Принцип работы газотурбинного двигателя на танке: Принцип работы газотурбинного двигателя танка

На что способен танк Т-80У: газотурбинный монстр

Редко какой танк или другой вид российского оружия вызывает столько споров и противоречивых мнений, как Т-80. В 2017 году мы провели тест-драйв Т-80У и обсудили с экспертом технические особенности этого семейства танков.

Александр Грек

Т-80 – первый в мире серийно производимый танк с газотурбинным двигателем (ГТД). Работы по оснащению танков силовыми установками этого типа начались еще в конце 1950-х годов. Тогда на опытные образцы боевых машин ставились вертолетные двигатели. Быстро выяснилось, что они неспособны нормально работать в наземных условиях – вибрация и облака пыли быстро выводили ГТД из строя. Пришлось разрабатывать двигатель с самого нуля. Но откуда вообще возникла идея устанавливать газотурбинный двигатель на танк? «Во-первых, таким образом хотели решить проблему повышения боеготовности машины в условиях нашего сурового климата, – говорит Сергей Суворов, военный эксперт, кандидат военных наук, в прошлом – офицер-танкист. – Для того чтобы танк с дизельным двигателем мог начать движение при температурах от 0 до –20°С, необходимо для начала разогреть двигатель с помощью специального устройства – подогревателя – в течение 20–30 минут, затем запустить силовой агрегат и еще прогревать его около 10 минут на холостом ходу, пока температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения не поднимется примерно до 40°C. Таким образом, зимой требуется в общей сложности 30–40 минут для выхода танка по тревоге из парка, что в боевых условиях немало. Газотурбинный танк может трогаться с места уже через 45 секунд после нажатия на кнопку пуска двигателя независимо от температуры окружающего воздуха.

Второе преимущество ГТД – так называемый коэффициент приспособляемости двигателя. Чем выше его значение, тем проще может быть конструкция коробки передач. Коробка передач Т-80 схожа с той, что установлена на Т-64, но в ней убран один планетарный ряд – в результате вместо семи передач их всего четыре. А упрощение всегда означает повышение надежности и удешевление конструкции, снижение утомляемости механика-водителя. Впрочем, сам по себе газотурбинный двигатель заметно дороже дизельного».

Не задохнуться в пыли

Еще одним толчком для советских конструкторов стала информация о том, что темой газотурбинных танков стали интересоваться в США. В условиях холодной войны и гонки вооружений советское руководство не могло пропустить такую информацию мимо ушей. Нашей оборонке пришлось срочно приступить к работе, и в результате Т-80 появился на свет раньше своего газотурбинного собрата-конкурента – танка M1A1 Abrams – на несколько лет.

Одной из главных задач, которую предстояло решить конструкторам, была защита газотурбинного двигателя от пыли. Та система очистки воздуха, которую в результате удалось сделать, уникальна, и аналогов в мире ей нет. Газотурбинный Abrams тоже имеет систему очистки, однако в ходе американской операции в Ираке «Буря в пустыне» выяснилось, что в условиях песчаной бури американский танк мог двигаться или стоять на месте с работающим двигателем не более 15 минут. Затем приходилось останавливаться и вытряхивать песок из бумажных фильтров. В Т-80 с пылью боролись прямоточные циклоны – вихревые газоочистители. Кроме того, пневмовибратор стряхивал песок с наиболее подверженного загрязнению соплового аппарата. После остановки двигателя пыль также стряхивалась с лопаток турбины, и на них не происходило запекания песка в виде стекловидной массы.

Комфорт и чистота

«Когда Т-80 движется на тебя, на расстоянии до 30 м машины совсем не слышно, – рассказывает Сергей Суворов. – Первое, что доносится до слуха, – это лязг зубьев ведущих колес. Танк не дымит, выпуская практически чистый горячий воздух. Я служил на Т-80 и думаю, что в плане комфорта среди отечественных танков ему не было равных до появления Т-90АМ. Сказки о комфорте в танках западного производства так и остались сказками. Уровень эргономики во всех «абрамсах», «леопардах», «меркавах» и прочих «челленджерах» примерно на уровне Т-55 или Т-62. В «восьмидесятках» при –35°С механик-водитель раздевался да нательного белья, я сидел в башне на командирском месте в хромовых сапогах. Никаких рукавиц – тонкие кожаные перчатки. На других машинах в холод без нескольких слоев одежды, меховых варежек, шерстяной маски на лицо и валенок в башне не поездишь».

Т-80У – наиболее совершенная на сегодня машина из всего семейства Т-80. В этой модификации, появившейся в 1985 году, был применен новый комплекс вооружения. Несколько лет спустя тот же комплекс поставили на танк Т-72Б, после этого и ряда доработок танк получил наименование Т-90. Он располагает более мощным двигателем ГТД-1250 (1250 л.с. против 1100 л.с. у предшествующих модификаций).

В прошлом году появились сообщения о планах модернизации имеющегося в стране парка танков Т-80БВ, включающего несколько тысяч машин, и хотя официально параметры программы не объявлены, можно предположить, что итогом станет боевая машина, не уступающая по боевым свойствам Т-80У (а по некоторым показателям превосходящая его). Вероятно, будет произведена замена двигателя на ГТД-1250, танк оборудуют системой управления огнем 1А45 «Иртыш» с лазерным прицелом-дальномером, цифровым баллистическим вычислителем, комбинированным ночным прицелом и комплексом управляемого ракетного вооружения, способного стрелять ракетами типа «Инвар-М». Также машина получит современную динамическую защиту.

На пути к гибриду

Одна из главных претензий, предъявляемых танку Т-80, – прожорливость его газотурбинного двигателя. С этим трудно поспорить – ГТД действительно потребляет больше топлива, чем дизель. «Основной вид горючего для этого танка – дизельное топливо, – говорит Сергей Суворов, – но Т-80 может ездить и на керосине, и на смесях бензина. Как-то во время службы на Урале я столкнулся с ситуацией, когда мои танки ездили практически на воде. Баки нам заправили какой-то белой, похожей на молоко жидкостью, в которой воды было, наверно, не меньше 50%. Я тогда задавал себе вопрос – сколько бы на этой адской смеси проехал Abrams? А Т-80 ездили как ни в чем не бывало. При этом температура воздуха в тот день была ниже –10°С. Но проверку батальон сдал. Правда, потом от влаги начались проблемы в работе топливной системы двигателя».

Как считает Сергей Суворов, относительно низкая экономичность Т-80 связана не только и не столько с применением ГТД, сколько с конструкцией именно танковых газотурбинных двигателей. В отличие от дизеля, мотор Т-80 имеет более низкую приемистость. Чтобы набрать максимальные обороты, а следовательно, и мощность, дизелю надо полсекунды, а ГТД-1000/1250 – секунды три-четыре. Если на пути танка яма, механик-водитель должен бросить педаль газа, то есть сократить подачу топлива. Двигатель резко сбрасывает обороты, и танк фактически останавливается. Потом механик снова нажимает педаль подачи топлива, но требуется еще несколько секунд, пока турбина раскрутится снова. Чтобы не стоять в ямах, танкистов обучали раскручивать турбину до максимальных оборотов, а затем в яме замедляться с помощью системы торможения. Танк при этом не глохнет – так как нет жесткой связи между турбиной двигателя и трансмиссией, между ними связь только газодинамическая, однако топливо продолжает литься рекой. «В танковом газотурбинном двигателе была изначально применена не совсем правильная идеология подачи топлива, – объясняет Сергей Суворов. – Например, в ряде авиационных газотурбинных двигателей после запуска автоматически поддерживается заданное значение постоянных оборотов, а регулирование мощности на валу осуществляется за счет изменения подачи топлива, без изменения частоты вращения турбины. Если бы в танковом двигателе существовала такая же система, тогда и расход топлива был бы почти таким же, как на дизеле». Впрочем, конструкторская мысль не стоит на месте. Уже разработан перспективный газотурбинный танковый двигатель ГТД-1500, который по экономичности не уступает дизелям.

Пока страшно не станет

Т-80 устроен совсем иначе, чем обычные дизельные танки, но управляется гораздо проще, инструктирует меня командир танка сержант Степанов. В нем всего две педали, и он никогда не глохнет. Правая педаль газа отвечает за подачу топлива, а левая – за работу регулируемого соплового аппарата, РСА. Правой педалью газа ты раскручиваешь основную турбину, а левой меняешь положение лопаток силовой турбины. Сержант Степанов рекомендует мне держать правую педаль на максимуме, а работать только левой. Отпустил – несешься вперед, нужно подтормозить – слегка нажал, лопатки поменяли угол, скорость замедлилась. Нажал сильнее – они приняли отрицательный угол, и Т-80 тормозит турбиной. Нажал еще сильнее – и только тогда в дело вступают гидравлические тормоза. «Выжал РСА, включил передачу и движешься, – я внимаю каждому слову Степанова, – мощный двигатель Т-80 никогда не заглохнет, если не кончится горючее. Не связанную валом с компрессором силовую турбину раскручивает поток горячего газа из газогенератора. Даже если турбина застопорится, ничто не помешает газогенератору продолжать работу. Если на подъеме мощности не хватает, танк просто останавливается, но турбина не глохнет. Переключаешься на пониженную и вперед. А на Т-72 идет нагрузка на дизель. Так как у него прямое сцепление с двигателем, при подъеме в гору надо нажать сцепление, включить передачу, и в этот момент можно скатиться назад».

46-тонная машина стоит как вкопанная, и не верится, что эту массу железа что-то может сдвинуть с места. Выполняю все рекомендации Степанова, и Т-80 резво начинает движение по полигону. Левый рычаг на себя, газ не сбрасываем, и танк легко, почти на месте делает полицейский разворот! И это 46-тонная машина! Летим к небольшой полигонной горке. Переключаемся на передачу ниже, и танк без надрыва взлетает на самый верх, турбина монотонно свистит за спиной. Уже через десять минут езды я чувствую себя заправским механиком-водителем и жалею, что в армии попал не в танковые войска.

«Я управлял и Т-72, и Т-90, но для меня самый лучший танк – Т-80, – говорит сержант Степанов. – Т-80 ускоряется очень быстро, быстро набирает скорость и движется намного быстрее, чем Т-72. Если Т-72 пойдет по ровной дороге 70 км/ч, то Т-80 можно разогнать, пока страшно не станет». И это тот случай, когда я готов подписаться под каждым словом.

Газотурбинный двигатель(ГТД).

Газотурбинный двигатель – это разновидность теплового двигателя, который работает по не очень простому принципу. Газ в двигателе сжимается и нагревается, после чего, энергия этого газа преобразуется в механическую работу. Как Вы могли заметить, с первых слов описания данного двигателя, все процессы происходят в потоке движущегося газа, что кардинально отличается от принципа работы поршневого двигателя.

Как работает газотурбинный двигатель? Если рассматривать, более подробно процесс работы газотурбинного двигателя, то можно выделить несколько этапов, которые в соединении описывают сложный процесс преобразования энергии сжатого газа в механическую работу. Какие это этапы?

• Подача и смесь. Атмосферный воздух в сжатом виде поступает из компрессора в камеру сгорания. Туда же поступает и топливо, в результате чего получается топливная смесь, которая в процессе сгорания выделяет очень много энергии.
• Преобразование. После того, как топливная смесь в процессе сгорания преобразуется в энергию, необходимо преобразовать ее в механическую работу. Это происходит благодаря вращению специальных «лопаток» струей газа под большим давлением.
• Разделение работы. Часть полученной механической работы от энергии топливной смеси, уходит на сжатия воздуха для следующей подачи, в компрессоре, а остальная энергия передается на приводимый агрегат.

