Газотурбинный двигатель (ГТД) — Что такое Газотурбинный двигатель (ГТД)?
, Обновлено 14 ноября 11:34
21074
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:
- сжатый атмосферный воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подается топливо, которое, сгорая, образует большое количество продуктов сгорания под высоким давлением;
- 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;
- 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.
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.
- 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
Перспективный малоразмерный ГТД низкой стоимости и другие проекты для малой авиации обсудили на НТС в ЦИАМ
8 Сентября 2022
Отечественной малой авиации нужны современные двигатели российского производства.
В Центральном институте авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ, входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») исследуются и прорабатываются технологии перспективных малоразмерных газотурбинных двигателей (МГТД) и авиационных поршневых двигателей (АПД) в обеспечение создания серийных моторов для легких самолетов, вертолетов и БЛА гражданского назначения.
Итоги пятого, предпоследнего этапа научно-исследовательской работы «Демонстраторы МГТД и АПД», заказчиком которой выступает Минпромторг России, были подведены на научно-техническом совете в ЦИАМ в августе этого года.
Трехлетняя НИР планируется к завершению в конце 2022 года. Результатом этой работы станет создание и испытание пяти демонстраторов: «более электрического» сухого малоразмерного МГТД, перспективного МГТД низкой стоимости, демонстраторов технологий свободнопоршневых и турбокомпаундных АПД, демонстратора высотной малоразмерной камеры сгорания, а также ряда экспериментальных объектов: рабочего колеса компрессора из полимерного композиционного материала, соплового аппарата турбины из алмаз-карбидкремниевого композиционного материала, полого диска турбины МГТД и др.
В перспективных российских авиамоторах планируется внедрить целый ряд инноваций. Так, встроенный электрогенератор «более электрического» двигателя будет обеспечивать питание электроприводов его агрегатов. Это позволяет уйти от механической коробки приводов и улучшить эксплуатационные характеристики, снизить массу и стоимость конструкции, повысить надежность двигателя. «Сухим» демонстратор называется потому, что в нем применены опоры с газодинамическими подшипниками, не требующими масляного охлаждения. Это уменьшит объем техобслуживания при эксплуатации, а также снизит массу и стоимость двигателя.
«В основе перспективного МГТД низкой стоимости ТРДД-200 лежит концепция унифицированного газогенератора, в котором до минимума сокращено число деталей, объединены функции конструктивных элементов, – говорит руководитель НИР, начальник отдела ЦИАМ Юрий Фокин.
Демонстратор перспективных технологий АПД представляет собой турбокомпаундный двигатель – комбинацию поршневого и газотурбинного двигателя.
«К поршневому мотору добавляется турбокомпаундный модуль, который использует энергию выхлопных газов АПД в турбине и преобразует ее в механическую энергию, увеличивая тем самым мощность двигателя, – поясняет Юрий Фокин. – Турбокомпаундный модуль разрабатывается в составе демонстратора в паре с базовым поршневым двигателем мощностью 100 л.с., но в дальнейшем он сможет применяться с разными АПД для беспилотников и самолетов малой авиации».
Дополнительно характеристики поршневого мотора повышаются за счет применения нагнетателя воздуха объемного типа, входящего в состав демонстратора перспективных технологий АПД.
Особенность свободнопоршневого двигателя в том, что в его конструкции отсутствует механизм-преобразователь возвратно-поступательных движений поршней во вращение выводного вала. Это упрощает конструкцию двигателя, снижает его массу, повышает надежность силовой установки. Такие двигатели предполагается использовать в паре с линейным электрогенератором в составе силовых установок для легкомоторных «более электрических» самолетов.
В рамках пятого этапа НИР были изготовлены и испытаны демонстраторы и экспериментальные объекты на основе разработанных на предыдущих этапах конструкций и решений. Результаты подтвердили соответствие изделий требованиям технических заданий на их разработку.
——————————————————————————————————————————-
На фотографии – демонстрационный образец полого диска турбины МГТД на балансировочном станке
Газотурбинный двигатель | Британика
Заголовок
Просмотреть все СМИ
- Связанные темы:
- коптильня Цикл Брайтона пожарная турбина газотурбинный двигатель открытого цикла двигатель с регулируемым циклом
См.
всю соответствующую информацию →
газотурбинный двигатель , любой двигатель внутреннего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела, используемого для вращения турбины. Этот термин также обычно используется для описания полного двигателя внутреннего сгорания, состоящего как минимум из компрессора, камеры сгорания и турбины.
Общие характеристики
Полезную работу или тягу можно получить от газотурбинного двигателя. Он может приводить в действие генератор, насос или воздушный винт или, в случае чисто реактивного авиационного двигателя, развивать тягу за счет ускорения потока выхлопных газов турбины через сопло. Большое количество энергии может быть произведено таким двигателем, который при той же мощности намного меньше и легче, чем поршневой двигатель внутреннего сгорания. Поршневые двигатели зависят от движения поршня вверх и вниз, которое затем должно быть преобразовано во вращательное движение с помощью коленчатого вала, тогда как газовая турбина напрямую передает мощность вращения вала.
Циклы газотурбинного двигателя
Большинство газовых турбин работают по открытому циклу, в котором воздух забирается из атмосферы, сжимается в центробежном или осевом компрессоре и затем подается в камеру сгорания. Здесь топливо добавляется и сжигается при практически постоянном давлении с частью воздуха. Дополнительный сжатый воздух, который проходит вокруг секции горения, а затем смешивается с очень горячими дымовыми газами, требуется для поддержания достаточно низкой температуры на выходе из камеры сгорания (фактически на входе в турбину), чтобы турбина могла работать непрерывно.
Если блок должен производить мощность на валу, продукты сгорания (в основном воздух) расширяются в турбине до атмосферного давления. Большая часть мощности турбины требуется для работы компрессора; только остаток доступен для подачи работы вала к генератору, насосу или другому устройству. В реактивном двигателе турбина спроектирована так, чтобы обеспечить мощность, достаточную для привода компрессора и вспомогательных устройств. Затем поток газа выходит из турбины при промежуточном давлении (выше местного атмосферного давления) и подается через сопло для создания тяги.
Сначала рассматривается идеализированный газотурбинный двигатель, работающий без потерь по этому простому циклу Брайтона. Если, например, воздух поступает в компрессор при температуре 15 ° C и атмосферном давлении и сжимается до одного мегапаскаля, он затем поглощает тепло от топлива при постоянном давлении до тех пор, пока температура не достигнет 1100 ° C, прежде чем расширяться через турбину обратно в атмосферное.
давление. Для этого идеализированного устройства потребуется мощность турбины 1,68 киловатта на каждый киловатт полезной мощности, при этом 0,68 киловатта потребляется для привода компрессора. Тепловой КПД агрегата (чистая произведенная работа, деленная на энергию, добавленную за счет топлива) составит 48 процентов.
Викторина «Британника»
Энергия и ископаемое топливо
Фактическая производительность простого открытого цикла
Если для агрегата, работающего в пределах одного и того же давления и температуры, компрессор и турбина имеют КПД всего 80 процентов (, т. е. , работа идеального компрессора равна 0,8-кратной фактической работе, а фактическая мощность турбины — 0,8-кратной фактической идеальный выход), ситуация резко меняется, даже если все остальные компоненты остаются идеальными. На каждый произведенный киловатт полезной мощности турбина теперь должна производить 2,71 киловатта, а работа компрессора становится равной 1,71 киловатта.
Тепловой КПД падает до 25,9.процент. Это иллюстрирует важность высокоэффективных компрессоров и турбин. Исторически сложилось так, что разработка эффективных компрессоров была труднее, чем эффективные турбины, что задержало разработку газотурбинного двигателя. Современные агрегаты могут иметь КПД компрессора 86–88 процентов и КПД турбины 88–90 процентов при проектных условиях.
КПД и выходная мощность могут быть увеличены за счет повышения температуры на входе в турбину. Однако все материалы теряют прочность при очень высоких температурах, а поскольку лопатки турбин движутся с высокими скоростями и подвергаются сильным центробежным нагрузкам, температура на входе в турбину выше 1100°C требует специального охлаждения лопаток. Можно показать, что для каждой максимальной температуры на входе в турбину существует оптимальная степень повышения давления. Современные авиационные ГТУ с охлаждением лопаток работают при температуре на входе в турбину выше 1370°С и степени повышения давления около 30:1.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас
Промежуточное охлаждение, подогрев и регенерация
В авиационных газотурбинных двигателях необходимо обращать внимание на массу и размер диаметра. Это не позволяет добавлять дополнительное оборудование для повышения производительности. Соответственно, двигатели коммерческих самолетов работают по идеализированному выше простому циклу Брайтона. Эти ограничения не распространяются на стационарные газовые турбины, в которые могут быть добавлены компоненты для повышения эффективности. Улучшения могут включать (1) снижение работы сжатия за счет промежуточного охлаждения, (2) увеличение мощности турбины за счет повторного нагрева после частичного расширения или (3) снижение расхода топлива за счет регенерации.
Первое усовершенствование будет включать сжатие воздуха при почти постоянной температуре. Хотя этого нельзя достичь на практике, это можно приблизить к промежуточному охлаждению (, т.
е. , сжимая воздух в два или более этапа и охлаждая его водой между этапами до исходной температуры). Охлаждение уменьшает объем обрабатываемого воздуха, а вместе с ним и необходимую работу сжатия.
Второе усовершенствование включает повторный нагрев воздуха после частичного расширения через турбину высокого давления во втором наборе камер сгорания перед подачей его в турбину низкого давления для окончательного расширения. Этот процесс аналогичен повторному нагреву, используемому в паровой турбине.
Оба подхода требуют значительного дополнительного оборудования и используются реже, чем третье усовершенствование. Здесь горячие выхлопные газы турбины проходят через теплообменник или регенератор для повышения температуры воздуха, выходящего из компрессора перед сгоранием. Это уменьшает количество топлива, необходимое для достижения желаемой температуры на входе в турбину. Однако повышение эффективности связано с большим увеличением первоначальных затрат и будет экономически выгодным только для агрегатов, которые работают почти непрерывно.
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 |
|
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.
*Доступны видеолекции Арне Лофт и Боб Хендриксон
Вверху: Инженеры-ракетчики и газовые турбины Мальтийский испытательный полигон
3. Инженерный форум:
|
, проработав 42 года.
услуга. 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:
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.
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.
Позже ТГ-180 приводил в движение
Р-84, Р-86, Б-45 и Б-47.
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».
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.