"Turbocharging", "turbojets", "turboprop" - këto terma janë vendosur fort në leksikun e inxhinierëve të shekullit të 20-të të përfshirë në projektimin dhe mirëmbajtjen e automjeteve dhe instalimeve elektrike të palëvizshme. Ato përdoren edhe në fusha të ngjashme dhe në reklama, kur duan t'i japin emrit të produktit disa aluzion të fuqisë dhe efikasitetit të veçantë. Në aviacion, raketa, anije dhe termocentrale, turbina me gaz më e përdorur. Si punon? A funksionon me gaz natyror (siç mund të mendoni nga emri), dhe si janë ato? Si ndryshon një turbinë nga llojet e tjera të motorëve me djegie të brendshme? Cilat janë avantazhet dhe disavantazhet e tij? Në këtë artikull është bërë një përpjekje për t'iu përgjigjur sa më plotësisht këtyre pyetjeve.
Udhëheqësi rus i inxhinierisë UEC
Rusia, ndryshe nga shumë shtete të tjera të pavarura që dolën pas rënies së BRSS, arriti të ruajë kryesisht industrinë e ndërtimit të makinerive. Në veçanti, kompania "Saturn" është e angazhuar në prodhimin e termocentraleve për qëllime të veçanta. Turbinat me gaz të kësaj kompanie përdoren në ndërtimin e anijeve, industrinë e lëndëve të para dhe energjinë. Produktet janë të teknologjisë së lartë, ato kërkojnë një qasje të veçantë gjatë instalimit, korrigjimit dhe funksionimit, si dhe njohuri të veçanta dhe pajisje të shtrenjta për mirëmbajtjen e planifikuar. Të gjitha këto shërbime janë në dispozicion të klientëve të UEC - Turbinat me Gaz, siç quhet sot. Nuk ka aq shumë ndërmarrje të tilla në botë, megjithëse parimi i pajisjes së produkteve kryesore është në shikim të parë i thjeshtë. Përvoja e grumbulluar ka një rëndësi të madhe, gjë që bën të mundur marrjen parasysh të shumë hollësive teknologjike, pa të cilat është e pamundur të arrihet funksionimi i qëndrueshëm dhe i besueshëm i njësisë. Këtu është vetëm një pjesë e gamës së produkteve të UEC: turbinat me gaz, termocentralet, njësitë e pompimit të gazit. Ndër klientët janë Rosatom, Gazprom dhe "balena" të tjera të industrisë kimike dhe inxhinierisë elektrike.
Prodhimi i makinerive të tilla komplekse kërkon një qasje individuale në secilin rast. Llogaritja e një turbine me gaz aktualisht është plotësisht e automatizuar, por materialet dhe veçoritë e diagrameve të instalimeve elektrike kanë rëndësi në secilin rast.
Gjithçka filloi kaq thjesht...
Kërkimet dhe steam
Eksperimentet e para në shndërrimin e energjisë përkthimore të rrjedhës në forcë rrotulluese u kryen nga njerëzimi në kohët e lashta, duke përdorur një rrotë të zakonshme uji. Gjithçka është jashtëzakonisht e thjeshtë, një lëng rrjedh nga lart poshtë, fletët vendosen në rrjedhën e tij. Rrota, e pajisur me to rreth perimetrit, kthehet. Mulliri me erë punon në të njëjtën mënyrë. Pastaj erdhi epoka e avullit dhe rrotullimi i timonit u shpejtua. Nga rruga, i ashtuquajturi "eolipil", i shpikur nga Heroni i lashtë grek rreth 130 vjet para lindjes së Krishtit, ishte një motor me avull që funksiononte pikërisht në këtë parim. Në fakt, ishte turbina e parë me gaz e njohur për shkencën historike (në fund të fundit, avulli është gjendja e gaztë e grumbullimit të ujit). Sot, është ende zakon të ndajmë këto dy koncepte. Shpikja e Heronit u reagua më pas në Aleksandri pa shumë entuziazëm, edhe pse me kuriozitet. Pajisjet industriale të tipit turbinë u shfaqën vetëm në fund të shekullit të 19-të, pas krijimit të njësisë së parë të energjisë aktive në botë të pajisur me një hundë nga suedezi Gustaf Laval. Inxhinieri Parsons punoi afërsisht në të njëjtin drejtim, duke e pajisur makinën e tij me disa faza të lidhura funksionalisht.
Lindja e turbinave me gaz
Një shekull më parë, një farë John Barber kishte një ide të shkëlqyer. Pse të ngrohni avullin në fillim?A nuk është më e lehtë të përdorni drejtpërdrejt gazin e shkarkimit të krijuar nga djegia e karburantit dhe në këtë mënyrë të eliminoni ndërmjetësimin e panevojshëm në procesin e konvertimit të energjisë? Kështu lindi turbina e parë e vërtetë me gaz. Patenta e vitit 1791 parashtron idenë bazë për përdorim në një karrocë pa kuaj, por elementët e saj përdoren sot në motorët moderne të raketave, tankeve të avionëve dhe automobilave. Fillimi i procesit të motorit reaktiv u dha në vitin 1930 nga Frank Whittle. Atij i lindi ideja të përdorte një turbinë për të shtyrë një aeroplan. Më vonë ajo gjeti zhvillim në projekte të shumta turboprop dhe turbojet.
Turbina me gaz Nikola Tesla
Shkencëtari-shpikës i famshëm i ka trajtuar gjithmonë çështjet në studim në mënyrë jokonvencionale. Të gjithëve iu duk e qartë se rrotat me tehe ose tehe "kapin" lëvizjen e mediumit më mirë se objektet e sheshta. Tesla, në mënyrën e tij të zakonshme, vërtetoi se nëse një sistem rotori është mbledhur nga disqe, të vendosura në bosht në seri, atëherë për shkak të kapjes së shtresave kufitare nga rrjedha e gazit, ai nuk do të rrotullohet më keq, dhe në disa raste edhe më mirë se një helikë me shumë tehe. Vërtetë, drejtimi i mediumit lëvizës duhet të jetë tangjencial, gjë që nuk është gjithmonë e mundur ose e dëshirueshme në njësitë moderne, por dizajni është thjeshtuar ndjeshëm - nuk ka nevojë fare për tehe. Turbinat me gaz sipas skemës Tesla nuk po ndërtohen ende, por ndoshta ideja është vetëm duke pritur kohën e saj.
Diagram skematik
Tani për strukturën themelore të makinës. Është një kombinim i një sistemi rrotullues të montuar në një bosht (rotor) dhe një pjesë të palëvizshme (stator). Një disk me tehe të rotorit që formojnë një grilë koncentrike vendoset në bosht; ato ekspozohen ndaj gazit të furnizuar nën presion përmes grykave speciale. Pastaj gazi i zgjeruar hyn në shtytës, i pajisur gjithashtu me tehe, të quajtura fletë pune. Për marrjen e përzierjes ajër-karburant dhe shkarkimin (shter), përdoren tuba të veçantë. Një kompresor është gjithashtu i përfshirë në skemën e përgjithshme. Mund të bëhet sipas parimeve të ndryshme, në varësi të presionit të kërkuar të punës. Për funksionimin e tij, një pjesë e energjisë merret nga boshti, i cili shkon për të ngjeshur ajrin. Një turbinë me gaz funksionon nga djegia e një përzierjeje ajri / karburanti, e shoqëruar nga një rritje e konsiderueshme e vëllimit. Boshti rrotullohet, energjia e tij mund të përdoret në mënyrë të dobishme. Një skemë e tillë quhet një qark, por nëse përsëritet, atëherë konsiderohet shumëfazore.
Përparësitë e turbinave të avionëve
Nga mesi i viteve pesëdhjetë, u shfaq një gjeneratë e re avionësh, duke përfshirë avionë pasagjerësh (në BRSS, këto janë Il-18, An-24, An-10, Tu-104, Tu-114, Tu-124, etj. ), në modelet e të cilave motorët e pistonit të avionëve u zëvendësuan përfundimisht dhe në mënyrë të pakthyeshme nga ato turbina. Kjo tregon efikasitetin më të madh të këtij lloji të termocentralit. Karakteristikat e një turbine me gaz tejkalojnë parametrat e motorëve të karburatorit në shumë aspekte, në veçanti, për sa i përket raportit të fuqisë / peshës, i cili është me rëndësi parësore për aviacionin, si dhe në tregues po aq të rëndësishëm të besueshmërisë. Konsum më i ulët i karburantit, më pak pjesë lëvizëse, performancë më e mirë mjedisore, zhurmë dhe dridhje të reduktuara. Turbinat janë më pak kritike për cilësinë e karburantit (gjë që nuk mund të thuhet për sistemet e karburantit), ato janë më të lehta për t'u mirëmbajtur dhe nuk kërkojnë shumë vaj lubrifikues. Në përgjithësi, në shikim të parë duket se ato nuk përbëhen nga metali, por nga merita solide. Mjerisht, ky nuk është rasti.
Motorët me turbina me gaz kanë gjithashtu disavantazhe
Turbina me gaz nxehet gjatë funksionimit dhe transferon nxehtësinë në elementët strukturorë përreth. Kjo është veçanërisht kritike, përsëri në aviacion, kur përdoret një skemë e ridrejtuar e paraqitjes, e cila përfshin larjen e pjesës së poshtme të njësisë së bishtit me një rrymë avion. Dhe vetë strehimi i motorit kërkon izolim të veçantë termik dhe përdorimin e materialeve speciale zjarrduruese që mund t'i rezistojnë temperaturave të larta.
Ftohja e turbinave me gaz është një sfidë teknike. Nuk është shaka, ato funksionojnë në mënyrën e një shpërthimi të përhershëm që ndodh në byk. Efikasiteti në disa mënyra është më i ulët se ai i motorëve me karburator, megjithatë, kur përdorni një qark me dy qark, kjo pengesë eliminohet, megjithëse dizajni bëhet më i ndërlikuar, si në rastin e përfshirjes së kompresorëve "përforcues" në qark. Përshpejtimi i turbinave dhe arritja e modalitetit të funksionimit kërkon pak kohë. Sa më shpesh të fillojë dhe të ndalet njësia, aq më shpejt konsumohet.
Aplikim korrekt
Epo, asnjë sistem nuk është i plotë pa të meta. Është e rëndësishme të gjesh një aplikim të tillë të secilit prej tyre, në të cilin meritat e tij do të shfaqen më qartë. Për shembull, tanke të tilla si American Abrams, të cilat mundësohen nga një turbinë me gaz. Mund të rimbushet me çdo gjë që digjet, nga benzina me oktan të lartë te uiski, dhe jep shumë fuqi. Një shembull, ndoshta jo shumë i suksesshëm, pasi përvoja e përdorimit në Irak dhe Afganistan ka treguar cenueshmërinë e teheve të kompresorit ndaj efekteve të rërës. Turbinat me gaz duhet të riparohen në SHBA, në një fabrikë prodhimi. Merrni rezervuarin atje, pastaj mbrapa, dhe koston e vetë shërbimit, plus aksesorët ...
Më pak nga bllokimet vuajnë helikopterët, rusë, amerikanë dhe vende të tjera, si dhe skafet e fuqishme. Raketat e lëngshme janë të domosdoshme.
Luftanijet moderne dhe anijet civile kanë gjithashtu motorë me turbina me gaz. Dhe gjithashtu energji.
Termocentralet me tri gjeneratorë
Problemet me të cilat përballen prodhuesit e avionëve janë më pak shqetësuese për ata që prodhojnë pajisje industriale për prodhimin e energjisë. Pesha në këtë rast nuk është më aq e rëndësishme, dhe ju mund të fokusoheni në parametra të tillë si efikasiteti dhe efikasiteti i përgjithshëm. Kompletet e gjeneratorëve të turbinave me gaz kanë një kornizë masive, një kornizë të besueshme dhe tehe më të trasha. Është mjaft e mundur të përdoret nxehtësia e gjeneruar duke e përdorur atë për një shumëllojshmëri të gjerë nevojash, nga riciklimi dytësor në vetë sistem, deri te ngrohja e ambienteve shtëpiake dhe furnizimi me energji termike i njësive ftohëse të tipit absorbues. Kjo qasje quhet trigjenerim, dhe efikasiteti në këtë mënyrë është afër 90%.
