Motor s plynovou turbínou

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 18. června 2017; kontroly vyžadují 96 úprav .

Motor s plynovou turbínou (GTE) je vzduchový motor, ve kterém je vzduch stlačen kompresorem, než se v něm spálí palivo , a kompresor je poháněn plynovou turbínou , která využívá energii takto zahřátých plynů. Braytonův spalovací motor s termodynamickým cyklem .

To znamená, že stlačený vzduch z  kompresoru vstupuje  do spalovací komory , kde je dodáváno palivo , které při spalování tvoří plynné produkty s větší energií. Poté se v plynové turbíně část energie spalin přeměňuje na rotaci turbíny, která se využívá ke stlačování vzduchu v  kompresoru . Zbytek energie lze přenést na hnanou jednotku nebo použít ke generování proudového pohonu . Tato část motoru je považována za užitečnou. Motory s plynovou turbínou mají vysokou hustotu výkonu až 6 kW/kg.

Jako palivo se používá celá řada paliv. Například: benzín , petrolej , motorová nafta , topný olej , zemní plyn , lodní palivo , vodní plyn , alkohol a práškové uhlí .

Základní principy činnosti

Jedna z nejjednodušších konstrukcí motoru s plynovou turbínou pro koncepci jeho provozu může být reprezentována jako hřídel, na které jsou dva kotouče s lopatkami, první kotouč kompresoru, druhá turbína a mezi nimi je instalována spalovací komora. .

Princip činnosti motoru s plynovou turbínou:

Zvýšení množství dodávaného paliva (přidání „plynu“) způsobí, že se vytvoří více vysokotlakých plynů, což následně vede ke zvýšení otáček turbínového a kompresorového kotouče a následně ke zvýšení množství přiváděného vzduchu. vstřikovaný a jeho tlak, který umožňuje dodat do spalovací komory a spálit více paliva. Množství směsi paliva a vzduchu závisí přímo na množství vzduchu přiváděného do spalovací komory. Zvýšení množství palivových souborů povede ke zvýšení tlaku ve spalovací komoře a teploty plynů na výstupu ze spalovací komory a v důsledku toho vám umožní vytvořit více energie ze směrovaných výfukových plynů. k otáčení turbíny a zvýšení reaktivní síly .

Stejně jako u všech cyklických tepelných motorů platí, že čím vyšší je teplota spalování, tím vyšší je účinnost paliva (přesněji řečeno, čím vyšší je rozdíl mezi „topením“ a „chladičem“). Limitujícím faktorem je schopnost oceli, niklu, keramiky nebo jiných materiálů, ze kterých se motor skládá, odolávat teplu a tlaku. Velká část inženýrských prací je zaměřena na odvod tepla z částí turbíny. Většina turbín se také pokouší rekuperovat odpadní teplo, které je jinak promarněno. Rekuperátory  jsou výměníky tepla , které před spalováním předávají teplo z výfukových plynů stlačenému vzduchu. Existuje i další způsob využití tepla zbytkových plynů - dodávka do kotle na odpadní teplo . Pára generovaná kotlem může být převedena do parní turbíny pro výrobu dodatečné energie v kombinovaném cyklu v zařízení s kombinovaným cyklem nebo použita pro vytápění a potřeby teplé vody při kombinované výrobě tepla a elektřiny ( kogenerace ) v zařízení na kombinovanou výrobu tepla a elektřiny s plynovou turbínou .

Čím menší je motor, tím vyšší musí být rychlost hřídele (hřídelů), aby byla zachována maximální lineární rychlost lopatek, protože obvod (dráha, kterou urazí lopatky za jednu otáčku) přímo souvisí s poloměrem rotoru. . Maximální otáčky lopatek turbíny určují maximální tlak, kterého lze dosáhnout, což má za následek maximální výkon bez ohledu na velikost motoru. Hřídel proudového motoru se otáčí frekvencí asi 10 000 otáček za minutu a mikroturbína  frekvencí asi 100 000 otáček za minutu. [2] [3]

Pro další vývoj leteckých a plynových turbínových motorů je racionální aplikovat nový vývoj v oblasti vysokopevnostních a žáruvzdorných materiálů pro zvýšení teploty a tlaku. Využití nových typů spalovacích komor, chladicích systémů, snížení počtu a hmotnosti dílů i motoru jako celku je možné s pokrokem v používání alternativních paliv, změnou samotné koncepce konstrukce motoru.

Elektrárna s plynovou turbínou (GTU) s uzavřeným cyklem

V plynové turbíně s uzavřeným cyklem pracovní plyn cirkuluje bez kontaktu s okolím. Ohřev (před turbínou) a chlazení (před kompresorem) plynu se provádí ve výměnících tepla . Takový systém umožňuje použití jakéhokoli zdroje tepla (jako je plynem chlazený jaderný reaktor ). Pokud se jako zdroj tepla používá spalování paliva, pak se takové zařízení nazývá externí spalovací motor. V praxi se GTU s uzavřeným cyklem používají jen zřídka.

