Газотурбинный двигатель успешно применяется в танках и авиации. К сожалению, ряд конструктивных ограничений не позволяет использовать эту прогрессивную конструкцию в качестве силовой установки для легкового автомобиля.Преимущество двигателей этого типа в том, что у них самая большая удельная мощность среди существующих силовых установок, относящихся к двигателям внутреннего сгорания, до 6 кВт/кг. Кроме того, газотурбинный двигатель может работать на различных видах жидкого топлива, а не только на бензине или дизеле.

Курс: «Газовые турбины: эксплуатация, эксплуатация и техническое обслуживание»

Инженеры, техники и персонал по эксплуатации и техническому обслуживанию, которые отвечают за эксплуатацию, проверку, эксплуатацию и техническое обслуживание газовых турбин. Консалтинговые компании или любой другой участник, желающий ознакомиться с этим оборудованием.

Анализ реальных дел. Дебаты между участниками. Признать типы турбин на рынке. Понять термодинамические циклы. Определите систему впуска, компрессора, горения, турбины и выхлопных газов. Понимать работу, эксплуатацию и техническое обслуживание газовых турбин. Понимать вспомогательные системы, основные принципы контроля и защиты. Устанавливайте улучшения в своей рабочей области и предпринимайте действия для правильной работы и обслуживания.

История создания газотурбинного двигателя

Первая газовая турбина была разработана в 1519 году. Она существенно отличалась от современных устройств и применялась в "сфере малой механизации". Турбина вращала вертел, предназначенного для жарки мяса. Использовалась газовая турбина и для приведения в движение повозки изобретателя Джона Барбера.

Один из первых газотурбинных двигателей для танков разработала компания BMW в 1944 году. Он был опробован на самоходной установке "Пантера"

Результаты были более 300 участников, которые оценили его в опросах в среднем между «Очень хорошим» и «Отличным». Перми получил отличные комментарии от таких участников, как: «Очень ясно, с большим опытом, очень хорошая способность отвечать на вопросы»; «Очень хорошее распределение всех тем, которые были даны, очень всесторонний курс»; «Очень хороший материал в компакт-дисках и печатной книге», «Хороший баланс между теорией и практикой», «Мне очень понравились опыты и оперативные детали, которыми делится преподаватели, которых нет в библиографии».

В 1950 году был разработан газотурбинный двигатель, предназначенный для автомобилей. В результате появилась экспериментальная модель гоночного автомобиля «JET1». Двигатель машины был расположен позади сидений, по бокам монтировались воздухозаборники, а на верхней задней части находились отверстия для выхода выхлопных газов. Скорость вращения турбины достигала 50 тысяч оборотов за 1 минуту. В качестве топлива использовался бензин, парафиновое масло и дизельное топливо. Максимальная скорость, с которой могла двигаться машина, составляла 140 км/ч. Из-за значительного расхода топлива автомобили с газотурбинным двигателем не пользовались особым спросом.

Тенденции энергетического рынка Технологические тенденции Переменные отбора газовых турбин. Основные турбины сжигания Определение основных понятий Простые вариации цикла газовой турбины Комбинированный цикл цикла. Глушители системы фильтрации воздуха.

Компрессорная коробка Компрессорные диафрагмы Насосные насосы для мобильных компрессоров и предохранительных клапанов. Корзины Комбайны Комбинированные трубопроводы для перекачки топлива Топливные форсунки Свечи зажигания Детекторы пламени. Турбинный цилиндр и опорная сборка. Турбинные колеса Турбинный ротор и компрессорная система охлаждения турбины.

