КЛАССИФИКАЦИЯ газотурбинных двигателей

 

Газотурбинным двигателем (ГТД) называют такой тепловой двигатель, в котором происходит преобразование кинетической и тепловой энергии потока продуктов сгорания органического топлива в механическую энергию вращения ротора газовой турбины.

 

Газотурбинной энергетической установкой (ГТУ) называется комплекс технических средств, предназначенный для преобразования кинетической и тепловой энергии горячего газа в механическую энергию вращения ротора.

 

Для газотурбинной установки характерны следующие термодинамические процессы:

- сжатие рабочего тела в компрессоре;

- подогрев рабочего тела теплотой, получаемой из внешнего источника;

- преобразование энергии рабочего тела при его расширении в газовой турбине в кинетическую энергию струи газа с последующим преобразованием в ее механическую работу и передача механической работы потребителю;

- охлаждение рабочего тела до состояния, соответствующего входу в компрессор.

 

Особенностями рабочего процесса в газотурбинном двигателе является непрерывное вращение рабочих лопаток и разгон потока рабочего тела до больших скоростей.

 

Судовые и корабельные газотурбинные двигатели можно классифицировать по следующим признакам:

 

· по использованию ГТД в составе СЭУ:

- на главные, используемые для обеспечения движения судна;

- вспомогательные, используемые для получения тепловой и электрической энергии (газотурбогенераторы – ГТГ).

 

В свою очередь главные ГТД разделяются на:

- маршевые, используемые на экономических ходах в целях обеспечения установленной дальности плавания;

- форсажные (ГТД полного хода), предназначенные для обеспечения хода от экономического до полного;

- всережимные, используемые на всех режимах работы ГЭУ;

 

· по конструкции проточной части:

- на активные, в которых преобразование энергии потока газа происходит только в направляющем аппарате;

- реактивные, в которых преобразование энергии потока газа происходит как в направляющем аппарате, так и в каналах рабочих лопаток);

- смешанные, сочетающие в себе как активную, так и реактивную части;

 

· по блокированию турбин и компрессоров:

- с блокированными турбинами и компрессорами;

- со свободной пропульсивной турбиной (турбиной винта);

 

(в судовых ГТД максимально используемое число компрессоров – 2, максимально используемое число турбин – 3);

 

· по использованию в термодинамическом цикле теплообменных аппаратов:

- без использования теплообменных аппаратов;

- с регенератором;

- с промежуточными охладителями воздуха;

- с промежуточным подогревом газа;

- с котлом-утилизатором;

- комбинированные (с использованием нескольких видов теплообменных аппаратов);

 

· по току рабочего тела в компрессорах и турбинах:

- на прямоточные, в которых воздух и продукты сгорания движутся вдоль оси двигателя последовательно через проточные части компрессоров, камеры сгорания, проточные части турбин, без изменения направления движения;

- непрямоточные: в состав таких двигателей (установок) входят регенераторы, промежуточные охладители воздуха и другие теплообменные аппараты, при протекании через которые воздух и продукты сгорания меняют направление своего движения;

 

· по направлению потока рабочего тела в проточной части:

- на осевые, в которых поток воздуха в компрессоре или газа в турбине движется вдоль оси двигателя;

- радиальные, в которых поток воздуха (газа) при входе в ступень компрессора (турбины) движется вдоль оси двигателя, а выходит из ступени в направлении, перпендикулярном оси двигателя;

 

· по расположению турбин относительно компрессоров:

- с прямым соединением турбомашин, когда турбина соединена с валом одноименного компрессора (ТВД – КВД, ТНД – КНД);

- с перекрестным соединением турбомашин;

- с полуперекрестным соединением турбомашин;

 

· по расположению пропульсивной турбины:

- с пропульсивной турбиной высокого давления;

- с пропульсивной турбиной среднего давления;

- с пропульсивной турбиной низкого давления;

 

· по возможности осуществления реверса:

- реверсивные двигатели с турбиной заднего хода;

- реверсивные с двухъярусными лопатками и разделением потоков;

- с реверсивными центростремительными турбинами;

- нереверсивные;

 

· по кратности циркуляции рабочего тела:

