0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что значит газотурбинный двигатель

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения понятий в области стационарных газовых турбин, применяемые в стандартах по газотурбинным установкам, технической документации всех видов и контрактах на поставляемое энергетическое промышленное оборудование. Настоящий стандарт не распространяется на газовые турбины со свободнопоршневыми генераторами газа, установки специального назначения, а также транспортные газотурбинные установки.

Газовая турбина — одновальный газотурбинный двигатель
single-shaft gas turbine
Газотурбинный двигатель, в котором роторы компрессора и газовой турбины соединены и мощность отбирается непосредственно с выходного вала или через редуктор. Газовая турбина — многовальный газотурбинный двигатель
multi-shaft gas turbine
Газотурбинный двигатель, имеющий, по крайней мере, две газовые турбины, вращающиеся на независимых валах Газовая турбина — газотурбинный двигатель с отбором воздуха (газа)
bleed gas turbine
Газотурбинный двигатель, в котором для внешнего использования предусмотрен отбор сжатого воздуха между ступенями компрессора и/или на выходе из компрессора (горячего газа на входе в турбину и/или между ступенями турбины) Газовая турбина — газогенератор
bleed gas turbine
Комплекс компонентов газотурбинного двигателя, которые производят горячий газ под давлением для совершения какого-либо процесса или для привода силовой турбины Примечание — Генератор газа состоит из одного или более компрессоров, устройств(а) для повышения температуры рабочего тела, одной или более турбин, приводящих компрессор(ы), системы управления и необходимого вспомогательного оборудования Компрессор
compressor
Компонент газотурбинного двигателя, повышающий давление рабочего тела Турбина
turbine
Компонент газотурбинного двигателя, преобразующий потенциальную энергию нагретого рабочего тела под давлением в механическую работу Силовая турбина
power turbine
Турбина на отдельном валу, с которого отбирается выходная мощность Камера сгорания (основного — промежуточного подогрева)
combustion chamber primary or reheat
Устройство газотурбинного двигателя для основного (промежуточного) подогрева рабочего тела Подогреватель рабочего тела
working fluid heater
Устройство для подогрева поступающего в него рабочего тела без смешивания его с продуктами сгорания топлива Регенератор/рекуператор
regenerator/recuperator
Теплообменный аппарат, предназначенный для передачи теплоты отработавших в турбине газов рабочему телу Примечание — Передача теплоты рабочему телу или воздуху перед его поступлением в камеру сгорания ГТД Предварительный охладитель
precooler
Теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения рабочего тела ГТД перед его первоначальным сжатием Промежуточный охладитель
intercooler
Теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения рабочего тела ГТД в процессе его сжатия Устройство защиты от превышения частоты вращения ротора
overspeed trip
Регулирующий или отключающий элемент, который при повышении частоты вращения ротора ГТД сверхустановленного предельно допустимого значения, приводит в действие систему защиты Газовая турбина -система управления
control system
Система, используемая для управления, защиты, контроля и отображения информации о состоянии промышленной газотурбинной установки (газотурбинного двигателя) на всех режимах работы Примечание — Она включает систему управления пуском, системы управления и регулирования подачи топлива и частоты вращения ротора, датчики, устройства контроля подачи электропитания и другие средства управления, необходимые для правильного пуска, устойчивой работы, останова, ограничения режима работы и/или выключения установки при условиях, отличных от заданных Система регулирования
governing system
Элементы и устройства для автоматического регулирования параметров газотурбинной установки Примечание — К параметрам относятся частота вращения ротора, температура газов, давление, выходная мощность и другие параметры Топливный регулирующий клапан
fuel governor valv
Регулирующий орган для изменения подачи топлива в газотурбинный двигатель Примечание — Возможны также устройства другого типа для регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель Топливный стопорный клапан
fuel stop valve
Регулирующий орган для изменения подачи топлива в газотурбинный двигатель Примечание — Вместо топливного стопорного клапана может использоваться топливный отсечной клапан, перекрывающий магистраль подачи топлива в ГТД при срабатывании Зона нечувствительности системы управления
dead band
Диапазон изменения входного сигнала, не связанный с корректирующим воздействием регулятора расхода топлива Примечание — Зона нечувствительности (применительно к частоте вращения) — это отношение частоты вращения к номинальной частоте вращения в процентах Статизм регулирования системы управления
governor droop
Изменение частоты вращения ротора силового вала на установившемся режиме работы газотурбинной установки, вызванное внешним воздействием, от нуля до номинальной, выраженное в процентах от номинальной частоты вращения Датчик предельной температуры рабочего тела
overtemperature detector
Первичный чувствительный элемент системы управления ГТД, который непосредственно реагирует на изменение температуры и выходной сигнал которого воздействует через соответствующие усилители или преобразователи на систему защиты от предельного превышения температуры Теплота сгорания топлива
fuel specific energy
Общее количество тепла, выделившегося при сгорании единицы массы топлива, кДж/кг Удельный расход теплоты
heat rate
Отношение теплоты сожженного в ГТД топлива за единицу времени к произведенной им мощности, кДж/кВт ч Примечание — Удельный расход теплоты рассчитывают по низшей теплоте сгорания топлива при нормальных условиях Удельный расход топлива
specific fuel consumption
Отношение массового расхода топлива к выходной мощности ГТУ (ГТД), кг/кВт ч Газовые турбины — КПД
thermal efficiency
Отношение выходной мощности к расходу теплоты топлива, подсчитанное по его низшей теплоте сгорания при нормальных условиях Условная температура на входе в турбину
reference turbine inlet temperature
Условная средняя температура рабочего тела непосредственно перед сопловыми лопатками первой ступени. Режим (частота вращения) «самоходности»
self-sustaining speed
Режим (минимальная частота вращения выходного вала), при котором газотурбинный двигатель работает без использования мощности пускового устройства при наиболее неблагоприятных внешних условиях Режим (частота вращения) холостого хода
idling speed
Установленный изготовителем режим (частота вращения выходного вала), при котором газотурбинный двигатель может работать устойчиво и можно осуществлять нагружение или останов Максимальная продолжительная частота вращения
maximum continuous speed
Максимально допустимое при длительной эксплуатации значение частоты вращения выходного вала газотурбинного двигателя, с которого отбирается мощность Номинальная частота вращения вала
rated speed
Частота вращения выходного вала газотурбинного двигателя, при которой определены его расчетные показатели Турбина -предельно допустимая частота вращения ротора
turbine trip speed
Частота вращения ротора ГТД, при которой срабатывает аварийное устройство защиты для отсечки подачи топлива в газотурбинный двигатель и останова двигателя Система впрыска пара (воды)
steam and/or water injection system
Система, обеспечивающая впрыск пара (воды) в рабочее тело для увеличения мощности ГТД и/или уменьшения содержания оксидов азота (NOx) в отработавших газах Удельная масса
mass-to-power ratio
Отношение полной сухой массы газотурбинного двигателя к его мощности, кг/кВт Помпаж компрессора
compressor surge
Неустойчивый режим работы компрессора ГТД, характеризующийся сильными низкочастотными колебаниями массового расхода рабочего тела в компрессоре и соединительных каналах