Единственный случай применения газотурбинного двигателя в конструкции мотоцикла - MTT Y2K Turbine Superbike с ДВС Rolls-Royce-Allison Model 250

Модернизировав устройство и сконструировав модель «BRM», копания «Rover» приняла участие в гоночных соревнованиях 1963 года и установила рекорд: машина разгонялась до скорости 229 км/ч. Позже в аналогичных соревнованиях участвовали и другие автомобильные производители. Например, компания «Howmet» выпустила модель «TX», которая работала на газотурбинном двигателе и неоднократно становилась гоночным фаворитом.Единственная в истории модель серийного автомобиля с газотурбинным двигателем, предназначенного для передвижения по дорогам общего пользования, была выпущен Пятьдесят экземпляров автоьмобля под названием Chrysler Turbine были вручную собраны специалистами итальянского кузовного ателье Ghia. В продажу автомобили не поступали, а были розданы добровольцам, на два года для тестирования. Эксперимент прошёл удачно, но для запуска нового производства требовалась постройка завода по выпуску двигателей нового типа, и концерн Chrysler не рискнул инвестировать большие деньги. В семидесятые годы, когда в США существенно ужесточились экологические нормы, и, вдобавок, начался топливный кризис, взвинтивший цены на нефть компания отказалась от продолжения разработок.

Введение Функция компонентов. Система медленного пуска и вращения Система управления и предохранительные клапаны. Воздушная система: охлаждение, приборы и печать. Система смазки Топливная система: газ, жидкость и дв. Подшипники и уплотнения системы пожаротушения.

Регулирующая система газовых турбин. Система распределенной системы защиты Эксплуатация и техническое обслуживание газовых турбин. Принцип работы Конституция генераторов Охлаждение генераторов Системы возбуждения Работа генераторов. Дополнительная информация о курсе «Турбинас газ».

Устройство и принцип действия газотурбинного двигателя

Попадая в компрессор, воздух подвергается сжатию и нагреванию. Далее он поступает в камеру сгорания, куда также подается и часть топлива. Из-за высокой скорости воздух и топливо воспламеняются при столкновении. Во время сгорания смеси выделяется энергия, которая преобразуется в механическую работу за счет вращения. Часть данной энергии используется для сжатия воздуха в компрессоре. Другая часть поступает в электрический генератор. После этого отработавшие газы отправляются в утилизатор.

Достоинства и недостатки газотурбинных двигателей

Газотурбинные двигатели во многом превосходят поршневые моторы. Благодаря способности развивать большие обороты устройство отличается высокой мощностью, но при этом имеет компактные размеры. В качестве топлива используют керосин или дизельное топливо. Масса газотурбинного двигателя в 10 раз меньше массы аналогичного по мощности двигателя внутреннего сгорания. Ввиду отсутствия трущихся деталей газовая турбина не требует наличия .

Инженеры Chrysler, создавшие единственный мелкосерийный автомобиль с газотурбинным двигателем, опытным путем выяснили, что лучшее топливо для ГТД - обычный керосин

Изобретение газовой турбины и разработка ее первоначальной конструкции были сделаны для исследований воздушных судов и исследований реактивных двигателей. Позднее было адаптировано использование газовых турбин для привода компрессоров, насосов и генераторов. Благодаря своей компактной конструкции малый вес и высокая мощность по сравнению с традиционными двигателями внутреннего сгорания были широко распространены для промышленного применения.

Недавно для промышленного применения были введены маломощные газовые турбины. В этой среде эти турбины обычно называют газогенераторами. Его цель - генерировать большой объем газов высокой энергии, протекающих через турбинное колесо, путем превращения этой энергии в энергию на валу.

Основным недостатком становится повышенный расход топлива, вызванный необходимостью искусственного ограничения температуры газов. Это ограничение связано с тем, что в случае с автомобилем двигатель устанавливается внутри кузова, а не под крылом, как, у самолета, например. Соответственно, температура двигателя не должна превышать 700 градусов. Металлы, устойчивые к таким температурам, имеют очень высокую стоимость. Эта проблема часто вызывает интерес у ученых, и в скором будущем должны появиться газотурбинные двигатели, обладающие хорошими показателями экономичности. Очевидно, это произойдет только в том случае, если будет решена проблема отвода большого количества тепла, что позволит ставить на автомобили "незадушенные" двигатели, в конструкции которых проблема экономичности решена. Среди недостатков также следует отметить высокие требования к качеству атмосферного воздуха и отсутствие возможности торможения двигателем.

Газовая турбина - это тепловая машина, которая использует воздух в качестве движущей жидкости для обеспечения мощности. Для этого воздух, проходящий через турбину, должен быть ускорен; это означает, что скорость или кинетическая энергия воздуха увеличиваются. Чтобы получить это увеличение, давление сначала увеличивается, а затем добавляется тепло. Наконец, сгенерированная энергия преобразуется в мощность по оси турбины.

