Газотурбінний двигун - що це як влаштований і принцип роботи

Газотурбінний двигун є різновидом теплового двигуна, в основі його роботи якого не дуже простий принцип. А саме, в двигуні газ спочатку стискається, потім нагрівається, і після цього, енергія цього газу і «перетворюється» в механічну роботу. Як стало ясно, з перших слів опису такого типу двигуна, всі робочі процеси в потоці рухомого газу відбуваються, завдяки чому від принципу роботи поршневих типів двигунів відрізняється кардинально.

А якщо говорити простою мовою, то, як же працює газотурбінний двигун? Отже, якщо більш детально розглядати процес роботи газотурбінніка, то слід виділити кілька кроків, які описують в з'єднанні в механічну роботу складний процес перетворення енергії стисненого газу. І що це за етапи?

* Отже, подача повітря, а в подальшому і паливно-повітряної суміші. У стислому вигляді атмосферне повітря з компресора потрапляє в камеру згоряння. Куди і надходить паливо, в результаті отримуємо паливну суміш, якої виділяється дуже багато енергії під час процесу згоряння.

* Далі йде перетворення. Воно починається після того, як і паливно-повітряна суміш перетворюється в енергію в процесі згоряння, і необхідно, щоб її перетворити в механічної дію, роботу. Відбувається це завдяки обертанню спеціально призначених «лопаток» за допомогою струменів газу, які і виходять під великим тиском після горіння суміші.

* Розділяється робота. А саме, в такий спосіб - частина отриманої механічної роботи, яку отримуємо від енергії паливної суміші, йде в компресорі на стиснення повітря для подальшої подачі, а інша частина енергії передається на приводиться пристрій силового агрегату.

Якраз та робота, яку і отримує приводиться агрегат і є корисна робота! До речі, газотурбінний двигун вважається по праву двигуном, який володіє найбільшою питомою потужністю, серед інших типів ДВС. В якості палива до газотурбінного двигуна можна виступити майже будь-який пальне: гас, дизельне паливо, бензин, природний газ, мазут, водяний газ, спирт, суднове паливо, і навіть дрібне вугілля!

Принцип роботи газотурбінного двигуна

Щоб отримати високе ККД в тепловому двигуні, потрібно домогтися високої температури згоряння паливної суміші, проте не завжди можна досягти це. Перешкоди криються не в здібностях матеріалів, з яких виконаний двигун (це може бути нікель, магній, сталь, сплави, кераміка та інші) які самі по собі витримують великі температури і тиск. Інженери дуже велика кількість праць направили на те, щоб вдало відводити тепло від турбіни і застосовувати його там, де необхідно це. Можна сміливо сказати, що робота їх була проведена не даремно, бо в даний час, завдяки цим інноваційним розробкам, вдалося цю мету досягти шляхом перенаправлення вихлопних газів, а точніше їх тепла, стисненого повітря. Цей процес називається рекуперірованіем. Це виявився дуже успішним підходом, адже в іншому, тепло вихлопних газів міг би бути просто втрачено, а таким способом, воно в змозі виступати в ролі джерела нагріву стисненого повітря, перед тим як почнеться процес подальшого згоряння. У підсумку, можемо сміливо стверджувати, що без даного процесу і спеціально передбачених теплообмінників, або рекуператорів, не вдалося б досягти такого високого значення ККД.

Максимальний тиск визначається максимальною швидкість обертання лопаток турбінних, яке необхідно досягти для того, щоб отримати найвище значення потужності мотора. Як правило, при цьому, чим менше розміри і вага двигуна, частота обертання його вала повинна бути тим вище, для того, щоб підтримувати максимальну швидкість турбінних лопаток. Це в силу їх малої інерційності - чим менше ВМД, тобто газотурбінний двигун, тим більше обертання валу - щоб компенсувати менші розміри і вагу.

Інформація про пристрій ВМД

Що щодо його пристрою, то тут все не так і складно, як собі можна уявити. Газотурбіннікі складаються з камери згоряння, де також розташовані форсунка і свічки запалювання, для подачі палива і в камері згоряння отримання іскри. Турбінне колесо має спеціальні лопатками, і встановлено з компресором на одному валу. Конструкція пристрою такого мотора також складається з: понижуючого редуктора, теплообмінника, випускного трубопроводу, впускного каналу, а також дифузора і сопла.

Коли обертається вал компресора, то його лопатями захоплюється повітря, який і надходить у впускний канал. Як компресором збільшується швидкість руху повітря до швидкості 500 метрів в секунду, він його нагнітає в дифузор. Хоча і швидкість повітря на виході дифузора зменшується, однак заодно і підвищується його тиск. Повітря після дифузора надходить в теплообмінник, там він нагрівається під впливом тепла відпрацьованих газів і потрапляє в камеру згоряння. Крім повітря, який вже підігрітий і стиснутий, в камеру згоряння безперервно подається паливо, попередньо розпорошуючись, за допомогою форсунок. Паливо там змішується з повітрям, там утворюється паливна суміш, далі йде процес займання цієї суміші, за допомогою іскри, яка виробляється свічками. В результаті цього згоряння, підвищується в камері тиск, через сопло нагріті гази проходять і прямують у бік лопаток турбінного колеса, яке і починає свій рух. Через понижуючий редуктор крутний момент від турбінного колеса передається на трансмісію автомобіля. Відпрацьовані гази потрапляють в теплообмінник, де допомагають підігрівати вже надійшов стиснене повітря і нарешті, виходять в атмосферу.

Звичайно, у ВМД є купа плюсів, але є і мінуси. Основним з них вважається вартість теплопрочних матеріалів, із застосуванням яких проводиться двигун. Крім цього складність робіт і необхідна висока рівень очищення повітря, що надходить в мотор, також б'ють по кишені добре, однак, не дивлячись ні на що, і розробка та удосконалення ВМД вже щосили проходять не тільки в нашій країні, а й за кордоном. Колись у них був великий мінус - величезна турбояма - тобто, наприклад, у Крайслера Турбайн зразка 1963 года! Тобто, незважаючи на величезну тягу в 576 Н * м, він чекав цілих десять секунд, перш ніж почати розгін. На таке не в змозі навіть моделі у яких тандем з відверто «тупого» автомата і «провального» турбомотора (з великою «турбоями»). Але пізніше крайслеровци і інші інженери це допрацювали, і вже замість десяти секунд мотор «думав» секунд три. Були крім Крайслера, такі марки з моделями з ВМД під капотом, як Ровер, Лотус і інші.

Про типах газотурбінних двигунів

Що щодо типів, то їх досить велика кількість, правда, при цьому суть їх роботи абсолютна одна і та ж (на відміну від звичних нам поршневих типів, вони можуть бути бензиновими, дизельними, атмосферними, турбірованнимі, роторно-поршневими і т.д. ), однак лише виконання - може трохи відрізнятися. Виходячи з типів, ВМД знайшов широке застосування на поїздах, морських судах, літаках, вертольотах, автомобілях і навіть на танках. До речі на сьогоднішній день залишився лише американський танк Абрамс М1А1, оснащений газотурбінніком. Звичайно, радянські інженери також застосовували спроби застосувати газотурбіннік на танках, було навіть кілька концептів на базі T80, однак чому в подальшому всі ці розробки згорнули.