| |
|
|
Газотурбинный двигатель (ГТД),
тепловой двигатель, в котором газ
сжимается и нагревается, а затем
энергия сжатого и нагретого газа
преобразуется в механическую работу
на валу газовой турбины. Рабочий
процесс ГТД может осуществляться с
непрерывным сгоранием топлива при
постоянном давлении или с
прерывистым сгоранием топлива при
постоянном объёме.
Наибольшее промышленное
применение получили ГТД с
непрерывным сгоранием топлива при
постоянном давлении. В таком ГТД (рис.
1) сжатый атмосферный воздух
из компрессора поступает в камеру
сгорания, туда же подаётся топливо,
которое, сгорая, нагревает воздух;
затем в газовой турбине энергия
газообразных продуктов сгорания
преобразуется в механическую работу,
большая часть которой расходуется на
сжатие воздуха в компрессоре.
Остальная часть работы передаётся на
приводимый агрегат. Работа,
потребляемая этим агрегатом,
является полезной работой ГТД.
|
Рис. 1. Газотурбинный
двигатель: 1 — центробежный
компрессор; 2 — камера сгорания; 3 —
топливная форсунка; 4 — сопловой
аппарат; 5 — рабочее колесо турбины;
6 — выхлопной патрубок.
|
|
Рис. 2. Рабочий цикл газотурбинного
двигателя в PV-диаграмме: 1Р Н Р 2 2 — L К
; 4Р Н Р 2 3 — L Т ; 4 123 — L е ; 4 1 123 1 — L 1 2 .
|
Полезная работа L e , отнесённая
к 1 кг рабочего тела, равна
разности между работой L t развиваемой
турбиной при расширении в ней газа, и
работой L k , расходуемой
компрессором на сжатие в нём воздуха.
Графически рабочий цикл ГТД может
быть представлен в PV -диаграмме,
где Р — давление, V — объём (
рис. 2 ). Чем выше кпд
компрессора и турбины, тем меньше L
K и больше L T , т. е. полезная
работа увеличивается. Повышение
температуры газа перед турбиной
также способствует росту полезной
работы L 1 c (линия 3'4' на рис.
2). Экономичность ГТД
характеризуется его эффективным кпд,
который представляет собой
отношение полезной работы к
количеству тепла, затраченного на
создание этой работы. |
| В современных ГТД КПД компрессоров
и турбин соответственно составляет
0,88—0,9 и 0,9—0,92. температура газа перед
турбиной в транспортных и
стационарных ГТД составляет 1100—1200 К,
а в авиационных достигает 1600 К.
Достижение таких температур стало
возможным благодаря изготовлению
деталей ГТД из жаропрочных
материалов и применению охлаждения
его элементов. При достигнутом
совершенстве проточной части и
температуре газов 1000 К кпд двигателя,
работающего по простейшей схеме, не
превышает 25%. Для повышения кпд тепло,
содержащееся в выходящем из турбины
газе, используется в рабочем цикле
ГТД для подогрева сжатого воздуха,
поступающего в камеру сгорания.
Теплообмен между отходящими газами и
сжатым воздухом, поступающим в
камеру сгорания, происходит в
регенеративных теплообменниках, а
рабочий процесс ГТД, в котором
утилизируется тепло выходящих из
турбины газов, называется
регенеративным. Повышению кпд
способствуют также подогрев газа в
процессе его расширения в турбине,
совместно с использованием тепла
выходящих газов, и охлаждение
воздуха в процессе его сжатия в
компрессоре ( рис. 3 ).
При этом полезная работа возрастает
благодаря увеличению работы L m развиваемой
турбиной, и уменьшению работы L K ,
потребляемой компрессором. Схема
такого ГТД в 30-е гг. была предложена
советским учёным Г. И. Зотиковым.
Компрессор и турбина низкого
давления находятся на одном валу,
который не связан с валом привода,
например, генератора, гребного винта.
Их частота вращения может изменяться
в зависимости от режима работы, что
существенно улучшает экономичность
ГТД при частичных нагрузках. |
Рис. 3. Схема газотурбинного
двигателя с регенерацией тепла,
охлаждением воздуха в процессе
сжатия и подогревом газа в процессе
расширения: 1 — пусковой двигатель; 2,
3, 4 — компрессоры низкого, среднего и
высокого давления; 5 — камера
сгорания; 6, 7 — турбины высокого и
низкого давления; 8 — регенератор; 9 —
охладитель воздуха.
|
|
|
|