Сжатие - воздух допускается и сжимается в компрессоре, где увеличиваются энергии давления и температура жидкости. Сжигание - Сжатый воздух поступает в камеры сгорания, где топливо под высоким давлением впрыскивается и сжигается при приблизительно постоянном давлении. Впоследствии само сгорание поддерживается.

Двухвальный газотурбинный двигатель, оснащенный теплообменником

Этот тип двигателей встречается наиболее часто. По сравнению с одновальными аналогами, данные устройства соответствуют более высоким требованиям к динамике автомобилей. Двухвальные агрегаты предполагают наличие специальной (для привода компрессора) и тяговой (для привода колес) турбин, валы которых не соединены. Такие двигатели позволяют улучшить динамические свойства машины и дают возможность сократить количество ступеней в коробке передач.

После отказа от массового производства автомобилей с газотурбинными двигателями компания Chrysler уничтожила большую часть тестовых экземпляров, чтобы "турбины не попали на авторазборки"

Расширение. Газы высокой температуры и давления расширяются с высокой скоростью через этапы газогенерирующей турбины, которая преобразует часть энергии потенциальных газов в вал для привода воздушного компрессора. Выхлоп - в реактивном самолете оставшиеся газы от расширения в турбине проходят через сопло, чтобы увеличить его скорость и, следовательно, тягу. В промышленных применениях газы направляются в реакционную или силовую турбину, где энергия отходов генерируемой энергии газов преобразуется в мощность в валу для привода такого компонента, как газовый компрессор, электрический генератор или насос.

В отличие от поршневых моторов, двухвальные газотурбинные установки предполагают автоматическое при увеличении нагрузки. Благодаря этому переключение коробки передач требуется значительно позже или вообще не требуется. При равной мощности автомобили с двухвальным газотурбинным двигателем разгоняются быстрее, чем машины с поршневыми моторами. Недостатками данного вида является сложность изготовления, увеличение размеров и веса вследствие наличия дополнительных деталей: теплообменника, газо- и воздухопроводов.

Наконец, газы поступают в выхлопной канал, где их оставшаяся энергия все еще может быть использована в системе рекуперации тепла. В турбине сгорание происходит при постоянном давлении, тогда как в обычном двигателе сгорание происходит с постоянным объемом.

Рисунок 5 - Сравнение циклов. В обоих циклах происходят стадии приема, сжатия, сжигания и истощения. В обычном двигателе цикла эти этапы происходят в одном и том же месте в разное время, что является периодическим циклом. Из пункта 1 в пункт 2 допускается воздух, увеличивая объем без изменения давления. Из пункта 2 - 3 восходящее движение поршня приводит к уменьшению объема, увеличению давления и последующему увеличению температуры, поскольку это процесс политропного сжатия. В точке 3 воспламенение происходит с большим увеличением температуры смеси.

Газотурбинный двигатель со свободно-поршневым газовым генератором

На данный момент газотурбинные двигатели этой конструкции - самые перспективные для строительства автомобилей. Устройство представляет собой блок, объединяющий поршневой компрессор и двухтактный дизель. В средней части находится цилиндр с прямоточной продувкой, внутри которого располагается два связанных между собой специальным механизмом поршня. При схождении поршней происходит сжимание воздуха, и топливо воспламеняется. Сгоревшее топливо способствует образованию газов, которые при высокой температуре и давлении провоцируют расхождение поршней в стороны. Далее через выхлопные окна газы попадают в газосборник. Благодаря наличию продувочных окон в цилиндр проникает сжатый воздух, который способствует и подготавливает двигатель к следующему циклу. После этого процесс повторяется.

Газотурбинный двигатель - представляет собой тепловой силовой агрегат, который осуществляет свою работу по принципу реорганизации тепловой энергии в механическую.

Термин «постоянный объем» обусловлен тем, что из точки 3 в пункт 4, при сгорании смеси нет значительного изменения объема, но происходит значительное увеличение давления. Из пункта 4 в пункт 5 расширение происходит с понижением температуры и давления и увеличением объема.