Závod s plynovou turbínou (GTU)

Plynová turbína (GTU) je elektrárna.

Zařízení plynové turbíny se skládá z následujících částí:

Výfukové plyny opouštějící turbínu jsou využívány k výrobě horké vody nebo páry v závislosti na potřebách zákazníka.

Výkonová turbína a generátor jsou umístěny v jednom krytu.

Proud plynu o vysoké teplotě působí na lopatky výkonové turbíny (vytváří točivý moment).

Využití tepla prostřednictvím výměníku tepla nebo kotle na odpadní teplo zvyšuje celkovou účinnost zařízení.

Elektrický výkon elektráren s plynovou turbínou se pohybuje od desítek kW do desítek MW.

Optimálním režimem provozu plynové turbíny je kombinovaná výroba tepla a elektřiny (kogenerace).

Nejvyšší účinnosti je dosaženo při provozu v kogeneračním nebo trigeneračním režimu (současná výroba tepla, elektřiny a chladu).

Elektrická účinnost moderních plynových turbín je 33-39%.

S přihlédnutím k vysoké teplotě výfukových plynů ve výkonných plynových turbínách umožňuje kombinované použití plynových a parních turbín zvýšit účinnost paliva a zvýšit elektrickou účinnost jednotek až na 57-59 %. [čtyři]

V současné době se plynové turbíny začaly široce využívat při výrobě elektřiny v malém měřítku.

GTU jsou určeny pro provoz v jakýchkoli klimatických podmínkách jako hlavní nebo záložní zdroj elektřiny a tepla pro průmyslová nebo domácí zařízení.

Oblasti použití zařízení s plynovou turbínou jsou prakticky neomezené: ropný a plynárenský průmysl, průmyslové podniky, obce.

Jednohřídelové a vícehřídelové motory s plynovou turbínou

Nejjednodušší motor s plynovou turbínou má pouze jednu hřídel, kde je instalována turbína, která pohání kompresor a zároveň je zdrojem užitečného výkonu. To omezuje provozní režimy motoru.

Někdy je motor vícehřídelový. V tomto případě je několik turbín v sérii, z nichž každá pohání vlastní hřídel. Vysokotlaká turbína (první po spalovací komoře) pohání vždy kompresor motoru a další mohou pohánět jak externí zátěž ( vrtulník [5] nebo lodní šrouby , výkonné elektrické generátory atd.), tak přídavné kompresorové stupně samotného motoru, umístěné před hlavním . Rozdělení kompresoru na kaskády (nízkotlaká kaskáda, vysokotlaká kaskáda - LPC, resp. HPC [6] , někdy je mezi ně umístěna středotlaká kaskáda KSD, jako např. u motoru NK-32 letounu Tu-160 ) umožňuje vyhnout se přepětí v dílčích režimech.

Výhodou vícehřídelového motoru je také to, že každá turbína pracuje při optimálních otáčkách a zatížení. Se zátěží poháněnou z hřídele jednohřídelového motoru by byla velmi špatná odezva motoru , to znamená schopnost rychle se roztočit, protože turbína potřebuje dodávat energii jak pro zajištění motoru velkým množstvím vzduchu. (výkon je omezen množstvím vzduchu) a k urychlení zátěže. U dvouhřídelového schématu se do režimu rychle dostává lehký vysokotlaký rotor, který dodává motoru vzduch a nízkotlaké turbíně velké množství plynů pro zrychlení. Je také možné použít méně výkonný startér pro akceleraci při spouštění pouze vysokotlakého rotoru.

Spouštěcí systém

Pro nastartování motoru s plynovou turbínou je potřeba roztočit jeho rotor na určité otáčky, aby kompresor začal dodávat dostatečné množství vzduchu (na rozdíl od objemových kompresorů závisí zásoba inerciálních ( dynamických ) kompresorů kvadraticky na otáčkách a proto prakticky chybí při nízkých rychlostech) a zapálí vzduch přiváděný ke spalování paliva v komoře. Druhý úkol řeší zapalovací svíčky , často instalované na speciálních startovacích tryskách, a propagaci provádí startér té či oné konstrukce:

Typy motorů s plynovou turbínou

Proudový motor

GTE, při kterém se chemická energie paliva přeměňuje na kinetickou energii proudů plynu proudících z trysky. [8] Tah v jakémkoli proudovém motoru vzniká pouze reakční silou plynů proudících z trysky rychlostí, která je vždy vyšší než rychlost letu. Proudový motor kombinuje jak motor, tak vrtuli. [9]

Proudové motory ( dále jen proudové motory ) se dělí podle počtu okruhů, který může být jeden, dva nebo tři. Počet okruhů je důležitý v kontextu technického popisu konkrétního proudového motoru, ale v případě zobecněného odkazu na počtu okruhů nezáleží a jakýkoli proudový motor libovolného obrysu lze v tomto případě jednoduše nazvat turbojet. TRD mohou mít více než jeden hřídel, ale klasifikace podle počtu hřídelí je vysoce specializovaná a není široce používána.

Proudový jednookruhový motor

Proudový motor s jedním okruhem, ve kterém se veškerá energie spalování paliva přeměňuje na kinetickou energii proudů plynu proudících z proudové trysky. Rozsah - jakékoli letadlo od podzvukového civilního po nadzvukový bojový.

Turboventilátorový motor

TRD s vnitřními a vnějšími okruhy, ve kterých se část energie spalování paliva přiváděného do vnitřního okruhu přeměňuje na mechanickou práci pro pohon ventilátoru vnějšího okruhu. [10] Důležitou charakteristikou proudových motorů s obtokem je stupeň obtoku, z něhož vyplývá poměr objemů vzduchu procházejících vnějším a vnitřním okruhem. V každém případě k směšování proudů každého okruhu dochází před tryskou. Bypass umožňuje proudovému motoru být hospodárnější při podzvukových a transsonických rychlostech letu. Rozsah - jakékoli letadlo od podzvukového civilního po nadzvukový bojový. [9] Zkratka - turbofan.

Proudový tříokruhový motor

TRD s vnitřním, meziokruhem a vnějším okruhem, ve kterém se část energie spalování paliva přiváděného do vnitřního okruhu přeměňuje na mechanickou práci pro pohon ventilátorů meziokruhu a vnějšího okruhu. [10] Zkratka - TRTD.

Proudový motor s přídavným spalováním

TRD, ve kterém je kromě hlavní spalovací komory přídavná spalovací komora přídavného spalování umístěná před tryskou. [11] Funkcí přídavného spalování je krátkodobé zvýšení tahu. Lze kombinovat s motorem libovolného tvaru. Rozsah - bojový nadzvukový letoun. Zkratka - TRDF, TRDDF.

Turboventilátorový motor

Turboventilátorový proudový motor (TVRD) je turbodmychadlový motor s obtokovým poměrem m=2-10. Zde je nízkotlaký kompresor přeměněn na ventilátor, který se od kompresoru liší menším počtem kroků a větším průměrem a horký proud se prakticky nemísí se studeným. Používá se v civilním letectví, motor má dlouho přidělený zdroj a nízkou měrnou spotřebu paliva při podzvukových rychlostech.

Turbovrtulový motor

Dalším vývojem proudového motoru se zvýšením obtokového poměru m = 20-90 je turbovrtulový motor (TVVD). Na rozdíl od turbovrtulového motoru jsou lopatky HPT motoru šavlovité, což umožňuje přesměrovat část proudu vzduchu do kompresoru a zvýšit tlak na vstupu kompresoru. Takový motor se nazývá propfan a může být buď otevřený, nebo kapotovaný s prstencovou kapotáží. Druhým rozdílem je, že propfan není poháněn přímo od turbíny, ale jako šroub přes převodovku. Motor je nejekonomičtější, ale zároveň cestovní rychlost letadla s těmito typy motorů obvykle nepřesahuje 550 km/h, dochází k silnějším vibracím a „hluku“.

Příkladem TVD je nákladní letadlo D-27 An-70 .

Turbovrtule

U turbovrtulového motoru (TVD) zajišťuje hlavní tah vrtule připojená přes převodovku k hřídeli turbodmychadla. [12] K tomu se používá turbína se zvýšeným počtem stupňů, takže k expanzi plynu v turbíně dochází téměř úplně a pouze 10-15 % tahu zajišťuje proud plynu.

Turbovrtulové motory jsou mnohem hospodárnější při nízkých rychlostech letu a jsou široce používány pro letadla s velkým užitečným zatížením a letovým dosahem - například An-12 , An-22 , C-130 . Cestovní rychlost letadel vybavených operačním sálem je 500–700 km/h.

Pomocná napájecí jednotka (APU)

APU je malý motor s plynovou turbínou, který je autonomním zdrojem energie na palubě. Nejjednodušší APU mohou vyrábět pouze stlačený vzduch odebraný z kompresoru turbíny, který se používá ke spouštění hlavních (hlavních) motorů nebo k provozu klimatizačního systému na zemi (například APU AI-9 používané na vrtulnících a Yak -40 letadel ). Složitější APU kromě zdroje stlačeného vzduchu dodávají elektrický proud do palubní sítě, to znamená, že jsou plnohodnotnou autonomní pohonnou jednotkou, která zajišťuje normální fungování všech palubních systémů letadla bez spouštění hlavních motorů, protože stejně jako při absenci pozemních leteckých zdrojů energie. Takovým je například APU TA-12 letounu An-124 [13] , Tu-95MS , Tu-204 , An-74 a další.

Turbohřídelový motor

Na rozdíl od všech ostatních typů motorů s plynovou turbínou, turbohřídelový motor nevytváří proudový tah, jeho výfukové zařízení není tryska a veškerý užitečný výkon je odváděn ve formě otáčení výstupního hřídele. Nejčastěji se u takového motoru turbína skládá ze dvou mechanicky nesouvisejících částí, jejichž spojení je plynodynamické. Proud plynu po opuštění spalovací komory roztáčí první turbínu, dává část svého výkonu k otáčení kompresoru, pak jde do druhé, jejíž hřídel přesahuje skříň motoru a uvádí do pohybu užitečné zatížení.

Výstupní hřídel TVAD, ze které je odebírán veškerý užitečný výkon, může být nasměrován jak dozadu, kanálem výstupního zařízení, tak dopředu, buď přes dutou hřídel turbodmychadla, nebo přes převodovku vně skříně motoru.

Převodovka  je nepostradatelným doplňkem turbohřídelového motoru. Rychlost otáčení rotoru turbodmychadla i volného rotoru turbíny je tak vysoká, že tuto rotaci nelze přímo přenášet na hnané jednotky. Jednoduše nebudou moci plnit své funkce a mohou se i zhroutit. Mezi volnou turbínu a užitečnou jednotku je proto nutně umístěna převodovka, aby se snížila rychlost hnacího hřídele.

Kompresor TVAD může být axiální (pokud je motor výkonný) nebo odstředivý. Často je kompresor i konstrukčně smíšený, má axiální i odstředivý stupeň. Jinak je princip činnosti tohoto motoru stejný jako u proudového motoru.

Hlavní použití turbohřídelového motoru je v letectví - na  vrtulnících , stejně jako v turbostartérech pro jiné motory s plynovou turbínou; ve stavbě lodí - na plynových turbínách ; v elektroenergetice v tepelných elektrárnách s plynovou turbínou, elektrárnách s kombinovaným cyklem , ve formě mikroturbíny jako součásti mikroturbínových generátorů; na čerpacích stanicích pro čerpání zemního plynu. Příležitostně se používá v železniční dopravě - na lokomotivách s plynovou turbínou , dále na vozidlech a vojenské technice jako elektrárna. U vrtulníku je nákladem hlavní rotor. Nejznámějšími příklady jsou široce rozšířené  vrtulníky Mi-8 a Mi-24 s motory TV2-117 a TV3-117 . Motory moderních turbovrtulových letadel jsou také turbohřídelové, kde vrtuli pohání volná turbína a nevyužívá se proudový tah výfukových plynů. Výhody takového schématu jsou: sjednocení s vrtulníkovými motory, mnohem lepší podmínky pro spouštění a vstup do provozního režimu (není potřeba otáčet vrtulí), mnohem lepší plynodynamická stabilita, jednodušší a kompaktnější konstrukce, protože plynový generátor může pracovat při vysokých otáčkách a volná turbína - při relativně malých, možnost využití výkonu plynového generátoru běžícího motoru (se zaseknutou vrtulí) pro potřeby leteckých systémů na zemi.

Turbostartér

TS - jednotka nainstalovaná na motoru s plynovou turbínou a určená k jeho roztočení při spuštění.

Takovými zařízeními jsou miniaturní, jednoduché konstrukce turbohřídelový motor, jehož volná turbína roztáčí rotor hlavního motoru při jeho spouštění. Jako příklad: turbostartér TS-21 použitý na motoru AL-21F-3 , který je instalován na letounech Su-24 [14] , nebo TS-12, nainstalovaný na leteckých motorech NK-12 letounu Tu-95 a letouny Tu-142 . TS-12 má jednostupňový odstředivý kompresor, dvoustupňovou kompresorovou hnací axiální turbínu a dvoustupňovou volnou turbínu. Jmenovité otáčky rotoru kompresoru na začátku startu motoru jsou 27 tis. min −1 , při roztočení rotoru NK-12 vlivem zvýšení otáček volné turbíny TS-12 protitlak za turbínou kompresoru klesne a rychlost se zvýší na 30 tis. min −1 .

Turbostartér GTDE-117 motoru AL-31F se vyrábí také s volnou turbínou a startér S-300M motoru AM-3 , který byl na letounech Tu-16 , Tu-104 a M-4  , je jednohřídelový a roztáčí rotor motoru přes kapalinovou spojku . [patnáct]

Lodní instalace

Používá se v lodním průmyslu ke snížení hmotnosti. General Electric LM2500 a LM6000  jsou charakteristické modely tohoto typu stroje.

Lodě používající turbohřídelové motory s plynovou turbínou se nazývají lodě s plynovou turbínou . Jsou typem lodi. Nejčastěji se jedná o hydrofoily, u kterých vrtule pohání turbohřídelový motor mechanicky přes převodovku nebo elektricky přes generátor, který roztáčí. Nebo se jedná o vznášedlo, které vzniká pomocí motoru s plynovou turbínou.

Například vozidlo s plynovou turbínou Cyclone-M se 2 motory s plynovou turbínou DO37. V sovětské historii existovala pouze dvě osobní vozidla s plynovou turbínou. Poslední velmi slibné plavidlo „Cyclone-M“ se objevilo v roce 1986. Více takových lodí nebylo postaveno. Ve vojenské sféře je to v tomto ohledu poněkud lepší. Příkladem je vyloďovací člun Zubr , největší vznášedlo světa.

Železniční zařízení

Lokomotivy, na kterých jsou umístěny turbohřídelové motory s plynovou turbínou, se nazývají  lokomotivy s plynovou turbínou (druh dieselové lokomotivy ). Používají elektrický přenos. GTE roztáčí elektrický generátor a jím generovaný proud zase napájí elektromotory , které uvádějí lokomotivu do pohybu. V 60. letech prošly v SSSR celkem úspěšným zkušebním provozem tři lokomotivy s plynovou turbínou. Dva osobní a jeden nákladní. Konkurenci s elektrickými lokomotivami však nevydržely a počátkem 70. let byl projekt omezen. Ale v roce 2007 byl z iniciativy ruských drah vyroben prototyp nákladní lokomotivy s plynovou turbínou , která byla poháněna zkapalněným zemním plynem . GT1 úspěšně prošla zkouškami, později byla postavena druhá lokomotiva s plynovou turbínou, se stejnou elektrárnou, ale na jiném podvozku, stroje jsou v provozu.

Čerpání zemního plynu

Princip činnosti plynové čerpací jednotky je prakticky stejný jako u turbovrtulových motorů , TVAD se zde používají jako pohon výkonných čerpadel a jako palivo se používá stejný plyn, který čerpají. V domácím průmyslu se pro tyto účely široce používají motory vytvořené na základě leteckých motorů - NK-12 (NK-12ST) [16] , NK-32 (NK-36ST), protože mohou používat části leteckých motorů, které vyčerpali svůj letový život .

Elektrárny

Turbohřídelový motor s plynovou turbínou může být použit k pohonu elektrického generátoru v elektrárnách , který je založen na jednom nebo více z těchto motorů. Taková elektrárna může mít elektrický výkon dvacet kilowattů až stovky megawattů.

Termodynamická účinnost motoru s plynovou turbínou v čisté formě je však dostatečně malá pro efektivní využití v energetickém sektoru. Značná část energie je odváděna ve formě tepla z výfukových plynů, které mají vysokou teplotu. Proto jsou motory s plynovou turbínou nejčastěji využívány jako součást zařízení s kombinovaným cyklem , ve kterých jsou spaliny přiváděny do kotle na odpadní teplo , který vyrábí vysokotlakou páru, která se využívá k dodatečné výrobě elektřiny. Termodynamická účinnost takové společné generační jednotky může dosáhnout 55 až 60 %, z tohoto důvodu jsou motory s plynovou turbínou jako součást CCGT široce používány v elektrárnách. Kromě toho lze teplo výfukových plynů motoru s plynovou turbínou využít pro potřeby zásobování teplem, v tomto případě se stanice nazývá plynová turbína CHP .

Stavba nádrže

První studie v oblasti použití plynové turbíny v motorech tanků byly prováděny v Německu Úřadem ozbrojených sil od poloviny roku 1944. První sériově vyráběný tank s motorem s plynovou turbínou byl S-tank .

Turbohřídelové motory (TVaD) jsou instalovány na sovětském tanku T-80 (motor GTE-1000T) a americkém M1 Abrams . Motory s plynovou turbínou instalované na nádržích, s podobnými rozměry jako dieselové motory , mají mnohem větší výkon, nižší hmotnost a méně hluku, méně kouře z výfuku. TVAD také lépe splňuje požadavky na vícepalivovou kapacitu, je mnohem snazší startovat - provozní připravenost nádrže s motorem s plynovou turbínou, to znamená spuštění motoru a následný vstup do provozního režimu všech jeho systémů, trvá několik minut, což je u nádrže s dieselovým motorem v podstatě nemožné a v zimních podmínkách při nízkých teplotách vyžaduje dieselový motor poměrně dlouhé předstartovní zahřívání, které TVA nevyžaduje. Kvůli chybějícímu pevnému mechanickému spojení mezi turbínou a převodovkou se motor nezasekne na zaseklé nádrži nebo se jednoduše opře o překážku. V případě vniknutí vody do motoru (utopení nádrže) stačí provést tzv. studené rolování motoru s plynovou turbínou, aby se odstranila voda z cesty plyn-vzduch, a poté je možné motor nastartovat - na nádrž s dieselovým motorem v podobné situaci, dojde k vodnímu rázu , který rozbije části skupiny válec-píst a jistě si vyžádá výměnu motoru.

Vzhledem k nízké účinnosti motorů s plynovou turbínou instalovaných na pomalu se pohybujících (na rozdíl od letadel) vozidel je však na kilometrový dojezd srovnatelný s dieselovým motorem potřeba mnohem větší množství přepravovaného paliva. Právě kvůli spotřebě paliva se přes všechny výhody tanky typu T-80 vyřazují z provozu. Zkušenosti s provozem tanku TVA M1 Abrams v podmínkách vysokého obsahu prachu (například v písečných pouštích) se ukázaly jako nejednoznačné. Na rozdíl od něj lze T-80 bezpečně provozovat v podmínkách vysoké prašnosti - konstrukčně promyšlený systém čištění vzduchu vstupujícího do motoru u T-80 spolehlivě chrání motor s plynovou turbínou před pískem a prachem. "Abramové" se naopak "udusili" - během dvou tažení v Iráku se při průjezdu pouští nemálo "Abramů" postavilo, jelikož jejich motory byly zaneseny pískem .

Automobilový průmysl

Mnoho experimentů bylo provedeno s automobily vybavenými plynovými turbínami.

V roce 1950 oznámili konstruktér F. R. Bell a hlavní inženýr Maurice Wilks v British Rover Company první vůz poháněný motorem s plynovou turbínou. Dvoumístný JET1 měl motor umístěný za sedadly, mřížky nasávání vzduchu na obou stranách vozu a výdechy výfuku na horní části ocasu. Během testů vůz dosahoval maximální rychlosti 140 km/h, s otáčkami turbíny 50 000 ot./min. Vůz jezdil na benzín , parafín nebo naftu , ale problémy se spotřebou paliva se ukázaly být pro výrobu automobilů nepřekonatelné. V současné době je vystavena ve Science Museum London .

Týmy Rover a British Racing Motors ( formule 1 ) spojily své síly, aby vytvořily Rover-BRM, vůz poháněný plynovou turbínou, který v roce 1963 vstoupil do závodu 24 hodin Le Mans řízený Graemem Hillem a Gitnerem Ritchiem . Tento vůz vykazoval průměrnou rychlost 173 km / h, maximální - 229 km / h.

Americké společnosti Ray Heppenstall , Howmet Corporation a McKee Engineering se v roce 1968 spojily, aby společně vyvinuly svá vlastní sportovní auta s plynovou turbínou, Howmet TX se zúčastnil několika amerických a evropských závodů, včetně dvou vítězství, a také se zúčastnil závodu 24 Hours of Le. Mana 1968. Vozy používaly plynové turbíny od společnosti Continental Motors Company , která nakonec FIA zavedla šest přistávacích rychlostí pro vozy poháněné turbínou .

V automobilových závodech s otevřenými koly revoluční STP Oil Treatment Special z roku 1967 , vůz s pohonem všech čtyř kol, poháněný turbínou, vybraný závodní legendou Andrew Granatelli a řízený Parnelli Jonesem , téměř vyhrál Indy 500 ; Turbo vůz Pratt & Whitney STP byl téměř o kolo před druhým vozem, když mu tři kola před cílem nečekaně selhala převodovka. V roce 1971 představil výkonný ředitel Lotusu Colin Chapman Lotus 56B F1, poháněný plynovou turbínou Pratt & Whitney . Chapman měl pověst výrobce vítězných strojů, ale byl nucen projekt opustit kvůli četným problémům se setrvačností turbíny ( turbolag ).

Původní série konceptů General Motors Firebird byla navržena pro autosalon Motorama v letech 1953, 1956 a 1959 , poháněná plynovými turbínami.

Jediný sériový model „rodinného“ vozu s plynovou turbínou pro použití na veřejných komunikacích vydal Chrysler v letech 1963-1964. Firma předala padesát ručně sestavených vozů v karoseriích italského studia Ghia dobrovolníkům, kteří novinku do ledna 1966 testovali v běžných silničních podmínkách. Experiment byl úspěšný, ale společnost, která neměla prostředky na vybudování výroby nového motoru, upustila od sériové výroby vozu s motorem s plynovou turbínou. Po zpřísnění ekologických norem a prudkém nárůstu cen ropy odmítla společnost, která sotva přežila finanční krizi, pokračovat ve vývoji [17] . [osmnáct]

Historie vzniku motoru s plynovou turbínou

V roce 1791 obdržel anglický vynálezce John Barber patent číslo 1833, ve kterém popsal první plynovou turbínu. [19]

V roce 1892 ruský inženýr P. D. Kuzminskij zkonstruoval a postavil první motor s plynovou turbínou na světě s reverzní radiální plynovou turbínou s 10 tlakovými stupni. [20] Turbína měla pracovat na směs plyn-pára, která se získávala v jím vytvořené spalovací komoře – „plyn-pára“. [21]

V letech 1906-1908 navrhl ruský inženýr V.V. Karovodin výbušnou plynovou turbínu (turbínu konstantního objemu). [22] Bezkompresorový motor s plynovou turbínou Karovodin se 4 přerušovanými spalovacími komorami a plynovou turbínou při 10 000 otáčkách za minutu vyvinul výkon 1,2 kW (1,6 k). [23]

V roce 1909 si ruský inženýr N. Gerasimov nechal patentovat motor s plynovou turbínou používaný k proudovému pohonu, tedy vlastně první proudový motor (privilegium č. 21021, 1909). [24] [25] [26]

V roce 1913 M. N. Nikolsky zkonstruoval motor s plynovou turbínou o výkonu 120 kW (160 k), který měl tři stupně plynové turbíny. [27] [28]

Další vylepšení v konstrukci motorů s plynovou turbínou provedli V. I. Bazarov (1923), V. V. Uvarov a N. R. Briling (1930-1936). [28] [29]

Ve třicátých letech minulého století skupina konstruktérů vedená akademikem Akademie věd SSSR A. M. Lyulkou výrazně přispěla k rozvoji technologií plynových turbín . Hlavní práce konstruktéra se týkala proudových motorů s odstředivým lamelovým kompresorem, které se staly hlavními pro letectví. [30] [31] [32] [33]

Řízení provozních parametrů motoru s plynovou turbínou

Jako každý tepelný motor má i motor s plynovou turbínou mnoho parametrů, které je nutné kontrolovat, aby motor fungoval v bezpečných a pokud možno hospodárných režimech. Měřeno pomocí kontrolních zařízení .

  • Obraty - jsou řízeny pro posouzení provozního režimu motoru a zabránění nebezpečným režimům. U vícehřídelových motorů jsou zpravidla řízeny otáčky všech hřídelů - například na Yak-42 , pro řízení otáček všech tří hřídelů každého motoru D-36 , tříbodový otáčkoměr ITA-13 [34] je instalován , na An-72 a An-74 , vybavené takovými motory D-36 mají tři dvoujehlové otáčkoměry, dva jsou na palubní desce pilotů a ukazují jeden otáčky rotoru ventilátoru, druhý je HP otáčky rotoru, třetí je instalován na panelu předletové přípravy a ukazuje otáčky LP rotorů.
  • Teplota výfukových plynů (EGT) - teplota plynů za turbínou motoru zpravidla za posledním stupněm [6] , protože teplota před turbínou je příliš vysoká pro spolehlivé měření. Teplota plynů udává tepelné zatížení turbíny a měří se pomocí termočlánků . Také automatika může pracovat z termočlánků, odříznout spotřebu paliva nebo úplně vypnout motor při překročení TVG - SOT-1 na motoru TA-6 [1] , RT-12 na motoru NK-8 a tak dále.

Konstruktéři motorů plynových turbín a jimi založené konstrukční kanceláře

Viz také

Zdroje

  1. ↑ Motor 1 2 TA-6V. Manuál pro technický provoz. TA-6V.00.000-01RE . Získáno 10. září 2016. Archivováno z originálu 6. prosince 2010.
  2. ↑ Princip činnosti - Mikroturbíny Capstone - Zařízení (nepřístupný odkaz) . www.bpcenergy.ru Datum přístupu: 1. září 2016. Archivováno z originálu 1. října 2016. 
  3. ↑ Velké tajemství malých turbín . www.rcdesign.ru Získáno 1. září 2016. Archivováno z originálu 25. září 2016.
  4. ↑ Co je jednotka plynové turbíny (GTU)? - Technická knihovna Neftegaz.RU . neftegaz.ru _ Datum přístupu: 15. září 2022.
  5. ↑ Letecký turbohřídelový motor TV2-117 a převodovka VR-8A . Získáno 18. června 2022. Archivováno z originálu 16. září 2016.
  6. ↑ 1 2 Motor NK-8-2U. Návod k technické obsluze (ve třech částech) . Získáno 10. září 2016. Archivováno z originálu 9. ledna 2011.
  7. ↑ Letecký turbovrtulový motor řady NK-12MV 4. Kniha I. Technický popis. Moskva, "Inženýrství", 1966
  8. ↑ GOST 23851-79. - str. 3. termín 10.
  9. ↑ 1 2 Bojová letadla. — S. 149. Oddíl III „Letecké motory“, Kapitola 1 „Klasifikace a použití“.
  10. ↑ 1 2 GOST 23851-79. - str. 3. termín 13.
  11. ↑ GOST 23851-79. - S. 23. termín 136.
  12. ↑ Letecký turbovrtulový motor AI-20M (série 6). IE&TO (4. vydání) . Získáno 11. září 2016. Archivováno z originálu 7. prosince 2010.
  13. ↑ Letoun An-124-100. Manuál pro technický provoz. Kniha 17. 1.4001.0000.000.000 RE17 . Získáno 10. září 2016. Archivováno z originálu 6. prosince 2010.
  14. ↑ Jurij. Turbohřídelový motor . LETECTVÍ Srozumitelné VŠEM (28. 2. 2012). Získáno 27. října 2015. Archivováno z originálu 17. září 2016.
  15. ↑ Letecký proudový motor RD-3M-500. Feldman L.E.M., "Doprava", 1968
  16. ↑ Motor NK-12ST série 02. Technický popis turbohřídelového motoru s volnou turbínou. Kuibyshev, 1985  (nepřístupný odkaz)
  17. ↑ Lehto, Steve. Chryslerův turbínový vůz: vzestup a pád nejúžasnějšího výtvoru Detroitu. - Chicago, IL: Chicago Review Press, 2010. - 228 s. — ISBN 9781569765494 .
  18. ↑ Garáž Jaye Lena. 1963 Chrysler Turbine: Ultimate Edition – Jay Leno's Garage (7. listopadu 2012). Získáno 26. září 2018. Archivováno z originálu 21. srpna 2019.
  19. ↑ John Barber - anglický vynálezce - životopis, foto, video . biozvezd.ru. Datum přístupu: 16. února 2019. Archivováno z originálu 17. února 2019.
  20. ↑ Kuzminskij Pavel Dmitrievič . cadehistory.ru. Datum přístupu: 16. února 2019. Archivováno z originálu 17. února 2019.
  21. ↑ Vznik a rozvoj paroplynových a paroplynových elektráren . search-ru.ru. Staženo 16. února 2019. Archivováno z originálu 9. února 2019.
  22. ↑ B. Bidulya. Požární turbína // Mladý technik. - 1960. - č. 11 . - S. 13-17 .
  23. ↑ Vynálezy Ruska // Motor s plynovou turbínou . rus-eng.org. Datum přístupu: 16. února 2019. Archivováno z originálu 17. února 2019.
  24. ↑ Gilzin K. A. Vzduchové tryskové motory. - Moskva: Vojenské nakladatelství Ministerstva obrany SSSR, 1956.
  25. ↑ [Historie proudového motoru] . warthunder.ru. Datum přístupu: 16. února 2019. Archivováno z originálu 17. února 2019.
  26. ↑ V. M. Kornějev. Konstrukční vlastnosti plynových turbínových motorů. - 2018. - ISBN 978-5-4485-9499-1 .
  27. ↑ Civilní letectví SSSR v 50.-70. . Vuzlit. Získáno 16. února 2019. Archivováno z originálu dne 25. listopadu 2020.
  28. ↑ 1 2 MOTOR S PLYNOVOU TURBÍNOU (PGD) . enciklopediya-tehniki.ru. Datum přístupu: 16. února 2019. Archivováno z originálu 17. února 2019.
  29. ↑ Vynálezy Ruska // Motor s plynovou turbínou . www.rus-eng.org. Datum přístupu: 16. února 2019. Archivováno z originálu 17. února 2019.
  30. ↑ [Historie motorů Arkhip Lyulka] . warthunder.ru. Datum přístupu: 16. února 2019. Archivováno z originálu 17. února 2019.
  31. ↑ Kudryavtsev V.F. Letecké motory A.M. Lyulka  // Letectví a kosmonautika. - 1993. - č. 11-12 . Archivováno z originálu 17. února 2019.
  32. ↑ Domácí proudový motor s odstředivým kompresorem RD-500. - Cesta do vzdálených světů . www.e-reading.klub. Datum přístupu: 16. února 2019. Archivováno z originálu 17. února 2019.
  33. ↑ Proudový motor s odstředivým kompresorem | Technologie a lidé . Datum přístupu: 16. února 2019. Archivováno z originálu 17. února 2019.
  34. ↑ Letouny Jak-42. Manuál pro technický provoz. Oddíl 77 . Získáno 18. června 2017. Archivováno z originálu dne 23. března 2017.

Odkazy

Literatura

  • GOST 23851-79. Letecké motory s plynovou turbínou; Termíny a definice. - Moskva: IPK Standards Publishing House, 1979. - 99 s.
  • GOST 51852-2001. Instalace plynových turbín; Termíny a definice. - Moskva: IPK Standards Publishing House, 2001. - 9 s.
  • Bojové letouny Pavlenko VF ; letadla, elektrárny, jejich provoz. - Moskva: Vojenské nakladatelství, 1984. - 319 s.
  • Elliot, Simon . Power Progress : World Turbine Engine Directory  . // Mezinárodní let . - 13.-19. října 1993. - Sv. 144 - č.p. 4391 - S. 29-40 - ISSN 0015-3710. (referenční kniha s technickými údaji a srovnávacími charakteristikami 34 turbohřídelových plynových turbínových motorů (turbohřídelů) předních světových výrobců-podniků zahraniční výroby motorů)
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
 Motory
Vzduchová tryska
Hlavní typy
Nekomprimované
Proudový
Modifikace
a hybridní systémy
Viz také: Motory s plynovou turbínou
viz také stroj na věčný pohyb Převodový motor gumový motor