- с однократной циркуляцией – ГТД открытого цикла, обычно используемые в качестве судовых и корабельных двигателей;

- с многократной циркуляцией – ГТД закрытого цикла, используемые в ядерных газотурбинных установках;

 

· по виду производимой работы:

- ГТД по выработке механической энергии, работающие на водяной или воздушный винт, либо приводящие в действие электрогенераторы;

- ГТД по выработке газодинамической энергии – турбореактивные двигатели;

 

· по роду используемого топлива:

- ГТУ, работающие на природном органическом топливе;

- ГТУ, использующие ядерное топливо. Такие установки называются ЯГТУ – ядерными газотурбинными установками. Они в свою очередь могут быть одноконтурными и многоконтурными. Вместо камеры сгорания нагрев газа происходит в активной зоне газоохлаждаемого ядерного реактора, а после совершения работы в газовой турбине газ направляется в регенератор и охладитель;

 

· по роду рабочего тела:

- с использованием воздуха (как правило, ГТД открытого цикла);

- с использованием инертных газов – водорода, гелия, азота, углекислого газа – для перспективных ЯГТУ закрытого цикла.

 

ГТД прямоточного типа (рис. 40) получили широкое распространение в составе СЭУ на судах и кораблях различных классов и назначений, а также в некоторых отраслях стационарной энергетики. Эти ГТД, несмотря на меньшие значения КПД, обладают малыми массогабаритными показателями, большими значениями удельных мощностей, просты в эксплуатации, обладают отличными маневренными характеристиками. Все эти свойства прямоточных ГТД определили их применение на скоростных военных кораблях (в качестве маршевых и форсажных двигателей) и на судах с динамическими принципами поддержания (СВП и СПК), используемых в качестве скоростных пассажирских судов.

 

ГТД непрямоточного типа (рис. 41) характеризуются значительно большей массой, чем прямоточные установки. Наиболее важным свойством установок непрямоточного типа следует считать высокую экономичность, приближающуюся к экономичности дизельных установок, меньшие расходы топлива и возможность работы на тяжелых и дешевых сортах топлива. Поэтому такие типы ГТУ устанавливают в первую очередь на судах транспортного флота.

 

 

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ газотурбинных

 двигателей

 

Турбиной называется ротационный тепловой двигатель лопаточного типа. Действие турбины основано на непрерывном преобразовании тепловой (потенциальной) энергии рабочего тела в кинетическую энергию струи газа, с последующим преобразованием энергии движущейся струи в механическую энергию вращения ротора. Основными особенностями турбины являются: двойное преобразование энергии в направляющих и рабочих лопатках, непрерывность рабочего процесса, получение вращательного движения без использования кривошипно-шатунного механизма.

Непрерывность рабочего процесса в турбине и ротационный принцип действия облегчают конструкцию турбин и обеспечивают отсутствие трения в основных частях (за исключением трения в подшипниках вала).

 

Типичный ГТД состоит из ряда турбомашин – компрессоров и турбин, расположенных вдоль одной оси. Обычно симметрично этой оси размещаются и все остальные элементы двигателя: камеры сгорания; входное и газовыхлопное устройства; диффузорные каналы, соединяющие турбомашины между собой. Все конструкции турбомашин размещаются в корпусе. Схематичное изображение и основные узлы прямоточного судового ГТД и ГТД авиационного типа изображены на рис. 46, непрямоточного судового ГТД – на рис. 47.

 

Совокупность вращающихся частей ГТД называется ротором, совокупность неподвижных – статором. На роторе газовой турбины или осевого компрессора располагаются рабочие лопатки – РЛ, на статоре – направляющие или сопловые лопатки – НЛ.

Ступенью газовой турбины называют совокупность ряда направляющих лопаток и следующего за ним ряда рабочих лопаток.

Ступенью осевого компрессора называют совокупность ряда рабочих лопаток и следующего за ним ряда направляющих лопаток.

 

Проточной частью турбины или осевого компрессора называется объем между валом ротора и статором с располагающимися в нем рабочими и направляющими лопатками, в котором происходят рабочие процессы сжатия воздуха или расширения газов.

 

 

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться: