"ტურბო დამტენი", "ტურბორეაქტივები", "ტურბოპროპი" - ეს ტერმინები მტკიცედ დამკვიდრდა მე-20 საუკუნის ინჟინრების ლექსიკონში, რომლებიც მონაწილეობენ მანქანებისა და სტაციონარული ელექტრული დანადგარების დიზაინსა და მოვლაში. ისინი გამოიყენება დაკავშირებულ სფეროებში და რეკლამაშიც კი, როდესაც სურთ პროდუქტის სახელს მიაწოდონ განსაკუთრებული სიმძლავრე და ეფექტურობა. ავიაციაში, რაკეტებში, გემებსა და ელექტროსადგურებში, ყველაზე ხშირად გამოყენებული გაზის ტურბინები. Როგორ მუშაობს? მუშაობს თუ არა ბუნებრივ აირზე (როგორც სახელიდან შეიძლება ფიქრობთ) და როგორები არიან? რით განსხვავდება ტურბინა სხვა ტიპის შიდა წვის ძრავისგან? რა არის მისი დადებითი და უარყოფითი მხარეები? ამ სტატიაში ამ კითხვებზე მაქსიმალურად ამომწურავი პასუხის გაცემის მცდელობაა.
რუსეთის საინჟინრო ლიდერი UEC
რუსეთმა, განსხვავებით მრავალი სხვა დამოუკიდებელი სახელმწიფოსგან, რომლებიც წარმოიშვა სსრკ-ს დაშლის შემდეგ, შეძლო დიდწილად შეენარჩუნებინა მანქანათმშენებლობის ინდუსტრია. კერძოდ, კომპანია „სატურნი“ სპეცდანიშნულების ელექტროსადგურების წარმოებით არის დაკავებული. ამ კომპანიის გაზის ტურბინები გამოიყენება გემთმშენებლობაში, ნედლეულის მრეწველობაში და ენერგეტიკაში. პროდუქტები მაღალტექნოლოგიურია, ისინი საჭიროებენ განსაკუთრებულ მიდგომას ინსტალაციის, გამართვისა და ექსპლუატაციის დროს, ასევე სპეციალურ ცოდნას და ძვირადღირებულ აღჭურვილობას დაგეგმილი მოვლისთვის. ყველა ეს სერვისი ხელმისაწვდომია UEC-ის მომხმარებლებისთვის - გაზის ტურბინები, როგორც მას დღეს უწოდებენ. მსოფლიოში არც ისე ბევრი ასეთი საწარმოა, თუმცა ძირითადი პროდუქტების მოწყობილობის პრინციპი ერთი შეხედვით მარტივია. დაგროვილ გამოცდილებას დიდი მნიშვნელობა აქვს, რაც საშუალებას იძლევა გავითვალისწინოთ მრავალი ტექნოლოგიური დახვეწილობა, რომლის გარეშეც შეუძლებელია განყოფილების გამძლე და საიმედო მუშაობის მიღწევა. აქ არის UEC პროდუქციის ასორტიმენტის მხოლოდ ნაწილი: გაზის ტურბინები, ელექტროსადგურები, გაზის სატუმბი დანადგარები. მომხმარებლებს შორის არიან როსტომი, გაზპრომი და ქიმიური მრეწველობისა და ენერგეტიკის სხვა „ვეშაპები“.
ასეთი რთული მანქანების დამზადება თითოეულ შემთხვევაში ინდივიდუალურ მიდგომას მოითხოვს. გაზის ტურბინის გაანგარიშება ამჟამად სრულად ავტომატიზირებულია, მაგრამ გაყვანილობის დიაგრამების მასალები და მახასიათებლები თითოეულ შემთხვევაში მნიშვნელოვანია.
ყველაფერი ასე მარტივად დაიწყო...
ძიება და ორთქლი
ნაკადის მთარგმნელობითი ენერგიის ბრუნვის ძალად გადაქცევის პირველი ექსპერიმენტები კაცობრიობამ ჩაატარა ძველ დროში ჩვეულებრივი წყლის ბორბლის გამოყენებით. ყველაფერი უკიდურესად მარტივია, სითხე მიედინება ზემოდან ქვემოდან, მის ნაკადში მოთავსებულია პირები. ბორბალი, რომელიც აღჭურვილია მათთან პერიმეტრის გარშემო, ბრუნავს. ქარის წისქვილი მუშაობს იმავე გზით. შემდეგ მოვიდა ორთქლის ხანა და ბორბლის ბრუნვა აჩქარდა. სხვათა შორის, ეგრეთ წოდებული „ეოლიპილი“, რომელიც ქრისტეს დაბადებამდე დაახლოებით 130 წლით ადრე გამოიგონა ძველი ბერძენი ჰერონმა, სწორედ ამ პრინციპით მუშაობდა ორთქლის ძრავა. არსებითად, ეს იყო პირველი გაზის ტურბინა, რომელიც ცნობილია ისტორიული მეცნიერებისთვის (ბოლოს და ბოლოს, ორთქლი არის წყლის აირისებრი აგრეგატი). დღესაც ჩვეულებრივია ამ ორი ცნების გამიჯვნა. იმ დროს ისინი ჰერონის გამოგონებაზე ალექსანდრიაში დიდი ენთუზიაზმის გარეშე რეაგირებდნენ, თუმცა ცნობისმოყვარეობით. ტურბინის ტიპის სამრეწველო აღჭურვილობა გაჩნდა მხოლოდ მე-19 საუკუნის ბოლოს, მას შემდეგ, რაც შვედმა გუსტაფ ლავალმა შექმნა მსოფლიოში პირველი აქტიური ელექტროსადგური, რომელიც აღჭურვილი იყო საქშენით. ინჟინერი პარსონსი მუშაობდა დაახლოებით იმავე მიმართულებით, თავისი მანქანა აღჭურვა რამდენიმე ფუნქციურად დაკავშირებული ეტაპით.
გაზის ტურბინების დაბადება
ერთი საუკუნით ადრე ვიღაც ჯონ ბარბერს ჰქონდა ბრწყინვალე იდეა. რატომ უნდა გაათბოთ ორთქლი ჯერ, არ არის ადვილი საწვავის წვის შედეგად წარმოქმნილი გამონაბოლქვი აირის პირდაპირი გამოყენება და ამით ენერგიის გარდაქმნის პროცესში არასაჭირო შუამავლობის აღმოფხვრა? ასე გაჩნდა პირველი რეალური გაზის ტურბინა. 1791 წლის პატენტი ასახავს ძირითად იდეას უცხენო ეტლში გამოსაყენებლად, მაგრამ მისი ელემენტები დღეს გამოიყენება თანამედროვე რაკეტებში, თვითმფრინავების ტანკებში და საავტომობილო ძრავებში. რეაქტიული ძრავის პროცესის დასაწყისი 1930 წელს ფრენკ უიტლმა მისცა. მას გაუჩნდა იდეა, გამოეყენებინა ტურბინა თვითმფრინავის ასაწევად. მოგვიანებით მან აღმოაჩინა განვითარება მრავალ ტურბოპროპის და ტურბორეაქტიულ პროექტებში.
ნიკოლა ტესლას გაზის ტურბინა
ცნობილი მეცნიერ-გამომგონებელი ყოველთვის არატრადიციულად უახლოვდებოდა შესასწავლ საკითხებს. ყველასათვის ცხადი ჩანდა, რომ ბორბლები პირებით ან პირებით "იჭერენ" მედიუმის მოძრაობას ბრტყელ ობიექტებზე უკეთ. ტესლამ, თავისი ჩვეული წესით, დაამტკიცა, რომ თუ როტორული სისტემა აწყობილია ღერძზე რიგად განლაგებული დისკებიდან, მაშინ გაზის ნაკადის მიერ სასაზღვრო ფენების აკრეფის გამო, ის არ ბრუნავს უარესად და ზოგიერთ შემთხვევაში. კიდევ უკეთესია, ვიდრე მრავალპირიანი პროპელერი. მართალია, მოძრავი საშუალების მიმართულება უნდა იყოს ტანგენციალური, რაც თანამედროვე ერთეულებში ყოველთვის არ არის შესაძლებელი ან სასურველი, მაგრამ დიზაინი მნიშვნელოვნად გამარტივებულია - მას საერთოდ არ სჭირდება პირები. ტესლას სქემის მიხედვით გაზის ტურბინები ჯერ არ შენდება, მაგრამ შესაძლოა იდეა მხოლოდ თავის დროს ელოდება.
სქემატური დიაგრამა
ახლა მანქანის ფუნდამენტური სტრუქტურის შესახებ. ეს არის მბრუნავი სისტემის კომბინაცია, რომელიც დამონტაჟებულია ღერძზე (როტორზე) და ფიქსირებულ ნაწილზე (სტატორი). ლილვზე მოთავსებულია დისკი როტორის პირებით, რომლებიც ქმნიან კონცენტრირებულ გისოსებს; ისინი ექვემდებარება გაზს, რომელიც მიეწოდება ზეწოლის ქვეშ სპეციალური საქშენებით. შემდეგ გაფართოებული გაზი შედის იმპულარში, რომელიც ასევე აღჭურვილია პირებით, რომელსაც ეწოდება სამუშაო პირები. ჰაერ-საწვავის ნარევის და გამონაბოლქვის (გამონაბოლქვის) მისაღებად გამოიყენება სპეციალური მილები. კომპრესორი ასევე ჩართულია ზოგად სქემაში. მისი დამზადება შესაძლებელია სხვადასხვა პრინციპის მიხედვით, საჭირო სამუშაო წნევის მიხედვით. მისი მუშაობისთვის ენერგიის ნაწილი აღებულია ღერძიდან, რომელიც მიდის ჰაერის შეკუმშვაზე. გაზის ტურბინა მუშაობს ჰაერის / საწვავის ნარევის წვით, რასაც თან ახლავს მოცულობის მნიშვნელოვანი ზრდა. ლილვი ბრუნავს, მისი ენერგია შეიძლება სასარგებლო იყოს. ასეთ სქემას უწოდებენ ერთ წრიულს, მაგრამ თუ ის განმეორდება, მაშინ ითვლება მრავალსაფეხურიანი.
თვითმფრინავის ტურბინების უპირატესობები
დაახლოებით ორმოცდაათიანი წლების შუა ხანებიდან გამოჩნდა ახალი თაობის თვითმფრინავი, მათ შორის სამგზავრო თვითმფრინავები (სსრკ-ში ეს არის ილ-18, ან-24, ან-10, ტუ-104, ტუ-114, ტუ-124 და ა.შ. ), რომელთა დიზაინებში თვითმფრინავის დგუშის ძრავები საბოლოოდ და შეუქცევად შეიცვალა ტურბინებით. ეს მიუთითებს ამ ტიპის ელექტროსადგურის უფრო დიდ ეფექტურობაზე. გაზის ტურბინის მახასიათებლები ბევრ რამეში აჭარბებს კარბურატორის ძრავების პარამეტრებს, კერძოდ, სიმძლავრის / წონის თანაფარდობის თვალსაზრისით, რაც უაღრესად მნიშვნელოვანია ავიაციისთვის, ისევე როგორც საიმედოობის თანაბრად მნიშვნელოვანი მაჩვენებლებით. საწვავის დაბალი მოხმარება, ნაკლები მოძრავი ნაწილები, უკეთესი გარემოსდაცვითი შესრულება, შემცირებული ხმაური და ვიბრაცია. ტურბინები ნაკლებად კრიტიკულია საწვავის ხარისხზე (რაც არ შეიძლება ითქვას საწვავის სისტემებზე), მათი შენარჩუნება უფრო ადვილია და არ საჭიროებს საპოხი ზეთის დიდ რაოდენობას. ზოგადად, ერთი შეხედვით ჩანს, რომ ისინი შედგება არა ლითონისგან, არამედ მყარი დამსახურებებისგან. სამწუხაროდ, ეს ასე არ არის.
გაზის ტურბინის ძრავებს ასევე აქვთ უარყოფითი მხარეები
გაზის ტურბინა ექსპლუატაციის დროს თბება და სითბოს გადასცემს მიმდებარე სტრუქტურულ ელემენტებს. ეს განსაკუთრებით კრიტიკულია, ისევ ავიაციაში, გადამისამართებული განლაგების სქემის გამოყენებისას, რომელიც გულისხმობს კუდის ქვედა ნაწილის გარეცხვას რეაქტიული ნაკადით. ხოლო ძრავის კორპუსი თავისთავად მოითხოვს სპეციალურ თბოიზოლაციას და სპეციალური ცეცხლგამძლე მასალების გამოყენებას, რომელსაც შეუძლია გაუძლოს მაღალ ტემპერატურას.
გაზის ტურბინების გაგრილება ტექნიკური გამოწვევაა. ეს არ არის ხუმრობა, ისინი მოქმედებენ რეალურად მუდმივი აფეთქების რეჟიმში, რომელიც ხდება კორპუსში. ზოგიერთ რეჟიმში ეფექტურობა უფრო დაბალია, ვიდრე კარბურატორის ძრავები, თუმცა, ორ წრიული მიკროსქემის გამოყენებისას, ეს ნაკლი აღმოფხვრილია, თუმცა დიზაინი უფრო რთულდება, როგორც წრეში "გამაძლიერებელი" კომპრესორების შეყვანის შემთხვევაში. ტურბინების აჩქარებას და მუშაობის რეჟიმზე მიღწევას გარკვეული დრო სჭირდება. რაც უფრო ხშირად იწყება და ჩერდება მოწყობილობა, მით უფრო სწრაფად ცვდება იგი.
სწორი აპლიკაცია
ისე, არცერთი სისტემა არ არის სრულყოფილი ხარვეზების გარეშე. მნიშვნელოვანია თითოეული მათგანის ისეთი განაცხადის პოვნა, რომელშიც უფრო მკაფიოდ გამოვლინდება მისი დამსახურება. მაგალითად, ტანკები, როგორიცაა ამერიკული Abrams, რომლებიც იკვებება გაზის ტურბინით. მისი საწვავის შევსება შესაძლებელია ყველაფრით, რაც იწვის, მაღალი ოქტანური ბენზინიდან დაწყებული ვისკით დამთავრებული და ის იძლევა დიდ ძალას. მაგალითი, ალბათ არც თუ ისე წარმატებული, რადგან ერაყსა და ავღანეთში გამოყენების გამოცდილებამ აჩვენა კომპრესორის პირების დაუცველობა ქვიშის ზემოქმედების მიმართ. გაზის ტურბინები უნდა შეკეთდეს აშშ-ში, საწარმოო ქარხანაში. წაიღეთ ავზი იქ, შემდეგ დაბრუნდით და თავად მომსახურების ღირებულება, პლუს აქსესუარები ...
ბლოკირებას ნაკლებად განიცდიან ვერტმფრენები, რუსული, ამერიკული და სხვა ქვეყნები, ასევე მძლავრი ჩქაროსნული კატარღები. თხევადი რაკეტები შეუცვლელია.
თანამედროვე სამხედრო გემებსა და სამოქალაქო გემებს ასევე აქვთ გაზის ტურბინის ძრავები. და ასევე ენერგია.
ტრიგენერატორი ელექტროსადგურები
თვითმფრინავების მწარმოებლების პრობლემები ნაკლებად აწუხებს მათ, ვინც აწარმოებს სამრეწველო აღჭურვილობას ელექტროენერგიის წარმოებისთვის. წონა ამ შემთხვევაში აღარ არის ისეთი მნიშვნელოვანი და შეგიძლიათ ყურადღება გაამახვილოთ ისეთ პარამეტრებზე, როგორიცაა ეფექტურობა და საერთო ეფექტურობა. გაზის ტურბინის გენერატორის კომპლექტებს აქვთ მასიური ჩარჩო, საიმედო ჩარჩო და სქელი პირები. სავსებით შესაძლებელია მისი გამოყენებით წარმოქმნილი სითბოს გამოყენება სხვადასხვა საჭიროებებისთვის, სისტემაში მეორადი გადამუშავებიდან დაწყებული, საყოფაცხოვრებო შენობების გათბობით და შთანთქმის ტიპის სამაცივრო დანადგარების თბომომარაგებამდე. ამ მიდგომას ეწოდება ტრიგენერაცია და ეფექტურობა ამ რეჟიმში 90%-ს უახლოვდება.
ატომური ელექტროსადგურები
გაზის ტურბინისთვის ფუნდამენტური განსხვავება არ არის, რა არის გაცხელებული საშუალების წყარო, რომელიც ენერგიას აძლევს მის პირებს. ეს შეიძლება იყოს დამწვარი ჰაერისა და საწვავის ნაზავი, ან უბრალოდ ზედმეტად გახურებული ორთქლი (აუცილებლად წყალი არ არის), თუ ის უზრუნველყოფს უწყვეტ დენის მიწოდებას. მის ბირთვში, ყველა ატომური ელექტროსადგურის, წყალქვეშა ნავის, თვითმფრინავის მატარებლის, ყინულისმტვრევისა და ზოგიერთი სამხედრო ზედაპირული ხომალდის ელექტროსადგურები (მაგალითად, პეტრე დიდის სარაკეტო კრეისერი) დაფუძნებულია გაზის ტურბინაზე (GTU), რომელიც ბრუნავს ორთქლით. უსაფრთხოებისა და გარემოს დაცვის საკითხები ნაკარნახევია დახურული პირველადი სქემით. ეს ნიშნავს, რომ პირველადი თერმული აგენტი (პირველ ნიმუშებში ამ როლს ასრულებდა ტყვია, ახლა ის შეიცვალა პარაფინით), არ ტოვებს რეაქტორის ზონას, მიედინება საწვავის ელემენტების გარშემო წრეში. სამუშაო ნივთიერება თბება შემდგომ სქემებში და აორთქლებული ნახშირორჟანგი, ჰელიუმი ან აზოტი ბრუნავს ტურბინის ბორბალს.
ფართო აპლიკაცია
რთული და დიდი დანადგარები თითქმის ყოველთვის უნიკალურია, მათი წარმოება ხორციელდება მცირე სერიებში ან ზოგადად, კეთდება ერთჯერადი ასლები. ყველაზე ხშირად, დიდი რაოდენობით წარმოებული ერთეულები გამოიყენება ეკონომიკის მშვიდობიან სექტორებში, მაგალითად, მილსადენებით ნახშირწყალბადების გადატუმბვისთვის. ეს არის UEC-ის მიერ სატურნის ბრენდის ქვეშ წარმოებული. სატუმბი სადგურების გაზის ტურბინები სრულად შეესაბამება მათ სახელს. ისინი ბუნებრივ აირს ნამდვილად ტუმბიან თავიანთი სამუშაოსთვის საკუთარი ენერგიის გამოყენებით.
რჩეულებში დამატება რჩეულებში რჩეულებიდან
0საინტერესო ვინტაჟური სტატია, რომელიც ვფიქრობ, დააინტერესებს კოლეგებს.
მისი უპირატესობები
თვითმფრინავი ცის გამჭვირვალე ლურჯში ღრიალებს. ხალხი ჩერდება, მზეს ხელისგულებით იფარავს თვალებს და ეძებს მას ღრუბლების იშვიათ კუნძულებს შორის. მაგრამ ვერ პოულობენ. იქნებ ღრუბელი მალავს, ან ისე აფრინდა, რომ უკვე შეუიარაღებელი თვალით შეუმჩნეველია? არა, ვიღაცამ უკვე დაინახა და მეზობელს ხელით უჩვენებს - სულაც არა იმ მიმართულებით, სადაც სხვები იყურებიან. გამხდარი, უკან გადაგდებული ფრთებით, ისარივით დაფრინავს ისე სწრაფად, რომ მისი ფრენის ხმა მიწას აღწევს იმ წერტილიდან, სადაც თვითმფრინავი დიდი ხანია გასული იყო. ხმა თითქოს მას ჩამორჩება. და თვითმფრინავი, თითქოს თავის მშობლიურ სტიქიაში ტრიალებს, უცებ უცებ, თითქმის ვერტიკალურად, აფრინდება ზევით, გადაბრუნდება, ქვასავით ეცემა და ისევ სწრაფად იძვრება ჰორიზონტალურად... ეს რეაქტიული თვითმფრინავია.
რეაქტიული ძრავის მთავარი კომპონენტი, რომელიც თვითმფრინავს აძლევს ამ უკიდურესად მაღალ სიჩქარეს, თითქმის ხმის სიჩქარეს უტოლდება, არის გაზის ტურბინა. ბოლო 10-15 წლის განმავლობაში ის თვითმფრინავში ავიდა და ხელოვნური ფრინველების სიჩქარე ოთხიდან ხუთასი კილომეტრით გაიზარდა. საუკეთესო დგუშის ძრავები ვერ უზრუნველყოფდნენ ასეთ სიჩქარეს წარმოების თვითმფრინავებისთვის. როგორ მუშაობს ეს საოცარი ძრავა, რომელმაც ავიაციას ასეთი დიდი წინგადადგმული ნაბიჯი გადადგა, ეს უახლესი ძრავა - გაზის ტურბინა?
შემდეგ კი მოულოდნელად აღმოჩნდება, რომ გაზის ტურბინა სულაც არ არის უახლესი ძრავა. ირკვევა, რომ ჯერ კიდევ გასულ საუკუნეში იყო პროექტები გაზის ტურბინის ძრავებისთვის. მაგრამ გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, ტექნოლოგიური განვითარების დონით განსაზღვრული, გაზის ტურბინას არ შეეძლო კონკურენცია გაუწიოს სხვა ტიპის ძრავებს. ეს იმისდა მიუხედავად, რომ გაზის ტურბინას მათთან შედარებით არაერთი უპირატესობა აქვს.
მოდით შევადაროთ გაზის ტურბინა, მაგალითად, ორთქლის ძრავას. მისი სტრუქტურის სიმარტივე ამ შედარებაში მაშინვე იპყრობს თვალს. გაზის ტურბინას არ სჭირდება დახვეწილი, მოცულობითი ორთქლის ქვაბი, უზარმაზარი კონდენსატორი და მრავალი სხვა დამხმარე მექანიზმი.
მაგრამ ჩვეულებრივი დგუშიანი შიდა წვის ძრავსაც კი არ აქვს ქვაბი ან კონდენსატორი. რა უპირატესობა აქვს გაზის ტურბინას დგუშიან ძრავთან შედარებით, რომელიც მან ასე სწრაფად ჩამოაგდო მაღალსიჩქარიანი თვითმფრინავიდან?
ის ფაქტი, რომ გაზის ტურბინის ძრავა არის უკიდურესად მსუბუქი ძრავა. მისი წონა სიმძლავრის ერთეულზე მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე სხვა ტიპის ძრავები.
გარდა ამისა, მას არ გააჩნია რაიმე თარგმანულად მოძრავი ნაწილები - დგუშები, შემაერთებელი წნელები და ა.შ., რაც ზღუდავს ძრავის სიჩქარეს. ეს უპირატესობა, რომელიც არც თუ ისე მნიშვნელოვანია იმ ადამიანებისთვის, რომლებიც არ არიან განსაკუთრებით ახლოს ტექნოლოგიასთან, ხშირად გადამწყვეტი აღმოჩნდება ინჟინრისთვის.
გაზის ტურბინას აქვს კიდევ ერთი დიდი უპირატესობა სხვა შიდა წვის ძრავებთან შედარებით. მას შეუძლია იმუშაოს მყარ საწვავზე. უფრო მეტიც, მისი ეფექტურობა იქნება არა ნაკლები, არამედ მეტი, ვიდრე საუკეთესო დგუშიანი შიდა წვის ძრავა, რომელიც მუშაობს ძვირადღირებულ თხევად საწვავზე.
როგორი ეფექტურობის უზრუნველყოფა შეუძლია გაზის ტურბინას?
გამოდის, რომ უკვე უმარტივესი გაზის ტურბინის ერთეული, რომელსაც შეუძლია აირზე მუშაობა ტურბინის წინ ტემპერატურით 1250-1300 ° C, ექნება დაახლოებით 40-45% ეფექტურობა. თუ ჩვენ გავართულებთ ინსტალაციას, გამოვიყენებთ რეგენერატორებს (ისინი იყენებენ ნარჩენი გაზის სითბოს ჰაერის გასათბობად), ვიყენებთ ინტერგაციებას და მრავალსაფეხურიან წვას, შეგიძლიათ მიიღოთ გაზის ტურბინის ქარხნის ეფექტურობა 55-60%. ეს მაჩვენებლები გვიჩვენებს, რომ გაზის ტურბინას შეუძლია ეკონომიურობის თვალსაზრისით ბევრად გადააჭარბოს ყველა არსებულ ძრავას. ამრიგად, ავიაციაში გაზის ტურბინის გამარჯვება უნდა ჩაითვალოს მხოლოდ ამ ძრავის პირველ გამარჯვებად, რასაც მოჰყვება სხვები: სარკინიგზო ტრანსპორტში - ორთქლის ძრავაზე, სტაციონარულ ენერგეტიკაში - ორთქლის ტურბინაზე. გაზის ტურბინა უახლოესი მომავლის მთავარ ძრავად უნდა ჩაითვალოს.
მისი ნაკლოვანებები
საავიაციო გაზის ტურბინის ძირითადი სტრუქტურა დღეს არ არის რთული (იხ. დიაგრამა ქვემოთ). კომპრესორი განლაგებულია გაზის ტურბინის იმავე ლილვზე, რომელიც შეკუმშავს ჰაერს და მიმართავს მას წვის კამერებში. აქედან გაზი შედის ტურბინის პირებში, სადაც მისი ენერგიის ნაწილი გარდაიქმნება მექანიკურ სამუშაოდ, რომელიც აუცილებელია კომპრესორისა და დამხმარე მოწყობილობების ბრუნვისთვის, პირველ რიგში, ტუმბოს წვის კამერებში საწვავის უწყვეტი მიწოდებისთვის. გაზის ენერგიის კიდევ ერთი ნაწილი გარდაიქმნება უკვე რეაქტიული საქშენში, რაც ქმნის რეაქტიულ ბიძგს. ზოგჯერ მზადდება ტურბინები, რომლებიც გამოიმუშავებენ უფრო მეტ სიმძლავრეს, ვიდრე საჭიროა კომპრესორის და დამხმარე მოწყობილობების მართვისთვის; ამ ენერგიის ჭარბი ნაწილი გადაცემათა კოლოფში გადადის პროპელერში. არსებობს თვითმფრინავის გაზის ტურბინის ძრავები, რომლებიც აღჭურვილია როგორც პროპელერით, ასევე რეაქტიული საქშენით.
სტაციონარული გაზის ტურბინა ფუნდამენტურად არ განსხვავდება საავიაციოსგან, მხოლოდ პროპელერის ნაცვლად, ელექტრო გენერატორის როტორი მიმაგრებულია მის ლილვზე და წვის აირები არ გამოიყოფა რეაქტიულ საქშენში, არამედ მაქსიმალურ შესაძლო ზღვარს. მათში შემავალი ენერგია ტურბინის პირებს. გარდა ამისა, სტაციონარული გაზის ტურბინა, რომელიც არ არის შეზღუდული ზომებისა და წონის მკაცრი მოთხოვნებით, აქვს მრავალი დამატებითი მოწყობილობა, რომელიც ზრდის მის ეფექტურობას და ამცირებს დანაკარგებს.
გაზის ტურბინა არის მაღალი ხარისხის მანქანა. ჩვენ უკვე აღვნიშნეთ გაზების სასურველი ტემპერატურა მისი იმპლერის პირების წინ - 1250-1300 °. ეს არის ფოლადის დნობის წერტილი. გაზი მოძრაობს წამში რამდენიმე ასეული მეტრის სიჩქარით, თბება ასეთ ტემპერატურამდე ტურბინის საქშენებსა და პირებში. მისი როტორი წუთში ათასზე მეტ ბრუნს აკეთებს. გაზის ტურბინა არის ინკანდესენტური გაზის განზრახ ორკესტრირებული ნაკადი. საქშენებში და ტურბინის პირებს შორის მოძრავი ცეცხლოვანი ნაკადების ბილიკები ზუსტად არის წინასწარ განსაზღვრული და გათვლილი დიზაინერების მიერ.
გაზის ტურბინა არის მაღალი სიზუსტის მანქანა. ლილვის საკისრები, რომლებიც წუთში ათასობით ბრუნს აკეთებს, უნდა გაკეთდეს უმაღლესი სიზუსტის კლასამდე. ამ სიჩქარით მბრუნავი როტორის უმცირესი დისბალანსის მოთმენა შეუძლებელია, წინააღმდეგ შემთხვევაში დარტყმები აფუჭებს მანქანას. პირების ლითონის მოთხოვნები უნდა იყოს უკიდურესად მაღალი - ცენტრიდანული ძალები აძაბავს მას ზღვრამდე.
გაზის ტურბინის ამ მახასიათებლებმა ნაწილობრივ შეანელა მისი განხორციელება, მიუხედავად მისი მაღალი უპირატესობებისა. მართლაც, როგორი უნდა იყოს სითბოს მდგრადი და თბოგამძლე მასალები, რათა ფოლადის დნობის ტემპერატურაზე დიდი ხნის განმავლობაში გაუძლოს ყველაზე დაძაბულ სამუშაოს? თანამედროვე ტექნოლოგია არ იცნობს ასეთ მასალებს.
მეტალურგიის მიღწევების გამო ტემპერატურის მატება ძალიან ნელია. ბოლო 10-12 წლის განმავლობაში მათ უზრუნველყოფენ ტემპერატურის მატებას 100-150 ° -ით, ანუ წელიწადში 10-12 ° -ით. ამრიგად, დღეს ჩვენი სტაციონარული გაზის ტურბინები შეიძლება მუშაობდნენ (თუ არ არსებობდა სხვა გზები მაღალ ტემპერატურასთან გამკლავებისთვის) მხოლოდ დაახლოებით 700 ° C ტემპერატურაზე. სტაციონარული გაზის ტურბინების მაღალი ეფექტურობის უზრუნველყოფა შესაძლებელია მხოლოდ სამუშაო აირების უფრო მაღალ ტემპერატურაზე. თუ მეტალურგები გაზრდიან მასალების სითბოს წინააღმდეგობას იმავე სიჩქარით (რაც ზოგადად საეჭვოა), მხოლოდ ორმოცდაათ წელიწადში უზრუნველყოფენ სტაციონარული გაზის ტურბინების მუშაობას.
დღეს ინჟინრები განსხვავებულ გზას დგანან. აუცილებელია გაცივდეს, ამბობენ, გაზის ტურბინის ელემენტები, რომლებიც ცხელი გაზებით ირეცხება. ეს უპირველეს ყოვლისა ეხება გაზის ტურბინის იმპერატორის საქშენებსა და პირებს. და ამ მიზნით, შემოთავაზებულია მრავალი სხვადასხვა გადაწყვეტა.
ასე რომ, შემოთავაზებულია პირების ღრუს გაკეთება და შიგნიდან გაცივება ცივი ჰაერით ან სითხით. არის კიდევ ერთი წინადადება - ააფეთქოთ ცივი ჰაერი დანის ზედაპირის ირგვლივ, შექმნათ დამცავი ცივი ფილმი მის ირგვლივ, თითქოს დანა ჩადეთ ცივი ჰაერის პერანგში. დაბოლოს, შეგიძლიათ გააკეთოთ პირი ფოროვანი მასალისგან და ამ ფორების მეშვეობით შიგნიდან მიაწოდოთ გამაგრილებელი, ისე, რომ დანა "ოფლი" იყოს. მაგრამ ყველა ეს წინადადება ძალიან რთულია პირდაპირი კონსტრუქციული გადაწყვეტის შემთხვევაში.
გაზის ტურბინების დიზაინში კიდევ ერთი გადაუჭრელი ტექნიკური პრობლემაა. ყოველივე ამის შემდეგ, გაზის ტურბინის ერთ-ერთი მთავარი უპირატესობა ის არის, რომ მას შეუძლია მყარ საწვავზე მუშაობა. ამ შემთხვევაში ყველაზე მიზანშეწონილია ატომიზებული მყარი საწვავის დაწვა უშუალოდ ტურბინის წვის კამერაში. მაგრამ ირკვევა, რომ ჩვენ არ ვიცით, როგორ ეფექტურად გამოვყოთ ნაცრისა და წიდის მყარი ნაწილაკები წვის აირებისგან. 10-15 მიკრონზე მეტი ზომის ეს ნაწილაკები, ინკანდესენტური აირების ნაკადთან ერთად, ეცემა ტურბინის პირებს და აკაწრებს და ანადგურებს მათ ზედაპირს. წვის აირების რადიკალური გაწმენდა ფერფლისა და წიდის ნაწილაკებისგან ან ატომიზებული საწვავის წვა ისე, რომ მყარი ნაწილაკები მხოლოდ 10 მიკრონზე ნაკლები იყოს, წარმოიქმნება - ეს არის კიდევ ერთი ამოცანა, რომელიც უნდა გადაწყდეს, რათა გაზის ტურბინა "ზეციდან დედამიწაზე ჩამოვიდეს". .
ავიაციაში
მაგრამ რაც შეეხება ავიაციას? რატომ არის გაზის ტურბინის ეფექტურობა მაღალი ცაში გაზების იმავე ტემპერატურაზე მეტი ვიდრე მიწაზე? რადგან მისი მუშაობის ეფექტურობის მთავარი კრიტერიუმი რეალურად არის არა წვის აირების ტემპერატურა, არამედ ამ ტემპერატურის შეფარდება გარე ჰაერის ტემპერატურასთან. და ჩვენი თანამედროვე ავიაციის მიერ დაუფლებულ სიმაღლეებზე, ეს ტემპერატურა ყოველთვის შედარებით დაბალია.
ამის წყალობით, ავიაციაში გაზის ტურბინა გახდა ძრავის მთავარი ტიპი ამჟამად. ახლა მაღალსიჩქარიანმა თვითმფრინავებმა მიატოვეს დგუშის ძრავა. შორ მანძილზე თვითმფრინავი იყენებს გაზის ტურბინას საჰაერო რეაქტიული გაზის ტურბინის ან ტურბოპროპის ძრავის სახით. ავიაციაში განსაკუთრებით გამოხატული იყო გაზის ტურბინის უპირატესობა სხვა ძრავებთან შედარებით ზომისა და წონის თვალსაზრისით.
და ეს უპირატესობები რიცხვების ზუსტი ენით გამოთქმული დაახლოებით ასეთია: დგუშის ძრავას მიწასთან ახლოს აქვს წონა 0,4-0,5 კგ 1 ცხენის ძალზე, გაზის ტურბინის ძრავა - 0,08-0,1 კგ 1 ცხ.ძ. -სიმაღლე პირობები, ვთქვათ 10 კმ სიმაღლეზე, დგუშის ძრავა ათჯერ უფრო მძიმე ხდება, ვიდრე გაზის ტურბინის საჰაერო რეაქტიული ძრავა.
ამჟამად, ოფიციალური მსოფლიო სიჩქარის რეკორდი ტურბორეაქტიული თვითმფრინავისთვის არის 1212 კმ/სთ. თვითმფრინავები ასევე განკუთვნილია ხმის სიჩქარეზე გაცილებით მაღალი სიჩქარისთვის (შეგახსენებთ, რომ ხმის სიჩქარე მიწაზე არის დაახლოებით 1220 კმ/სთ).
ნათქვამიდანაც კი ირკვევა, თუ რა რევოლუციური ძრავია ავიაციაში გაზის ტურბინა. ისტორიას ჯერ არ აქვს ცნობილი შემთხვევები, როდესაც ასეთ მოკლე დროში (10-15 წელი) ახალი ტიპის ძრავამ მთლიანად ჩაანაცვლა სხვა, სრულყოფილი ტიპის ძრავა ტექნოლოგიის მთელ სფეროში.
ლოკომოტივით
რკინიგზის გაჩენიდან გასული საუკუნის ბოლომდე, ორთქლის ძრავა - ორთქლის ლოკომოტივი - იყო რკინიგზის ძრავის ერთადერთი ტიპი. ჩვენი საუკუნის დასაწყისში გამოჩნდა ახალი, უფრო ეკონომიური და სრულყოფილი ლოკომოტივი - ელმავალი. დაახლოებით ოცდაათი წლის წინ, რკინიგზაზე გამოჩნდა სხვა ახალი ტიპის ლოკომოტივები - დიზელის ლოკომოტივები და ორთქლის ტურბინის ლოკომოტივები.
რა თქმა უნდა, ორთქლის ლოკომოტივმა თავისი არსებობის მანძილზე ბევრი მნიშვნელოვანი ცვლილება განიცადა. შეიცვალა მისი დიზაინიც და შეიცვალა ძირითადი პარამეტრები - სიჩქარე, წონა, სიმძლავრე. ორთქლის ლოკომოტივების წევის და სითბოს საინჟინრო მახასიათებლები მუდმივად იხვეწებოდა, რასაც ხელი შეუწყო ზედმეტად გახურებული ორთქლის გაზრდილი ტემპერატურის შემოღებამ, საკვების წყლის გათბობა, ღუმელში მიწოდებული ჰაერის გათბობა, დაფქული ნახშირის გათბობა და ა.შ. ორთქლის ლოკომოტივების ეფექტურობა ჯერ კიდევ ძალიან დაბალია და მხოლოდ 6-რვა%-ს აღწევს.
ცნობილია, რომ სარკინიგზო ტრანსპორტი, ძირითადად ორთქლის ლოკომოტივები, მოიხმარს დაახლოებით 30-35 ° / დაახლოებით ყველა ნახშირს ქვეყანაში. ორთქლის ლოკომოტივების ეფექტურობის გაზრდა მხოლოდ რამდენიმე პროცენტით ნიშნავს უზარმაზარ დანაზოგს, რომელიც შეადგენს ათობით მილიონ ტონა ნახშირს, რომელიც მოპოვებულია მიწიდან მაღაროელების შრომისმოყვარეობით.
დაბალი ეფექტურობა არის ორთქლის ლოკომოტივის მთავარი და ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაკლი, მაგრამ არა ერთადერთი. მოგეხსენებათ, ორთქლის ძრავა გამოიყენება როგორც ძრავა ორთქლის ლოკომოტივზე, რომლის ერთ-ერთი მთავარი კომპონენტია შემაერთებელი ღერო-ამწე მექანიზმი. ეს მექანიზმი წარმოადგენს სარკინიგზო ლიანდაგზე მოქმედი მავნე და საშიში ძალების წყაროს, რაც მკვეთრად ზღუდავს ორთქლის ლოკომოტივების სიმძლავრეს.
ასევე უნდა აღინიშნოს, რომ ორთქლის ძრავა ცუდად არის მორგებული მაღალი ორთქლის პარამეტრებთან მუშაობისთვის. ყოველივე ამის შემდეგ, ორთქლის ძრავის ცილინდრის შეზეთვა ჩვეულებრივ ხორციელდება ზეთის სუფთა ორთქლში შესხურებით, ხოლო ზეთს აქვს შედარებით დაბალი ტემპერატურის წინააღმდეგობა.
რა შეიძლება მივიღოთ, თუ გაზის ტურბინა გამოიყენება ლოკომოტივის ძრავად?
როგორც წევის ძრავას, გაზის ტურბინას აქვს მრავალი უპირატესობა ორთქლისა და შიდა წვის მიმართ. გაზის ტურბინა არ საჭიროებს წყალმომარაგებას და წყლის გაგრილებას და მოიხმარს ლუბრიკანტის აბსოლუტურად უმნიშვნელო რაოდენობას. გაზის ტურბინა წარმატებით მუშაობს დაბალი ხარისხის თხევად საწვავზე და შეუძლია იმუშაოს მყარ საწვავზე - ნახშირზე. გაზის ტურბინაში მყარი საწვავი შეიძლება დაიწვას, პირველ რიგში, გაზის სახით, მას შემდეგ რაც იგი ადრე გაზიფიცირებულია ეგრეთ წოდებულ გაზის გენერატორებში. მყარი საწვავის დაწვა შესაძლებელია მტვრის სახით და უშუალოდ წვის პალატაში.
გაზის ტურბინებში მყარი საწვავის წვის მხოლოდ ერთი განვითარება გაზის ტემპერატურის მნიშვნელოვანი ზრდის გარეშე და სითბოს გადამცვლელების დაყენების გარეშეც კი შესაძლებელს გახდის გაზის ტურბინის ლოკომოტივის აშენებას ოპერაციული ეფექტურობით დაახლოებით 13-15% ნაცვლად. საუკეთესო ორთქლის ლოკომოტივების ეფექტურობა 6-8%.
ჩვენ მივიღებთ უზარმაზარ ეკონომიკურ ეფექტს: პირველ რიგში, გაზის ტურბინის ლოკომოტივი შეძლებს გამოიყენოს ნებისმიერი საწვავი, მათ შორის მცირე ჯარიმები (ჩვეულებრივი ორთქლის ლოკომოტივი ბევრად უარესად მუშაობს წვრილმანებზე, რადგან მილში შეყვანა ამ შემთხვევაში შეიძლება მიაღწიოს 30-40-ს. %) და მეორე და რაც მთავარია, საწვავის მოხმარება 2-2,5-ჯერ შემცირდება, რაც ნიშნავს, რომ კავშირში ქვანახშირის წარმოების 15-18%, რომელიც იხარჯება ორთქლის ლოკომოტივებზე, 30-35-დან გამოიყოფა. % როგორც ზემოთ მოყვანილი ფიგურებიდან ჩანს, ორთქლის ლოკომოტივების შეცვლა გაზის ტურბინიანი ლოკომოტივებით კოლოსალურ ეკონომიკურ ეფექტს მისცემს.
ელექტროსადგურებში
დიდი რაიონული თბოელექტროსადგურები ნახშირის მეორე ყველაზე მნიშვნელოვანი მომხმარებელია. ისინი მოიხმარენ ჩვენს ქვეყანაში მოპოვებული ნახშირის მთლიანი რაოდენობის დაახლოებით 18-20%-ს. თანამედროვე რეგიონულ ელექტროსადგურებში ძრავად მუშაობს მხოლოდ ორთქლის ტურბინები, რომელთა სიმძლავრე ერთ ერთეულში 150 ათას კვტ-ს აღწევს.
სტაციონარული გაზის ტურბინის ქარხანაში, მისი მუშაობის ეფექტურობის გაზრდის ყველა შესაძლო მეთოდის გამოყენებით, შესაძლებელი იქნება 55-60%-იანი ეფექტურობის მიღება, ანუ 1,5-1,6-ჯერ მეტი საუკეთესო ორთქლის ეფექტურობაზე. ტურბინის ქარხნები, ისე, რომ ეკონომიური თვალსაზრისით აქ კვლავ გვაქვს გაზის ტურბინის უპირატესობა.
ბევრი ეჭვი არსებობს 100-200 ათასი კვტ-მდე დიდი სიმძლავრის გაზის ტურბინების შექმნის შესაძლებლობის შესახებ, მით უმეტეს, რომ ამჟამად ყველაზე მძლავრი გაზის ტურბინას აქვს მხოლოდ 27 ათასი კვტ სიმძლავრე. დიდი სიმძლავრის ტურბინის შექმნის მთავარი სირთულე წარმოიქმნება ტურბინის ბოლო ეტაპის დიზაინში.
ფაქტობრივი გაზის ტურბინა შეიძლება იყოს გაზის ტურბინის ქარხნებში, როგორც ერთსაფეხურიანი (საქშენი და ერთი დისკი როტორის პირებით), და მრავალსაფეხურიანი - თითქოს რამდენიმე თანმიმდევრულად დაკავშირებული ცალკეული საფეხური. ტურბინაში გაზის ნაკადის მსვლელობისას პირველი ეტაპიდან ბოლომდე, დისკების ზომები და როტორის პირების სიგრძე იზრდება კონკრეტული გაზის მოცულობის ზრდის გამო და ბოლოს აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობებს. ეტაპი. ამასთან, სიძლიერის პირობების მიხედვით, პირების სიგრძე, რომელიც უნდა გაუძლოს ცენტრიდანული ძალების სტრესს, არ შეიძლება აღემატებოდეს სრულიად გარკვეულ მნიშვნელობებს ტურბინის რევოლუციების მოცემული რაოდენობისა და პირების მოცემული მასალისთვის. ეს ნიშნავს, რომ ბოლო ეტაპის შემუშავებისას
ტურბინის ზომები არ უნდა აღემატებოდეს გარკვეულ ზღვრულ მნიშვნელობებს. ეს არის მთავარი სირთულე.
გამოთვლები აჩვენებს, რომ მაღალი და ულტრა მაღალი სიმძლავრის გაზის ტურბინები (დაახლოებით 100 ათასი კვტ) შეიძლება აშენდეს მხოლოდ ტურბინის წინ გაზების ტემპერატურის მკვეთრი ზრდის პირობებში. ინჟინრებს აქვთ გაზის ტურბინის სიმძლავრის ერთგვარი თანაფარდობა, გამოითვლება კვტ-ში 1 კვ. ტურბინის ბოლო ეტაპის კვადრატული მეტრი. მძლავრი ორთქლის ტურბინების მქონე დანადგარებისთვის, რომლის ეფექტურობაა დაახლოებით 35%, ის უდრის 16,5 ათას კვტ კვადრატულ მეტრზე. მ გაზის ტურბინებისთვის წვის გაზის ტემპერატურა 600 °, ეს არის მხოლოდ 4 ათასი კვადრატულ მეტრზე. მ შესაბამისად, უმარტივესი სქემის ასეთი გაზის ტურბინების ეფექტურობა არ აღემატება 22%-ს. აუცილებელია ტურბინაზე ქილების ტემპერატურის ამაღლება 1150 °-მდე, რადგან სიმძლავრის სპეციფიკური ფაქტორი იზრდება 18 ათას კვტ-მდე კვ. მ., ხოლო ეფექტურობა, შესაბამისად, 35%-მდე. უფრო მოწინავე გაზის ტურბინისთვის, რომელიც მუშაობს გაზის ტემპერატურაზე 1300-იან წლებში, ის უკვე იზრდება 42,5 ათას კვადრატულ მეტრზე. მ, ხოლო ეფექტურობა, შესაბამისად, 53,5%-მდე!
ᲛᲐᲜᲥᲐᲜᲘᲗ
მოგეხსენებათ, ყველა მანქანის მთავარი ძრავა შიდაწვის ძრავაა. თუმცა, ბოლო ხუთიდან რვა წლის განმავლობაში, გამოჩნდა როგორც სატვირთო მანქანების, ისე მანქანების პროტოტიპები გაზის ტურბინით. ეს კიდევ ერთხელ ადასტურებს, რომ გაზის ტურბინა იქნება უახლოესი მომავლის ძრავა ეროვნული ეკონომიკის ბევრ სფეროში.
რა სარგებელი მოაქვს გაზის ტურბინას, როგორც საავტომობილო ძრავას?
პირველი არის გადაცემათა კოლოფის ნაკლებობა. ორლილოვანი გაზის ტურბინას აქვს შესანიშნავი წევის მახასიათებლები, ავითარებს მაქსიმალურ ძალისხმევას გაშვებისას. შედეგად, ჩვენ ვიღებთ მანქანის დიდ დროსას პასუხს.
საავტომობილო ტურბინა მუშაობს იაფ საწვავზე და აქვს მცირე ზომები. მაგრამ იმის გამო, რომ საავტომობილო გაზის ტურბინა ჯერ კიდევ ძალიან ახალგაზრდა ტიპის ძრავაა, დიზაინერები, რომლებიც ცდილობენ შექმნან ძრავა, რომელიც კონკურენციას უწევს დგუშს, მუდმივად აწყდებიან ბევრ პრობლემას, რომელთა მოგვარებაც საჭიროა.
ყველა არსებული საავტომობილო გაზის ტურბინების მთავარი ნაკლი ორმხრივი შიდა წვის ძრავებთან შედარებით არის მათი დაბალი ეფექტურობა. მანქანებს შედარებით დაბალი სიმძლავრის ძრავები სჭირდებათ, 25 ტონიანი სატვირთო მანქანასაც კი აქვს დაახლოებით 300 ცხ.ძ. წმ. და ეს სიმძლავრე ძალიან მცირეა გაზის ტურბინისთვის. ასეთი სიმძლავრისთვის, ტურბინა აღმოჩნდება ძალიან მცირე ზომის, რის შედეგადაც ინსტალაციის ეფექტურობა დაბალი იქნება (12-15%), უფრო მეტიც, იგი მკვეთრად ეცემა დატვირთვის შემცირებით.
იმ ზომების შესაფასებლად, რაც შეიძლება ჰქონდეს მანქანის გაზის ტურბინას, წარმოგიდგენთ შემდეგ მონაცემებს: ასეთი გაზის ტურბინის მიერ დაკავებული მოცულობა დაახლოებით ათჯერ ნაკლებია იმავე სიმძლავრის დგუშის ძრავის მოცულობაზე. ტურბინა უნდა გაკეთდეს ბრუნვის დიდი რაოდენობით (დაახლოებით 30-40 ათასი ბრ/წთ), ზოგიერთ შემთხვევაში კი უფრო მაღალი (50 ათასი ბრ/წთ-მდე). ჯერჯერობით, ასეთი მაღალი სიჩქარის ათვისება რთულია.
ამრიგად, დაბალი ეფექტურობა და დიზაინის სირთულეები, რომლებიც გამოწვეულია გაზის ტურბინის მაღალი სიჩქარით და მცირე ზომით, არის მთავარი დამუხრუჭება მანქანაზე გაზის ტურბინის დამონტაჟებაზე.
დღევანდელი პერიოდი არის საავტომობილო გაზის ტურბინის დაბადების პერიოდი, მაგრამ შორს არ არის დრო, როდესაც შეიქმნება მაღალეკონომიური დაბალი სიმძლავრის გაზის ტურბინის ერთეული. უზარმაზარი პერსპექტივები გაიხსნება საავტომობილო გაზის ტურბინისთვის, რომელიც მუშაობს მყარ საწვავზე, რადგან საავტომობილო ტრანსპორტი თხევადი საწვავის ერთ-ერთი ყველაზე ტევადი მომხმარებელია და საავტომობილო ტრანსპორტის ნახშირად გადაქცევა უზარმაზარ ეროვნულ ეკონომიკურ ეფექტს მისცემს.
ჩვენ მოკლედ გავეცანით ეროვნული ეკონომიკის იმ სფეროებს, სადაც გაზის ტურბინამ, როგორც ძრავამ, უკვე დაიკავა ან შესაძლოა მალე დაიმკვიდროს თავისი კანონიერი ადგილი. არსებობს მთელი რიგი სხვა ინდუსტრიები, რომლებშიც გაზის ტურბინას ისეთი უპირატესობები აქვს სხვა ძრავებთან შედარებით, რომ მისი გამოყენება, რა თქმა უნდა, ხელსაყრელია. ასე, მაგალითად, არსებობს გაზის ტურბინის და გემების ფართო გამოყენების ყველა შესაძლებლობა, სადაც მისი მცირე ზომები და წონის მაჩვენებლები დიდი მნიშვნელობა აქვს.
საბჭოთა მეცნიერები და ინჟინრები თავდაჯერებულად მუშაობენ გაზის ტურბინების გაუმჯობესებაზე და სტრუქტურული სირთულეების აღმოფხვრაზე, რაც ხელს უშლის მათ ფართო გამოყენებას. ეს სირთულეები უდავოდ აღმოიფხვრება და შემდეგ დაიწყება გაზის ტურბინის გადამწყვეტი დანერგვა სარკინიგზო ტრანსპორტში და სტაციონარულ ენერგიაში.
გავა ცოტა დრო და გაზის ტურბინა აღარ იქნება მომავლის ძრავა, მაგრამ გახდება მთავარი ძრავა ეროვნული ეკონომიკის სხვადასხვა სექტორში.
გაზის ტურბინის ძრავის ერთ-ერთი უმარტივესი დიზაინი, მისი მუშაობის კონცეფციისთვის, შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც ლილვი, რომელზედაც არის ორი დისკი პირებით, პირველი დისკი არის კომპრესორი, მეორე არის ტურბინა, შუალედში. მათ აქვთ წვის კამერა.
გაზის ტურბინის ძრავის მუშაობის პრინციპი:
მიწოდებული საწვავის რაოდენობის ზრდა („გაზის“ დამატება) იწვევს უფრო მაღალი წნევის გაზების წარმოქმნას, რაც თავის მხრივ იწვევს ტურბინისა და კომპრესორის დისკების ბრუნვების რაოდენობის ზრდას და, შედეგად, ამოტუმბული ჰაერის მოცულობის და მისი წნევის მატება, რაც საშუალებას გაძლევთ იკვებოთ წვის პალატაში და დაწვათ მეტი საწვავი. ჰაერ-საწვავის ნარევის რაოდენობა პირდაპირ დამოკიდებულია წვის პალატაში მიწოდებული ჰაერის რაოდენობაზე. საწვავის შეკრებების (საწვავი-ჰაერის ნარევი) რაოდენობის ზრდა გამოიწვევს წვის პალატაში წნევის მატებას და აირების ტემპერატურის მატებას წვის კამერიდან გამოსასვლელში და, შედეგად, იძლევა საშუალებას შექმნას მეტი. გამოსხივებული აირების ენერგია, რომელიც მიმართულია ტურბინის ბრუნვისა და რეაქტიული ძალის გაზრდისკენ.
რაც უფრო პატარაა ძრავა, მით უფრო მაღალი უნდა იყოს ლილვის(ებ)ის ბრუნვის სიჩქარე, რომელიც საჭიროა პირების მაქსიმალური წრფივი სიჩქარის შესანარჩუნებლად, რადგან წრეწირი (გზა, რომელსაც პირები ერთ ბრუნში გადის) პირდაპირ დამოკიდებულია რადიუსზე. როტორი. ტურბინის პირების მაქსიმალური სიჩქარე განსაზღვრავს მაქსიმალურ წნევას, რომლის მიღწევაც შესაძლებელია, რაც იწვევს მაქსიმალურ სიმძლავრეს, მიუხედავად ძრავის ზომისა. რეაქტიული ძრავის ლილვი ბრუნავს დაახლოებით 10000 ბრ/წთ სიხშირით, ხოლო მიკროტურბინა - დაახლოებით 100000 ბრ/წთ სიხშირით.
საჰაერო ხომალდისა და გაზის ტურბინის ძრავების შემდგომი განვითარებისთვის რაციონალურია ახალი მოვლენების გამოყენება მაღალი სიმტკიცის და სითბოს მდგრადი მასალების სფეროში ტემპერატურისა და წნევის გასაზრდელად. შესაძლებელია ახალი ტიპის წვის კამერების გამოყენება, გაგრილების სისტემები, ნაწილების რაოდენობის და წონის შემცირება და მთლიანად ძრავა, ალტერნატიული საწვავის გამოყენება, ძრავის დიზაინის კონცეფციის ცვლილება.
დახურული ციკლის გაზის ტურბინის ერთეული (GTU)
დახურული ციკლის GTU-ში მოქმედი გაზი ბრუნავს გარემოსთან კონტაქტის გარეშე. გაზის გათბობა (ტურბინის წინ) და გაგრილება (კომპრესორის წინ) ხდება სითბოს გადამცვლელებში. ასეთი სისტემა იძლევა ნებისმიერი სითბოს წყაროს (მაგალითად, გაზით გაცივებული ბირთვული რეაქტორის) გამოყენების საშუალებას. თუ საწვავის წვა გამოიყენება როგორც სითბოს წყარო, მაშინ ასეთ მოწყობილობას ეწოდება გარე წვის ძრავა. პრაქტიკაში, დახურული ციკლის გაზის ტურბინები იშვიათად გამოიყენება.
გაზის ტურბინის აგრეგატი (GTU) გარე წვით
გარე წვის დროს საწვავად გამოიყენება დაფხვნილი ნახშირი ან წვრილად დაქუცმაცებული ბიომასა (მაგ. ნახერხი). გარე გაზის აფეთქება გამოიყენება როგორც პირდაპირ, ასევე ირიბად. პირდაპირ სისტემაში წვის პროდუქტები გადის ტურბინაში. არაპირდაპირი სისტემა იყენებს სითბოს გადამცვლელს და სუფთა ჰაერი მიედინება ტურბინაში. თერმული ეფექტურობა დაბალია არაპირდაპირი წვის სისტემაში, თუმცა პირები არ ექვემდებარება წვის პროდუქტებს. ერთლილოვანი და მრავალშახტიანი გაზის ტურბინის ძრავებიუმარტივეს გაზის ტურბინის ძრავას აქვს მხოლოდ ერთი ლილვი, სადაც დამონტაჟებულია ტურბინა, რომელიც ამოძრავებს კომპრესორს და ამავე დროს არის სასარგებლო სიმძლავრის წყარო. ეს აწესებს შეზღუდვას ძრავის მუშაობის რეჟიმებზე. ზოგჯერ ძრავა მრავალ ლილვისაა. ამ შემთხვევაში, არის რამდენიმე ტურბინის სერია, რომელთაგან თითოეული მართავს საკუთარ ლილვს. მაღალი წნევის ტურბინა (პირველი წვის კამერის შემდეგ) ყოველთვის მართავს ძრავის კომპრესორს, ხოლო შემდეგს შეუძლია მართოს როგორც გარე დატვირთვა (ვერტმფრენის ან გემის პროპელერები, მძლავრი ელექტრო გენერატორები და ა.შ.), ასევე ძრავის დამატებითი კომპრესორის ეტაპები. თავად, რომელიც მდებარეობს მთავარის წინ. კომპრესორის კასკადებად დაყოფა (დაბალი წნევის კასკადი, მაღალი წნევის კასკადი - LPC და HPC, შესაბამისად, ზოგჯერ მათ შორის მოთავსებულია საშუალო წნევის კასკადი, KSD, როგორც, მაგალითად, Tu-160 თვითმფრინავის NK-32 ძრავაში) საშუალებას გაძლევთ თავიდან აიცილოთ გადაჭარბება ნაწილობრივი რეჟიმებში. ასევე მრავალ ლილვის ძრავის უპირატესობა ის არის, რომ თითოეული ტურბინა მუშაობს ოპტიმალური სიჩქარითა და დატვირთვით. ერთი ლილვის ძრავის ლილვიდან ამოძრავებული დატვირთვით, იქნება ძრავის ძალიან ცუდი რეაგირება, ანუ სწრაფი ბრუნვის უნარი, რადგან ტურბინას სჭირდება ენერგიის მიწოდება, რათა ძრავას დიდი რაოდენობით ჰაერი მიაწოდოს. (ძალა შემოიფარგლება ჰაერის რაოდენობით) და დატვირთვის აჩქარებისთვის. ორი ლილვის დიზაინით, მსუბუქი მაღალი წნევის როტორი სწრაფად შედის ექსპლუატაციაში, რაც უზრუნველყოფს ძრავას ჰაერით, ხოლო დაბალი წნევის ტურბინას დიდი რაოდენობით აირები აჩქარებისთვის. ასევე შესაძლებელია აჩქარებისთვის ნაკლებად მძლავრი შემქმნელის გამოყენება მხოლოდ მაღალი წნევის როტორის გაშვებისას. გაშვების სისტემაგაზის ტურბინის ძრავის დასაწყებად საჭიროა მისი როტორი გარკვეული სიჩქარით დაატრიალოთ, რათა კომპრესორმა დაიწყოს საკმარისი რაოდენობის ჰაერის მიწოდება (მოცულობითი კომპრესორებისგან განსხვავებით, ინერციული (დინამიური) კომპრესორების მიწოდება კვადრატულად დამოკიდებულია ბრუნვის სიჩქარეზე. და, შესაბამისად, პრაქტიკულად არ არსებობს დაბალი სიჩქარით) და ცეცხლი წაუკიდეს კამერის წვის საწვავს მიწოდებულ ჰაერს. სანთლები, რომლებიც ხშირად დამონტაჟებულია სპეციალურ სასტარტო საქშენებზე, უმკლავდება მეორე ამოცანას და რეკლამას ასრულებს ამა თუ იმ დიზაინის დამწყები: გაზის ტურბინის ძრავების ტიპებიტურბორეაქტიული ძრავაფრენის დროს ჰაერის ნაკადი შენელდება კომპრესორის წინ არსებულ შესასვლელ მოწყობილობაში, რის შედეგადაც იზრდება მისი ტემპერატურა და წნევა. ადგილზე ჰაერი აჩქარებულია შესასვლელ მოწყობილობაში, მცირდება მისი ტემპერატურა და წნევა. კომპრესორში გავლისას ხდება ჰაერის შეკუმშვა, მისი წნევა 10-45-ჯერ მატულობს და ტემპერატურა მატულობს. კომპრესორები გაზის ტურბინის ძრავებისთვის იყოფა ღერძულ და ცენტრიფუგად. მრავალსაფეხურიანი ღერძული კომპრესორები ყველაზე გავრცელებულია ძრავებში ამ დღეებში. ცენტრიდანული კომპრესორები ჩვეულებრივ გამოიყენება მცირე ელექტროსადგურებში. გარდა ამისა, შეკუმშული ჰაერი შედის წვის პალატაში, ეგრეთ წოდებულ ფლეიმის მილებში, ან რგოლოვანი წვის პალატაში, რომელიც არ შედგება ცალკეული მილებისაგან, მაგრამ არის ცალმხრივი რგოლოვანი ელემენტი. წვის წვის კამერები ამ დღეებში ყველაზე გავრცელებული წვის კამერებია. ტუბულარული წვის კამერები გამოიყენება ბევრად უფრო იშვიათად, ძირითადად სამხედრო თვითმფრინავებზე. წვის კამერის შესასვლელში ჰაერი იყოფა პირველად, მეორად და მესამედ. პირველადი ჰაერი წვის პალატაში შედის სპეციალური ფანჯრის მეშვეობით წინა ნაწილში, რომლის ცენტრში მდებარეობს ინჟექტორის სამონტაჟო ფლანგა და უშუალოდ მონაწილეობს საწვავის დაჟანგვაში (წვაში) (საწვავი-ჰაერის ნარევის წარმოქმნა). მეორადი ჰაერი შედის წვის პალატაში ალი მილის კედლებში ხვრელების მეშვეობით, გაგრილდება, აყალიბებს ლამპარს და არ მონაწილეობს წვაში. მესამეული ჰაერი მიეწოდება წვის კამერას უკვე მისგან გასასვლელში, ტემპერატურის ველის გასათანაბრებლად. როდესაც ძრავა მუშაობს, ცეცხლის მილის წინა ნაწილში ყოველთვის ბრუნავს ცხელი აირის მორევი (რაც განპირობებულია ალი მილის წინა ნაწილის განსაკუთრებული ფორმის გამო), რომელიც მუდმივად ანთებს წარმოქმნილ ჰაერ-საწვავის ნარევს, საწვავი (ნავთი, გაზი), რომელიც ორთქლის მდგომარეობაში გამოდის საქშენებიდან, იწვება. გაზი-ჰაერის ნარევი ფართოვდება და მისი ენერგიის ნაწილი ტურბინაში გარდაიქმნება როტორის პირების მეშვეობით მთავარი ლილვის ბრუნვის მექანიკურ ენერგიად. ეს ენერგია იხარჯება, უპირველეს ყოვლისა, კომპრესორის მუშაობისთვის, ასევე გამოიყენება ძრავის ერთეულების (საწვავის გამაძლიერებელი ტუმბოები, ზეთის ტუმბოები და ა. . გაფართოებული გაზის ჰაერის ნარევის ენერგიის ძირითადი ნაწილი მიდის საქშენში გაზის ნაკადის დასაჩქარებლად და რეაქტიული ბიძგის შესაქმნელად. რაც უფრო მაღალია წვის ტემპერატურა, მით უფრო მაღალია ძრავის ეფექტურობა. ძრავის ნაწილების განადგურების თავიდან ასაცილებლად, მათი წარმოებისთვის გამოიყენება სითბოს მდგრადი შენადნობები და თერმული ბარიერის საფარი. ასევე გაგრილების სისტემა გამოიყენება კომპრესორის შუა საფეხურებიდან აღებული ჰაერით. Afterburner ტურბორეაქტიული ძრავატურბორეაქტიული ძრავა შემდგომი დამწვრობით (TRDF) არის ტურბორეაქტიული ძრავის მოდიფიკაცია, რომელიც ძირითადად გამოიყენება ზებგერითი თვითმფრინავებზე. ტურბინასა და საქშენს შორის დამონტაჟებულია დამატებითი დამწვარი, რომელშიც დამატებითი საწვავი იწვება. შედეგი არის ბიძგების (afterburner) მატება 50%-მდე, მაგრამ საწვავის მოხმარება მკვეთრად იზრდება. დამწვრობის შემდგომი ძრავები ჩვეულებრივ არ გამოიყენება კომერციულ ავიაციაში მათი დაბალი ეფექტურობის გამო. შემოვლითი ტურბორეაქტიული ძრავატურბორეაქტიულ შემოვლით ძრავში (TJE) ჰაერის ნაკადი შედის დაბალი წნევის კომპრესორში, რის შემდეგაც ნაკადის ნაწილი გადის ტურბო დამტენში ჩვეული წესით, ხოლო დანარჩენი (ცივი) გადის გარე წრეში და გამოდის გარეთ. წვა, ქმნის დამატებით ბიძგს. შედეგი არის გამონაბოლქვი აირის დაბალი ტემპერატურა, საწვავის დაბალი მოხმარება და დაბალი ძრავის ხმაური. ჰაერის რაოდენობის თანაფარდობას, რომელიც გაიარა გარე წრედში ჰაერის რაოდენობასთან, რომელიც გაიარა შიდა წრეში, ეწოდება შემოვლითი თანაფარდობა ( მ). შემოვლითი ხარისხით<4 потоки контуров на выходе, как правило, смешиваются и выбрасываются через общее сопло, если მ > 4 - ნაკადები ცალ-ცალკე ამოდის, ვინაიდან შერევა რთულია მნიშვნელოვანი წნევისა და სიჩქარის განსხვავებების გამო. მეორადი მიკროსქემის გამოყენება სამხედრო ავიაციის ძრავებში საშუალებას იძლევა გაცივდეს ძრავის ცხელი ნაწილები, ეს საშუალებას იძლევა გაიზარდოს ტურბინის წინ არსებული გაზების ტემპერატურა, რაც ხელს უწყობს ბიძგის დამატებით ზრდას. დაბალი შემოვლითი ძრავები ( მ < 2 ) გამოიყენება ზებგერითი თვითმფრინავებისთვის, ძრავებისთვის მ > 2 ქვებგერითი სამგზავრო და სატრანსპორტო თვითმფრინავებისთვის. ტურბოფენის ძრავატურბოფენის რეაქტიული ძრავა (TVRD) არის ტურბორეაქტიული ძრავა შემოვლითი კოეფიციენტით m = 2-10. აქ დაბალწნევიანი კომპრესორი გარდაიქმნება ვენტილატორით, რომელიც კომპრესორისგან განსხვავდება უფრო მცირე რაოდენობის საფეხურებით და დიდი დიამეტრით და ცხელი ჭავლი პრაქტიკულად არ არის შერეული ცივთან. იგი გამოიყენება სამოქალაქო ავიაციაში, ძრავას აქვს ხანგრძლივი დანიშნულ რესურსი და დაბალი სპეციფიკური საწვავის მოხმარება ქვებგერითი სიჩქარით. ტურბოპროპის ძრავატურბორეაქტიული ძრავის შემდგომი განვითარება შემოვლითი კოეფიციენტის ზრდით m = 20-90 არის ტურბოპროპის გულშემატკივართა ძრავა (TVVD). ტურბოპროპის ძრავისგან განსხვავებით, ჰესის ძრავის პირები საბრალო ფორმისაა, რაც საშუალებას გაძლევთ გადაიტანოთ ჰაერის ნაკადის ნაწილი კომპრესორზე და გაზარდოთ წნევა კომპრესორის შესასვლელში. ასეთ ძრავას ეწოდება პროფფანი და შეიძლება იყოს ღია ან დახურული რგოლისებრი ფარინგი. მეორე განსხვავება ისაა, რომ პროფფანი პირდაპირ არ ამოძრავებს ტურბინიდან, არამედ პროპელერის მსგავსად, გადაცემათა კოლოფში. ძრავა ყველაზე ეკონომიურია, მაგრამ ამავდროულად ამ ტიპის ძრავებით თვითმფრინავის კრუიზის სიჩქარე ჩვეულებრივ არ აღემატება 550 კმ/სთ-ს, არის უფრო ძლიერი ვიბრაციები და „ხმაური დაბინძურება“. ტურბოპროპიტურბოპროპის ძრავში (TVD) ძირითად ბიძგს უზრუნველყოფს პროპელერი, რომელიც დაკავშირებულია გადაცემათა კოლოფით ტურბო დამტენის ლილვთან. ამისთვის გამოიყენება საფეხურების გაზრდილი რაოდენობის ტურბინა, რათა ტურბინაში გაზის გაფართოება თითქმის მთლიანად მოხდეს და ბიძგების მხოლოდ 10-15% უზრუნველყოფილია გაზის ჭავლით. ტურბოპროპის ძრავები ბევრად უფრო ეკონომიურია ფრენის დაბალი სიჩქარით და ფართოდ გამოიყენება საჰაერო ხომალდებისთვის, რომლებსაც აქვთ მაღალი დატვირთვა და ფრენის დიაპაზონი - მაგალითად, An-12, An-22, C-130. ოპერაციების თეატრით აღჭურვილი თვითმფრინავების საკრუიზო სიჩქარეა 500-700 კმ/სთ. დამხმარე კვების ბლოკი (APU)APU არის პატარა გაზის ტურბინის ძრავა, რომელიც არის ავტონომიური ენერგიის წყარო ბორტზე. უმარტივეს APU-ებს შეუძლიათ მხოლოდ ტურბინის კომპრესორიდან აღებული შეკუმშული ჰაერის მიწოდება, რომელიც გამოიყენება ძირითადი ძრავების გასაშვებად, ან კონდიცირების სისტემის ადგილზე მუშაობისთვის (მაგალითად, AI-9 ტიპის APU, რომელიც გამოიყენება ვერტმფრენებზე და Yak-40-ზე. თვითმფრინავი). უფრო რთული APU-ები, შეკუმშული ჰაერის წყაროს გარდა, უზრუნველყოფენ ელექტრულ დენს ბორტ ქსელში, ანუ ისინი წარმოადგენენ სრულფასოვან ავტონომიურ ელექტროსადგურს, რომელიც უზრუნველყოფს თვითმფრინავის ყველა საბორტო სისტემის ნორმალურ ფუნქციონირებას გარეშე. ძირითადი ძრავების გაშვება, ასევე სახმელეთო აეროდრომის ენერგიის წყაროების არარსებობის შემთხვევაში. ასეთია, მაგალითად, An-124, Tu-95MS, Tu-204, An-74 და სხვა APU TA-12. ტურბო ლილვის ძრავაასეთ ძრავას ყველაზე ხშირად აქვს თავისუფალი ტურბინა. მთელი ტურბინა დაყოფილია ორ ნაწილად, ერთმანეთისგან მექანიკურად გათიშული. მათ შორის კავშირი მხოლოდ გაზის დინამიურია. გაზის ნაკადი, რომელიც ბრუნავს პირველ ტურბინას, თმობს თავისი სიმძლავრის ნაწილს კომპრესორის როტაციაზე და შემდეგ, მეორეს ბრუნავს, რითაც ააქტიურებს სასარგებლო ერთეულებს ამ (მეორე) ტურბინის ლილვის მეშვეობით. ტურბო ლილვის ძრავზე არ არის რეაქტიული საქშენი. გამონაბოლქვი აირის გამოსასვლელი არ არის საქშენი და არ წარმოქმნის ბიძგს. TVaD-ის გამომავალი ლილვი, საიდანაც ამოღებულია მთელი სასარგებლო სიმძლავრე, შეიძლება მიმართული იყოს როგორც უკან, გამომავალი მოწყობილობის არხით და წინ, ან ტურბო დამტენის ღრუ ლილვის მეშვეობით, ან გადაცემათა კოლოფის მეშვეობით ძრავის კორპუსის გარეთ. ტურბოსტარტერიTS - ერთეული, რომელიც დამონტაჟებულია გაზის ტურბინის ძრავზე და შექმნილია მის დასატრიალებლად გაშვებისას. ასეთი მოწყობილობები წარმოადგენს მინიატურულ, მარტივი დიზაინით, ტურბოლილვის ძრავას, რომლის თავისუფალი ტურბინა ატრიალებს მთავარი ძრავის როტორს მისი გაშვებისას. მაგალითად: TS-21 ტურბო დამწყები, გამოყენებული AL-21F-3 ძრავზე, რომელიც დამონტაჟებულია Su-24 თვითმფრინავზე, ან TS-12, დამონტაჟებულია NK-12 თვითმფრინავის ძრავებზე Tu-95. და ტუ-142 თვითმფრინავი. TS-12-ს აქვს ერთსაფეხურიანი ცენტრიდანული კომპრესორი, კომპრესორის ამძრავის ორსაფეხურიანი ღერძული ტურბინა და ორსაფეხურიანი თავისუფალი ტურბინა. კომპრესორის როტორის ნომინალური სიჩქარე ძრავის დაწყების დასაწყისში არის 27 ათასი წთ-1, რადგან NK-12 როტორი ტრიალებს თავისუფალ ტურბინის TS-12 სიჩქარის გაზრდის გამო, კომპრესორის უკან უკანა წნევა. ტურბინა მცირდება და სიჩქარე იზრდება 30 ათას წთ-1-მდე. AL-31F ძრავის GTDE-117 ტურბო დამწყები ასევე დამზადებულია უფასო ტურბინით, ხოლო AM-3 ძრავის C-300M დამწყები, რომელიც იყო Tu-16, Tu-104 და M-4 თვითმფრინავებზე. არის ერთლილოვანი და ატრიალებს ძრავის როტორს სითხის შეერთების მეშვეობით. საზღვაო დანადგარებიგამოიყენება საზღვაო ინდუსტრიაში წონის შესამცირებლად. General Electric LM2500 და LM6000 არის ამ ტიპის მანქანების ტიპიური მოდელები. გემებს, რომლებიც იყენებენ ტურბოლილვის გაზის ტურბინის ძრავებს, ეწოდება გაზის ტურბინის ძრავები. ისინი საავტომობილო გემის სახეობაა. ეს არის ყველაზე ხშირად ჰიდროფოლიები, რომლებშიც პროპელერი მართავს ტურბოლილვის ძრავას მექანიკურად გადაცემათა კოლოფში ან ელექტრულად იმ გენერატორის მეშვეობით, რომელსაც ის ბრუნავს. ან ეს არის ჰოვერკრაფტი, რომელიც იქმნება გაზის ტურბინის ძრავით. მაგალითად, Cyclone-M გაზის ტურბინის გემი 2 DO37 გაზის ტურბინის ძრავით. რუსეთის ისტორიაში მხოლოდ ორი სამგზავრო გაზის ტურბინიანი გემი იყო. ბოლო ძალიან პერსპექტიული ხომალდი "Cyclone-M" გამოჩნდა 1986 წელს. მეტი ასეთი გემები არ აშენდა. სამხედრო სფეროში, ამ მხრივ, მდგომარეობა გარკვეულწილად უკეთესია. ამის მაგალითია ზუბრ სადესანტო ხომალდი, მსოფლიოში ყველაზე დიდი ჰოვერკრაფტი. სარკინიგზო დანადგარებილოკომოტივებს, რომლებიც მართავენ ტურბოლილვის გაზის ტურბინის ძრავებს, ეწოდებათ გაზის ტურბინის ლოკომოტივები (დიზელის ლოკომოტივის სახეობა). ისინი იყენებენ ელექტრო გადაცემას. GTE ატრიალებს ელექტრო გენერატორს და მის მიერ წარმოქმნილი დენი, თავის მხრივ, კვებავს ელექტროძრავებს, რომლებიც მოძრაობაში აყენებენ ლოკომოტივს. 1960-იან წლებში სსრკ-ში საკმაოდ წარმატებული საცდელი ოპერაცია გაიარა სამმა გაზის ტურბინის ლოკომოტივმა. ორი სამგზავრო და ერთი ტვირთი. თუმცა, მათ ვერ გაუძლეს ელმავლებთან კონკურენციას და 1970-იანი წლების დასაწყისში პროექტი გაუქმდა. მაგრამ 2007 წელს, რუსეთის რკინიგზის ინიციატივით, დამზადდა სატვირთო გაზის ტურბინის ლოკომოტივის პროტოტიპი, რომელიც მუშაობდა თხევად ბუნებრივ აირზე. GT1-მა წარმატებით გაიარა ტესტები, მოგვიანებით აშენდა მეორე გაზის ტურბინიანი ლოკომოტივი, იგივე ელექტროსადგურით, მაგრამ განსხვავებულ შასიზე, მანქანები მუშაობს. ბუნებრივი აირის ამოტუმბვაგაზის სატუმბი დანადგარის მუშაობის პრინციპი პრაქტიკულად არ განსხვავდება ტურბოპროპის ძრავებისგან, TVaD აქ გამოიყენება როგორც მძლავრი ტუმბოების ძრავა, ხოლო იგივე გაზი, რომელსაც ისინი ტუმბოს, გამოიყენება როგორც საწვავი. შიდა ინდუსტრიაში, ამ მიზნებისათვის, ავიაციის საფუძველზე შექმნილი ძრავები ფართოდ გამოიყენება - NK-12 (NK-12ST), NK-32 (NK-36ST), რადგან მათ შეუძლიათ გამოიყენონ თვითმფრინავის ძრავის ნაწილები, რომლებმაც ამოწურა მათი ფრენა. ცხოვრება. ელექტროსადგურებიტურბო ლილვის გაზის ტურბინის ძრავა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტრო გენერატორის მართვით ელექტროსადგურებში, რომლებიც დაფუძნებულია ამ ძრავებიდან ერთ ან რამდენიმეზე. ასეთ ელექტროსადგურს შეიძლება ჰქონდეს ელექტრო სიმძლავრე ოცი კილოვატიდან ასობით მეგავატამდე. ამასთან, გაზის ტურბინის ძრავა, გარდა ბრუნვისა, ასევე აწარმოებს დიდი რაოდენობით სითბოს, რომელიც ასევე შეიძლება გამოყენებულ იქნას ელექტროენერგიის ან სითბოს მიწოდებისთვის, შესაბამისად, ის ყველაზე ეფექტურია ნარჩენების სითბოს ქვაბთან ერთად გამოყენებისას. ნარჩენი სითბოს საქვაბეში მიღებული ორთქლი მიეწოდება ორთქლის ტურბინის ერთეულს, ამ შემთხვევაში მთლიან ერთეულს ეწოდება კომბინირებული ციკლი, ან მიეწოდება ქსელის გამათბობელს უბნის გათბობისთვის გამოსაყენებლად, ამ შემთხვევაში ბლოკი არის ეწოდება გაზის ტურბინას CHP. ტურბოლილვის ძრავები (TVaD) დამონტაჟებულია საბჭოთა T-80 ტანკზე (GTD-1000T ძრავა) და ამერიკულ M1 Abrams-ზე. ავზებზე დამონტაჟებული გაზის ტურბინის ძრავები, დიზელის მსგავსი ზომებით, აქვთ ბევრად მეტი სიმძლავრე, ნაკლები წონა და ნაკლები ხმაური, ნაკლები გამონაბოლქვი კვამლი. ასევე, TVaD უკეთ აკმაყოფილებს მრავალსაწვავის მოთხოვნებს, მისი დაწყება ბევრად უფრო ადვილია, - ატარებს ავზის ოპერატიულ მზადყოფნას გაზის ტურბინის ძრავით, ანუ ძრავის გაშვება და შემდეგ მისი ყველა სისტემის მუშაობის რეჟიმში შესვლა. რამდენიმე წუთი, რაც ძირითადად შეუძლებელია დიზელის ძრავის მქონე ავზისთვის, ხოლო ზამთრის პირობებში დაბალ ტემპერატურაზე, დიზელის ძრავა მოითხოვს საკმარისად ხანგრძლივ წინასწარ გახურებას, რაც არ არის საჭირო TVaD-ს მიერ. ტურბინასა და ტრანსმისიას შორის ხისტი მექანიკური კავშირის არარსებობის გამო, ძრავა არ ჩერდება ჩარჩენილ ავზზე ან უბრალოდ არ ეყრდნობა დაბრკოლებას. თუ წყალი შედის ძრავში (ავზის დახრჩობა), საკმარისია გაზ-ტურბინის ძრავის ეგრეთ წოდებული ცივი გადახვევა, რათა წყალი ამოიღოს გაზ-ჰაერის სადინიდან და ამის შემდეგ ძრავის ჩართვა შესაძლებელია - ავზზე. დიზელის ძრავა მსგავს სიტუაციაში ხდება წყლის ჩაქუჩი, რომელიც არღვევს ცილინდრ-დგუშის ჯგუფის ნაწილებს და რა თქმა უნდა მოითხოვს ძრავის შეცვლას. თუმცა, დაბალსიჩქარიან მანქანებზე დაყენებული გაზის ტურბინის ძრავების დაბალი ეფექტურობის გამო, დიზელის ძრავასთან შედარებით, ტრანსპორტირებადი საწვავის გაცილებით დიდი რაოდენობაა საჭირო. საწვავის მოხმარების გამო, მიუხედავად ყველა უპირატესობისა, T-80 ტანკები ეტაპობრივად გამოდის მწყობრიდან. სატანკო TV-D M1 Abrams-ის მუშაობის გამოცდილება მაღალი მტვრის პირობებში (მაგალითად, ქვიშიან უდაბნოებში) ორაზროვანი აღმოჩნდა. ამის საპირისპიროდ, T-80 შეიძლება უსაფრთხოდ მუშაობდეს მაღალი მტვრის პირობებში - კონსტრუქციულად კარგად გააზრებული სისტემა T-80-ზე ძრავში შემავალი ჰაერის გასაწმენდად საიმედოდ იცავს გაზის ტურბინის ძრავას ქვიშისა და მტვრისგან. "აბრამსი", პირიქით, "დაიხრჩო" - ერაყის წინააღმდეგ გამართული ორი კამპანიის დროს, უდაბნოების გავლის დროს, საკმაოდ ბევრი "აბრამსი" გაჩერდა, რადგან მათი ძრავები ქვიშით იყო გადაჭედილი [ ] . ავტომობილები
|
მანქანებში გაზის ტურბინის ძრავების გამოყენების იდეა დიდი ხნის წინ გაჩნდა. მაგრამ მხოლოდ ბოლო რამდენიმე წლის განმავლობაში მიაღწია მათმა დიზაინმა სრულყოფილების დონეს, რაც მათ არსებობის უფლებას აძლევს.
დანის ძრავების, მეტალურგიისა და წარმოების ტექნოლოგიის თეორიის განვითარების მაღალი დონე ახლა იძლევა რეალურ შესაძლებლობას შექმნას საიმედო გაზის ტურბინის ძრავები, რომლებსაც შეუძლიათ წარმატებით შეცვალონ დგუშის შიდა წვის ძრავები მანქანაზე.
რა არის გაზის ტურბინის ძრავა?
ნახ. ნაჩვენებია ასეთი ძრავის სქემატური დიაგრამა. მბრუნავი კომპრესორი, რომელიც მდებარეობს გაზის ტურბინის იმავე ლილვზე, ამოიღებს ჰაერს ატმოსფეროდან, შეკუმშავს მას და ტუმბოს წვის კამერაში. საწვავის ტუმბო, რომელიც ასევე ამოძრავებს ტურბინის ლილვს, ტუმბოს საწვავს წვის პალატაში მდებარე ინჟექტორში. წვის აირისებრი პროდუქტები გზამკვლევის მეშვეობით შედიან გაზის ტურბინის ბორბლის როტორის პირებზე და აიძულებენ მას ბრუნოს ერთი გარკვეული მიმართულებით. ტურბინაში გამონაბოლქვი აირები ატმოსფეროში გამოიყოფა განშტოების მილის მეშვეობით. გაზის ტურბინის ლილვი ბრუნავს საკისრებში.
ორმხრივი შიდა წვის ძრავებთან შედარებით, გაზის ტურბინის ძრავას აქვს ძალიან მნიშვნელოვანი უპირატესობები. მართალია, ის ასევე ჯერ არ არის თავისუფალი ხარვეზებისგან, მაგრამ ისინი თანდათან აღმოიფხვრება, როგორც დიზაინი ვითარდება.
გაზის ტურბინის დახასიათებისას, პირველ რიგში, უნდა აღინიშნოს, რომ ორთქლის ტურბინის მსგავსად მას შეუძლია განავითაროს მაღალი სიჩქარე. ეს შესაძლებელს ხდის მნიშვნელოვანი სიმძლავრის მიღებას გაცილებით მცირე (დგუშთან შედარებით) და თითქმის 10-ჯერ მსუბუქი წონის ძრავებიდან.
ლილვის მბრუნავი მოძრაობა არსებითად ერთადერთი მოძრაობაა გაზის ტურბინაში, ხოლო შიგაწვის ძრავში, ამწე ლილვის ბრუნვის გარდა, არის დგუშის ორმხრივი მოძრაობა, ასევე შემაერთებელის რთული მოძრაობა. ჯოხი. გაზის ტურბინის ძრავებს არ სჭირდებათ სპეციალური გაგრილების მოწყობილობები. საკისრების მინიმალური რაოდენობის მქონე ნაწილების არარსებობა უზრუნველყოფს გაზის ტურბინის ძრავის გრძელვადიან მუშაობას და მაღალ საიმედოობას.
გაზის ტურბინის ძრავის გასაძლიერებლად გამოიყენება ნავთი ან დიზელის საწვავი.
მთავარი მიზეზი, რომელიც აფერხებს საავტომობილო გაზის ტურბინის ძრავების განვითარებას, არის ტურბინის პირებში შემავალი აირების ტემპერატურის ხელოვნურად შეზღუდვის საჭიროება. ეს ამცირებს ძრავის ეფექტურობას და იწვევს საწვავის სპეციფიკური მოხმარების გაზრდას (1 ცხენის ძალით). გაზის ტემპერატურა უნდა შეიზღუდოს სამგზავრო და კომერციული მანქანების გაზის ტურბინის ძრავებისთვის 600-700 ° C დიაპაზონში, ხოლო თვითმფრინავის ტურბინებში 800-900 ° C-მდე, რადგან მაღალი სითბოს მდგრადი შენადნობები ჯერ კიდევ ძალიან ძვირია.
ამჟამად, უკვე არსებობს გაზის ტურბინის ძრავების ეფექტურობის გაზრდის გზები პირების გაგრილებით, გამონაბოლქვი აირების სითბოს გამოყენებით წვის კამერებში შემავალი ჰაერის გასათბობად, დიზელის კომპრესორზე მომუშავე მაღალეფექტურ თავისუფალ დგუშიან გენერატორებში გაზების წარმოქმნით. ციკლი მაღალი შეკუმშვის კოეფიციენტით და ა.შ. მაღალეფექტური საავტომობილო გაზის ტურბინის ძრავის შექმნის პრობლემის გადაწყვეტა დიდწილად დამოკიდებულია ამ სფეროში მუშაობის წარმატებაზე.
ორი ლილვის გაზის ტურბინის ძრავის სქემატური დიაგრამა სითბოს გადამცვლელით
არსებული საავტომობილო გაზის ტურბინის ძრავების უმეტესობა აგებულია ეგრეთ წოდებული ორი ლილვის სქემაზე სითბოს გადამცვლელებით. აქ კომპრესორ 1-ის სამართავად გამოიყენება სპეციალური ტურბინა 8, მანქანის ბორბლების გადასაადგილებლად კი წევის ტურბინა 7. ტურბინების ლილვები ერთმანეთთან არ არის დაკავშირებული. წვის კამერიდან 2 გაზები ჯერ მიეწოდება კომპრესორის ძრავის ტურბინის პირებს, შემდეგ კი წევის ტურბინის პირებს. კომპრესორის მიერ იძულებითი ჰაერი, წვის კამერებში შესვლამდე, თბება სითბოს გადამცვლელებში 3 გამონაბოლქვი აირების მიერ გამოყოფილი სითბოს გამო. ორი ლილვის სქემის გამოყენება ქმნის ხელსაყრელ წევის მახასიათებელს გაზის ტურბინის ძრავებისთვის, რაც შესაძლებელს ხდის შეამციროს ეტაპების რაოდენობა ჩვეულებრივი მანქანის გადაცემათა კოლოფში და გააუმჯობესოს მისი დინამიური თვისებები.
იმის გამო, რომ წევის ტურბინის ლილვი მექანიკურად არ არის დაკავშირებული კომპრესორის ტურბინის ლილვთან, მისი სიჩქარე შეიძლება განსხვავდებოდეს დატვირთვის მიხედვით, კომპრესორის ლილვის სიჩქარეზე მნიშვნელოვანი ზემოქმედების გარეშე. შედეგად, გაზის ტურბინის ძრავის ბრუნვის მახასიათებელს აქვს ნახ.
სქემიდან ჩანს, რომ დგუშის ძრავში, ბრუნვების რაოდენობის შემცირებით, რაც ხდება მზარდი დატვირთვის გავლენის ქვეშ, ბრუნი თავდაპირველად ოდნავ იზრდება და შემდეგ მცირდება. ამავდროულად, ორლილოვანი გაზის ტურბინის ძრავში ბრუნვის მომენტი ავტომატურად იზრდება დატვირთვის მატებასთან ერთად. შედეგად, გადაცემათა კოლოფის გადაადგილების აუცილებლობა აღმოფხვრილია ან ხდება უფრო გვიან, ვიდრე დგუშის ძრავით. მეორეს მხრივ, აჩქარების დროს აჩქარება ორლილოვანი გაზის ტურბინის ძრავში ბევრად მეტი იქნება.
ერთი ლილვის გაზის ტურბინის ძრავის მახასიათებელი განსხვავდება ნახ. და, როგორც წესი, დაბალია, მანქანის დინამიკის მოთხოვნების, დგუშის ძრავის მახასიათებლების თვალსაზრისით (თანაბარი სიმძლავრით).
გაზის ტურბინის ძრავას დიდი პერსპექტივები აქვს. ამ ძრავში ტურბინისთვის გაზი წარმოიქმნება ეგრეთ წოდებულ თავისუფალ დგუშის გენერატორში, რომელიც არის ორტაქტიანი დიზელის ძრავა და უკუქცევითი კომპრესორი, რომელიც გაერთიანებულია საერთო ერთეულში. დიზელის დგუშებიდან მიღებული ენერგია გადადის პირდაპირ კომპრესორის დგუშებზე. გამომდინარე იქიდან, რომ დგუშის ჯგუფების მოძრაობა ხორციელდება ექსკლუზიურად გაზის წნევის გავლენის ქვეშ და მოძრაობის რეჟიმი დამოკიდებულია მხოლოდ დიზელისა და კომპრესორის ცილინდრებში თერმოდინამიკური პროცესების მიმდინარეობაზე, ასეთ ერთეულს ეწოდება თავისუფალი დგუში. მის შუა ნაწილში არის ცილინდრი 4, ღია ორივე მხრიდან, რომელსაც აქვს პირდაპირი ნაკადის ჩახრილი ამოფრქვევა, რომელშიც მიმდინარეობს ორტაქტიანი სამუშაო პროცესი შეკუმშვით ანთებით. ცილინდრში საპირისპიროდ მოძრაობს ორი დგუში, რომელთაგან ერთი 9 იხსნება სამუშაო დარტყმის დროს, ხოლო დაბრუნების დროს იხურება ცილინდრის კედლებში ამოჭრილი გამონაბოლქვი პორტები. კიდევ ერთი დგუში 3 ასევე ხსნის და ხურავს გამწმენდის პორტებს. დგუშები ერთმანეთთან დაკავშირებულია მსუბუქი თაროს ან პინიონის სინქრონიზაციის მექანიზმით, რომელიც არ არის ნაჩვენები დიაგრამაზე. როდესაც ისინი მიუახლოვდებიან, მათ შორის ჩარჩენილი ჰაერი შეკუმშულია; მკვდარი ცენტრის მიღწევისას შეკუმშული ჰაერის ტემპერატურა საკმარისი ხდება საწვავის გასანათებლად, რომელიც შეჰყავთ საქშენით 5. საწვავის წვის შედეგად წარმოიქმნება მაღალი ტემპერატურისა და წნევის მქონე აირები; ისინი აიძულებენ დგუშებს დაშორდნენ, ხოლო დგუში 9 ხსნის გამონაბოლქვი პორტებს, რომლებითაც აირები შედიან გაზის კოლექტორში 7. შემდეგ იხსნება გამწმენდი პორტები, რომლითაც შეკუმშული ჰაერი შედის ცილინდრში 4, გამოყოფს გამონაბოლქვი აირებს ცილინდრიდან, ერევა. მათთან ერთად და ასევე შედის გაზის კოლექტორში. სანამ გამწმენდი პორტები ღია რჩება, შეკუმშულ ჰაერს აქვს დრო, რომ გაწმინდოს გამონაბოლქვი აირები ცილინდრიდან და შეავსოს იგი, რითაც მოამზადებს ძრავას შემდეგი სიმძლავრის დარტყმისთვის.
კომპრესორის დგუშები 2 დაკავშირებულია 3 და 9 დგუშებთან და მოძრაობს მათ ცილინდრებში. დგუშების განსხვავებული დარტყმით ჰაერი ატმოსფეროდან შეიწოვება კომპრესორის ცილინდრებში, ხოლო თვითმოქმედი შესასვლელი სარქველები 10 ღიაა, ხოლო გამოსასვლელი სარქველები 11 დახურულია. დგუშების საპირისპირო დარტყმით, შესასვლელი სარქველები დახურულია, ხოლო გამონაბოლქვი სარქველები ღიაა, და მათი მეშვეობით ჰაერი მიედინება მიმღებ 6-ში, რომელიც აკრავს დიზელის ცილინდრს. დგუშები ერთმანეთისკენ მოძრაობენ წინა სამუშაო დარტყმის დროს ბუფერულ ღრუებში 1-ში დაგროვილი ჰაერის ენერგიის გამო. კოლექტორიდან 7 აირები შედის წევის ტურბინაში 8, რომლის ლილვი უკავშირდება გადაცემას. ეფექტურობის შემდეგი შედარება აჩვენებს, რომ აღწერილი გაზის ტურბინის ძრავა უკვე ისეთივე ეფექტურია, როგორც შიდა წვის ძრავები მისი ეფექტურობის თვალსაზრისით:
დიზელი 0,26-0,35
ბენზინის ძრავა 0,22-0,26
გაზის ტურბინა მუდმივი მოცულობის წვის კამერებით სითბოს გადამცვლელის გარეშე 0.12-0.18
გაზის ტურბინა მუდმივი მოცულობის წვის კამერებით სითბოს გადამცვლელით 0.15-0.25
გაზის ტურბინა თავისუფალი დგუშიანი გაზის გენერატორით 0.25-0.35
ამრიგად, ტურბინების საუკეთესო ნიმუშების ეფექტურობა არ ჩამოუვარდება დიზელის ძრავების ეფექტურობას. ამიტომ შემთხვევითი არ არის, რომ ყოველწლიურად იზრდება სხვადასხვა ტიპის ექსპერიმენტული გაზის ტურბინიანი მანქანების რაოდენობა. ყველა ახალი ფირმა სხვადასხვა ქვეყანაში აცხადებს თავის მუშაობას ამ სფეროში.
ამ ორკამერიან ძრავას, სითბოს გადამცვლელის გარეშე, აქვს ეფექტური სიმძლავრე 370 ცხ.ძ. თან. იგი იკვებება ნავთი. კომპრესორის ლილვის ბრუნვის სიჩქარე აღწევს 26000 rpm-ს, ხოლო წევის ტურბინის ლილვის ბრუნვის სიჩქარე მერყეობს 0-დან 13000 rpm-მდე. ტურბინის პირებში შემავალი გაზების ტემპერატურაა 815 ° C, ჰაერის წნევა კომპრესორის გამოსასვლელში არის 3,5 ატმოსფერო. სარბოლო მანქანისთვის განკუთვნილი ელექტროსადგურის ჯამური წონა შეადგენს 351 კგ-ს, გაზის გამომმუშავებელი ნაწილი 154 კგ-ს იწონის, ხოლო წევის ნაწილი გადაცემათა კოლოფით და გადაცემათა კოლოფით – 197 კგ.
0წვის პალატაში შესვლამდე ჰაერის წინასწარი შეკუმშვის მეთოდის მიხედვით, საჰაერო რეაქტიული ძრავები იყოფა კომპრესორებად და არაკომპრესორებად. შეკუმშული ჰაერის რეაქტიული ძრავები იყენებენ მაღალსიჩქარიან ჰაერის ნაკადს. კომპრესორულ ძრავებში ჰაერი შეკუმშულია კომპრესორის მიერ. კომპრესორის რეაქტიული ძრავა არის ტურბორეაქტიული ძრავა (TJE). ჯგუფი, რომელსაც ეწოდება შერეული ან კომბინირებული ძრავები, მოიცავს ტურბოპროპის ძრავებს (TVD) და შემოვლით ტურბორეაქტიულ ძრავებს (DTRD). თუმცა, ამ ძრავების დიზაინი და ექსპლუატაცია მრავალი თვალსაზრისით ჰგავს ტურბორეაქტიულ ძრავებს. ხშირად ამ ძრავების ყველა ტიპი გაერთიანებულია გაზის ტურბინის ძრავების (GTE) ზოგადი სახელწოდებით. გაზის ტურბინის ძრავები საწვავად იყენებენ ნავტს.
ტურბორეაქტიული ძრავები
კონსტრუქციული სქემები.ტურბორეაქტიული ძრავა (სურ. 100) შედგება შესასვლელი მოწყობილობის, კომპრესორის, წვის კამერის, გაზის ტურბინისა და გამოსასვლელი მოწყობილობისგან.
შესასვლელი მოწყობილობა შექმნილია ძრავის კომპრესორისთვის ჰაერის მიწოდებისთვის. თვითმფრინავზე ძრავის მდებარეობიდან გამომდინარე, ის შეიძლება იყოს ჩართული თვითმფრინავის დიზაინში ან ძრავის დიზაინში. შესასვლელი მოწყობილობა ზრდის ჰაერის წნევას კომპრესორის წინ.
ჰაერის წნევის შემდგომი ზრდა ხდება კომპრესორში. ტურბორეაქტიულ ძრავებში გამოიყენება ცენტრიდანული კომპრესორები (სურ. 101) და ღერძული (იხ. სურ. 100).
ღერძულ კომპრესორში, როდესაც როტორი ბრუნავს, როტორის პირები, რომლებიც მოქმედებენ ჰაერზე, ახვევენ მას და აიძულებენ გადაადგილდეს ღერძის გასწვრივ კომპრესორის გამოსასვლელისკენ.
ცენტრიდანულ კომპრესორში, როდესაც იმპულარი ბრუნავს, ჰაერი ხვდება პირებით და ცენტრიდანული ძალების მოქმედებით, გადადის პერიფერიაზე. ღერძული კომპრესორის მქონე ძრავები ყველაზე ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე ავიაციაში.
ღერძულ კომპრესორში შედის როტორი (მბრუნავი ნაწილი) და სტატორი (სტაციონარული ნაწილი), რომელზედაც დამაგრებულია შესასვლელი მოწყობილობა. ზოგჯერ დამცავი ეკრანები დამონტაჟებულია შესასვლელ მოწყობილობებში, რათა თავიდან იქნას აცილებული უცხო ობიექტები კომპრესორში შესვლისგან, რამაც შეიძლება დააზიანოს პირები.
კომპრესორის როტორი შედგება რამდენიმე რიგის პროფილირებული როტორის პირებისგან, რომლებიც განლაგებულია გარშემოწერილობის გასწვრივ და თანმიმდევრულად ალტერნატიული ბრუნვის ღერძის გასწვრივ. როტორები იყოფა ბარაბანი (ნახ. 102, ა), დისკი (ნახ. 102, ბ) და ბარაბანი-დისკი (ნახ. 102, გ).
კომპრესორის სტატორი შედგება გარსაცმში დამაგრებული პროფილირებული პირების რგოლური ნაკრებისგან. ფიქსირებული პირების სერიას, რომელსაც უწოდებენ გასწორებას, როტორის პირების სერიასთან ერთად კომპრესორის სტადიას უწოდებენ.
თანამედროვე თვითმფრინავების ტურბორეაქტიული ძრავები იყენებენ მრავალსაფეხურიან კომპრესორებს ჰაერის შეკუმშვის პროცესის ეფექტურობის გასაზრდელად. კომპრესორის საფეხურები კოორდინირებულია ერთმანეთთან ისე, რომ ჰაერი, რომელიც გამოდის ერთი ეტაპიდან, შეუფერხებლად მიედინება შემდეგი ეტაპის პირების გარშემო.
ჰაერის საჭირო მიმართულებას შემდეგი ეტაპისკენ უზრუნველყოფს გასწორების მოწყობილობა. იმავე მიზანს ემსახურება კომპრესორის წინ დაყენებული გიდები. ძრავის ზოგიერთ დიზაინში, სახელმძღვანელო ფარები შეიძლება არ იყოს.
ტურბორეაქტიული ძრავის ერთ-ერთი მთავარი ელემენტია კომპრესორის უკან არსებული წვის კამერა. სტრუქტურულად, წვის კამერები არის მილისებრი (სურ. 103), რგოლისებრი (სურ. 104), ტუბულა-რგოლოვანი (სურ. 105).
ტუბულარული (ინდივიდუალური) წვის კამერა შედგება ალი მილისა და გარე გარსაცმისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დაკავშირებული საკიდი ჭიქებით. წვის კამერის წინ დამონტაჟებულია საწვავის ინჟექტორები და მორევი ალის დასასტაბილურებლად. ალი მილს აქვს ღიობები ჰაერის შესასვლელისთვის, რათა თავიდან აიცილოს ალი მილის გადახურება. ცეცხლის მილებში საწვავი-ჰაერის ნარევის აალება ხდება ცალკეულ კამერებზე დამონტაჟებული სპეციალური აალების მოწყობილობებით. ალი მილები ერთმანეთთან დაკავშირებულია ძუძუს წვერებით, რაც უზრუნველყოფს ნარევის ანთებას ყველა კამერაში.
რგოლოვანი წვის კამერა დამზადებულია რგოლოვანი ღრუს სახით, რომელიც წარმოიქმნება კამერის გარე და შიდა გარსაცმებით. რგოლისებრი ალი მილი დამონტაჟებულია რგოლოვანი არხის წინა ნაწილში, ხოლო მორევები და საქშენები დამონტაჟებულია ალი მილის მშვილდში.
მილაკოვანი წვის კამერა შედგება გარე და შიდა გარსაცმისგან, რომლებიც ქმნიან რგოლურ სივრცეს, რომლის შიგნით მოთავსებულია ცალკეული ალი მილები.
ტურბორეაქტიული კომპრესორის სამართავად გამოიყენება გაზის ტურბინა. თანამედროვე ძრავებში გაზის ტურბინები ღერძულ-ნაკადიანია. გაზის ტურბინები შეიძლება იყოს ერთსაფეხურიანი ან მრავალსაფეხურიანი (ექვს ეტაპამდე). ტურბინის ძირითადი ერთეულებია საქშენები (გამმართველი) მოწყობილობები და იმპულერები, რომლებიც შედგება დისკებისა და როტორის პირებისგან, რომლებიც მდებარეობს მათ რგოლებზე. იმპულსები მიმაგრებულია ტურბინის ლილვზე და მასთან ერთად ქმნის როტორს (სურ. 106). საქშენები განლაგებულია თითოეული დისკის როტორის პირების წინ. სტაციონარული საქშენების აპარატისა და დისკის კომბინაციას როტორის პირებით ეწოდება ტურბინის სტადია. როტორის პირები მიმაგრებულია ტურბინის დისკზე ჰერინგბონის საკეტის გამოყენებით (სურ. 107).
გამოსასვლელი (სურ. 108) შედგება გამოსასვლელი მილის, შიდა კონუსის, საყრდენისა და რეაქტიული საქშენისგან. ზოგიერთ შემთხვევაში, თვითმფრინავზე ძრავის განლაგების პირობების გამო, გამონაბოლქვი მილსა და რეაქტიულ საქშენს შორის დამონტაჟებულია გაფართოების მილი. რეაქტიული საქშენები შეიძლება იყოს რეგულირებადი ან არარეგულირებადი გამოსასვლელი განყოფილებით.
მოქმედების პრინციპი.დგუშის ძრავისგან განსხვავებით, გაზის ტურბინის ძრავებში სამუშაო პროცესი არ იყოფა ცალკეულ სვლებად, მაგრამ მუდმივად მიმდინარეობს.
ტურბორეაქტიული ძრავის მუშაობის პრინციპი ასეთია. ფრენის დროს ძრავზე ჰაერის ნაკადი გადის კომპრესორის შესასვლელში. შესასვლელ მოწყობილობაში ხდება ჰაერის წინასწარი შეკუმშვა და მოძრავი ჰაერის ნაკადის კინეტიკური ენერგიის ნაწილობრივი ტრანსფორმაცია პოტენციური წნევის ენერგიად. ჰაერი უფრო მნიშვნელოვნად შეკუმშულია კომპრესორში. ღერძული კომპრესორის მქონე ტურბორეაქტიულ ძრავებში, როდესაც როტორი სწრაფად ბრუნავს, კომპრესორის პირები, ვენტილატორის პირების მსგავსად, უბიძგებენ ჰაერს წვის კამერისკენ. თითოეული კომპრესორის საფეხურის იმპულსების უკან დაყენებულ გასწორებელ მოწყობილობებში, სკოპური არხების დიფუზორული ფორმის გამო, ბორბალში შეძენილი ნაკადის კინეტიკური ენერგია გარდაიქმნება პოტენციური წნევის ენერგიად.
ცენტრიდანული კომპრესორის მქონე ძრავებში ჰაერი შეკუმშულია ცენტრიდანული ძალით. კომპრესორში შემავალი ჰაერი იკრიფება სწრაფად მბრუნავი იმპერატორის პირებით და ცენტრიდანული ძალის ზემოქმედებით, ცენტრიდან ისროლება კომპრესორის ბორბლის გარშემოწერილობამდე. რაც უფრო სწრაფად ბრუნავს იმპულარი, მით მეტი წნევა წარმოიქმნება კომპრესორის მიერ.
კომპრესორის წყალობით, ტურბორეაქტიულ ძრავებს შეუძლიათ შექმნან ბიძგი ადგილზე მუშაობისას. ჰაერის შეკუმშვის პროცესის ეფექტურობა კომპრესორში
ხასიათდება წნევის გაზრდის ხარისხის სიდიდით π-მდე, რაც არის ჰაერის წნევის თანაფარდობა კომპრესორის გამოსასვლელში p 2 ატმოსფერული ჰაერის წნევასთან p H
ჰაერი, შეკუმშული შესასვლელ მოწყობილობაში და კომპრესორში, შემდეგ შედის წვის პალატაში, იყოფა ორ ნაკადად. ჰაერის ერთი ნაწილი (პირველადი ჰაერი), რომელიც შეადგენს ჰაერის მთლიანი მოხმარების 25-35%-ს, მიმართულია უშუალოდ ალი მილისკენ, სადაც მიმდინარეობს წვის ძირითადი პროცესი. ჰაერის სხვა ნაწილი (მეორადი ჰაერი) მიედინება წვის კამერის გარე ღრუების ირგვლივ, აციებს ამ უკანასკნელს და კამერიდან გასასვლელში ერევა წვის პროდუქტებს, რაც ამცირებს გაზ-ჰაერის ნაკადის ტემპერატურას განსაზღვრულ მნიშვნელობამდე. ტურბინის პირების სითბოს წინააღმდეგობა. მეორადი ჰაერის მცირე ნაწილი შედის წვის ზონაში ალი მილის გვერდითი ღიობებით.
ამრიგად, საწვავის ჰაერის ნარევი წარმოიქმნება წვის პალატაში საქშენების მეშვეობით საწვავის შესხურებით და პირველად ჰაერთან შერევით, ნარევის წვის და წვის პროდუქტების მეორად ჰაერთან შერევით. ძრავის გაშვებისას ნარევი აალდება სპეციალური აალებადი მოწყობილობით, ხოლო ძრავის შემდგომი მუშაობისას საწვავი-ჰაერის ნარევი უკვე არსებული ალი.
წვის პალატაში წარმოქმნილი გაზის ნაკადი, რომელსაც აქვს მაღალი ტემპერატურა და წნევა, მიედინება ტურბინისკენ კონვერტაციული საქშენის აპარატის საშუალებით. საქშენების აპარატის არხებში გაზის სიჩქარე მკვეთრად იზრდება 450-500 მ / წმ-მდე და ხდება თერმული (პოტენციური) ენერგიის ნაწილობრივი გარდაქმნა კინეტიკურ ენერგიად. საქშენების აპარატიდან გაზები ეცემა ტურბინის პირებზე, სადაც გაზის კინეტიკური ენერგია გარდაიქმნება ტურბინის ბრუნვის მექანიკურ მუშაობაში. ტურბინის პირები, რომლებიც ბრუნავს დისკებთან ერთად, ატრიალებენ ძრავის ლილვს და ამით უზრუნველყოფენ კომპრესორის მუშაობას.
ტურბინის როტორის პირებში შეიძლება მოხდეს ან მხოლოდ გაზის კინეტიკური ენერგიის გადაქცევის პროცესი ტურბინის ბრუნვის მექანიკურ სამუშაოდ, ან ასევე გაზის შემდგომი გაფართოება მისი სიჩქარის ზრდით. პირველ შემთხვევაში, გაზის ტურბინას ეწოდება აქტიური, მეორეში - რეაქტიული. მეორე შემთხვევაში, ტურბინის პირები, გარდა შემომავალი გაზის ჭავლის აქტიური ეფექტისა, განიცდიან რეაქტიულ ეფექტს გაზის ნაკადის აჩქარების გამო.
გაზის საბოლოო გაფართოება ხდება ძრავის გამოსასვლელთან (რეაქტიული საქშენი). აქ გაზის ნაკადის წნევა მცირდება და სიჩქარე იზრდება 550-650 მ/წმ-მდე (ხმელეთის პირობებში).
ამრიგად, ძრავში წვის პროდუქტების პოტენციური ენერგია გაფართოების პროცესში (ტურბინაში და გამოსასვლელ საქშენში) გარდაიქმნება კინეტიკურ ენერგიად. კინეტიკური ენერგიის ნაწილი ამ შემთხვევაში მიდის ტურბინის ბრუნვაზე, რომელიც თავის მხრივ აბრუნებს კომპრესორს, მეორე ნაწილი - გაზის ნაკადის დასაჩქარებლად (გამტარი ბიძგის შესაქმნელად).
ტურბოპროპის ძრავები
მოწყობილობა და მუშაობის პრინციპი.თანამედროვე თვითმფრინავებისთვის,
დიდი ტარებითა და ფრენის დიაპაზონით, საჭიროა ძრავები, რომლებსაც შეუძლიათ განავითარონ აუცილებელი ბიძგი მინიმალური სპეციფიკური სიმძიმით. ამ მოთხოვნებს აკმაყოფილებს ტურბორეაქტიული ძრავები. თუმცა, ისინი არაეკონომიურია ფრენის დაბალი სიჩქარით პროპელერზე მომუშავე დანადგარებთან შედარებით. ამასთან დაკავშირებით, ზოგიერთი ტიპის თვითმფრინავი, რომელიც განკუთვნილია შედარებით დაბალი სიჩქარით ფრენისთვის და გრძელი დიაპაზონით, მოითხოვს ძრავებს, რომლებიც აერთიანებს ტურბორეაქტიული ძრავის უპირატესობებს პროპელერის ინსტალაციის უპირატესობებთან ფრენის დაბალი სიჩქარით. ეს ძრავები მოიცავს ტურბოპროპის ძრავებს (TVD).
ტურბოპროპი არის გაზის ტურბინის თვითმფრინავის ძრავა, რომელშიც ტურბინა ავითარებს უფრო მეტ სიმძლავრეს, რომელიც საჭიროა კომპრესორის როტაციისთვის და ეს ჭარბი სიმძლავრე გამოიყენება პროპელერის დასაბრუნებლად. HPT-ის სქემატური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 109.
როგორც სქემიდან ჩანს, ტურბოპროპის ძრავა შედგება იგივე კომპონენტებისგან და შეკრებებისგან, როგორც ტურბორეაქტი. თუმცა, ტურბორეაქტიული ძრავისგან განსხვავებით, პროპელერი და გადაცემათა კოლოფი დამატებით დამონტაჟებულია ტურბოპროპის ძრავზე. ძრავის მაქსიმალური სიმძლავრის მისაღებად, ტურბინა უნდა განვითარდეს მაღალი სიჩქარით (20000 rpm-მდე). თუ პროპელერი ბრუნავს იმავე სიჩქარით, მაშინ ამ უკანასკნელის ეფექტურობა უკიდურესად დაბალი იქნება, ვინაიდან პროპელერის მაქსიმალური ეფექტურობა დიზაინის ფრენის პირობებში აღწევს 750-1500 ბრ/წთ-ს.
პროპელერის სიჩქარის შესამცირებლად გაზის ტურბინის სიჩქარესთან შედარებით, ტურბოპროპის ძრავში დამონტაჟებულია რედუქტორი. მაღალი სიმძლავრის ძრავებზე ზოგჯერ გამოიყენება ორი პროპელერი, რომლებიც ბრუნავს საპირისპირო მიმართულებით და ორივე პროპელერის მუშაობას უზრუნველყოფს ერთი გადაცემათა კოლოფი.
ზოგიერთ ტურბოპროპის ძრავში კომპრესორი ამოძრავებს ერთი ტურბინით და პროპელერი მეორის მიერ. ეს ქმნის ხელსაყრელ პირობებს ძრავის რეგულირებისთვის.
ბიძგს თეატრში ძირითადად პროპელერი ქმნის (90%-მდე) და მხოლოდ ოდნავ გაზის ჭავლის რეაქციის გამო.
ტურბოპროპის ძრავებში გამოიყენება მრავალსაფეხურიანი ტურბინები (ეტაპების რაოდენობა 2-დან 6-მდეა), რაც ნაკარნახევია HP ტურბინაზე მუშაობის აუცილებლობით დიდი სითბოს წვეთებით, ვიდრე ტურბორეაქტიულ ძრავაზე. გარდა ამისა, მრავალსაფეხურიანი ტურბინის გამოყენება შესაძლებელს ხდის მისი სიჩქარის და, შესაბამისად, გადაცემათა კოლოფის ზომებისა და წონის შემცირებას.
თეატრის ძირითადი ელემენტების აღნიშვნა არ განსხვავდება ტურბორეაქტიული ძრავის იგივე ელემენტების აღნიშვნისაგან. თეატრის მუშაობის სამუშაო პროცესი ასევე მსგავსია ტურბორეაქტიული ძრავის სამუშაო ნაკადის. ისევე, როგორც ტურბორეაქტიულ ძრავაში, ჰაერის ნაკადი, წინასწარ შეკუმშული შესასვლელ მოწყობილობაში, ექვემდებარება ძირითად შეკუმშვას კომპრესორში და შემდეგ შედის წვის პალატაში, რომელშიც საწვავი ერთდროულად შეჰყავთ საქშენების მეშვეობით. ჰაერ-საწვავის ნარევის წვის შედეგად წარმოქმნილ გაზებს აქვთ მაღალი პოტენციური ენერგია. ისინი ჩქარობენ გაზის ტურბინაში, სადაც, თითქმის მთლიანად გაფართოებით, ასრულებენ სამუშაოს, რომელიც შემდეგ გადადის კომპრესორზე, პროპელერზე და ერთეულის დისკებზე. ტურბინის უკან გაზის წნევა პრაქტიკულად ტოლია ატმოსფერული წნევის.
თანამედროვე ტურბოპროპის ძრავებში, ბიძგების ძალა მიღებული მხოლოდ ძრავიდან გამომავალი გაზის ჭავლის რეაქციის შედეგად არის მთლიანი ბიძგების ძალის 10-20%.
შემოვლითი ტურბორეაქტიული ძრავები
ტურბორეაქტიული ძრავის ბიძგების ეფექტურობის გაზრდის სურვილმა ქვებგერითი ფრენის მაღალი სიჩქარით გამოიწვია შემოვლითი ტურბორეაქტიული ძრავების (DTRE) შექმნა.
ჩვეულებრივი ტურბორეაქტიული ძრავისგან განსხვავებით, TJE-ში გაზის ტურბინა ამოძრავებს (კომპრესორისა და რიგი დამხმარე ერთეულების გარდა) დაბალი წნევის კომპრესორს, რომელსაც სხვაგვარად უწოდებენ მეორად ვენტილატორი. DTRD-ის მეორე წრედის ვენტილატორი ასევე შეიძლება ამოძრავებდეს ცალკეული ტურბინიდან, რომელიც მდებარეობს კომპრესორის ტურბინის უკან. უმარტივესი DTRD სქემა ნაჩვენებია ნახ. 110.
დიზელის ძრავის პირველი (შიდა) წრე არის ჩვეულებრივი ტურბორეაქტიული ძრავა. მეორე (გარე) წრე არის რგოლის არხი მასში განლაგებული ვენტილატორით. ამიტომ, შემოვლითი ტურბორეაქტიული ძრავები ზოგჯერ ტურბოფენს უწოდებენ.
DTRD-ის მუშაობა შემდეგია. ძრავთან მიახლოებული ჰაერის ნაკადი შედის ჰაერის მიმღებში და შემდეგ ჰაერის ერთი ნაწილი გადის პირველადი მიკროსქემის მაღალი წნევის კომპრესორში, მეორე კი მეორადი მიკროსქემის ვენტილატორის პირებით (დაბალი წნევის კომპრესორი). ვინაიდან პირველადი მიკროსქემის წრე არის ჩვეულებრივი ტურბორეაქტიული ძრავა, ამ წრეში სამუშაო ნაკადი მსგავსია ტურბორეაქტიული ძრავის სამუშაო ნაკადის. მეორადი მიკროსქემის ვენტილატორის მოქმედება მსგავსია რგოლურ არხში მბრუნავი მრავალპირიანი პროპელერის მოქმედებისა.
DTRD-ების გამოყენება შესაძლებელია ზებგერითი თვითმფრინავებზეც, მაგრამ ამ შემთხვევაში მათი ბიძგის გაზრდის მიზნით აუცილებელია მეორე წრეში საწვავის წვის უზრუნველყოფა. DTRE-ის ბიძგების სწრაფად გასაზრდელად (გაძლიერებისთვის), ზოგჯერ დამატებითი საწვავი იწვება ან მეორადი მიკროსქემის ჰაერის ნაკადში, ან პირველადი მიკროსქემის ტურბინის უკან.
მეორე მარყუჟში დამატებითი საწვავის დაწვისას აუცილებელია მისი გამანადგურებელი საქშენის ფართობის გაზრდა, რათა ორივე მარყუჟის მუშაობის რეჟიმი უცვლელი იყოს. თუ ეს პირობა არ დაკმაყოფილდება, მეორე მარყუჟის ვენტილატორის მეშვეობით ჰაერის ნაკადი შემცირდება ვენტილატორისა და მეორე მარყუჟის ჭავლის საქშენს შორის გაზის ტემპერატურის ზრდის გამო. ეს გამოიწვევს ვენტილატორის როტაციისთვის საჭირო სიმძლავრის შემცირებას. შემდეგ, ძრავის იგივე სიჩქარის შესანარჩუნებლად, საჭირო იქნება პირველადი წრეში ტურბინის წინ გაზის ტემპერატურის შემცირება, რაც გამოიწვევს პირველ წრეში ბიძგის შემცირებას. მთლიანი ბიძგის ზრდა არასაკმარისი იქნება და ზოგიერთ შემთხვევაში იძულებითი ძრავის მთლიანი ბიძგი შეიძლება იყოს ჩვეულებრივი DTRD-ის მთლიან ბიძგზე ნაკლები. გარდა ამისა, იძულებითი წევა დაკავშირებულია საწვავის მაღალ სპეციფიკურ მოხმარებასთან. ყველა ეს გარემოება ზღუდავს ამ მეთოდის გამოყენებას გაზრდის ბიძგს. თუმცა, DTRE-ის დაძაბვის იძულებით, ფართო გამოყენება შეიძლება ზებგერითი ფრენის სიჩქარეზე.
გამოყენებული ლიტერატურა: „ავიაციის საფუძვლები“ ავტორები: გ.А. ნიკიტინი, ე.ა. ბაკანოვი
აბსტრაქტის ჩამოტვირთვა: თქვენ არ გაქვთ წვდომა ფაილების ჩამოტვირთვაზე ჩვენი სერვერიდან.