Centralet bërthamore
Për një turbinë me gaz, nuk ka asnjë ndryshim thelbësor se cili është burimi i mediumit të nxehtë, i cili i jep energjinë e tij teheve të tij. Mund të jetë një përzierje e djegur ajër-karburant, ose thjesht avull i mbinxehur (jo domosdoshmërisht ujë), për sa kohë që siguron furnizim të pandërprerë me energji elektrike. Në thelb, termocentralet e të gjitha termocentraleve bërthamore, nëndetëseve, aeroplanmbajtësve, akullthyesve dhe disa anijeve ushtarake sipërfaqësore (për shembull, kryqëzori i raketave Pjetri i Madh) bazohen në një turbinë me gaz (GTU) e rrotulluar me avull. Çështjet e sigurisë dhe mjedisit diktohen nga një qark primar i mbyllur. Kjo do të thotë që agjenti termik primar (në mostrat e para këtë rol e luante plumbi, tani është zëvendësuar nga parafina), nuk largohet nga zona e reaktorit, duke rrjedhur rreth elementëve të karburantit në një rreth. Substanca e punës nxehet në qarqet pasuese, dhe dioksidi i karbonit i avulluar, heliumi ose azoti rrotullon rrotën e turbinës.
Aplikim i gjerë
Instalimet komplekse dhe të mëdha janë pothuajse gjithmonë unike, prodhimi i tyre kryhet në seri të vogla ose në përgjithësi bëhen kopje të vetme. Më shpesh, njësitë e prodhuara në sasi të mëdha përdoren në sektorë paqësorë të ekonomisë, për shembull, për pompimin e hidrokarbureve përmes tubacioneve. Këto janë ato të prodhuara nga kompania UEC nën markën Saturn. Turbinat me gaz të stacioneve të pompimit janë plotësisht në përputhje me emrin e tyre. Ata me të vërtetë pompojnë gaz natyror duke përdorur energjinë e vet për punën e tyre.
Shto te të preferuarat te të preferuarat nga të preferuarat
0Artikull interesant vintage që mendoj se do të interesojë kolegët.
PËRPARËSITË E SAJ
Avioni gjëmon në blunë transparente të qiellit. Njerëzit ndalojnë, duke mbuluar sytë nga dielli me pëllëmbët e tyre, duke e kërkuar atë midis ishujve të rrallë të reve. Por ata nuk mund ta gjejnë atë. Ndoshta një re po e fsheh atë, apo ka fluturuar aq lart sa tashmë është e padukshme me sy të lirë? Jo, dikush e ka parë tashmë dhe i tregon fqinjit të tij me dorë - aspak në drejtimin ku po shohin të tjerët. I hollë, me krahë të hedhur prapa, si një shigjetë, fluturon aq shpejt sa zhurma e fluturimit të saj arrin në tokë nga një pikë ku avioni ka kohë që është zhdukur. Tingulli duket se mbetet pas tij. Dhe aeroplani, sikur të gëzhej në elementin e tij të lindjes, befas befas, pothuajse vertikalisht, ngrihet lart, përmbyset, bie si një gur dhe përsëri fshihet me shpejtësi horizontalisht ... Ky është një avion reaktiv.
Përbërësi kryesor i motorit reaktiv, i cili i jep avionit këtë shpejtësi jashtëzakonisht të lartë, pothuajse të barabartë me shpejtësinë e zërit, është turbina me gaz. Në 10-15 vitet e fundit, ajo hipi në aeroplan dhe shpejtësia e zogjve artificialë u rrit me katër deri në pesëqind kilometra. Motorët më të mirë të pistonit nuk mund të siguronin shpejtësi të tilla për avionët e prodhimit. Si funksionon ky motor i mahnitshëm, i cili i dha aviacionit një hap kaq të madh përpara, ky motori më i ri - një turbinë me gaz?
Dhe pastaj befas rezulton se turbina me gaz nuk është aspak motori më i ri. Rezulton se edhe në shekullin e kaluar ka pasur projekte për motorët me turbina me gaz. Por deri në ca kohë, e përcaktuar nga niveli i zhvillimit teknologjik, një turbinë me gaz nuk mund të konkurronte me llojet e tjera të motorëve. Kjo përkundër faktit se turbina me gaz ka një sërë avantazhesh ndaj tyre.
Le të krahasojmë një turbinë me gaz, për shembull, me një motor me avull. Thjeshtësia e strukturës së saj në këtë krahasim bie menjëherë në sy. Një turbinë me gaz nuk kërkon një kazan me avull të përpunuar, të rëndë, një kondensator të madh dhe shumë mekanizma të tjerë ndihmës.
Por edhe një motor konvencional me pistoni me djegie të brendshme nuk ka një kazan ose një kondensator. Cilat janë avantazhet e një turbine me gaz mbi një motor pistoni, të cilin e largoi kaq shpejt nga avionët me shpejtësi të lartë?
Fakti që një motor me turbinë me gaz është një motor jashtëzakonisht i lehtë. Pesha e tij për njësi të fuqisë është dukshëm më e ulët se ajo e llojeve të tjera të motorëve.
Përveç kësaj, ai nuk ka pjesë lëvizëse përkthimore - pistona, shufra lidhëse, etj., Të cilat kufizojnë shpejtësinë e motorit. Ky avantazh, i cili nuk duket aq i rëndësishëm për njerëzit që nuk janë veçanërisht të afërt me teknologjinë, shpesh rezulton të jetë vendimtar për inxhinierin.
Turbina me gaz ka një tjetër avantazh dërrmues ndaj motorëve të tjerë me djegie të brendshme. Mund të funksionojë me lëndë djegëse të ngurta. Për më tepër, efikasiteti i tij do të jetë jo më pak, por më shumë se ai i motorit më të mirë me djegie të brendshme me piston që funksionon me karburant të lëngshëm të shtrenjtë.
Çfarë lloj efikasiteti mund të sigurojë një turbinë me gaz?
Rezulton se tashmë impianti më i thjeshtë i turbinës me gaz, i cili mund të funksionojë me gaz me një temperaturë përballë turbinës 1250-1300 ° C, do të ketë një efikasitet prej rreth 40-45%. Nëse e ndërlikojmë instalimin, përdorim rigjenerues (ata përdorin nxehtësinë e gazit të mbeturinave për të ngrohur ajrin), përdorin ftohjen dhe djegien me shumë faza, mund të merrni efikasitetin e një njësie turbine me gaz të rendit 55-60%. Këto shifra tregojnë se një turbinë me gaz mund të tejkalojë të gjitha llojet ekzistuese të motorëve për sa i përket ekonomisë. Prandaj, fitorja e turbinës me gaz në aviacion duhet të konsiderohet vetëm si fitorja e parë e këtij motori, e ndjekur nga të tjerët: në transportin hekurudhor - mbi një motor me avull, në inxhinierinë e palëvizshme të energjisë - mbi një turbinë me avull. Turbina me gaz duhet të konsiderohet motori kryesor i së ardhmes së afërt.
DISAVANTAZHET E SAJ
Struktura bazë e një turbine me gaz të aviacionit sot nuk është e komplikuar (shih diagramin më poshtë). Një kompresor ndodhet në të njëjtin bosht si turbina me gaz, e cila ngjesh ajrin dhe e drejton atë në dhomat e djegies. Nga këtu, gazi hyn në tehet e turbinës, ku një pjesë e energjisë së tij shndërrohet në punë mekanike të nevojshme për të rrotulluar kompresorin dhe pajisjet ndihmëse, kryesisht pompën për furnizim të vazhdueshëm me karburant në dhomat e djegies. Një pjesë tjetër e energjisë së gazit konvertohet tashmë në grykën e avionit, duke krijuar shtytje jet. Ndonjëherë prodhohen turbina që gjenerojnë më shumë fuqi sesa kërkohet për të drejtuar kompresorin dhe për të drejtuar pajisjet ndihmëse; pjesa e tepërt e kësaj energjie bartet përmes kutisë së shpejtësisë në helikë. Ka motorë turbinash me gaz avionësh të pajisur me një helikë dhe një hundë avion.
Një turbinë e palëvizshme me gaz nuk ndryshon rrënjësisht nga ajo e aviacionit, vetëm në vend të një helike, rotori i një gjeneratori elektrik është ngjitur në boshtin e tij dhe gazrat e djegies nuk emetohen në grykën e avionit, por në kufirin maksimal të mundshëm që ata japin. energjia e përmbajtur në to tek fletët e turbinës. Për më tepër, një turbinë e palëvizshme me gaz, e cila nuk është e kufizuar nga kërkesa strikte për dimensionet dhe peshën, ka një numër pajisjesh shtesë që rrisin efikasitetin e saj dhe zvogëlojnë humbjet.
Turbina me gaz është një makinë me performancë të lartë. Ne kemi emërtuar tashmë temperaturën e dëshiruar të gazrave përpara teheve të shtytësit të saj - 1250-1300 °. Kjo është pika e shkrirjes së çelikut. Gazi lëviz me një shpejtësi prej disa qindra metrash në sekondë, i ndezur në një temperaturë të tillë në grykat dhe tehet e turbinës. Rotori i tij bën mbi një mijë rrotullime në minutë. Një turbinë me gaz është një rrjedhë e orkestruar qëllimisht e gazit inkandeshent. Shtigjet e rrymave të zjarrta që lëvizin në grykë dhe midis fletëve të turbinës janë të paracaktuara dhe të llogaritura saktësisht nga projektuesit.
Turbina me gaz është një makinë me precizion të lartë. Kushinetat e një boshti që bën mijëra rrotullime në minutë duhet të bëhen në klasën më të lartë të saktësisë. As çekuilibri më i vogël nuk mund të tolerohet në rrotullimin e rotorit me këtë shpejtësi, përndryshe rrahjet do ta shpërthejnë makinën. Kërkesat për metalin e teheve duhet të jenë jashtëzakonisht të larta - forcat centrifugale e tendosin atë deri në kufi.
Këto karakteristika të turbinës me gaz ngadalësuan pjesërisht zbatimin e saj, pavarësisht nga të gjitha avantazhet e saj të larta. Në të vërtetë, çfarë materialesh rezistente ndaj nxehtësisë dhe rezistente ndaj nxehtësisë duhet të jenë në mënyrë që të përballojnë punën më të vështirë për një kohë të gjatë në temperaturën e shkrirjes së çelikut? Teknologjia moderne nuk njeh materiale të tilla.
Rritja e temperaturës për shkak të përparimeve në metalurgji është shumë e ngadaltë. Gjatë 10-12 viteve të fundit, ata kanë siguruar një rritje të temperaturës me 100-150 °, domethënë 10-12 ° në vit. Kështu, sot turbinat tona të palëvizshme të gazit mund të funksionojnë (nëse nuk do të kishte mënyra të tjera për t'u përballur me temperaturat e larta) vetëm në rreth 700 ° C. Efikasiteti i lartë i turbinave të palëvizshme me gaz mund të sigurohet vetëm në një temperaturë më të lartë të gazrave të punës. Nëse metalurgët rrisin rezistencën ndaj nxehtësisë së materialeve me të njëjtin ritëm (që përgjithësisht është e dyshimtë), vetëm në pesëdhjetë vjet ata do të sigurojnë funksionimin e turbinave të palëvizshme të gazit.
Inxhinierët sot po marrin një rrugë tjetër. Është e nevojshme të ftohen, thonë ata, elementët e turbinës me gaz, të cilat lahen nga gazrat e nxehtë. Kjo vlen kryesisht për grykat dhe tehet e shtytësit të turbinës me gaz. Dhe për këtë qëllim, janë propozuar një sërë zgjidhjesh të ndryshme.
Pra, propozohet që tehet të bëhen të zbrazëta dhe të ftohen nga brenda ose me ajër të ftohtë ose me lëng. Ekziston një sugjerim tjetër - të fryni ajrin e ftohtë rreth sipërfaqes së tehut, duke krijuar një shtresë mbrojtëse të ftohtë rreth saj, sikur ta vendosni tehun në një xhaketë të bërë nga ajri i ftohtë. Më në fund, mund të bëni një teh nga një material poroz dhe përmes këtyre poreve të furnizoni nga brenda një ftohës, në mënyrë që tehu të "djersë", si të thuash. Por të gjitha këto propozime janë shumë komplekse në rastin e një zgjidhjeje të drejtpërdrejtë konstruktive.
Ekziston edhe një problem teknik i pazgjidhur në projektimin e turbinave me gaz. Në fund të fundit, një nga avantazhet kryesore të një turbine me gaz është se ajo mund të funksionojë me karburant të ngurtë. Në këtë rast, është më e leverdishme që karburanti i ngurtë i atomizuar të digjet direkt në dhomën e djegies së turbinës. Por rezulton se ne nuk dimë se si t'i ndajmë në mënyrë efektive grimcat e ngurta të hirit dhe skorjes nga gazrat e djegies. Këto grimca me përmasa më shumë se 10-15 mikron, së bashku me një rrymë gazesh inkandeshente, bien mbi tehet e turbinës dhe gërvishten dhe shkatërrojnë sipërfaqen e tyre. Pastrimi radikal i gazeve të djegies nga grimcat e hirit dhe skorjeve ose djegia e karburantit të atomizuar në mënyrë që të formohen grimca të ngurta vetëm më pak se 10 mikron - kjo është një detyrë tjetër që duhet zgjidhur në mënyrë që një turbinë me gaz "të zbresë nga parajsa në tokë".
NË AVIACION
Po në lidhje me aviacionin? Pse efikasiteti i një turbine me gaz është i lartë në qiell në të njëjtat temperatura të gazrave më shumë se në tokë? Sepse kriteri kryesor për efikasitetin e funksionimit të tij nuk është në fakt temperatura e gazeve të djegies, por raporti i kësaj temperature me temperaturën e ajrit të jashtëm. Dhe në lartësitë e zotëruara nga aviacioni ynë modern, këto temperatura janë gjithmonë relativisht të ulëta.
Falë kësaj, turbina me gaz në aviacion është bërë lloji kryesor i motorit në kohën e tanishme. Tani avionët me shpejtësi të lartë kanë braktisur motorin e pistonit. Avionët me rreze të gjatë përdorin një turbinë me gaz në formën e një turbine me gaz me avion ajri ose motor turboprop. Në aviacion, avantazhet e një turbine me gaz mbi motorët e tjerë për sa i përket madhësisë dhe peshës ishin veçanërisht të theksuara.
Dhe këto avantazhe, të shprehura në gjuhën e saktë të numrave, janë afërsisht si më poshtë: një motor pistoni afër tokës ka një peshë prej 0,4-0,5 kg për 1 kf, një motor me turbina me gaz - 0,08-0,1 kg për 1 hp. -Kushtet e lartësisë, le të themi në një lartësi prej 10 km, motori me piston bëhet dhjetë herë më i rëndë se një motor ajri me turbina me gaz.
Aktualisht, rekordi zyrtar botëror i shpejtësisë për një avion turbojet është 1212 km / orë. Avionët janë projektuar gjithashtu për shpejtësi shumë më të larta se shpejtësia e zërit (kujtoni se shpejtësia e zërit në tokë është afërsisht 1220 km / orë).
Edhe nga sa u tha, është e qartë se çfarë motori revolucionar është turbina me gaz në aviacion. Historia nuk ka njohur ende raste kur në një periudhë kaq të shkurtër kohore (10-15 vjet) një motor i ri zëvendësoi plotësisht një motor tjetër, të përsosur në të gjithë fushën e teknologjisë.
ME LOKOMOTIVE
Që nga shfaqja e hekurudhave deri në fund të shekullit të kaluar, një motor me avull - një lokomotivë me avull - ishte i vetmi lloj i motorit hekurudhor. Në fillim të shekullit tonë, u shfaq një lokomotivë e re, më ekonomike dhe e përsosur - lokomotiva elektrike. Përafërsisht tridhjetë vjet më parë, lloje të tjera të reja të lokomotivave u shfaqën në hekurudha - lokomotiva me naftë dhe lokomotiva me turbina me avull.
Sigurisht, lokomotiva me avull ka pësuar shumë ndryshime të rëndësishme gjatë ekzistencës së saj. Dizajni i tij gjithashtu ndryshoi, dhe parametrat kryesorë - shpejtësia, pesha, fuqia - gjithashtu ndryshuan. Karakteristikat e tërheqjes dhe inxhinierisë së nxehtësisë së lokomotivave me avull po përmirësoheshin vazhdimisht, gjë që u lehtësua nga futja e një temperature të rritur të avullit të mbinxehur, ngrohja e ujit të ushqyer, ngrohja e ajrit të furnizuar në furrë, përdorimi i ngrohjes së qymyrit të pluhurosur, etj. Megjithatë , efikasiteti i lokomotivave me avull është ende shumë i ulët dhe arrin vetëm 6-8%.
Dihet që transporti hekurudhor, kryesisht lokomotivat me avull, konsumon rreth 30-35 ° / rreth të gjithë qymyrit të nxjerrë në vend. Rritja e efikasitetit të lokomotivave me avull me vetëm disa për qind do të nënkuptonte kursime të mëdha, që arrijnë në dhjetëra miliona tonë qymyr, të nxjerra nga toka nga puna e palodhur e minatorëve.
Efikasiteti i ulët është pengesa kryesore dhe më e rëndësishme e një lokomotivë me avull, por jo e vetmja. Siç e dini, një motor me avull përdoret si motor në një lokomotivë me avull, një nga njësitë kryesore të së cilës është një mekanizëm lidhës me fiksim. Ky mekanizëm është një burim i forcave të dëmshme dhe të rrezikshme që veprojnë në rrugën hekurudhore, gjë që kufizon ashpër fuqinë e lokomotivave me avull.
Duhet të theksohet gjithashtu se motori me avull nuk është i përshtatshëm për të punuar me parametra të lartë të avullit. Në fund të fundit, lubrifikimi i cilindrit të një motori me avull zakonisht kryhet duke spërkatur vajin në avull të freskët, dhe vaji ka një rezistencë relativisht të ulët të temperaturës.
Çfarë mund të merret nëse një turbinë me gaz përdoret si motor lokomotivë?
Si një motor tërheqës, një turbinë me gaz ka një sërë avantazhesh ndaj makinave reciproke - me avull dhe me djegie të brendshme. Turbina me gaz nuk kërkon furnizim me ujë dhe ftohje me ujë, dhe konsumon shumë pak lubrifikant. Turbina me gaz funksionon me sukses me lëndë djegëse të lëngshme të shkallës së ulët dhe mund të funksionojë me lëndë djegëse të ngurtë - qymyr. Karburanti i ngurtë në një turbinë me gaz mund të digjet, së pari, në formën e gazit pasi të jetë gazifikuar më parë në të ashtuquajturit gjeneratorë të gazit. Karburanti i ngurtë mund të digjet në formën e pluhurit dhe direkt në dhomën e djegies.
Vetëm një zhvillim i djegies së karburantit të ngurtë në turbinat me gaz pa një rritje të konsiderueshme të temperaturës së gazit dhe madje edhe pa instalimin e shkëmbyesve të nxehtësisë do të bëjë të mundur ndërtimin e një lokomotivë turbine me gaz me një efikasitet operacional prej rreth 13-15% në vend të efikasiteti i lokomotivave më të mira me avull prej 6-8%.
Do të kemi një efekt të madh ekonomik: së pari, një lokomotivë me turbina me gaz do të jetë në gjendje të përdorë çdo karburant, përfshirë gjobat (një lokomotivë konvencionale me avull funksionon shumë më keq për gjoba të vogla, pasi futja në tub në këtë rast mund të arrijë 30-40% ), dhe së dyti, dhe më e rëndësishmja, konsumi i karburantit do të reduktohet me 2-2,5 herë, që do të thotë se 15-18% e të gjithë prodhimit të qymyrit në Union, i cili shpenzohet për lokomotivat me avull, do të lirohet nga 30-35%. . Siç shihet nga figurat e mësipërme, zëvendësimi i lokomotivave me avull me lokomotiva me turbina me gaz do të japë një efekt ekonomik kolosal.
NË TECORAT
Termocentralet e mëdha të rretheve janë konsumatori i dytë më i rëndësishëm i qymyrit. Ato konsumojnë rreth 18-20% të sasisë totale të qymyrit të nxjerrë në vendin tonë. Në termocentralet moderne rajonale, vetëm turbinat me avull funksionojnë si motor, fuqia e të cilave në një njësi arrin 150 mijë kW.
Në një impiant të palëvizshëm turbinash me gaz, duke përdorur të gjitha metodat e mundshme për të rritur efikasitetin e funksionimit të tij, do të ishte e mundur të merret një efikasitet i rendit 55-60%, domethënë 1,5-1,6 herë më i lartë se ai i avullit më të mirë. impiantet e turbinave, në mënyrë që nga pikëpamja ekonomike ne këtu të kemi sërish epërsinë e një turbine me gaz.
Ka shumë dyshime për mundësinë e krijimit të turbinave me gaz me kapacitete të mëdha prej 100-200 mijë kW, veçanërisht pasi aktualisht turbina më e fuqishme me gaz ka një kapacitet prej vetëm 27 mijë kW. Vështirësia kryesore në krijimin e një turbine me kapacitet të madh lind në projektimin e fazës së fundit të turbinës.
Turbina aktuale me gaz mund të jetë në impiantet e turbinave me gaz si njëfazore (grykë dhe një disk me tehe rotor), dhe me shumë faza - sikur disa faza të veçanta të lidhura në mënyrë të njëpasnjëshme. Gjatë rrjedhës së gazit në turbinë nga faza e parë në të fundit, dimensionet e disqeve dhe gjatësia e teheve të rotorit rriten për shkak të rritjes së vëllimit specifik të gazit dhe arrijnë vlerat e tyre maksimale në fazën e fundit. Sidoqoftë, sipas kushteve të forcës, gjatësitë e fletëve, të cilat duhet t'i rezistojnë sforcimeve nga forcat centrifugale, nuk mund të kalojnë vlera plotësisht të caktuara për një numër të caktuar rrotullimesh të turbinës dhe një material të caktuar të fletëve. Kjo do të thotë se gjatë projektimit të fazës së fundit
dimensionet e turbinës nuk duhet të kalojnë disa vlera kufitare. Kjo është vështirësia kryesore.
Llogaritjet tregojnë se turbinat me gaz me fuqi të lartë dhe ultra të lartë (rreth 100 mijë kW) mund të ndërtohen vetëm në kushtet e një rritje të mprehtë të temperaturës së gazrave përpara turbinës. Inxhinierët kanë një lloj raporti të densitetit të fuqisë së turbinës me gaz, i llogaritur në kW për 1 sq. metër katror të fazës së fundit të turbinës. Për instalimet me turbina të fuqishme me avull me një efikasitet prej rreth 35%, është e barabartë me 16.5 mijë kW për metër katror. m Për turbinat me gaz me një temperaturë gazi me djegie prej 600 °, është vetëm 4 mijë për m2. m. Prandaj, efikasiteti i impianteve të tilla turbinash me gaz të skemës më të thjeshtë nuk kalon 22%. Është e nevojshme të rritet temperatura e kanaçeve në turbinë në 1150 °, pasi faktori specifik i fuqisë rritet në 18 mijë kW për sq. m., dhe efikasitet deri në 35%, përkatësisht. Për një turbinë me gaz më të avancuar, që funksionon me një temperaturë gazi në vitet 1300, ajo tashmë rritet në 42.5 mijë për metër katror. m, dhe efikasiteti, përkatësisht, deri në 53.5%!
ME MAKINE
Siç e dini, motori kryesor i të gjitha makinave është motori me djegie të brendshme. Sidoqoftë, gjatë pesë deri në tetë vitet e fundit, janë shfaqur prototipe të dy kamionëve dhe makinave me një turbinë gazi. Kjo konfirmon edhe një herë se turbina me gaz do të jetë motori i së ardhmes së afërt në shumë fusha të ekonomisë kombëtare.
Cilat janë përfitimet e një turbine me gaz si një motor automobilistik?
E para është mungesa e një kuti ingranazhi. Turbina me gaz me dy boshte ka karakteristika të shkëlqyera tërheqëse, duke zhvilluar përpjekje maksimale kur niset. Si rezultat, marrim një përgjigje të shkëlqyer të mbytjes së makinës.
Një turbinë automobilistike funksionon me karburant të lirë dhe ka dimensione të vogla. Por meqenëse një turbinë me gaz automobilistik është ende një lloj motori shumë i ri, projektuesit që po përpiqen të krijojnë një motor që konkurron me një piston vazhdimisht përballen me shumë çështje që duhet të adresohen.
Një pengesë kryesore e të gjitha turbinave ekzistuese me gaz të automobilave në krahasim me motorët me djegie të brendshme reciproke është efikasiteti i tyre i ulët. Makinat kërkojnë motorë me fuqi relativisht të ulët, madje edhe një kamion 25 tonësh ka një motor prej rreth 300 kf. sek., dhe kjo fuqi është shumë e vogël për një turbinë me gaz. Për një fuqi të tillë, turbina rezulton të jetë shumë e vogël në madhësi, si rezultat i së cilës efikasiteti i instalimit do të jetë i ulët (12-15%), për më tepër, ajo bie ndjeshëm me uljen e ngarkesës.
Për të gjykuar përmasat që mund të ketë një turbinë me gaz e një makine, paraqesim të dhënat e mëposhtme: vëllimi i zënë nga një turbinë e tillë me gaz është afërsisht dhjetë herë më i vogël se vëllimi i një motori pistoni me të njëjtën fuqi. Turbina duhet të bëhet me një numër të madh rrotullimesh (rreth 30-40 mijë rpm), dhe në disa raste edhe më të larta (deri në 50 mijë rpm). Deri më tani, shpejtësi të tilla të larta janë të vështira për t'u zotëruar.
Kështu, efikasiteti i ulët dhe vështirësitë e projektimit të shkaktuara nga shpejtësia e lartë dhe madhësia e vogël e turbinës me gaz janë frena kryesore në instalimin e turbinës me gaz në makinë.
Periudha kohore e tanishme është një periudhë lindjeje për një turbinë me gaz automobilistik, por nuk është e largët koha kur do të krijohet një njësi turbinash me gaz me fuqi të ulët ekonomike shumë ekonomike. Do të hapen perspektiva të mëdha për një turbinë me gaz automobilistik që funksionon me lëndë djegëse të ngurtë, pasi transporti motorik është një nga konsumatorët më të mëdhenj të karburantit të lëngshëm, dhe shndërrimi i transportit motorik në qymyr do të japë një efekt të madh ekonomik kombëtar.
Shkurtimisht u njohëm me ato fusha të ekonomisë kombëtare ku turbina me gaz si motor tashmë ka zënë ose së shpejti mund të zërë vendin e merituar. Ka një sërë industrish të tjera në të cilat turbina me gaz ka avantazhe të tilla mbi motorët e tjerë, saqë përdorimi i saj është sigurisht i favorshëm. Pra, për shembull, ekzistojnë të gjitha mundësitë e përdorimit të gjerë të një turbine me gaz në anije, ku dimensionet dhe pesha e saj e vogël kanë një rëndësi të madhe.
Shkencëtarët dhe inxhinierët sovjetikë po punojnë me besim në përmirësimin e turbinave me gaz dhe eliminimin e vështirësive strukturore që pengojnë përdorimin e tyre të gjerë. Këto vështirësi pa dyshim do të eliminohen dhe më pas do të fillojë futja vendimtare e turbinës me gaz në transportin hekurudhor dhe në energjinë stacionare.
Do të kalojë pak kohë dhe turbina me gaz do të pushojë së qeni motori i së ardhmes, por do të bëhet motori kryesor në sektorë të ndryshëm të ekonomisë kombëtare.
Një nga modelet më të thjeshta të një motori turbinë me gaz, për konceptin e funksionimit të tij, mund të përfaqësohet si një bosht në të cilin ka dy disqe me tehe, disku i parë është një kompresor, i dyti është një turbinë, në intervalin midis ato ka një dhomë djegieje.
Parimi i funksionimit të një motori me turbina me gaz:
Një rritje në sasinë e karburantit të furnizuar (duke shtuar "gazin") shkakton gjenerimin e më shumë gazeve me presion të lartë, i cili nga ana tjetër çon në një rritje të numrit të rrotullimeve të turbinës dhe disqeve të kompresorit dhe, si rezultat, një rritje në sasinë e ajrit të pompuar dhe presionin e tij, i cili ju lejon të futeni në dhomën e djegies dhe të digjni më shumë karburant. Sasia e përzierjes ajër-karburant varet drejtpërdrejt nga sasia e ajrit të furnizuar në dhomën e djegies. Një rritje në numrin e asambleve të karburantit (përzierje karburant-ajër) do të çojë në një rritje të presionit në dhomën e djegies dhe temperaturës së gazrave në dalje nga dhoma e djegies dhe, si rezultat, lejon krijimin e më shumë energjia e gazrave të emetuar e drejtuar për të rrotulluar turbinën dhe për të rritur forcën reaktive.
Sa më i vogël të jetë motori, aq më e lartë duhet të jetë shpejtësia rrotulluese e boshtit (ave) që kërkohet për të ruajtur shpejtësinë maksimale lineare të tehuve, pasi perimetri (rruga që përshkojnë tehet në një rrotullim) varet drejtpërdrejt nga rrezja e rotor. Shpejtësia maksimale e fletëve të turbinës përcakton presionin maksimal që mund të arrihet, duke rezultuar në fuqinë maksimale, pavarësisht nga madhësia e motorit. Boshti i një motori reaktiv rrotullohet me një frekuencë prej rreth 10,000 rpm dhe një mikroturbinë - me një frekuencë prej rreth 100,000 rpm.
Për zhvillimin e mëtejshëm të motorëve të avionëve dhe turbinave me gaz, është e arsyeshme të aplikohen zhvillime të reja në fushën e materialeve me rezistencë të lartë dhe rezistente ndaj nxehtësisë për të rritur temperaturën dhe presionin. Përdorimi i llojeve të reja të dhomave të djegies, sistemeve të ftohjes, zvogëlimi i numrit dhe peshës së pjesëve dhe motorit në tërësi është i mundur në progres, përdorimi i karburanteve alternative, një ndryshim në vetë konceptin e dizajnit të motorit.
Njësia e turbinave me gaz me cikël të mbyllur (GTU)
Në një GTU me cikël të mbyllur, gazi i punës qarkullon pa kontakt me mjedisin. Ngrohja (përballë turbinës) dhe ftohja (përpara kompresorit) e gazit kryhet në shkëmbyesit e nxehtësisë. Një sistem i tillë lejon përdorimin e çdo burimi nxehtësie (për shembull, një reaktor bërthamor i ftohur me gaz). Nëse djegia e karburantit përdoret si burim nxehtësie, atëherë një pajisje e tillë quhet motor me djegie të jashtme. Në praktikë, turbinat me gaz me cikël të mbyllur përdoren rrallë.
Njësia e turbinës me gaz (GTU) me djegie të jashtme
Djegia e jashtme përdor qymyr të pluhurosur ose biomasë të grimcuar imët (p.sh. tallash) si lëndë djegëse. Ndezja e jashtme e gazit përdoret direkt dhe indirekt. Në një sistem të drejtpërdrejtë, produktet e djegies kalojnë përmes turbinës. Sistemi indirekt përdor një shkëmbyes nxehtësie dhe ajri i pastër rrjedh nëpër turbinë. Efikasiteti termik është më i ulët në një sistem me djegie indirekte, megjithatë tehet nuk janë të ekspozuara ndaj produkteve të djegies. Motorë me turbina me gaz me një bosht dhe me shumë boshtMotori më i thjeshtë i turbinës me gaz ka vetëm një bosht, ku është instaluar turbina, e cila drejton kompresorin dhe në të njëjtën kohë është burim i fuqisë së dobishme. Kjo imponon një kufizim në mënyrat e funksionimit të motorit. Ndonjëherë motori është me shumë bosht. Në këtë rast, ka disa turbina në seri, secila prej të cilave drejton boshtin e vet. Një turbinë me presion të lartë (e para pas dhomës së djegies) drejton gjithmonë kompresorin e motorit, dhe ato të mëvonshme mund të drejtojnë si një ngarkesë të jashtme (helika helikopteri ose anije, gjeneratorë të fuqishëm elektrikë, etj.), ashtu edhe faza shtesë të kompresorit të motorit. vetë, e vendosur përballë kryesores. Ndarja e kompresorit në kaskada (kaskada e presionit të ulët, kaskada e presionit të lartë - LPC dhe HPC, përkatësisht, ndonjëherë një kaskadë me presion të mesëm vendoset midis tyre, KSD, si, për shembull, në motorin NK-32 të avionit Tu-160) ju lejon të shmangni rritjet në mënyrat e pjesshme. Gjithashtu avantazhi i një motori me shumë boshte është se çdo turbinë funksionon me shpejtësinë dhe ngarkesën optimale. Me një ngarkesë të drejtuar nga boshti i një motori me një bosht, do të kishte një reagim shumë të dobët të mbytjes së motorit, domethënë, aftësia për t'u rrotulluar shpejt, pasi turbina duhet të furnizojë energji si për t'i siguruar motorit një sasi të madhe të ajri (fuqia kufizohet nga sasia e ajrit) dhe për të përshpejtuar ngarkesën. Me një dizajn me dy boshte, një rotor i lehtë me presion të lartë hyn shpejt në punë, duke siguruar motorin me ajër dhe turbinën me presion të ulët me një sasi të madhe gazesh për përshpejtim. Është gjithashtu e mundur të përdoret një startues më pak i fuqishëm për përshpejtimin kur filloni vetëm rotorin me presion të lartë. Sistemi i nisjesPër të ndezur një motor me turbinë me gaz, është e nevojshme të rrotullohet rotori i tij në një shpejtësi të caktuar në mënyrë që kompresori të fillojë të furnizojë një sasi të mjaftueshme ajri (ndryshe nga kompresorët volumetrikë, furnizimi i kompresorëve inercialë (dinamikë) varet në mënyrë kuadratike nga shpejtësia e rrotullimit dhe për këtë arsye praktikisht mungon me shpejtësi të ulët), dhe i vuri zjarrin ajrit të furnizuar me karburantin e djegies së dhomës. Prizat e shkëndijave, të instaluara shpesh në grykë fillestare speciale, përballen me detyrën e dytë, dhe promovimi kryhet nga një startues i një dizajni ose një tjetër: Llojet e motorëve me turbina me gazMotori turbojetGjatë fluturimit, rrjedha e ajrit ngadalësohet në pajisjen hyrëse përpara kompresorit, si rezultat i së cilës temperatura dhe presioni i tij rriten. Në tokë, ajri në pajisjen hyrëse përshpejtohet, temperatura dhe presioni i tij ulen. Duke kaluar nëpër kompresor, ajri është i ngjeshur, presioni i tij rritet 10-45 herë dhe temperatura e tij rritet. Kompresorët për motorët me turbina me gaz ndahen në boshtor dhe centrifugal. Kompresorët boshtor shumëfazësh janë më të zakonshëm në motorë këto ditë. Kompresorët centrifugale përdoren zakonisht në termocentrale të vogla. Më tej, ajri i kompresuar hyn në dhomën e djegies, në të ashtuquajturat tubat e flakës, ose në dhomën unazore të djegies, e cila nuk përbëhet nga tuba të veçantë, por është një element unazor njëpjesësh. Dhomat unazore të djegies janë dhomat më të zakonshme të djegies këto ditë. Dhomat e djegies me tuba përdoren shumë më rrallë, kryesisht në avionët ushtarakë. Ajri në hyrje të dhomës së djegies ndahet në primar, sekondar dhe terciar. Ajri primar hyn në dhomën e djegies përmes një dritareje të veçantë në pjesën e përparme, në qendër të së cilës ndodhet fllanxha e montimit të injektorit dhe merr pjesë drejtpërdrejt në oksidimin (djegien) e karburantit (formimin e përzierjes karburant-ajër). Ajri dytësor hyn në dhomën e djegies përmes vrimave në muret e tubit të flakës, duke u ftohur, duke i dhënë formë pishtarit dhe duke mos marrë pjesë në djegie. Ajri terciar furnizohet në dhomën e djegies tashmë në dalje prej saj, për të barazuar fushën e temperaturës. Kur motori është në punë, një vorbull gazi i nxehtë rrotullohet gjithmonë në pjesën e përparme të tubit të flakës (që është për shkak të formës së veçantë të pjesës së përparme të tubit të flakës), i cili vazhdimisht ndez përzierjen e formuar ajër-karburant, karburanti (vajguri, gazi) digjet përmes grykave në gjendje avulli. Përzierja gaz-ajër zgjerohet dhe një pjesë e energjisë së saj shndërrohet në turbinë përmes teheve të rotorit në energji mekanike të rrotullimit të boshtit kryesor. Kjo energji konsumohet, para së gjithash, për funksionimin e kompresorit, dhe përdoret gjithashtu për të drejtuar njësitë e motorit (pompat përforcuese të karburantit, pompat e vajit, etj.) dhe për të drejtuar gjeneratorët elektrikë, të cilët sigurojnë energji për sisteme të ndryshme në bord. Pjesa kryesore e energjisë së përzierjes së zgjerimit të gazit-ajrit shkon për të përshpejtuar rrjedhën e gazit në grykë dhe për të krijuar një shtytje jet. Sa më e lartë të jetë temperatura e djegies, aq më i lartë është efikasiteti i motorit. Për të parandaluar shkatërrimin e pjesëve të motorit, për prodhimin e tyre përdoren lidhjet rezistente ndaj nxehtësisë dhe veshjet e barrierave termike. Dhe gjithashtu përdoret një sistem ftohjeje me ajrin e marrë nga fazat e mesme të kompresorit. Motori turbojet pas djegiesNjë motor turbojet me një djegës pasardhës (TRDF) është një modifikim i motorit turbojet i përdorur kryesisht në aeroplanët supersonikë. Një pas djegës shtesë është instaluar midis turbinës dhe grykës, në të cilën digjet karburant shtesë. Rezultati është një rritje e shtytjes (pas djegies) deri në 50%, por konsumi i karburantit rritet ndjeshëm. Motorët pas djegies në përgjithësi nuk përdoren në aviacionin komercial për shkak të efikasitetit të tyre të ulët. Motor turbojet by-passNë një motor bypass turbojet (TJE), rryma e ajrit hyn në një kompresor me presion të ulët, pas së cilës një pjesë e rrjedhës kalon përmes turbocharger në mënyrën e zakonshme, dhe pjesa tjetër (e ftohtë) kalon nëpër qarkun e jashtëm dhe hidhet jashtë pa djegie, duke krijuar shtytje shtesë. Rezultati është një temperaturë më e ulët e gazit në dalje, konsum më i ulët i karburantit dhe zhurmë më e ulët e motorit. Raporti i sasisë së ajrit që ka kaluar nëpër qarkun e jashtëm me sasinë e ajrit që ka kaluar nëpër qarkun e brendshëm quhet raporti i anashkalimit ( m). Me shkallën e anashkalimit<4 потоки контуров на выходе, как правило, смешиваются и выбрасываются через общее сопло, если m > 4 - rrymat nxirren veçmas, pasi përzierja është e vështirë për shkak të ndryshimeve të konsiderueshme të presionit dhe shpejtësisë. Përdorimi i qarkut dytësor në motorët për aviacionin ushtarak lejon që pjesët e nxehta të motorit të ftohen, kjo lejon rritjen e temperaturës së gazeve përpara turbinës, gjë që kontribuon në një rritje shtesë të shtytjes. Motorët me anashkalim të ulët ( m < 2 ) përdoren për avionë supersonikë, motorë me m > 2 për avionët nënsonikë të pasagjerëve dhe transportit. Motori turbofanMotori reaktiv turbofan (TVRD) është një motor turbojet me një raport bypass m = 2-10. Këtu kompresori me presion të ulët shndërrohet në një tifoz, i cili ndryshon nga kompresori në një numër më të vogël fazash dhe një diametër të madh, dhe rryma e nxehtë praktikisht nuk përzihet me atë të ftohtë. Përdoret në aviacionin civil, motori ka një burim të caktuar të gjatë dhe konsum të ulët specifik të karburantit me shpejtësi nënsonike. Motori turbopropNjë zhvillim i mëtejshëm i një motori turbojet me një rritje në raportin e anashkalimit m = 20-90 është një motor tifoz turboprop (TVVD). Ndryshe nga një motor turboprop, tehet e motorit HPP janë në formë saber, gjë që ju lejon të ridrejtoni një pjesë të rrjedhës së ajrit në kompresor dhe të rrisni presionin në hyrjen e kompresorit. Një motor i tillë quhet propfan dhe mund të jetë ose i hapur ose i mbuluar me unazë. Dallimi i dytë është se propfan nuk drejtohet drejtpërdrejt nga turbina, por, si një helikë, përmes një kuti ingranazhi. Motori është më ekonomiki, por në të njëjtën kohë shpejtësia e lundrimit të një avioni, me këta lloj motorësh, zakonisht nuk i kalon 550 km/h, ka dridhje më të forta dhe “ndotje akustike”. TurbopropNë një motor turboprop (TVD), shtytja kryesore sigurohet nga helika e lidhur përmes një kuti ingranazhi në boshtin e turbochargerit. Për këtë, përdoret një turbinë me një numër të shtuar fazash, në mënyrë që zgjerimi i gazit në turbinë të ndodhë pothuajse plotësisht dhe vetëm 10-15% e shtytjes sigurohet nga rryma e gazit. Motorët turboprop janë shumë më ekonomikë me shpejtësi të ulët fluturimi dhe përdoren gjerësisht për aeroplanët me ngarkesë të madhe dhe gamë fluturimi - për shembull, An-12, An-22, C-130. Shpejtësia e lundrimit të avionëve të pajisur me një teatër operacionesh është 500-700 km / orë. Njësia ndihmëse e energjisë (APU)APU është një motor i vogël me turbina me gaz që është një burim autonom energjie në bord. APU-të më të thjeshta mund të furnizojnë vetëm ajër të kompresuar të marrë nga kompresori i turbinës, i cili përdoret për të ndezur motorët kryesorë, ose për të operuar sistemin e ajrit të kondicionuar në tokë (për shembull, APU-ja e tipit AI-9 e përdorur në helikopterë dhe Yak-40 avion). APU-të më të sofistikuara, përveç një burimi të ajrit të kompresuar, sigurojnë rrymë elektrike në rrjetin në bord, domethënë ato janë një njësi energjie autonome e plotë që siguron funksionimin normal të të gjitha sistemeve në bord të avionit pa ndezja e motorëve kryesorë, si dhe në mungesë të burimeve të energjisë së aeroportit me bazë tokësore. I tillë është, për shembull, APU TA-12 i An-124, Tu-95MS, Tu-204, An-74 dhe të tjerë. Motori me turboboshtNjë motor i tillë më shpesh ka një turbinë të lirë. E gjithë turbina është e ndarë në dy pjesë, të shkëputura mekanikisht nga njëra-tjetra. Lidhja mes tyre është vetëm gaz-dinamike. Rrjedha e gazit, duke rrotulluar turbinën e parë, heq një pjesë të fuqisë së saj për të rrotulluar kompresorin dhe më pas, duke rrotulluar të dytin, duke aktivizuar kështu njësitë e dobishme përmes boshtit të kësaj turbine (të dytë). Nuk ka hundë jet në motorin turbobosht. Dalja e gazit të shkarkimit nuk është një hundë dhe nuk gjeneron shtytje. Boshti i daljes së TVAD, nga i cili hiqet e gjithë fuqia e dobishme, mund të drejtohet si prapa përmes kanalit të pajisjes dalëse ashtu edhe përpara, qoftë përmes boshtit të zbrazët të turbochargerit, ose përmes kutisë së ingranazhit jashtë kapakut të motorit. TurbostarterTS është një njësi e instaluar në një motor me turbinë me gaz dhe e krijuar për ta rrotulluar atë në fillim. Pajisjet e tilla përfaqësojnë një motor turbobosht në miniaturë, të thjeshtë në dizajn, turbina e lirë e të cilit rrotullon rotorin e motorit kryesor kur ai ndizet. Si shembull: startuesi turbo TS-21, i përdorur në motorin AL-21F-3, i cili është i instaluar në aeroplanin Su-24, ose TS-12, i instaluar në motorët e avionëve NK-12 të Tu-95 dhe avionët Tu-142. ТС-12 ka një kompresor centrifugal me një fazë, një turbinë boshtore me dy faza të makinës së kompresorit dhe një turbinë të lirë me dy faza. Shpejtësia nominale e rotorit të kompresorit në fillimin e fillimit të motorit është 27 mijë min-1, pasi rotori NK-12 rrotullohet për shkak të rritjes së shpejtësisë së turbinës së lirë TS-12, presionit të kundërt pas kompresorit turbina zvogëlohet dhe shpejtësia rritet në 30 mijë min-1. Motori turbo GTDE-117 i motorit AL-31F është bërë gjithashtu me një turbinë të lirë, dhe motori C-300M i motorit AM-3, i cili ishte në aeroplanët Tu-16, Tu-104 dhe M-4, është me një bosht dhe rrotullon rotorin e motorit përmes një bashkimi lëngu. Instalimet detarePërdoret në industrinë detare për të ulur peshën. General Electric LM2500 dhe LM6000 janë modele tipike të kësaj makine. Anijet që përdorin motorë me turbobosht me gaz quhen motorë me turbina me gaz. Ata janë një lloj anije motorike. Këto janë më shpesh hidrofoila në të cilat një helikë e shtyn një motor turbobosht mekanikisht përmes një kuti ingranazhi ose elektrikisht përmes një gjeneratori që ai rrotullohet. Ose është një hovercraft, i cili krijohet duke përdorur një motor turbinë me gaz. Për shembull, anija me turbinë me gaz Cyclone-M me 2 motorë turbinë me gaz DO37. Në historinë ruse kishte vetëm dy anije pasagjerësh me turbina me gaz. Anija e fundit shumë premtuese "Cyclone-M" u shfaq në 1986. Më shumë anije të tilla nuk u ndërtuan. Në sferën ushtarake, në këtë drejtim, situata është disi më e mirë. Një shembull është anija e zbarkimit Zubr, hovercraft më i madh në botë. Instalimet hekurudhoreLokomotivat që përdorin motorë me turbobosht me gaz quhen lokomotiva me turbina me gaz (një lloj lokomotivë me naftë). Ata përdorin një transmetim elektrik. GTE rrotullon një gjenerator elektrik dhe rryma e gjeneruar prej tij, nga ana tjetër, ushqen motorët elektrikë që vënë lokomotivën në lëvizje. Në vitet 1960, tre lokomotiva me turbina me gaz iu nënshtruan një provë mjaft të suksesshme në BRSS. Dy pasagjerë dhe një ngarkesë. Megjithatë, ata nuk e duruan dot konkurrencën me lokomotivat elektrike dhe në fillim të viteve 1970 projekti u anulua. Por në vitin 2007, me iniciativën e Hekurudhave Ruse, u prodhua një prototip i një lokomotivë turbine me gaz mallrash, që funksiononte me gaz natyror të lëngshëm. GT1 kaloi me sukses testet, më vonë u ndërtua një lokomotivë e dytë me turbina me gaz, me të njëjtin termocentral, por në një shasi të ndryshme, makinat po funksionojnë. Pompimi i gazit natyrorParimi i funksionimit të një njësie të pompimit të gazit praktikisht nuk ndryshon nga motorët turboprop, TVaD përdoret këtu si një makinë për pompa të fuqishme, dhe i njëjti gaz që pompojnë ata përdoret si karburant. Në industrinë vendase, për këto qëllime, motorët e krijuar në bazë të aviacionit përdoren gjerësisht - NK-12 (NK-12ST), NK-32 (NK-36ST), pasi ato mund të përdorin pjesë të motorit të avionëve që kanë shteruar fluturimin e tyre jeta. TermocentraletNjë motor me turbobosht me gaz mund të përdoret për të drejtuar një gjenerator elektrik në termocentralet, të cilat bazohen në një ose më shumë nga këta motorë. Një termocentral i tillë mund të ketë një kapacitet elektrik nga njëzet kilovat deri në qindra megavat. Sidoqoftë, një motor me turbinë me gaz, përveç rrotullimit, prodhon gjithashtu një sasi të madhe nxehtësie, e cila mund të përdoret gjithashtu për të gjeneruar energji elektrike ose furnizim me nxehtësi, prandaj, përdoret në mënyrë më efikase së bashku me një kazan të nxehtësisë së mbeturinave. Avulli i marrë në bojlerin e mbeturinave të nxehtësisë furnizohet në një njësi turbine me avull, në të cilin rast e gjithë njësia në tërësi quhet cikël i kombinuar, ose furnizohet në një ngrohës rrjeti për përdorim në ngrohje qendrore, në të cilin rast njësia është quajtur një turbinë me gaz CHP. Motorët me turbobosht (TVaD) janë instaluar në rezervuarin Sovjetik T-80 (motori GTD-1000T) dhe M1 Abrams amerikan. Motorët me turbina me gaz të instaluar në depozita, me përmasa të ngjashme me ato me naftë, kanë shumë më shumë fuqi, më pak peshë dhe më pak zhurmë, më pak tym të shkarkimit. Gjithashtu, TVaD plotëson më mirë kërkesat e shumë karburantit, është shumë më e lehtë për t'u nisur, - gatishmëria operacionale e një rezervuari me një motor turbinë me gaz, domethënë fillimi i motorit dhe më pas futja në mënyrën e funksionimit të të gjitha sistemeve të tij, merr disa minuta, gjë që në thelb është e pamundur për një rezervuar me motor nafte, dhe në kushte dimërore në temperatura të ulëta, motori me naftë kërkon një ngrohje mjaft të gjatë para fillimit, gjë që nuk kërkohet nga TVaD. Për shkak të mungesës së një lidhjeje të ngurtë mekanike midis turbinës dhe transmetimit, motori nuk ngec në një rezervuar që është i mbërthyer ose thjesht i mbështetur në një pengesë. Nëse uji hyn në motor (duke mbytur rezervuarin), mjafton të kryhet i ashtuquajturi rrotullim i ftohtë i motorit të turbinës me gaz për të hequr ujin nga rruga gaz-ajër dhe pas kësaj motori mund të ndizet - në një rezervuar me motori me naftë në një situatë të ngjashme, ndodh një çekiç uji, duke thyer pjesët e grupit cilindër-piston dhe sigurisht që kërkon zëvendësimin e motorit. Megjithatë, për shkak të efikasitetit të ulët të motorëve me turbina me gaz të instaluar në automjete me shpejtësi të ulët (në krahasim me avionët), kërkohet një sasi shumë më e madhe e karburantit të transportueshëm për një distancë kilometrike të krahasueshme me një motor nafte. Për shkak të konsumit të karburantit, pavarësisht nga të gjitha avantazhet, tanket T-80 dalin jashtë funksionit. Përvoja e funksionimit të rezervuarit TV-D M1 Abrams në kushte me pluhur të lartë (për shembull, në shkretëtirat me rërë) doli të ishte e paqartë. Në të kundërt, T-80 mund të operohet në mënyrë të sigurt në kushte pluhuri të lartë, - një sistem i menduar mirë konstruktivisht për pastrimin e ajrit që hyn në motor në T-80 mbron me besueshmëri motorin e turbinës me gaz nga rëra dhe pluhuri. "Abrams", përkundrazi, "u mbyti" - gjatë dy fushatave kundër Irakut gjatë kalimit të shkretëtirave mjaft "Abrams" ndaluan, pasi motorët e tyre ishin të bllokuar me rërë [ ] . Automobilistikë
|
IDEA për të përdorur motorë me turbina me gaz në automobila ka lindur shumë kohë më parë. Por vetëm në vitet e fundit dizajni i tyre ka arritur nivelin e perfeksionit që u jep të drejtën e ekzistencës.
Niveli i lartë i zhvillimit të teorisë së motorëve me teh, metalurgjisë dhe teknologjisë së prodhimit tani ofron një mundësi reale për të krijuar motorë të besueshëm me turbina me gaz që mund të zëvendësojnë me sukses motorët me djegie të brendshme me piston në një makinë.
Çfarë është një motor me turbinë me gaz?
Në fig. tregohet një diagram skematik i një motori të tillë. Një kompresor rrotullues, i vendosur në të njëjtin bosht si turbina me gaz, tërheq ajrin nga atmosfera, e ngjesh atë dhe e pompon në dhomën e djegies. Pompa e karburantit, e drejtuar gjithashtu nga boshti i turbinës, pompon karburantin në një injektor të vendosur në dhomën e djegies. Produktet e gazta të djegies hyjnë përmes lopatës udhëzuese në tehet e rotorit të rrotës së turbinës me gaz dhe e detyrojnë atë të rrotullohet në një drejtim të caktuar. Gazrat e shkarkimit në turbinë shkarkohen në atmosferë përmes një tubi të degëzimit. Boshti i turbinës me gaz rrotullohet në kushineta.
Krahasuar me motorët me piston me djegie të brendshme, motori me turbina me gaz ka avantazhe shumë domethënëse. Vërtetë, ai gjithashtu nuk është ende i lirë nga mangësitë, por ato eliminohen gradualisht ndërsa dizajni zhvillohet.
Kur karakterizoni një turbinë me gaz, para së gjithash, duhet të theksohet se, si një turbinë me avull, ajo mund të zhvillojë shpejtësi të larta. Kjo bën të mundur marrjen e fuqisë së konsiderueshme nga motorë shumë më të vegjël (në krahasim me piston) dhe pothuajse 10 herë më të lehtë në peshë.
Lëvizja rrotulluese e boshtit është në thelb e vetmja lëvizje në një turbinë me gaz, ndërsa në një motor me djegie të brendshme, përveç lëvizjes rrotulluese të boshtit të gungës, ka një lëvizje reciproke të pistonit si dhe një lëvizje komplekse të lidhjes. kallam. Motorët me turbina me gaz nuk kërkojnë pajisje speciale ftohëse. Mungesa e pjesëve të fërkimit me një numër minimal kushinetash siguron performancë afatgjatë dhe besueshmëri të lartë të motorit të turbinës me gaz.
Për të fuqizuar motorin e turbinës me gaz, përdoret vajguri ose karburant dizel.
Arsyeja kryesore që pengon zhvillimin e motorëve të turbinave me gaz të automobilave është nevoja për të kufizuar artificialisht temperaturën e gazrave që hyjnë në fletët e turbinës. Kjo zvogëlon efikasitetin e motorit dhe çon në një rritje të konsumit specifik të karburantit (me 1 kf). Temperatura e gazit duhet të kufizohet për motorët me turbina me gaz të automjeteve të pasagjerëve dhe komercialeve brenda intervalit 600-700 ° C, dhe në turbinat e avionëve deri në 800-900 ° C, sepse lidhjet rezistente ndaj nxehtësisë janë ende shumë të shtrenjta.
Aktualisht, ekzistojnë tashmë disa mënyra për të rritur efikasitetin e motorëve me turbina me gaz duke ftohur fletët, duke përdorur nxehtësinë e gazrave të shkarkimit për të ngrohur ajrin që hyn në dhomat e djegies, duke prodhuar gazra në gjeneratorë me piston të lirë shumë efikas që funksionojnë në një kompresor me naftë. cikël me një raport të lartë kompresimi etj. Zgjidhja e problemit të krijimit të një motori me turbina me gaz automobilistik shumë efikas varet kryesisht nga suksesi i punës në këtë fushë.
Diagrami skematik i një motori me turbina me gaz me dy boshte me një shkëmbyes nxehtësie
Shumica e motorëve ekzistues të turbinave me gaz të automobilave janë ndërtuar në të ashtuquajturën skemë me dy bosht me shkëmbyes nxehtësie. Këtu, një turbinë speciale 8 shërben për të drejtuar kompresorin 1 dhe një turbinë tërheqëse 7 shërben për të lëvizur rrotat e makinës. Boshtet e turbinave nuk janë të ndërlidhura. Gazrat nga dhoma e djegies 2 furnizohen fillimisht në tehet e turbinës së makinës së kompresorit, dhe më pas në tehet e turbinës tërheqëse. Ajri i detyruar nga kompresori, përpara se të hyjë në dhomat e djegies, nxehet në shkëmbyesit e nxehtësisë 3 për shkak të nxehtësisë së lëshuar nga gazrat e shkarkimit. Përdorimi i një skeme me dy boshte krijon një karakteristikë tërheqëse të favorshme të motorëve me turbina me gaz, gjë që bën të mundur zvogëlimin e numrit të fazave në një kuti ingranazhi konvencional të makinës dhe përmirësimin e cilësive të tij dinamike.
Për shkak të faktit se boshti i turbinës tërheqëse nuk është i lidhur mekanikisht me boshtin e turbinës së kompresorit, shpejtësia e tij mund të ndryshojë në varësi të ngarkesës pa ndikuar ndjeshëm në shpejtësinë e boshtit të kompresorit. Si rezultat, karakteristika e rrotullimit të motorit të turbinës me gaz ka formën e treguar në Fig., ku për krahasim është paraqitur edhe karakteristika e motorit të automobilit me piston (vija me pika).
Nga diagrami mund të shihet se në një motor pistoni, ndërsa numri i rrotullimeve zvogëlohet, gjë që ndodh nën ndikimin e një ngarkese në rritje, çift rrotullimi fillimisht rritet pak dhe më pas zvogëlohet. Në të njëjtën kohë, në një motor me turbina me gaz me dy boshte, çift rrotullimi rritet automatikisht me rritjen e ngarkesës. Si rezultat, nevoja për të zhvendosur kutinë e marsheve eliminohet ose ndodh shumë më vonë sesa me një motor pistoni. Nga ana tjetër, nxitimi gjatë nxitimit në një motor me turbina me gaz me dy boshte do të jetë shumë më i madh.
Karakteristika e një motori me turbina me gaz me një bosht ndryshon nga ajo e treguar në Fig. dhe, si rregull, inferiore, për sa i përket kërkesave të dinamikës së makinës, karakteristikave të motorit të pistonit (me fuqi të barabartë).
Motori i turbinës me gaz ka perspektiva të mëdha. Në këtë motor, gazi për turbinën gjenerohet në një të ashtuquajtur gjenerator me piston të lirë, i cili është një motor nafte me dy goditje dhe një kompresor pistoni të kombinuar në një njësi të përbashkët. Energjia nga pistonët me naftë transferohet drejtpërdrejt në pistonët e kompresorit. Për shkak të faktit se lëvizja e grupeve të pistonit kryhet ekskluzivisht nën ndikimin e presionit të gazit dhe mënyra e lëvizjes varet vetëm nga rrjedha e proceseve termodinamike në cilindrat e naftës dhe kompresorit, një njësi e tillë quhet një njësi pistoni i lirë. Në pjesën e mesme të tij ka një cilindër 4, të hapur nga të dy anët, me një vrimë me rrjedhje të drejtpërdrejtë, në të cilën zhvillohet një proces pune me dy goditje me ndezje me ngjeshje. Në cilindër, dy pistona lëvizin në të kundërt, njëri prej të cilëve 9 hapet gjatë goditjes së punës dhe mbyll portat e shkarkimit të prera në muret e cilindrit gjatë goditjes së kthimit. Një tjetër piston 3 gjithashtu hap dhe mbyll portat e pastrimit. Pistonët janë të lidhur me njëri-tjetrin me anë të një mekanizmi sinkronizues me raft të lehtë ose pinion, që nuk tregohet në diagram. Kur afrohen, ajri i bllokuar midis tyre ngjeshet; në momentin që arrihet qendra e vdekur, temperatura e ajrit të ngjeshur bëhet e mjaftueshme për të ndezur karburantin, i cili injektohet përmes grykës 5. Si rezultat i djegies së karburantit, formohen gazra me temperaturë dhe presion të lartë; ata i detyrojnë pistonët të shpërndahen, ndërsa pistoni 9 hap portat e shkarkimit përmes të cilave gazrat futen në kolektorin e gazit 7. Më pas hapen portat e pastrimit përmes të cilave ajri i kompresuar hyn në cilindrin 4, zhvendos gazrat e shkarkimit nga cilindri, përzihet me to dhe gjithashtu hyn në kolektorin e gazit. Ndërsa portat e pastrimit mbeten të hapura, ajri i kompresuar ka kohë të pastrojë gazrat e shkarkimit nga cilindri dhe ta mbushë atë, duke përgatitur kështu motorin për goditjen e ardhshme të energjisë.
Pistonët e kompresorit 2 janë të lidhur me pistonët 3 dhe 9 dhe lëvizin në cilindrat e tyre. Me goditjen divergjente të pistonëve, ajri thithet nga atmosfera në cilindrat e kompresorit, ndërsa valvulat e hyrjes vetë-vepruese 10 janë të hapura dhe dalja 11 janë të mbyllura. Me goditjen e kundërt të pistonëve, valvulat e marrjes mbyllen, dhe valvulat e shkarkimit janë të hapura, dhe përmes tyre ajri pompohet në marrësin 6, i cili rrethon cilindrin e naftës. Pistonët lëvizin drejt njëri-tjetrit për shkak të energjisë së ajrit të akumuluar në zgavrat e tamponit 1 gjatë goditjes së mëparshme të punës. Gazrat nga kolektori 7 hyjnë në turbinën tërheqëse 8, boshti i së cilës është i lidhur me transmetimin. Krahasimi i mëposhtëm i faktorëve të efikasitetit tregon se motori i përshkruar me turbinë me gaz është tashmë po aq efektiv sa motorët me djegie të brendshme për sa i përket efikasitetit të tij:
Naftë 0,26-0,35
Motor benzine 0,22-0,26
Turbinë me gaz me dhoma djegieje me vëllim konstant pa shkëmbyes nxehtësie 0,12-0,18
Turbinë me gaz me dhoma djegieje me vëllim konstant me shkëmbyes nxehtësie 0,15-0,25
Turbinë me gaz me gjenerator gazi me piston të lirë 0,25-0,35
Kështu, efikasiteti i mostrave më të mira të turbinave nuk është inferior ndaj efikasitetit të motorëve me naftë. Nuk është rastësi që numri i automjeteve eksperimentale me turbina me gaz të llojeve të ndryshme po rritet çdo vit. Të gjitha firmat e reja në vende të ndryshme po shpallin punën e tyre në këtë fushë.
Ky motor me dy dhoma, pa shkëmbyes nxehtësie, ka një fuqi efektive prej 370 kf. me. Mundësohet nga vajguri. Shpejtësia e rrotullimit të boshtit të kompresorit arrin 26,000 rpm, dhe shpejtësia e rrotullimit të boshtit të turbinës tërheqëse varion nga 0 në 13,000 rpm. Temperatura e gazrave që hyjnë në tehet e turbinës është 815 ° C, presioni i ajrit në daljen e kompresorit është 3.5 atm. Pesha totale e termocentralit të projektuar për një makinë garash është 351 kg, me pjesën e prodhimit të gazit që peshon 154 kg, dhe pjesa tërheqëse me një kuti ingranazhi dhe transmetim në rrotat lëvizëse - 197 kg.
0Sipas metodës së ngjeshjes paraprake të ajrit para hyrjes në dhomën e djegies, motorët me avion ndahen në kompresorë dhe jokompresorë. Motorët reaktivë me ajër të kompresuar përdorin rrymë ajri me shpejtësi të lartë. Në motorët e kompresorit, ajri kompresohet nga kompresori. Një motor reaktiv kompresor është një motor turbojet (TJE). Grupi, i quajtur motorë të përzier ose të kombinuar, përfshin motorët turboprop (TVD) dhe motorët me turbojet (DTRD). Sidoqoftë, dizajni dhe funksionimi i këtyre motorëve janë në shumë mënyra të ngjashme me motorët turbojet. Shpesh të gjitha llojet e këtyre motorëve kombinohen nën emrin e përgjithshëm të motorëve me turbina me gaz (GTE). Motorët me turbina me gaz përdorin vajgurin si lëndë djegëse.
Motorë turbojet
Skemat konstruktive. Një motor turbojet (Fig. 100) përbëhet nga një pajisje hyrëse, një kompresor, një dhomë djegieje, një turbinë me gaz dhe një pajisje daljeje.
Pajisja e hyrjes është projektuar për të furnizuar me ajër kompresorin e motorit. Në varësi të vendndodhjes së motorit në avion, ai mund të përfshihet në modelin e avionit ose në modelin e motorit. Pajisja hyrëse rrit presionin e ajrit përpara kompresorit.
Një rritje e mëtejshme e presionit të ajrit ndodh në kompresor. Në motorët turbojet përdoren kompresorë centrifugale (Fig. 101) dhe aksialë (shih Fig. 100).
Në një kompresor boshtor, kur rotori rrotullohet, tehet e rotorit, duke vepruar në ajër, e rrotullojnë atë dhe e detyrojnë atë të lëvizë përgjatë boshtit drejt daljes së kompresorit.
Në një kompresor centrifugal, kur shtytësi rrotullohet, ajri futet nga tehet dhe, nën veprimin e forcave centrifugale, lëviz në periferi. Motorët me një kompresor boshtor janë më të përdorurit në aviacionin modern.
Një kompresor boshtor përfshin një rotor (pjesë rrotulluese) dhe një stator (pjesë e palëvizshme), në të cilën është bashkangjitur një pajisje hyrëse. Ndonjëherë ekranet mbrojtëse instalohen në pajisjet e hyrjes për të parandaluar hyrjen e objekteve të huaja në kompresor, të cilat mund të dëmtojnë tehet.
Rotori i kompresorit përbëhet nga disa rreshta tehe të profilizuara të rotorit të vendosura përgjatë perimetrit dhe të alternuara në mënyrë sekuenciale përgjatë boshtit të rrotullimit. Rotorët ndahen në kazan (Fig. 102, a), disk (Fig. 102, b) dhe disk daulle (Fig. 102, c).
Statori i kompresorit përbëhet nga një grup unazor tehe të profilizuara të fiksuara në shtresë. Një seri tehesh të fiksuara, të quajtura një ndreqës, në lidhje me një seri tehe të rotorit quhet një fazë kompresori.
Motorët modernë turbojet të avionëve përdorin kompresorë me shumë faza për të rritur efikasitetin e procesit të kompresimit të ajrit. Fazat e kompresorit janë të koordinuara me njëra-tjetrën në mënyrë të tillë që ajri që largohet nga një fazë të rrjedhë pa probleme rreth teheve të fazës tjetër.
Drejtimi i kërkuar i ajrit në fazën tjetër sigurohet nga pajisja e drejtimit. Fletët drejtuese të instaluara përpara kompresorit shërbejnë për të njëjtin qëllim. Në disa modele motori, fletët drejtuese mund të mungojnë.
Një nga elementët kryesorë të një motori turbojet është dhoma e djegies pas kompresorit. Strukturisht, dhomat e djegies janë tuba (Fig. 103), unazore (Fig. 104), tuba-unaza (Fig. 105).
Dhoma e djegies me tuba (individuale) përbëhet nga një tub flakë dhe një shtresë e jashtme, e ndërlidhur nga kupat e pezullimit. Përpara dhomës së djegies, janë instaluar injektorë karburanti dhe një rrotullues për të stabilizuar flakën. Tubi i flakës ka hapje për hyrjen e ajrit për të parandaluar mbinxehjen e tubit të flakës. Ndezja e përzierjes së karburantit-ajrit në tubat e flakës kryhet nga pajisje speciale ndezëse të instaluara në dhoma të veçanta. Tubat e flakës lidhen me njëri-tjetrin me thithka, të cilat sigurojnë ndezjen e përzierjes në të gjitha dhomat.
Dhoma unazore e djegies është bërë në formën e një zgavër unazore të formuar nga zorrët e jashtme dhe të brendshme të dhomës. Një tub unazor flakë është instaluar në pjesën e përparme të kanalit unazor, dhe vorbullat dhe hundët janë instaluar në harkun e tubit të flakës.
Dhoma e djegies tuba-unazore përbëhet nga një shtresë e jashtme dhe e brendshme, duke formuar një hapësirë unazore, brenda së cilës vendosen tubat individualë të flakës.
Një turbinë me gaz përdoret për të drejtuar kompresorin turbojet. Në motorët modernë, turbinat me gaz janë me rrjedhje boshtore. Turbinat me gaz mund të jenë njëfazësh ose shumëfazësh (deri në gjashtë faza). Njësitë kryesore të turbinës janë pajisjet e hundës (udhëzuese) dhe shtytësit, të përbërë nga disqe dhe tehe të rotorit të vendosura në buzët e tyre. Shtytësit janë ngjitur në boshtin e turbinës dhe së bashku me të formojnë një rotor (Fig. 106). Grykat janë të vendosura përpara teheve të rotorit të çdo disku. Kombinimi i një aparati të palëvizshëm të hundës dhe një disku me tehe të rotorit quhet një fazë turbine. Tehet e rotorit janë ngjitur në diskun e turbinës duke përdorur një bravë kurriz peshku (Fig. 107).
Dalja (fig. 108) përbëhet nga një tub daljeje, një kon i brendshëm, një shtyllë dhe një grykë jet. Në disa raste, për shkak të kushteve të paraqitjes së motorit në avion, një tub zgjatues është instaluar midis tubit të shkarkimit dhe grykës së avionit. Grykat e avionit mund të jenë me seksion prizë të rregullueshëm ose jo të rregullueshëm.
Parimi i funksionimit. Ndryshe nga një motor pistoni, procesi i punës në motorët me turbina me gaz nuk ndahet në goditje të veçanta, por vazhdon vazhdimisht.
Parimi i funksionimit të një motori turbojet është si më poshtë. Gjatë fluturimit, rryma e ajrit në motor kalon përmes hyrjes në kompresor. Në pajisjen hyrëse ka një ngjeshje paraprake të ajrit dhe një transformim të pjesshëm të energjisë kinetike të rrymës së ajrit në lëvizje në energji të presionit potencial. Ajri është i ngjeshur më shumë në kompresor. Në motorët turbojet me një kompresor boshtor, kur rotori rrotullohet me shpejtësi, tehet e kompresorit, si tehet e ventilatorit, shtyjnë ajrin drejt dhomës së djegies. Në pajisjet e drejtimit të instaluara pas shtytësve të çdo faze kompresori, për shkak të formës së difuzorit të kanaleve ndërskapulare, energjia kinetike e rrjedhës së fituar në timon shndërrohet në energji të presionit potencial.
Në motorët me një kompresor centrifugal, ajri kompresohet nga forca centrifugale. Ajri që hyn në kompresor merret nga tehet e shtytësit me rrotullim të shpejtë dhe, nën veprimin e forcës centrifugale, hidhet nga qendra në perimetrin e rrotës së kompresorit. Sa më shpejt të rrotullohet shtytësi, aq më shumë presion gjenerohet nga kompresori.
Falë kompresorit, motorët turbojet mund të krijojnë shtytje kur punojnë në vend. Efikasiteti i procesit të kompresimit të ajrit në kompresor
karakterizohet nga madhësia e shkallës së rritjes së presionit π në, që është raporti i presionit të ajrit në daljen e kompresorit p 2 me presionin e ajrit atmosferik p H
Ajri, i ngjeshur në pajisjen hyrëse dhe kompresorin, më pas hyn në dhomën e djegies, duke u ndarë në dy rryma. Një pjesë e ajrit (ajri primar), që përbën 25-35% të konsumit total të ajrit, drejtohet drejtpërdrejt në tubin e flakës, ku zhvillohet procesi kryesor i djegies. Një pjesë tjetër e ajrit (ajri dytësor) rrjedh rreth zgavrave të jashtme të dhomës së djegies, duke e ftohur këtë të fundit, dhe në daljen nga dhoma përzihet me produktet e djegies, duke ulur temperaturën e rrjedhës së gazit-ajrit në një vlerë të përcaktuar nga rezistenca ndaj nxehtësisë së fletëve të turbinës. Një pjesë e vogël e ajrit dytësor hyn në zonën e djegies përmes hapjeve anësore të tubit të flakës.
Kështu, një përzierje karburant-ajër formohet në dhomën e djegies duke spërkatur karburantin përmes grykave dhe përzierjen e tij me ajrin primar, djegien e përzierjes dhe përzierjen e produkteve të djegies me ajrin dytësor. Kur motori ndizet, përzierja ndizet nga një pajisje e veçantë ndezëse, dhe gjatë funksionimit të mëtejshëm të motorit, përzierja karburant-ajër ndizet nga flaka tashmë ekzistuese.
Rrjedha e gazit e formuar në dhomën e djegies, e cila ka një temperaturë dhe presion të lartë, nxiton në turbinë përmes një aparati të hundës konvergjente. Në kanalet e aparatit të hundës, shpejtësia e gazit rritet ndjeshëm në 450-500 m / s dhe ndodh një shndërrim i pjesshëm i energjisë termike (potencial) në energji kinetike. Gazrat nga aparati i grykës bien mbi tehet e turbinës, ku energjia kinetike e gazit shndërrohet në punë mekanike të rrotullimit të turbinës. Tehet e turbinës, duke rrotulluar së bashku me disqet, rrotullojnë boshtin e motorit dhe në këtë mënyrë sigurojnë funksionimin e kompresorit.
Në tehet e rotorit të turbinës, mund të ndodhë ose vetëm procesi i shndërrimit të energjisë kinetike të gazit në punën mekanike të rrotullimit të turbinës, ose edhe zgjerimi i mëtejshëm i gazit me një rritje të shpejtësisë së tij. Në rastin e parë, turbina me gaz quhet aktive, në të dytën - reaktive. Në rastin e dytë, tehet e turbinës, përveç efektit aktiv të avionit të gazit që vjen, përjetojnë edhe një efekt reaktiv për shkak të përshpejtimit të rrjedhës së gazit.
Zgjerimi përfundimtar i gazit bëhet në daljen e motorit (grykë reaktiv). Këtu presioni i rrjedhës së gazit zvogëlohet, dhe shpejtësia rritet në 550-650 m / sek (në kushte tokësore).
Kështu, energjia potenciale e produkteve të djegies në motor shndërrohet në energji kinetike gjatë procesit të zgjerimit (në turbinën dhe grykën e daljes). Një pjesë e energjisë kinetike në këtë rast shkon në rrotullimin e turbinës, e cila nga ana tjetër rrotullon kompresorin, pjesa tjetër - për të përshpejtuar rrjedhën e gazit (për të krijuar shtytje jet).
Motorë turboprop
Pajisja dhe parimi i funksionimit. Për avionët modernë,
me një kapacitet të madh mbajtës dhe rreze fluturimi, nevojiten motorë që mund të zhvillojnë shtytjen e nevojshme me një peshë minimale specifike. Këto kërkesa plotësohen nga motorët turbojet. Megjithatë, ato janë joekonomike në krahasim me instalimet me helikë me shpejtësi të ulët fluturimi. Në këtë drejtim, disa lloje avionësh të projektuar për fluturime me shpejtësi relativisht të ulëta dhe me distanca të gjata kërkojnë motorë që do të kombinonin avantazhet e një motori turbojet me avantazhet e një instalimi me helikë me shpejtësi të ulët fluturimi. Këta motorë përfshijnë motorë turboprop (TVD).
Një turboprop është një motor avioni me turbinë me gaz, në të cilin turbina zhvillon më shumë fuqinë e nevojshme për të rrotulluar kompresorin, dhe kjo fuqi e tepërt përdoret për të rrotulluar helikën. Diagrami skematik i HPT është paraqitur në Fig. 109.
Siç mund të shihet nga diagrami, motori turboprop përbëhet nga të njëjtat përbërës dhe montime si turbojeti. Sidoqoftë, ndryshe nga një motor turbojet, një helikë dhe një kuti ingranazhi janë montuar gjithashtu në një motor turboprop. Për të marrë fuqinë maksimale të motorit, turbina duhet të zhvillohet me shpejtësi të lartë (deri në 20,000 rpm). Nëse helika rrotullohet me të njëjtën shpejtësi, atëherë efikasiteti i kësaj të fundit do të jetë jashtëzakonisht i ulët, pasi efikasiteti maksimal i helikës në kushtet e fluturimit të projektimit arrin në 750-1500 rpm.
Për të zvogëluar shpejtësinë e helikës në krahasim me shpejtësinë e turbinës me gaz, një reduktues është instaluar në motorin turboprop. Në motorët me fuqi të lartë, ndonjëherë përdoren dy helikë, duke rrotulluar në drejtime të kundërta, dhe funksionimi i të dy helikave sigurohet nga një kuti ingranazhi.
Në disa motorë turboprop, kompresori drejtohet nga njëra turbinë dhe helika nga tjetra. Kjo krijon kushte të favorshme për rregullimin e motorit.
Shtytja në teatër krijohet kryesisht nga helika (deri në 90%) dhe vetëm pak për shkak të reagimit të avionit të gazit.
Në motorët turboprop, përdoren turbina me shumë faza (numri i fazave është nga 2 në 6), gjë që diktohet nga nevoja për të funksionuar në një turbinë HP me pika të mëdha nxehtësie sesa në një motor turbojet. Përveç kësaj, përdorimi i një turbine me shumë shkallë bën të mundur uljen e shpejtësisë së saj dhe, rrjedhimisht, përmasave dhe peshës së kutisë së marsheve.
Përcaktimi i elementeve kryesore të teatrit nuk ndryshon nga përcaktimi i të njëjtëve elementë të motorit turbojet. Rrjedha e punës e funksionimit të teatrit është gjithashtu e ngjashme me rrjedhën e punës së motorit turbojet. Ashtu si në motorin turbojet, rryma e ajrit, e para-ngjeshur në pajisjen hyrëse, i nënshtrohet kompresimit kryesor në kompresor dhe më pas futet në dhomën e djegies, në të cilën karburanti injektohet njëkohësisht përmes grykave. Gazrat e formuar si rezultat i djegies së përzierjes ajër-karburant kanë një energji të lartë potenciale. Ata nxitojnë në turbinën e gazit, ku, duke u zgjeruar pothuajse plotësisht, kryejnë punë, e cila më pas transferohet te kompresori, helika dhe ngasjet e njësisë. Presioni i gazit pas turbinës është praktikisht i barabartë me presionin atmosferik.
Në motorët modernë me turboprop, forca e shtytjes e marrë vetëm për shkak të reagimit të avionit të gazit që rrjedh nga motori është 10-20% e forcës totale të shtytjes.
Motorë turbojet by-pass
Dëshira për të rritur efikasitetin e shtytjes së motorit turbojet me shpejtësi të larta të fluturimit nënsonik ka çuar në krijimin e motorëve turbojet anashkalues (DTRE).
Në ndryshim nga motori turbojet konvencional, në TJE, turbina me gaz drejton (përveç kompresorit dhe një numri njësish ndihmëse) një kompresor me presion të ulët, i quajtur ndryshe ventilatori i qarkut dytësor. Tifozja e qarkut të dytë të DTRD mund të drejtohet gjithashtu nga një turbinë e veçantë e vendosur prapa turbinës së kompresorit. Skema më e thjeshtë DTRD është paraqitur në Fig. 110.
Qarku i parë (i brendshëm) i motorit me naftë është një motor konvencional turbojet. Qarku i dytë (i jashtëm) është një kanal unazor me një tifoz të vendosur në të. Prandaj, motorët turbojet anashkalues quhen ndonjëherë turbofan.
Puna e DTRD është si më poshtë. Rrjedha e ajrit që i afrohet motorit hyn në marrjen e ajrit dhe më pas një pjesë e ajrit kalon nëpër kompresorin me presion të lartë të qarkut primar, tjetra përmes teheve të ventilatorit (kompresori me presion të ulët) të qarkut dytësor. Meqenëse qarku i qarkut të parë është një motor konvencional turbojet, rrjedha e punës në këtë qark është e ngjashme me rrjedhën e punës në motorin turbojet. Veprimi i ventilatorit dytësor është i ngjashëm me veprimin e një helike me shumë tehe që rrotullohet në një kanal unazor.
DTRD-të mund të përdoren edhe në avionët supersonikë, por në këtë rast, për të rritur shtytjen e tyre, është e nevojshme të sigurohet djegia e karburantit në qarkun e dytë. Për të rritur (rritur) shpejt shtytjen e DTRE, ndonjëherë karburant shtesë digjet ose në rrjedhën e ajrit të qarkut sekondar, ose prapa turbinës së qarkut primar.
Kur digjen karburant shtesë në lakin e dytë, është e nevojshme të rritet sipërfaqja e grykës së saj të avionit për të mbajtur të pandryshuara mënyrat e funksionimit të të dy sytheve. Nëse ky kusht nuk plotësohet, rrjedha e ajrit përmes ventilatorit të lakut të dytë do të ulet për shkak të rritjes së temperaturës së gazit midis ventilatorit dhe grykës së avionit të lakut të dytë. Kjo do të sjellë një ulje të fuqisë së kërkuar për të rrotulluar ventilatorin. Pastaj, për të ruajtur të njëjtën shpejtësi të motorit, do të jetë e nevojshme të zvogëlohet temperatura e gazit përpara turbinës në qarkun primar, dhe kjo do të çojë në një ulje të shtytjes në qarkun primar. Rritja e shtytjes totale do të jetë e pamjaftueshme dhe në disa raste shtytja totale e motorit të detyruar mund të jetë më e vogël se shtytja totale e një DTRD konvencionale. Për më tepër, tërheqja e detyruar shoqërohet me konsum të lartë specifik të karburantit. Të gjitha këto rrethana kufizojnë zbatimin e kësaj metode të rritjes së shtytjes. Sidoqoftë, shtytja e shtytjes së DTRD mund të gjejë aplikim të gjerë në shpejtësitë e fluturimit supersonik.
Literatura e përdorur: “Bazat e aviacionit” autorë: G.А. Nikitin, E.A. Bakanov
Shkarko abstraktin: Ju nuk keni akses për të shkarkuar skedarë nga serveri ynë.