Важно отметить, что это единственный шаг, на котором можно извлечь энергию. Когда выпускной клапан открывается, точка 5 до точки 2, это приводит к быстрому перепаду давления при постоянном объеме. Затем поршень поднимается, вынуждая оставшиеся газы истощаться.

Турбины работают по циклу Брайтона, который обычно называют открытым циклом. Воздух допускается и сжимается от точки 1 до точки 2 с последующим увеличением давления и температуры и уменьшением объема. Из пункта 2 - 3 мы показали горения при постоянном давлении, но с заметным увеличением объема. Это увеличение объема проявляется в увеличении скорости течения газа, поскольку нет заметного изменения площади этого участка турбины.

Ниже подробно рассмотрим, как работает газотурбинный двигатель, а также его устройство, разновидности, преимущества и недостатки.

Отличительные черты газотурбинных двигателей

Сегодня наиболее широко подобный тип моторов используется в авиации. Увы, но из-за особенностей устройства они не могут применяться для обычных легковых автомобилей.

Из сгорания происходит расширение газов в колесах турбины, что приводит к уменьшению давления и температуры и увеличению объема. Газовая турбина состоит из. Компрессор является компонентом газовой турбины, где рабочая жидкость находится под давлением, всегда используется динамический тип. На практике очень высокие коэффициенты сжатия обычно получают с помощью двух или трех осевых роторов, работающих последовательно, или ротором с несколькими осевыми ступенями, за которым следует последняя центробежная стадия.

Воздушный компрессор представляет собой компонент турбины, который отвечает за увеличение давления воздуха в цикле Брайтона и управляется турбиной газогенератора. Осевой компрессор используется в этих случаях, потому что он указан для более высоких скоростей потока, чем центробежные по отношению к размеру.

По сравнению с другими агрегатами внутреннего сгорания газотурбинный движок обладает наибольшей удельной мощностью, что является его основным плюсом . Помимо этого такой двигатель способен функционировать не только на бензине, но и на множества других видах жидкого горючего. Как правило, он работает на керосине либо на дизельном горючем.

Его принцип работы заключается в ускорении воздуха с последующим преобразованием в давление. Он состоит из неподвижного участка, где установлены кольца с ребрами статора и вращающаяся секция, состоящая из набора роторов с лопастями. Каждая ступень сжатия состоит из ротора с лопастями и кольца с ребрами статора. Ротор с лопастью отвечает за ускорение воздуха, например, от вентилятора. Именно на этом этапе воздух получает работу для увеличения энергии давления, скорости и температуры. Кольцо ребер статора предназначено для направления воздуха на удар с благоприятным углом на лопасти следующей ступени ротора и для содействия замедлению воздушного потока, чтобы произойти преобразование энергии от скорости к давлению.

Газотурбинный и поршневой двигатель, которые устанавливаются на «легковушках» за счет сжигания топлива изменяют химическую энергию горючего в тепловую, а затем и в механическую.

Но сам процесс у данных агрегатов немного различается. И в том и в другом движке сначала осуществляется забор (то есть воздушный поток поступает в мотор), затем происходит сжатие и впрыск горючего, после этого ТВС загорается, вследствие чего сильно расширяется и в результате выбрасывается в атмосферу.

Эти машины спроектированы таким образом, чтобы скорость на входе каждого ротора была одинаковой для условия максимальной эффективности. Этот процесс повторяется на последующих этапах компрессора, где каждая ступень способствует небольшому увеличению давления.

Воздушный поток в компрессоре параллелен оси на винтовой траектории, а сквозная секция уменьшается от входа до разряда, чтобы поддерживать постоянную скорость воздуха в рабочем диапазоне, поскольку давление возрастает на каждом этапе и, соответственно, удельную массу. Изменения давления и изменения скорости на каждом этапе можно увидеть на следующих рисунках.

Различие состоит в том, что в газотурбинных аппаратах все это проходит в одно время, но в различных частях агрегата. В поршневом же все осуществляется в одной точке, но по очередности.

Проходя через турбинный мотор, воздух сильно сжимается в объеме и благодаря этому увеличивает давление почти в сорок раз.


Заслонки статора последней ступени выступают в качестве выходных клапанов, которые направляют воздух в стабилизированном осевом потоке к задней раме компрессора и секции сжигания. Компрессор предназначен для работы с высокой эффективностью на высоких скоростях. Чтобы поддерживать стабилизацию воздушного потока на низкой скорости, в воздухозаборнике установлен набор подвижных лопаток, который автоматически изменяет угол атаки лопаток на первый ротор. Эффективность постепенно увеличивается по мере увеличения вращения.

Для предотвращения всплесков на низких скоростях установлены клапаны для очистки воздуха. Защита от перенапряжения обеспечивается предохранительными клапанами, установленными на последних этапах, которые открываются сбросом атмосферы во время фазы ускорения и выключения компрессора.

Единственное движение в турбине это вращательное, когда как в иных агрегатах внутреннего сгорания, помимо вращения коленвала также происходит движение поршня.

КПД и мощность газотурбинного двигателя выше чем у поршневого, несмотря на то, что вес и размеры меньше.

Для экономного потребления топлива газовая турбина оснащена теплообменником - диском из керамики, который функционирует от двигателя с небольшой частотой вращения.

Сгорание в газовой турбине - непрерывный процесс, осуществляемый при постоянном давлении. Постоянная подача топлива и воздуха смешивается и сжигается, когда она протекает через зону пламени. Непрерывное пламя не касается стенок картера камеры сгорания, стабилизируется и формируется распределением допустимого потока воздуха, который также охлаждает всю камеру сгорания. Смеси с широким диапазоном соотношения топлива и воздуха можно сжечь, потому что соотношение топливо-воздух поддерживается в нормальном состоянии в зоне пламени, а избыточный воздух вводится ниже пламени.

Устройство и принцип работы агрегата

По своей конструкции движок не очень сложный, он представлен камерой сгорания, где оборудованы форсунки и свечи зажигания, которые необходимы для подачи горючего и добычи искрового заряда. Компрессор оснащен на валу вместе с колесом, обладающим особыми лопатками.

Помимо этого мотор состоит из таких составляющих как - редуктор, канал впуска, теплообменник, игла, диффузор и выпускной трубопровод.

Во время вращения компрессорного вала, воздушный поток, поступающий через канал впуска, захватывается его лопастями. После увеличения скорости компрессора до пятисот м в секунду, он нагнетается в диффузор. Скорость у воздуха на выходе диффузора снижается, но давление увеличивается. Затем воздушный поток оказывается в теплообменнике, где происходит его нагрев за счет отработанных газов, а после этого воздух подается в камеру сгорания.

Вместе с ним туда попадает горючее, которое распыляется через форсунок. После того как топливо перемешивается с воздухом, создается топливно-воздушная смесь, которая загорается благодаря искре получаемой от свечи зажигания. Давление в камере при этом начинает увеличиваться, а турбинное колесо приводится в действие за счет газов попадающих на лопатки колеса.


В итоге осуществляется передача крутящего момента колеса на трансмиссию авто, а отходящие газы выбрасываются в атмосферу.

Плюсы и минусы двигателя

Газовая турбина, как и паровая, развивает большие обороты, что позволяет ей набирать хорошую мощность, несмотря на свои компактные размеры.

Охлаждается турбина очень просто и эффективно, для этого не нужно каких-либо дополнительных приборов. У нее нет трущихся элементов, а подшипников совсем немного, за счет чего движок способен функционировать надежно и долгое время без поломок.

Главный минус подобных агрегатов в том, что стоимость материалов, из которых они изготавливаются довольно высокая. Цена на ремонт газотурбинных двигателей тоже немалая. Но, несмотря на это они постоянно совершенствуются и разрабатываются во многих странах мира, включая нашу.

Газовую турбину не устанавливают на легковые автомобили, прежде всего из-за постоянной нужды в ограничении температуры газов, которые поступают на турбинные лопатки. Вследствие этого понижается КПД аппарата и повышается потребление горючего.

Сегодня уже придуманы некоторые методы, которые позволяют повысить КПД турбинных двигателей, например, с помощью охлаждения лопаток или применения тепла выхлопных газов для обогрева воздушного потока, который поступает в камеру. Поэтому вполне возможно, что через некоторое время разработчики смогут создать экономичный двигатель своими руками для автомобиля.


Среди главных преимуществ агрегата можно также выделить:

  • Низкое содержание вредоносных веществ в выхлопных газах;
  • Простота в обслуживании (не нужно менять масло, а все детали обладают износостойкостью и долговечностью);
  • Нет вибраций, поскольку есть возможность запросто сбалансировать вращающейся элементы;
  • Низкий уровень шума во время работы;
  • Хорошая характеристика кривой крутящего момента;
  • Заводиться быстро и без затруднений, а отклик двигателя на газ не запаздывает;
  • Повышенная удельная мощность.

Виды газотурбинных двигателей

По своему строению данные агрегаты разделяются на четыре типа. Первый из них это турбореактивный, его в большинстве своем устанавливают на военные самолеты, обладающие высокой скоростью. Принцип работы заключается в том, что газы, выходящие на большой скорости из мотора, через сопло толкают самолет вперед.

Другой тип - турбиновинтовой. Его устройство от первого отличается тем, что он имеет еще одну секцию турбины. Данная турбина составлена из ряда лопаток, которые забирают остаток энергии у газов, прошедших через турбину компрессора и благодаря этому осуществляют вращение воздушного винта.

Винт может располагаться как в задней части агрегата, так и в передней. Отходящие газы выводятся через выхлопные трубы. Такой реактивный аппарат оснащается на самолетах, летающих на низкой скорости и на малой высоте.


Третий тип - турбовентиляторный, который похож по своей конструкции на предыдущий двигатель, но у него 2-я турбинная секция забирает энергию у газов не полностью и поэтому подобные движки также обладают выхлопными трубами.

Главная особенность такого двигателя в том, что его вентилятор, закрытый в кожух, работает от турбины низкого давления. Поэтому движок называют еще 2-х контурным, поскольку воздушный поток проходит через агрегат, являющейся внутренним контуром и через свой внешний контур, необходимый только лишь для направления потока воздуха, который толкает мотор вперед.

Самые новейшие самолеты оборудованы именно турбовентиляторными двигателями. Они эффективно функционируют на большой высоте, а также отличаются экономичностью.

Последний тип - турбовальный. Схема и устройство газотурбинного двигателя этого типа почти такая же, как и у прошлого движка, но от его вала, который присоединен к турбине, приводится в действие практически все. Чаще всего его устанавливают в вертолеты, и даже на современные танки.

Двухпоршневой и малоразмерный двигатель

Наиболее распространен двигатель с двумя валами, оборудованный теплообменником. В сравнении с агрегатами, у которых всего 1 вал, такие аппараты более эффективные и мощные. 2-х вальный двигатель оснащен турбинами, одна из которых предназначена для привода компрессора, а другая для привода осей.


Подобный агрегат обеспечивает машине хорошие динамические характеристики и сокращает кол-во скоростей в трансмиссии.

Также существуют малоразмерные газотурбинные двигатели. Они состоят из компрессора, газо-воздушного теплообменника, камеры сгорания и двух турбин, одна из которых находятся в одном корпусе со сборником газа.

Малоразмерные газотурбинные двигатели применяются в основном на самолетах и вертолетах, которые преодолевают большие расстояние, а также на беспилотных летательных устройств и ВСУ.

Агрегат со свободно поршневым генератором

На сегодняшний день аппараты этого типа являются наиболее перспективными для авто. Устройство движка представлено блоком, который соединяет поршневой компрессор и 2-х тактовый дизель. В середине находится цилиндр с наличием двух поршней объединенных друг с другом с помощью специального приспособления.

Работа движка начинается с того, что воздух сжимается во время схождения поршней и происходит возгорание горючего. Газы образуются за счет сгоревшей смеси, они способствуют расхождению поршней при повышенной температуре. Затем газы оказываются в газо-сборнике. За счет продувочных щелей в цилиндр попадает пережатый воздух, помогающий очистить агрегат от отработанных газов. Затем цикл начинается заново.