Читать еще:  Гул двигателя при 2000 оборотах

ГТД на двигатель: что нужно знать

Итак, понятие ГТД фигурирует достаточно часто, при этом не все знают, что это такое. Начнем с того, что ГТД означает Грузовая Таможенная Декларация. Если иначе, это документ, который подается в соответствующие органы и содержит необходимые сведения о товаре, который перемещается через границу. Также указываются сведения о лице, которое перемещает данный товар.

Благодаря такой декларации работники таможни могут контролировать оборот ввозимых и вывозимых товаров. При этом двигатель также является товаром, а ГТД на двигатель оформляется в том случае, если производится импорт или экспорт ДВС.

Данное правило распространяется как на новый агрегат, так и на б/у (

). Получается, в случае завоза контрактного двигателя из Японии, Европы или другой страны необходимо заполнить грузовую таможенную декларацию. Указанный документ фактически подтверждает происхождение мотора, а также то, что агрегат прошел процедуру таможенной очистки.

Также важно понимать, что ГТД на двигатель нужно в дальнейшем предоставить в органы Госавтоинспекции в рамках оформления замены двигателя на автомобиле (свап мотора или замена на аналогичный контрактный двигатель).

Также нужно учитывать, что кроме ГТД к двигателю должны при продаже прилагаться и другие сопроводительные документы (договор купли-продажи мотора, копии документов о том, что продавец зарегистрирован в качестве ИП и т.д.) Только наличие всех документов позволит зарегистрировать новый мотор.

В декларации (ГТД) на ДВС указывается номер двигателя, который нужен при регистрации агрегата, также подтверждается легальность ввоза такого двигателя. Сопроводительные документы, соответственно, укажут на законность сделки.

Обратите внимание, перед покупкой контрактного двигателя или других «номерных» запчастей важно понимать, что не всегда детали и агрегаты проходят таможенное оформление и очистку надлежащим образом. Дело в том, что недобросовестные дельцы часто завозят машины в виде так называемого конструктора.

На деле это автомобиль, который разобран, кузов может быть распилен на две части, что позволяет завозить машину не в качестве авто, а в виде запчастей. После пересечения границы ТС снова собирают, кузов могут заварить и затем продать такой транспорт целиком. Еще одним вариантом становится продажа по отдельности кузова, двигателя и т.д.

В норме, даже если машина завозилась по запчастям, на кузов и двигатель должна быть оформлена ГТД. Если таких документов нет, в дальнейшем возникнут серьезные проблемы при попытке провести законную регистрацию ДВС или кузова. Данную особенность нужно обязательно учитывать, а при покупке автомобиля б/у нужно проверять, чтобы номер двигателя совпадал с ПТС и т.д.

Устройство и принцип работы агрегата

По своей конструкции движок не очень сложный, он представлен камерой сгорания, где оборудованы форсунки и свечи зажигания, которые необходимы для подачи горючего и добычи искрового заряда. Компрессор оснащен на валу вместе с колесом, обладающим особыми лопатками.

Помимо этого мотор состоит из таких составляющих как — редуктор, канал впуска, теплообменник, игла, диффузор и выпускной трубопровод.

Во время вращения компрессорного вала, воздушный поток, поступающий через канал впуска, захватывается его лопастями. После увеличения скорости компрессора до пятисот м в секунду, он нагнетается в диффузор. Скорость у воздуха на выходе диффузора снижается, но давление увеличивается. Затем воздушный поток оказывается в теплообменнике, где происходит его нагрев за счет отработанных газов, а после этого воздух подается в камеру сгорания.

Вместе с ним туда попадает горючее, которое распыляется через форсунок. После того как топливо перемешивается с воздухом, создается топливно-воздушная смесь, которая загорается благодаря искре получаемой от свечи зажигания. Давление в камере при этом начинает увеличиваться, а турбинное колесо приводится в действие за счет газов попадающих на лопатки колеса.

В итоге осуществляется передача крутящего момента колеса на трансмиссию авто, а отходящие газы выбрасываются в атмосферу.

Газотурбинный двигатель принцип работы

Смысл двигателестроения, достижение повышенного значения полезного коэффициента. В нашем случае, требуемые результаты, напрямую связаны с горением смеси и при этом обширном выделении тепла. Это не так просто, как кажется, основополагающее препятствие – материал изделия, которому сложно выдержать температуру и напор. По этой причине, проведено много расчётов, направленных на снятие тепла с турбины и применение в ином русле. Усилия не пропали даром, повторное использование энергии стало возможным и нагревало сжатые воздушные массы перед горением, а не терялось зря. Без таких устройств «теплообменников» достичь значений полезного действия было бы не возможно.

Читать еще:  Что такое система охлаждения судовых двигателей

Для достижения повышенных показателей мощи, турбинные лопатки раскручивают до как можно больших показателей. Скорость вращения обусловлена напором выходящих газов. Чем меньше размер установки, тем выше частота оборотов, поскольку только так достигается стабильность работы.

Газотурбинный двигатель Т 80:

«Минус» и «плюс» мотора

Газотурбинный агрегат способен вырабатывать большой момент, а значит повышенные показатели мощности. Для охлаждения сопутствующих элементов нет каких-либо устройств, поскольку соприкасающихся поверхностей мало. В то же время, подшипников используется не много, а качество деталей свидетельствует о надёжности и безотказности агрегата.

Отрицательный аспект, это дороговизна используемых материалов при изготовлении деталей и, как следствие, немалые вложения в починку механизма. Несмотря на недостатки, конструкция постоянно дорабатывается и совершенствуется.

Газотурбинный двигатель используют в авиации, на автомобилях установку применяют как эксперимент. Это произошло по причине постоянной потребности в охлаждении газов, поступающих на лопатки турбины. Это снижает полезное действие агрегата, увеличивая потребление горючего.

Главные преимущества мотора:

  • Пониженная степень загрязнения выхлопных газов;
  • Починка простая и лёгкая (не содержит расходных материалов);
  • Отсутствие вибрации;
  • Пониженный шум при эксплуатации агрегата;
  • Повышенные характеристики импульса;
  • Включение и отклик на педаль акселератора без задержек;
  • Повышено соотношение мощности и веса.

Танковая установка «ГТД-1500»:

Испытание огнем: как создают российские двигатели

В помещении цеха точного литья АО «ОДК-Пермские моторы» журналистов просят взвесить в руках два блока турбинных лопаток – один от двигателя ПС-90А, другой от перспективной силовой установки ПД-14, которая создана для среднемагистрального лайнера МС-21. Разница ощутима: лопатки от нового двигателя примерно в 2–3 раза легче. Это простейший способ оценить тот огромный прогресс, которого добились пермские конструкторы и производственники.

