysler закрыл проект Turbine, все оригинальные автомобили с кузовом Ghia, кроме девяти, были уничтожены, чтобы предотвратить ущерб для компании в связи с общественностью.

В 70-х годах Toyota пыталась использовать гибридную систему с газовой турбиной в нескольких концептах, включая Century и Sports 800. Вместо прямого привода колес, как в JET1 и Chrysler Turbine, газовая турбина приводила в действие генератор, который создавал электричество, которое можно было отправить непосредственно на двигатели задних колес или сохранить в аккумуляторной батарее для последующего использования.

Эта система была разработана, чтобы избежать крайне низких скоростей разгона и возможных проблем с запуском/остановкой при прямом подключении турбины к трансмиссии, но система аккумуляторов и сложность почти удвоили вес Sports 800, при этом потеряв более половины лошадиных сил. Toyota отказалась от исследований гибридов с газовыми турбинами в начале 19-го века.80-х и разделил исследования гибридов и разработку турбин на отдельные подразделения.

Совсем недавно в продажу поступил турбинный супербайк Marine Turbine Technologies, известный как Y2K за год своего дебюта. С газотурбинным двигателем Rolls Royce 250-C18 он выдает ошеломляющие 320 л. Заявленная максимальная скорость составляет 227 миль в час, но возможность испытать эту дикую езду обойдется вам в 270 000 долларов. Это также было показано в превосходно ужасном фильме Torque.

Messerschmitt Me 262, Bild Bundesarchiv

Когда появились газовые турбины?

Газотурбинные двигатели появились в качестве концепции с 1000 г. н.э. в древнем Китае, когда нагретый воздух использовался для вращения того, что мы сейчас назвали бы турбиной, приводившей в движение движущиеся произведения искусства, которые выставлялись на ночных фестивалях. Более современные патенты на газотурбинные двигатели датируются 1791 годом, когда Джон Барбер запатентовал элементарную конструкцию безлошадной повозки, но газотурбинный двигатель не имел промышленного успеха до 1919 г.39, когда электростанция Невшатель была запущена в эксплуатацию в Швейцарии.

В том же году Heinkel He 178 поднялся в воздух как первый в мире самолет с чисто турбореактивным двигателем, и, несмотря на проблемы со временем полета и надежностью, он проложил путь к послевоенной эре реактивных двигателей, поскольку многие другие производители двигателей усовершенствовали и усовершенствовали реактивный самолет. концепция более поздних самолетов к концу войны.

Немецкий Messerschmitt Me 262 стал первым действующим реактивным самолетом в 1944 году, следуя по стопам He 178, и, хотя его использование было ограничено после краха Третьего рейха, он доказал, что самолеты с газотурбинными двигателями никуда не денутся. максимальная скорость почти на сто миль в час выше, чем у самого быстрого поршневого самолета союзников того времени.

Jaguar CX75, Jaguar

Какие модели в настоящее время оснащены газотурбинными двигателями?

Газотурбинные двигатели в настоящее время не используются для серийных автомобилей. Ближе всего к производству в недавнем прошлом был концепт Jaguar CX75, в котором использовались микротурбины на дизельном топливе для питания электрической гибридной системы, но автомобиль был списан из-за обострения финансового кризиса.

Вышеупомянутый супербайк Y2K является единственным наземным транспортным средством для использования на дорогах, которое можно приобрести, но они изготавливаются на заказ и имеют однозначные производственные номера в год.

Lotus 56, Victoria Scott

Какова гоночная история газотурбинных двигателей?

Газотурбинные двигатели неоднократно экспериментировались в гонках, поскольку основные проблемы, с которыми сталкивались потребители (а именно низкий расход топлива и шум), были гораздо меньшими проблемами для гоночных команд.

Самые успешные автомобили были выставлены гоночной командой STP на различных гонках Indy в 60-х, начиная с STP Paxton Turbocar, управляемого Парнелли Джонсом. Приводимый в действие газотурбинным вертолетным двигателем ST6, расположенным слева от водителя, он производил 550 лошадиных сил, имел полный привод и имел управляемый водителем воздушный тормоз для замедления. Машина была быстрой — лидировала почти во всех 19 заездах.6 кругов в Indianapolis 500 1967 года, но отказ подшипника вынудил сойти с дистанции за восемь миль до конца гонки. В 1968 году машина разбилась во время тренировки и больше никогда не участвовала в гонках.

Lotus 56 последовал за ним по пятам, пытаясь выиграть Indianapolis 500 с культовым клиновидным профилем автомобилей Lotus с открытыми колесами на десятилетие вперед, но с тем же газотурбинным двигателем ST6, который приводил в движение STP Paxton Turbocar. Несмотря на правила USAC (руководящий орган гонок Indy в то время), предписывающие размеры воздухозаборников, которые почти полностью исключили автомобили с турбинами из гонок, 56 попытался компенсировать недостаток мощности с помощью усовершенствованной подвески и сложной аэродинамики.

Машина, к сожалению, убила водителя Майка Спенса, когда он неправильно рассчитал поворот на тренировке и врезался в стену поворота. Кэрролл Шелби немедленно отозвал другие свои автомобили с турбинным двигателем из 500, заявив, что невозможно сделать гоночный автомобиль с турбинным двигателем безопасным и конкурентоспособным. USAC быстро перешел к полному запрету автомобилей с газотурбинными двигателями в Инди, и это означало смерть 56. Он просуществовал недолго в сезоне F1 1971 года, но так и не добился успеха.

Газотурбинный двигатель Интересные факты

Вы знаете, что хотите больше фактов о газотурбинных двигателях!

• У Chrysler Turbine 1963 года были скудные 130 л.с., но потрясающие 425 фунт/фут крутящего момента в состоянии покоя.
• Me 262 во время Второй мировой войны имел коэффициент уничтожения более 5: 1 за период его использования, при этом союзники уничтожили 542 самолета на скудные 100 уничтоженных Me 262.