Именно та работа, которая передается на приводимый агрегат и называется полезной! К слову, газотурбинный двигатель по праву считается двигателем, имеющим наибольшую удельную мощность, среди остальных двигателей внутреннего сгорания. Топливом к газотурбинному двигателю можно считать практически любое горючее: керосин, бензин, мазут, природный газ, дизельное топливо, судовое топливо, водяной газ, спирт, а также мелкий уголь!

Принцип работы газотурбинных двигателей.
Чтобы добиться высокого КПД в тепловом двигателе, необходимо добиться высокой температуры сгорания топливной смеси, но не всегда это можно достичь. Препятствиями можно назвать не способность материалов, из которых построен двигатель (никель, сталь, керамика и прочие) выдерживать большие температуры и давление. Очень большое количество трудов инженеров было направлено на то, чтобы успешно отводить тепло от турбины и использовать его там, где это необходимо. Смело можно сказать, что их работа была проведена не зря, ведь в настоящее время, благодаря подобным разработкам, было достигнута эта цель путем перенаправления тепла выхлопных газов, сжатому воздуху. Такой процесс называется рекуперирование. Это очень успешных подход, ведь в противном случае тепло выхлопных газов было бы просто утеряно, а так, оно способно служить источником нагрева сжатого воздуха, перед процессом дальнейшего сгорания. Таким образом, можно смело утверждать, что без этого процесса и специальных теплообменников (рекуператоров) не удалось бы достигнуть столь высокого КПД.

Максимальная скорость вращения турбинных лопаток, определяет максимальное давление, которое нужно достигнуть для получения наивысшей мощности двигателя. При этом, как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала, для поддержания максимальной скорость турбинных лопаток.

Устройство газотурбинного двигателя.
Что касается устройства, тут все не так и сложно, как можно себе представить. Газотурбинный двигатель состоит из камеры сгорания, где также установлены свечи зажигания и форсунка, для подачи топлива и получения искры в камере сгорания. Турбинное колесо со специальными лопатками установлено на одном валу с компрессором. К устройство двигателя также относятся: понижающий редуктор, теплообменник, выпускной трубопровод, впускной канал, а также диффузор и сопла.

При вращении вала компрессора, его лопасти захватывают воздух, который поступает через впускной канал. После того, как компрессор увеличивает скорость движения до 500 метров в секунду, он нагнетает его в диффузор. На выходе диффузора, скорость воздуха уменьшается, но с тем же повышается его давление. После диффузора, воздух попадает в теплообменник, где нагревается теплом отработанных газов и переходит в камеру сгорания. Помимо подогретого и сжатого воздуха, в камеру сгорания постоянно подается топливо в распыленном виде, через форсунку. Топливо смешивается с воздухом, образуя топливную смесь, далее эта смесь воспламеняется, с помощью искры, которую производит свеча. В результате сгорания, давление в камере повышается, нагретые газы проходят через сопло и попадают на лопатки турбинного колеса, которые приводятся в движение. Крутящий момент турбинного колеса передается через понижающий редуктор на трансмиссию автомобиля. Отработанные газы подходят в теплообменник, где подогревают поступивший сжатый воздух и выходят в атмосферу.

Основным недостатком газотурбинного двигателя  является стоимость тепло прочных материалов, из которых должен быть построен двигатель. Помимо этого сложность работ и высокая степень очистки воздуха, который попадает в двигатель, также хорошо бьют по карману, но не смотря ни на что, разработка и усовершенствование газотурбинного двигателя уже вовсю проходит как в нашей стране, так и за границей.

Типы газотурбинных двигателей.
Касательно типов, их очень большое количество, при этом суть работы одна и та же, но выполнение – немного различно. В зависимости от типов, газотурбинный двигатель имеет широкое применение на морских судах, железнодорожных составах, автомобилях, самолетах, вертолетах и даже в танках.К слову на сегодняшний день лишь американский танк Абрамс М1А1 оснащен газотурбинным двигателем.У советских инженеров тоже были попытки применить ГТД на танках,было даже несколько прототипов на базе Т-80,но почему то дальнейшие разработки были свёрнуты.

Принцип работы газотурбинной электростанции

Газовые турбины наиболее широко применяются для различных целей. Газ обычно используется в качестве рабочего тела этих турбин, производя недорогую энергию. В этой статье мы в основном рассмотрим принципы работы газотурбинной электростанции.

Электростанция, вырабатывающая энергию с помощью газовой турбины, известна как газотурбинная электростанция. Газотурбинная силовая установка используется в высокоскоростных массивных компрессорных транспортных средствах. Кроме того, они обеспечивают электричеством самолеты и корабли. Вопрос в том, как газовая турбина вырабатывает это электричество. Поэтому, прежде чем узнать, как Работает газотурбинная электростанция . Нам нужно хорошо понимать каждый из его компонентов. Итак, давайте сначала изучим его основные компоненты, прежде чем переходить к тому, как он работает.

Как правило, все газотурбинные двигатели содержат следующие компоненты:

Компрессор:

 Этот механический инструмент сжимает воздух до высокой плотности. Сжатый воздух ускоряет сгорание топлива. Общий вал соединяет компрессор с турбиной. Он втягивает воздух в двигатель, создает в нем давление и подает его в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час.

Камера сгорания:  

Здесь топливо сжигается в присутствии воздуха. Обычно он состоит из кольца топливных форсунок, которые непрерывно подают бензин в камеры сгорания, где он соединяется с воздухом. Для сжигания смеси используется более 2000 градусов по Фаренгейту. Газовый поток, который входит и расширяется через турбинную часть, создается за счет сгорания и имеет высокую температуру и давление.

Турбина: Состоит из лопастей ротора. Когда горячие газы от горящего в камере сгорания топлива попадают на эти лопатки, они начинают вращаться.

Регенератор четвертого компонента часто используется для повышения эффективности, преобразования мощности в механическую или электрическую форму (на турбовальных двигателях и электрогенераторах) или увеличения удельной тяги (на двигателях с форсажной камерой).

При использовании воздуха в качестве рабочего тела газовая турбина работает по циклу Брайтона: окружающий воздух проходит через компрессор, повышая его давление. После этого энергия обеспечивается за счет воспламенения топлива, распыляемого в воздухе, которое воспламеняется, вызывая возгорание и создавая высокотемпературный поток.

Этот сжатый газ высокой температуры поступает в турбину, создавая работу вала, которая приводит в действие компрессор. Самолеты, поезда, корабли, генераторы электроэнергии, насосы, газовые компрессоры и резервуары для хранения — все они приводятся в действие газовыми турбинами.

Конструкция газовой турбины определяется ее назначением для получения идеального распределения энергии между тягой и работой вала. Поскольку газовые турбины представляют собой открытые системы, в которых один и тот же воздух не используется дважды, четвертый этап цикла Брайтона, предполагающий охлаждение рабочего тела, пропускается.

Газотурбинная электростанция Принципы работы:

На основе цикла Брайтона работает газотурбинная электростанция . Топливно-воздушная смесь в ходе этого цикла сжимается, сгорает, а затем выбрасывается после прохождения через газовую турбину. Газовая турбина использует воздух в качестве рабочего тела на протяжении всей своей работы. Ниже приведены этапы работы газовой турбины:

Процедура всасывания:

Вначале турбина всасывает воздух из атмосферы в камеру сжатия и подает его в компрессор.

Процедура сжатия:

Компрессор сжимает воздух на входе, преобразуя кинетическую энергию воздуха в энергию давления. Затем он преобразует воздух в воздух высокого давления.

Процесс сгорания:

Сжатый воздух поступает в камеру сгорания после процесса сжатия. Форсунка помещает топливо в камеру сгорания, которое смешивается с воздухом. В камере сгорания воспламеняется топливовоздушная смесь после смешения. Процесс воспламенения превращает воздушно-топливную смесь в газы высокого давления и высокой температуры.

Секция турбины:

Часть энергии газа преобразуется в механическую энергию, когда он достигает турбинной части, а часть энергии расходуется. Лопасти турбины вращаются по мере того, как дымовые газы расширяются через них. Вращающиеся лопасти служат двум целям. Они приводят в действие газогенератор, прикрепленный к турбине, и управляют компрессором, который подает больше воздуха для работы.

Процесс производства электроэнергии:

К валу газотурбинной электростанции прикреплен генератор. Турбина передает механическую энергию генератору, преобразуя ее в электрическую энергию. Выхлопные газы включают ненужную энергию, которая улетучивается. Выхлопной газ можно было использовать для внешних целей, таких как немедленное создание тяги в турбореактивном двигателе или вращение второй силовой турбины, которая могла быть присоединена к электрогенератору, пропеллеру или вентилятору.

Преимущества газотурбинной электростанции:

• Газотурбинная электростанция имеет простую конструкцию. Однако паротурбинная силовая установка имеет более сложную конструктивную схему.
• По сравнению с другими электростанциями газотурбинные электростанции меньше по всем параметрам. В результате он может быть установлен в небольшом пространстве.
• Газотурбинная электростанция требует относительно небольшого обслуживания, чтобы оставаться в рабочем состоянии.
• Требуется топливо по разумной цене. Мы можем эксплуатировать электростанцию ​​на менее дорогих видах топлива, таких как керосин и бензол.
• Для работы газотурбинной электростанции требуется меньше воды, и она производит меньше загрязняющих веществ. Такие электростанции часто используются в районах с дефицитом воды и высоким спросом на электроэнергию, поскольку они потребляют меньше воды.
• При работе газотурбинной электростанции нет необходимости в конденсаторе или котле.

Как газовые турбины вырабатывают электроэнергию?

Газовая турбина представляет собой двигатель внутреннего сгорания в центре электростанции, который может преобразовывать механическую энергию из природного газа или другого жидкого топлива. Затем эта энергия питает генератор, вырабатывая электричество, которое по линиям электропередачи передается в дома и коммерческие здания.

Газотурбинная электростанция вращает лопасти турбины, нагревая смесь топлива и воздуха до чрезвычайно высоких температур для производства энергии. Вращающаяся турбина приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество. Электростанция с комбинированным циклом может очень эффективно производить электроэнергию, сочетая газовую турбину и паровую турбину.

• Газотурбинная электростанция сжимает воздух и смешивает его с топливом, которое затем сжигается при невероятно высоких температурах для получения воспламеняющегося горячего газа.
• Горячий воздух и топливо проходят через лопасти турбины, заставляя их быстро вращаться.
• Быстро вращающиеся лопасти турбины вращают приводной вал, который вращает турбину.
• Вал генератора, который вращает большой магнит, окруженный катушками из медной проволоки, соединен с вращающейся турбиной.
• Быстро вращающийся магнит генератора создает сильное магнитное поле, которое выстраивает электроны вокруг медных катушек и позволяет им двигаться. Именно электричество заставляет эти электроны течь по проводу.

Заключение

Prismecs обеспечивает устойчивую газотурбинную электростанцию ​​ для цементной, металлургической, горнодобывающей, нефтегазовой промышленности и производства электроэнергии. Наши инженеры создают надежные решения «под ключ» для балансировочной установки (BoP) и планового обслуживания. Наши союзы с General Electric, Solar, Mitsubishi, Siemens и другими OEM-производителями укрепляют нашу цепочку поставок и расширяют наши знания о самых известных моделях турбин на рынке. Prismecs — надежный партнер, если вы ищете комплексное решение, обновление или настройку. Вы можете напрямую связаться по этому номеру; 18887747632

Газовая турбина | Принцип работы, основные компоненты и типы:

Содержание

• 1 Что такое газовая турбина?
• 2 Gas Turbine Working Principle
• 3 Gas Turbine Cycle
• 4 Types of Gas Turbine Engine
  • 4.1 1) Turboprop Gas Engine
  • 4. 2 2)  Turbojet Engine
  • 4.3 3) Turbofan Engine
  • 4.4 4) Scale Jet Двигатель
  • 4,5  5) Турбовальный двигатель
  • 4,6 6) Авиационная газовая турбина
  • 4.7 7) Микротурбины
• 5 Эффективность газовых турбин
• 6 Компоненты газового турбинного двигателя
• 7 Преимущества и недостатки газовых турбин
  • • 7.0.10.10128
      • 7.0.10.10128
        • 7.0.10.110128
          • 7.0.10.110128
            • 7.0.10.110128
              • 7.0.10.110128
                • 7.0.10.110128
                  • 7.0.10.11128
                    • 7,0.
                • 8 Применение газовой турбины
                • 9 Разница между газовой турбиной открытого и замкнутого цикла
                • 10 Раздел часто задаваемых вопросов
                  • 10.1 Кто изобрел газовую турбину?
                  • 10.2 По какому циклу работает газовая турбина?
                  • 10.3 Для чего используются газовые турбины?
                  • 10.4 Какое топливо использует газовая турбина?
                  • 10.5 Почему газовая турбина называется газовой турбиной?
                  • 10. 6 Какой тип компрессора используется в газотурбинной установке?
                  • 10.7 Сколько времени требуется для запуска газовой турбины?
                  • 10.8 Какие бывают газовые турбины?

                Газовая турбина — самый распространенный и известный тип турбины. 9Газовые турбины 0007 или газовые двигатели наиболее широко используются во всем мире для различных целей. В настоящее время эти турбины являются самыми широко используемыми технологиями производства электроэнергии. Эти типы турбин в основном используются для производства дешевой электроэнергии с использованием газа в качестве рабочего тела. В предыдущих статьях мы обсуждали паровые турбины, ветряные турбины и водяные турбины. Поэтому в этой статье мы в основном рассмотрим различные аспекты газовой турбины.

                Что такое газовая турбина?

                Газовая турбина представляет собой тип двигателя внутреннего сгорания , который преобразует кинетическую энергию газа в энергию вращения (механическую энергию). Эта механическая энергия далее приводит в действие газогенератор , который преобразует эту механическую энергию в электричество .

                Известен как «газовая турбина », потому что в качестве рабочего тела в ней используется газ . По сути, эту турбину можно рассматривать как преобразователь энергии, который может преобразовывать запасенную в газе энергию в мощность вращения. Эта мощность вращения приводит в действие генератор, который вырабатывает электричество. После выработки электроэнергии эта электроэнергия доставляется различным предприятиям и домохозяйствам по кабелям.

                В 1791 Джон Барбер изобрел первый газотурбинный двигатель . В его конструкцию было включено большинство деталей новейших газовых турбин. Планировалось ездить на безлошадных автомобилях.

                Новейшие газовые турбины работают при значительно более высокой температуре по сравнению с паровыми турбинами. Максимальная эффективность газовой турбины составляет до 60% .

                Принцип работы газовой турбины

                Газовая турбина работает на основе цикла Брайтона . Во время этого цикла топливовоздушная смесь сжимается, сгорает, проходит через газовую турбину и выбрасывается.

                В рабочем цикле газовой турбины в качестве рабочего тела используется воздух . Газовая турбина работает в следующие стадии:

                1. Процесс всасывания
                2. Процесс сжатия
                3. Процесс сгорания
                4. Секция турбины
                5. Производство электроэнергии

                этот воздух в компрессор.

                2) Процесс сжатия: –

                Когда воздух поступает в компрессор, он сжимает воздух и преобразует кинетическую энергию воздуха в энергию давления. После этого он преобразует воздух в воздух высокого давления.

                3) Процесс сгорания: –

                После процесса сжатия сжатый воздух поступает в камеру сгорания. В камере сгорания форсунка впрыскивает в камеру топливо, которое смешивается с воздухом. После смешения в камере сгорания воспламеняется топливовоздушная смесь. В процессе воспламенения воздушно-топливная смесь превращается в газы высокого давления и высокой температуры.

                4) Секция турбины: –

                По мере того, как отработанный газ поступает в секцию турбины, часть энергии этого газа преобразуется в механическую энергию, а часть энергии расходуется.

                Когда дымовой газ расширяется через турбину, он вращает лопасти турбины. Вращающиеся лопасти имеют двойную функцию : они приводят в действие компрессор для всасывания большего количества воздуха для работы, а также приводят в действие газогенератор, соединенный с турбиной .

                5) Процесс производства электроэнергии: –

                Генератор соединен с валом турбины. Генератор получает механическую энергию от турбины и преобразует эту энергию в электрическую.

                Бесполезная энергия выделяется из выхлопных газов. Выхлопной газ можно использовать для внешних задач, например для создания тяги непосредственно в турбореактивном двигателе или для вращения второй независимой турбины (называемой силовой турбиной), которая может быть подключена к электрогенератору, пропеллеру или вентилятору.

                Читайте также: Работа паровой турбины

                Газотурбинный цикл

                Газовая турбина работает по циклу Брайтона (или Джоуля). Рабочий цикл газовой турбины поясняется ниже с помощью диаграммы P-V: Рабочий цикл газовой турбины

                Сжатие (от A до B): –

                Когда окружающий воздух поступает в компрессор, компрессор сжимает его и увеличивает давление. После сжатия воздух поступает в камеру сгорания (точка B на приведенной выше диаграмме).

                Горение (от B до C): –

                Когда сжатый воздух поступает в камеру сгорания ( , строка B — C ), форсунка впрыскивает топливо, которое смешивается с воздухом. Воспламенитель воспламеняет эту воздушно-топливную смесь и увеличивает ее давление и температуру.

                Расширение (от C до D): –

                После прохождения процесса сгорания воздух поступает в секцию турбины ( линия C до D представляет этот процесс), где он расширяется.

                По мере расширения воздух вращает лопасти турбины, которые дополнительно вращают вал турбины и компрессор. Некоторая мощность этого расширенного воздуха используется для привода компрессора, а оставшаяся мощность используется для привода сопряженного генератора. Генератор преобразует эту энергию в электричество.

                Типы газотурбинных двигателей

                Существует несколько типов газовых турбин. The most common types of the gas turbine are given below:

                • Turboprop engine
                • jet engine
                • Turbojet
                • Turbofan
                • Turboshaft
                • Aeroderivative turbine
                • Microturbines

                1) Turboprop Gas Engine

                The Первым типом газового двигателя является турбовинтовой двигатель. Турбовинтовой двигатель имеет метательное сопло, турбину, камеру сгорания, компрессор, воздухозаборник и редуктор.

                В этом газовом двигателе используется редуктор для привода воздушного винта самолета. Турбовинтовой двигатель используется в небольших самолетах, таких как Embraer EMB312 Tucano Military Trainer и General Aviation Cessna 208 Caravan .

                Турбовинтовой двигатель также используется в крупногабаритных самолетах, таких как Airbus A400M Transport . Кроме того, он используется в средних пригородных самолетах, таких как Бомбардир Дэш 8 .

                Выхлопные газы приводят в действие силовую турбину, которая соединяется через вал, который далее приводит в движение редуктор. Для турбовинтовых двигателей требуется редуктор, потому что наилучшие характеристики воздушного винта достигаются при скоростях, намного меньших, чем рабочая скорость двигателя. Рис. Турбовинтовой двигатель

                Эти типы газовых турбин имеют исключительную эффективность при скорости 250–400 миль в час и высоте 18 000–30 000 футов .

                Наименьший расход топлива для турбовинтовых турбин обычно достигается в диапазоне высот 25 000 футов до тропопаузы. Эта турбина использует примерно от 80% до 85% произведенной мощности для вращения гребного винта. Напротив, оставшаяся доступная энергия используется в качестве тяги для удаления выхлопных газов.

                Преимущества и недостатки турбовинтовых двигателей: –

                9 90 Эти двигатели имеют небольшие размеры.

                Преимущества	Недостатки
                У них низкая крейсерская скорость.
                Легкие.	Пропеллер этого двигателя теряет эффективность на большей высоте.
                Турбовинтовые двигатели наиболее эффективны на коротких дистанциях.	Они не подходят для дальних путешествий.
                Эти двигатели сжигают меньше топлива в час, чем реактивные двигатели.	Турбовинтовые двигатели производят больше шума, чем реактивные двигатели.

                Подробнее: Работа турбовинтового двигателя

                2) Турбореактивный двигатель

                Второй тип газовой турбины — реактивный двигатель. Это оптимизированная газовая турбина. Он вырабатывает энергию с помощью выхлопных газов или канального вентилятора , соединенного с турбиной. Двигатели, которые генерируют энергию от прямых импульсов выхлопных газов, называются турбореактивными двигателями .

                Газовый турбореактивный двигатель, используемый в самолетах. Эти двигатели были впервые разработаны в Великобритании и Германия до Вторая мировая война и были самыми простыми двигателями, чем другие реактивные двигатели.

                Недостатком турбореактивного двигателя является высокий уровень шума и большой расход топлива. Эти типы двигателей имеют ограниченный диапазон и долговечность. В настоящее время они в основном используются в военной авиации. Турбореактивный двигатель

                Турбореактивный двигатель состоит из следующих четырех частей:

                1. Компрессор
                2. Камера сгорания
                3. Турбина
                4. Выхлоп

                Компрессорная часть всасывает воздух, сжимает его и на высокой скорости подает сжатый воздух в камеру сгорания. Камера сгорания имеет топливную форсунку и воспламенитель для воспламенения топливовоздушной смеси.

                Расширенный газ приводит в действие турбину. Эта турбина соединена с компрессором и двигателем через вал и обеспечивает работу двигателя.

                Преимущества и недостатки ТРД: –

                Преимущества	Недостатки
                Эти двигатели имеют простую конструкцию.	Они потребляют большое количество топлива.
                Могут работать на высокой скорости.	Они производят высокий нос.
                Турбореактивные двигатели имеют небольшие размеры.	Низкая производительность при низкой скорости.
                Они имеют малый вес.	Эти газовые двигатели нельзя использовать для дальних поездок.

                Читать также: различные типы реактивных двигателей

                3) Турбовант . Слово «турбовентилятор» представляет собой комбинацию « турбина » и « вентилятор »: слово турбина представляет собой газовую турбину, которая получает механическую энергию от камеры сгорания, а 9Вентилятор 0007 представляет собой канальный вентилятор, который получает механическую энергию от турбины для направления воздуха назад.

                В этом двигателе используется канальный вентилятор и выхлоп для обеспечения пульсации. Турбовентиляторные двигатели также наиболее широко используются в самолетах. Турбовентиляторный двигатель

                Эволюция турбовентиляторных двигателей представляет собой сочетание некоторых лучших характеристик турбовинтовых и турбореактивных двигателей. Эти газовые двигатели разработаны для создания дополнительной тяги за счет перенаправления вторичного воздушного потока вокруг камеры сгорания.

                Газовый турбовентиляторный двигатель имеет низкий уровень шума и расход топлива по сравнению с другими реактивными двигателями. Он имеет два или более вала внутри двигателя.

                  Advantages and disadvantages of Turbofan: –

                Advantages	Disadvantages
                This turbine consumes less fuel than other jet engines.	Они имеют больший размер, чем турбореактивные двигатели.
                Низкий уровень шума.	Турбовентиляторные двигатели не справляются с внезапными колебаниями нагрузки.
                Лучше всего подходит для дальних поездок.	Для выработки энергии требуется канальный вентилятор.

                4) Масштабный реактивный двигатель

                Масштабный реактивный двигатель является пятым типом. Эти двигатели также называются микрореактивными . Имея это в виду, создатель новейшего микрореактивного двигателя Курт Шреклинг разработал первые в мире микротурбины (FD3/67).

                Эти двигатели могут генерировать 22 Н силы. Кроме того, это может быть сделано большинством специалистов с опытом работы в области машиностроения с использованием необходимых технических инструментов.

                 

                5) Турбовальный двигатель

                Газовый двигатель , оптимизированный для выработки мощности на валу вместо реактивной тяги, называется турбовальным двигателем.

                Принцип работы турбовального двигателя очень похож на турбореактивный двигатель, но с дополнительным турбонаддувом для отвода тепловой энергии от выхлопных газов и преобразования ее в выходную мощность на валу. В 1949 , Французская компания Turbomeca построила первый турбовальный газотурбинный двигатель . Турбовальный газовый двигатель

                Главный вал двигателя оснащен компрессором и его турбиной, и оба в сочетании со сгоранием называются газогенератором . Отдельно вращающаяся силовая турбина используется для питания винтов вертолета. Вы можете повысить гибкость конструкции, вращая силовую турбину и газогенератор с соответствующими скоростями.

                Основное отличие ТРД от ТРД заключается в том, что в ТРД максимальная часть энергии, вырабатываемой расширяющимся газом, используется для питания турбины, а не для создания тяги.

                Эти газовые двигатели лучше всего подходят для применений, требующих легкого веса, небольшого размера, высокой надежности и постоянной высокой производительности. Большинство вертолетов имеют турбовальный двигатель. Турбовальный двигатель также используется в качестве вспомогательного двигателя для больших самолетов. Эти двигатели также используются на станциях сжижения природного газа.

                Преимущества и недостатки турбовального двигателя: –

                Преимущества	Недостатки
                Эти двигатели отличаются высокой надежностью.	Они производят сильный шум.
                Турбовентиляторные двигатели имеют постоянную высокую производительность.	Эти газовые двигатели имеют высокие производственные затраты.
                Небольшие размеры.	Им нужна высокая мощность для первоначального запуска.

                6) Авиационная газовая турбина

                Во-первых, они часто конструируются на газотурбинных двигателях существующих самолетов. Промышленные газовые турбины более обширны, чем авиационные производные турбины.

                Во-вторых, они используются для производства электроэнергии. Поскольку эти турбины останавливаются быстрее, чем промышленные двигатели, и могут быстро реагировать на изменение нагрузки, они также используются в морской промышленности для снижения веса. турбина, которая вырабатывает как электричество, так и тепло в небольших масштабах. Этот газотурбинный двигатель разработан на основе турбонагнетателей с поршневыми двигателями, небольшими реактивными двигателями или авиационными ВСУ. Их размер соответствует 25-500 кВт холодильник.

                КПД микротурбин составляет около 15% без теплообменника, тогда как этот КПД составляет от 20% до 30% с теплообменником. При объединении тепла и энергии комбинированный термоэлектрический КПД может достигать 85% .

                По сравнению с другими технологиями малой энергетики микротурбины имеют следующие преимущества:

                1. Низкая стоимость энергии
                2. Низкий уровень выбросов
                3. Легкий вес
                4. Высокая эффективность
                5. Компактный дизайн
                6. Малое количество подвижных частей
                7. Возможность использования отработанного топлива. В этих турбинах также можно использовать рекуперацию отработанного тепла для достижения эффективности более 80%.

                Ожидается, что микротурбины займут значительную часть рынка распределенной генерации из-за их низких затрат на техническое обслуживание и эксплуатацию, низких капитальных затрат, небольшого размера и автоматического электронного управления.

                Эти типы газовых турбин представляют собой эффективное и экологически чистое решение для рынков прямого привода, например компрессоров и кондиционеров.

                Читайте также: Работа и типы ветряных турбин

                Эффективность газовой турбины

                Рабочая температура (температура воспламенения) газовой турбины влияет на ее эффективность. Чем выше температура, тем выше КПД турбины. Однако температура на входе в турбину фиксируется с помощью теплового режима, который выдерживают лопатки турбины.

                В максимальных случаях температура газа на входе в турбину составляет от 1200°С-1400°С . Тем не менее, некоторые конструкторы повышают температуру на входе до 1600°C , разрабатывая покрытия лопаток и системы охлаждения, которые предотвращают термическое повреждение металлургических деталей.

                Из-за мощности, необходимой для работы компрессора, КПД преобразования энергии однотактной газовой турбины составляет от 20% до 35% , и даже самая эффективная конструкция имеет КПД до 40%.

                Много тепла остается в выхлопных газах, температура которых на выходе из турбины достигает 600°C. Газотурбинная силовая установка с комбинированным циклом может достигать эффективности между От 55% до 60% путем рекуперации отработанного тепла в конфигурации с комбинированным циклом для создания более ценной работы.

                Газовая турбина тип	Выходная мощность (MW EL)	Эффективность, Комбинированный цикл (%), LHV	69 , 7).
                Большой вес для тяжелых условий эксплуатации	200–500	54–60	37-40
                Small scale heavy duty	70-200	53-55	35-37
                Aeroderivative	30-60	51-54	39 Газовая турбина состоит из следующих основных частей:0080 Редуктор Выхлоп 1) Компрессор: – Компрессор включает в себя основные газовые турбины. Во-первых, компрессор всасывает воздух в турбину. После этого он сжимает воздух и увеличивает давление этого воздуха в соответствии с требованиями турбины. Наконец, компрессор подает воздух в камеру сгорания со скоростью сотни миль в час. Читайте также: Различные типы компрессоров 2) Вал: – Вращающийся вал позволяет компрессору непрерывно всасывать воздух и нагнетать большее количество воздуха для регулирования непрерывного горения. Он имеет несколько лопастей турбины. Вал вращается вместе с вращением лопаток турбины. Избыточная мощность вала используется для запуска генератора для выработки электроэнергии. 3) Камера сгорания: — Состоит из ряда форсунок, которые подают постоянный поток топлива в систему сгорания и смешивают его с воздухом камеры сгорания. Смесь горит при температуре выше 2000 градусов по Фаренгейту . Камера сгорания также включает в себя основные компоненты газовой турбины. Он создает поток газа высокого и высокого давления, который поступает в турбину и частично расширяется. 4) Секция турбины :- Состоит из сложного набора неподвижных и вращающихся лопаток. Когда горячие дымовые газы расширяются через турбину, вращающиеся лопасти вращаются. Вращающиеся ножи выполняют две функции: Во-первых, это позволяет компрессору подавать больше сжатого воздуха в зону горения. Вращает генератор для выработки электроэнергии. 5) Редуктор:- Редуктор турбины передает крутящий момент на приводимое оборудование. 6) Выхлоп:- Эта деталь обеспечивает низкий уровень выбросов из секции турбины. Преимущества и недостатки газовых турбин Преимущества и недостатки газовых турбин приведены ниже: Преимущества газовой турбины Эти турбины легко транспортировать и быстро запускать. Глобальная поддержка и услуги. Низкие затраты и низкий расход смазочных материалов. Можно использовать различные виды топлива. Из-за избытка воздуха он полностью сжигает воздух, а пламя на холодной поверхности не « гасит », что приводит к очень низким выбросам токсичных CO и HC. Высокая доступность. Высокая надежность. Низкая стоимость эксплуатации. Используйте другие чистые возобновляемые виды топлива. Газовые турбины имеют высокую удельную мощность. Выделяет малотоксичные газы. Низкие затраты на строительство. Комплексный блок модуля производительности. Недостатки газовой турбины Требует высоких затрат на техническое обслуживание . Нижняя мощность: коэффициент веса. Использование экзотических материалов может увеличить стоимость основного двигателя. КПД газовых турбин ниже, чем у поршневых двигателей на холостом ходу. Более длительное время запуска, чем у поршневого двигателя. Характерные жалобы трудно контролировать. Применение газовой турбины Эти турбины используются для привода самолетов. Используется в поездах. Эти турбины используются для привода кораблей. Газотурбинный двигатель также используется для привода электрических генераторов. Используются для питания насосов. Газовая турбина используется в различных областях применения газовых компрессоров. Difference Between Open Cycle Gas Turbine and Closed Cycle Gas Turbine Open Cycle Gas Turbine Closed Cycle Gas Turbine It requires air filtration. Нет необходимости в фильтрации воздуха. Газовая турбина открытого цикла имеет низкий тепловой КПД. Газовая турбина замкнутого цикла имеет больший тепловой КПД, чем газовая турбина открытого цикла. Газовые турбины с открытым циклом производят меньше энергии. Газовые турбины замкнутого цикла производят более высокую мощность при той же потребляемой мощности, что и газовые турбины открытого цикла. В этой турбине жидкость заменяется непрерывно. В этой турбине снова и снова циркулирует одно и то же рабочее тело. В качестве рабочей среды может использовать только воздух. Может использовать некоторые другие жидкости, такие как гелий, в качестве рабочей жидкости. Низкая стоимость обслуживания. Высокая стоимость обслуживания. Лопасти этой турбины имеют короткий срок службы. Лопасти этой турбины имеют более длительный срок службы. Требуется меньшая монтажная масса на кВт. Требуется больше монтажной массы на кВт. Газовая турбина открытого цикла имеет меньший вес, чем газовая турбина замкнутого цикла. Он очень тяжелый. Часто задаваемые вопросы Раздел Кто изобрел газовую турбину? В 1791 первый газотурбинный двигатель был изобретен Джоном Барбером . Газовая турбина работает по какому циклу? Газовая турбина работает на основе цикла Брайтона (или Джоуля). Для чего используются газовые турбины? Газовые турбины используются для привода: Поездов Резервуары Насосы Промышленное оборудование Корабли Газовые компрессоры Какое топливо использует газовая турбина? Газовая турбина использует такие виды топлива, как испарившееся топливо нефть газ, уголь с низким содержанием британской тепловой единицы газ , технологический газ и природный газ. Но 90% газовых турбин в мире используют  сжиженный природный газ или   природный газ  в качестве рабочего топлива. Почему газовая турбина называется газовой турбиной? Эта турбина известна как газовая турбина, потому что в этой турбине используется газ. Какой тип компрессора используется в газотурбинной установке? Многоступенчатый осевой компрессор, используемый в газотурбинной установке для твердых частиц. Сколько времени требуется для запуска газовой турбины? Газовая турбина двигателя внутреннего сгорания может запуститься менее чем за 5 минут до достижения полной нагрузки, в то время как запуск газовой турбины с комбинированным циклом может занять 30 минут или более. Какие существуют типы газовых турбин? Стоимость газовых турбин очень низкая по сравнению с другими типами турбин. Благодаря этому данные турбины получили наибольшее распространение во всем мире. Эти турбины имеют высокую удельную мощность. Принцип работы газотурбинного двигателя на танке: Принцип работы газотурбинного двигателя танка ← Выключатель вмг 133 паспорт: ВМГ-133 | Инструкция по эксплуатации МВ 6-10кВ | СРС Карта тэс аэс гэс: Яндекс Карты — подробная карта мира →