Пермский прорыв

До недавнего времени нашим новейшим двигателем для гражданской авиации (если не считать проблемную российско-французскую силовую установку SaM 146 для «Суперджета») оставался тот самый ПС-90. Он и поныне производится и обслуживается на «Пермских моторах», но в коммерческой авиации уже практически не применяется: эксплуатационные показатели не соответствуют современным требованиям (двигатель получил сертификат в 1992-м). Его устанавливают на фактически штучно производимые среднемагистральники Ту-204/214, модифицированную версию Ил-76, дальнемагистральные Ил-96, входящие также в Специальный летный отряд, который обслуживает первых лиц государства. ПД-14 – это прыжок в элиту мирового двигателестроения. На МС-21 он будет предлагаться на выбор в паре с PW1400G, то есть его эксплуатационные параметры должны быть как минимум не хуже показателей изделия Pratt & Whitney – одного из четырех (наряду с GE, Safran и Rolls-Royce) грандов отрасли.

Новый российский двигатель создается в широкой кооперации предприятий из разных городов нашей страны, но его головным разработчиком стало входящее в Объединенную двигателестроительную корпорацию конструкторское бюро «ОДК-Авиадвигатель». Серийно ПД-14 будет производиться на «Пермских моторах», систему автоматического управления двигателем (САУ-14) создает еще одно пермское предприятие – «ОДК-СТАР». К настоящему моменту произведено полтора десятка двигателей ПД-14, и два из них проходят испытания на летающей лаборатории в подмосковном Жуковском. В первой половине следующего года ПД-14 будут установлены на МС-21 для продолжения испытаний.

Металл, керамика и воск

Чтобы приблизиться к техническому уровню силовых установок, выпускаемых ведущими мировыми производителями, пермским двигателестроителям пришлось освоить с нуля 16 критических промышленных технологий, связанных с новыми материалами и их обработкой. Выдающийся прогресс, как уже говорилось, был достигнут в производстве лопаток, работающих в «горячей» части двигателя. Это лопатки турбин, обдуваемых мощным потоком раскаленных газов, которые выходят из камеры сгорания. Чем выше температура в камере сгорания, тем лучше топливная эффективность двигателя, однако температуру можно повышать лишь до таких значений, которые смогут выдержать лопатки. Важное значение имеет и вес: чем легче лопатки, тем меньше мощности отбирается у реактивной струи на вращение турбины и тем меньше вес самой силовой установки. Легкая, супержаропрочная, с оптимальными газодинамическими характеристиками лопатка – это то, без чего современные эксплуатационные характеристики двигателя недостижимы.

Газодинамика лопатки рассчитывается математически, но для воплощения расчетов в металл требуется несколько сложных производственных технологий. Для турбины высокого давления в лопатках ПД-14 применяется сплав ВЖМ4 на основе никеля. Деталь создается с помощью технологии монокристаллического литья, то есть во время отливки формируется в течение нескольких часов в виде единого кристалла определенной направленности. Это достигается особым режимом охлаждения и так называемых затравок. Но, прежде чем начнется отливка, рождение лопатки проходит ряд предварительных стадий.

В одном из помещений цеха точного литья можно увидеть металлические короба, наполненные каким-то сыпучим материалом вроде крупного серого песка или мелкого щебня. Это материал для создания керамических стержней. Керамическое сырье на основе корунда расплавляется, а после прессуется в металлических формах. На выходе получается что-то ребристое, наподобие рыбьего скелетика. На ощупь деталь мягкая, гибкая. Но это до того момента, пока ее не прокалят в печи. Теперь стержень обрел конструктивную прочность и жесткость. На следующем этапе он оказывается внутри модели из темно-зеленого воска. Восковая модель точно соответствует форме будущей лопатки. Из воска же создаются элементы литниковой системы – горловина, каналы, которые объединяются с моделями нескольких лопаток в литейный блок.

Читать еще:  Rav4 какие двигатели устанавливали

Конструкция попадает в оранжевую руку робота: она окунает блок в суспензию, затем отправляет его на обсыпку электрокорундом, потом сушка, затем снова суспензия, снова обсыпка. В несколько слоев формируется внешняя оболочка. Ей предстоят еще серьезные испытания: пар под давлением вытапливает воск, затем следует обжиг в печи, в процессе которого выгорают остатки воска, испаряется влага, суспензия и электрокорунд окончательно затвердевают. И наконец литье. Лить металл в холодную керамику нельзя: расплав мгновенно застынет, и точной отливки не получится. К примеру, для изготовления лопаток турбины низкого давления в печи форма предварительно нагревается выше 1000 градусов и отправляется в вакуумную заливочную установку. Если лопатка изготавливается по технологии равноосной кристаллизации (застывание в виде множества кристаллов-зерен), заливка металла длится всего минуты полторы, однако монокристаллическая металлургия требует часов высокотемпературного воздействия на форму, поэтому к материалам, из которых она создается, предъявляются особые требования.

Технологии точного литья позволяют производить высокопрочные детали со сверхмалыми толщинами отдельных элементов, что требует лишь небольших объемов механической обработки. Одно из важнейших преимуществ современного точного литья – это возможность создавать большие машины с применением литых прецизионных деталей, прямо как в швейцарских часах. В таких конструкциях минимизируются нежелательные протечки газа, что опять же повышает эффективность двигателя.

Но что же с керамическими стержнями, о которых мы почти забыли? Они остаются внутри лопатки до тех пор, пока с помощью выщелачивания керамику не удалят из металлической детали, оставив вместо нее систему отверстий, полостей и каналов. При работе двигателя воздух, отбираемый из компрессора, будет продуваться сквозь полости лопаток, охлаждая их. Это, наряду со свойствами металла, еще один способ обеспечить жаропрочность и выносливость турбины. Керамическая роса

Керамическая роса

А третий способ – это нанесение покрытий. Цех жаропрочных покрытий работает с лопатками, которые уже прошли мехобработку. Кроме того, на них обычно нанесены предварительные покрытия из алюминия (алитирование), которые могут дополняться подслоями ВСДП-3 или ВСДП-16. В цеху стоят установки для создания финишного жаропрочного покрытия плазменным или электронно-лучевым методом. Теоретически оба метода применяются для решения одинаковых задач, однако плазменная технология «вбивания» жаропрочного порошка в металл создает на поверхности детали структуру, отдаленно напоминающую используемую в хозяйстве металлическую губку. Электронно-лучевая технология формирует своего рода регулярную сетку из столбикообразных кристаллов размером 100 мкм.

На фото ниже хорошо видно, как керамические стержни встроены внутрь восковых моделей будущих лопаток. Модель будет покрыта керамической внешней оболочкой, затем воск вытапливают и на его место заливают металлический сплав. На последнем этапе внутренний керамический стержень выщелачивают, а после него остаются полости и каналы для охлаждения.

На предприятиях ОДК в Перми делают не только авиадвигатели, но и наземные газотурбинные установки для электрогенерации и газоперекачивающих станций. Наземная ГТУ один раз включается и дальше работает долгие часы в стабильном режиме. Авиадвигатель запускается, переходит во взлетный режим, потом долго работает в крейсерском режиме, снижает обороты и наконец выключается после посадки. Все это приводит к частым циклам теплового расширения-сжатия, результатом чего становится усталость металла и разрушение покрытий. Так вот сетка кристаллов, создаваемых электронно-лучевым способом, «дышит» вместе с лопаткой, не разрушаясь, и именно эта технология принята для обработки лопаток высокого давления для авиадвигателей. Плазменной обработке подвергаются детали для ГТУ. Интересен принцип электронно-лучевого покрытия: здесь нет никакого «вбивания». Под воздействием потока электронов из электронно-лучевой пушки слитки диоксида циркония испаряются, а потом этот пар конденсируется на более холодных лопатках.

Все эти новшества, новые материалы и новые технологии, конечно же, стоят значительных денег. Если лопатка турбины ПС-90A весит в несколько раз больше аналогичной детали для ПД-14, то она и стоит в несколько раз дешевле. На разработку ПД-14 уже потрачено несколько десятков миллиардов рублей, на создание ПД-35 – тоже разрабатываемого в Перми перспективного двигателя для дальнемагистральных лайнеров – выделена сумма, эквивалентная 3 млрд долл. Остается надеяться, что деньги, потраченные на технологический прорыв на земле, однажды окупятся в воздухе.

Перспективы развития и улучшения двигателя

Сейчас у ученых основной проблемой является разработка способа понижения расхода топлива. Повышение эргономичности может достигаться в случае:

  1. Увеличения КПД центробежных процессоров;
  2. Повышения температуры и давления газов и использования тепла исходящих газов.

Идея использования теплообменника не является новой. Но ситуация модернизации двигателя в сторону уменьшения размеров, массы двигателя, обеспечения полной передачи тепла от газа к воздуху при минимальных потерях давления.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector