что такое турбовальный двигатель

турбовальный двигатель

19000 586961

Рис. 1. Схема турбовального двигателя.

турбова́льный дви́гатель — разновидность газотурбинного двигателя, в котором полезная внешняя работа реализуется в турбине, вал которой не связан механически с валом (валами) турбокомпрессорной части двигателя (рис. 1). Т. д. называют также ГТД со свободной силовой турбиной. По условиям работы турбокомпрессора Т. д. во многом сходен с ТРД, если в последнем выходное сопло заменить свободной силовой турбиной. На практике такое преобразование ТРД в Т. д. и наоборот часто встречается. Свободная силовая турбина — конструктивная особенность вертолётных ГТД. Однако Т. д. находит применение и на лёгких самолётах, а также в ряде неавиационных энергетических установок. Выходной вал силовой турбины может быть направлен либо вперёд (через полый вал турбокомпрессорной части), либо назад (через выходной газовый канал). В ряде случаев Т. д. может иметь встроенное пылезащитное устройство на входе и промежуточный редуктор на валу свободной турбины.

Применение свободной силовой турбины существенно отражается на закономерностях взаимного влияния элементов двигателя, способах регулирования и конструктивных формах. В Т. д. помимо обычных характеристик (по частоте вращения турбокомпрессора пт. к., высотной и скоростной) следует также рассматривать и характеристику по частоте вращения свободной турбины пс. к. (рис.2). Для каждого постоянного значения частоты вращения турбокомпрессора, характеризующего уровень располагаемой работы, существует определённая зависимость мощности Nдв, реально выдаваемой Т. д., от частоты вращения свободной турбины. Диапазон возможного изменения частоты вращения выходного вала Т. д. составляет обычно 10—15% от номинальной при оптимальной мощности Nопт. Дальнейшее расширение этого диапазона может приводить к ощутимым потерям мощности.

19000 586971

Рис. 2. Характеристики турбовального двигателя.

Полезное

Смотреть что такое «турбовальный двигатель» в других словарях:

ТУРБОВАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — (ТвАД) это газотурбинный двигатель, в котором преобладающая доля энергии сгорания топлива преобразуется в работу на выводном валу. Существуют также турбовальные двигатели со свободной турбиной — в них выводной вал приводится во вращение… … Военная энциклопедия

турбовальный двигатель — ГТД, в котором преобладающая доля энергии сгорания топлива преобразуется в работу на выводном валу. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов EN turboshaft engine DE Wellenleistungstriebwerk FR turbomoteur … Справочник технического переводчика

Турбовальный двигатель — 16. Турбовальный двигатель D. Wellenleistungs Triebwerk E. Turboshaft engine F. Turbomoteur ГТД, в котором преобладающая доля энергии сгорания топлива преобразуется в работу на выводном валу Источник: ГОСТ 23851 79: Двигатели газотурбинные… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

турбовальный двигатель — Рис. 1. Схема турбовального двигателя. турбовальный двигатель — разновидность газотурбинного двигателя, в котором полезная внешняя работа реализуется в турбине, вал которой не связан механически с валом (валами) турбокомпрессорной части… … Энциклопедия «Авиация»

турбовальный двигатель — Рис. 1. Схема турбовального двигателя. турбовальный двигатель — разновидность газотурбинного двигателя, в котором полезная внешняя работа реализуется в турбине, вал которой не связан механически с валом (валами) турбокомпрессорной части… … Энциклопедия «Авиация»

турбовальный двигатель — Рис. 1. Схема турбовального двигателя. турбовальный двигатель — разновидность газотурбинного двигателя, в котором полезная внешняя работа реализуется в турбине, вал которой не связан механически с валом (валами) турбокомпрессорной части… … Энциклопедия «Авиация»

турбовальный двигатель со свободной турбиной — Турбовальный двигатель, в котором выводной вал приводится во вращение турбиной, механически не связанной с турбиной компрессораю [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов EN free turbine turbo shaft engine DE… … Справочник технического переводчика

Турбовальный двигатель со свободной турбиной — 17. Турбовальный двигатель со свободной турбиной D. Wellenleistungs Triebwerk mit freilaufender Turbine E. Free turbine turboshaft engine F. Turbomoteur à turbine libre Турбовальный двигатель, в котором выводной вал приводится во вращение… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Турбовальный двигатель.

Привет!

Centrifugal Compressor 2

Центробежная ступень компрессора ТВаД.

Сегодня продолжаем серию рассказов о типах авиационных двигателей.

Но можно сделать и по-другому. Турбину ведь можно заставить кроме компрессора вращать и другие нужные агрегаты, используя ту самую оставшуюся полезную энергию. Это может быть, например, самолетный воздушный винт. В этом случае ГТД становится уже турбовинтовым двигателем, в котором 10-15% энергии все же расходуется «на воздух» :-), то есть создает реактивную тягу.

Turboshaft operation 11

Принцип работы турбовального двигателя.

Но если вся полезная энергия в двигателе срабатывается на валу и через него передается для привода агрегатов, то мы уже имеем так называемый турбовальный двигатель ( ТваД ).

turbomeka

Компоновка двигателя Arriel 1E2.

ARRIEL 1E2

Турбовальный двигатель ARRIEL 1E2.

bk 117

Eurocopter BK 117 c 2-мя турбовальными двигателями Arriel 1E2.

Выходной вал ТваД, с которого снимается вся полезная мощность, может быть направлен как назад, через канал выходного устройства, так и вперед, либо через полый вал турбокомпрессора, либо через редуктор вне корпуса двигателя.

turbomeka2

Компоновка двигателя Arrius 2B2.

ARRIUS 2B1 2B2

Турбовальный двигатель ARRIUS 2B2.

EC135B

Eurocopter EC 135 с 2-мя турбовальными двигателями Arrius 2B2.

Надо сказать, что редуктор – непременная принадлежность турбовального двигателя. Ведь скорость вращения как ротора турбокомпрессора, так и ротора свободной турбины велика настолько, что это вращение не может быть напрямую передано на приводимые агрегаты. Они просто не смогут выполнять свои функции и даже могут разрушиться. Поэтому между свободной турбиной и полезным агрегатом обязательно ставится редуктор для снижения частоты вращения приводного вала.

Читайте также:  сделать телефон приложением по умолчанию не нажимается кнопка что значит

turbomeka3

Компоновка двигателя Makila 1A1.

AMAKILA 1A1 1A2

Турбовальный двигатель MAKILA 1A1

as332

Eurocopter AS 332 Super Puma с 2-мя турбовальными двигателями Makila 1A1

turbomeka4

Компоновка двигателя Arrius 2K1

ARRIUS 2K1 2K2

Турбовальный двигатель ARRIUS 2K1.

Agusta A 109S

Вертолет Agusta A-109S с 2-мя турбовальными двигателями Arrius 2K1.

%D0%BC%D0%B8 8%D1%82

Вертолет МИ-8Т с 2-мя турбовальными двигателями ТВ2-117.

tv2 117

Турбовальный двигатель ТВ2-117.

Mi 24 flown by ATEC at Roving Sands 2000

Вертолет МИ-24 с 2-мя турбовальными двигателями ТВ3-117.

tv3 117 01

Турбовальный двигатель ТВ3-117 для вертолета МИ-24.

Al21

Двигатель АЛ-21Ф-3 с турбостартером ТС-21.

Turbostarter TS 21

Турбостартер ТС-21, снятый с двигателя.

%D0%A1%D1%83 24%D0%BC

Фронтовой бомбардировщик СУ-24М с 2-мя двигателями АЛ-21Ф-3.

На земле, так же как и в воздухе ГТД (турбовальный двигатель) применяется на транспорте.

Первое – это перекачка природного газа по крупным магистралям через газоперекачивающие станции. ГТД используются здесь в качестве мощных насосов.

ciklon

Газотурбоход «Циклон-М» с 2-мя газотурбинными двигателями ДО37.

zubr

Десантный корабль на воздушной подушке «Зубр» с газотурбинными двигателями.

1280px M1A1 Abrams Tank in Camp Fallujah

Танк M1A1 Abrams с газотурбинным двигателем AGT-1500.

Во всех вышеописанных случаях применения ГТД (суть турбовальный двигатель), он обычно заменяет дизельный двигатель. Это происходит потому, что (как я уже описывал здесь) при одинаковых размерах турбовальный двигатель значительно превосходит дизельный по мощности, имеет гораздо меньший вес и шумность.

t80ud 01l

Танк Т-80 с газотурбинным двигателем ГТД-1000Т.

Однако у него есть и крупный недостаток.Он обладает сравнительно низким коэффициентом полезного действия, что обуславливает большой расход топлива. Это естественно снижает запас хода любого транспортного средства (и танка в том числе :-)). Кроме того он чувствителен к грязи и посторонним предметам, всасываемым вместе с воздухом. Они могут повредить лопатки компрессора. Поэтому приходится создавать достаточно объемные системы очистки при использовании такого двигателя.

Эти недостатки достаточно серьезны. Именно поэтому турбовальный двигатель получил гораздо большее распространение в авиации, чем в наземном транспорте. Там этот трудяга-движок, ничего не пуская «на ветер» :-), заставляет подниматься в воздух вертолеты. И они в родной для них стихии из несуразных, на первый взгляд, машин превращаются в изумительные по красоте и возможностям творения рук человеческих… Все-таки авиация – это здорово :-)…

P.S. Вы только посмотрите, что они вытворяют!

Источник

Турбовальный двигатель

Полезное

Смотреть что такое «Турбовальный двигатель» в других словарях:

ТУРБОВАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — (ТвАД) это газотурбинный двигатель, в котором преобладающая доля энергии сгорания топлива преобразуется в работу на выводном валу. Существуют также турбовальные двигатели со свободной турбиной — в них выводной вал приводится во вращение… … Военная энциклопедия

турбовальный двигатель — ГТД, в котором преобладающая доля энергии сгорания топлива преобразуется в работу на выводном валу. [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов EN turboshaft engine DE Wellenleistungstriebwerk FR turbomoteur … Справочник технического переводчика

Турбовальный двигатель — 16. Турбовальный двигатель D. Wellenleistungs Triebwerk E. Turboshaft engine F. Turbomoteur ГТД, в котором преобладающая доля энергии сгорания топлива преобразуется в работу на выводном валу Источник: ГОСТ 23851 79: Двигатели газотурбинные… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

турбовальный двигатель — Рис. 1. Схема турбовального двигателя. турбовальный двигатель — разновидность газотурбинного двигателя, в котором полезная внешняя работа реализуется в турбине, вал которой не связан механически с валом (валами) турбокомпрессорной части… … Энциклопедия «Авиация»

турбовальный двигатель — Рис. 1. Схема турбовального двигателя. турбовальный двигатель — разновидность газотурбинного двигателя, в котором полезная внешняя работа реализуется в турбине, вал которой не связан механически с валом (валами) турбокомпрессорной части… … Энциклопедия «Авиация»

турбовальный двигатель — Рис. 1. Схема турбовального двигателя. турбовальный двигатель — разновидность газотурбинного двигателя, в котором полезная внешняя работа реализуется в турбине, вал которой не связан механически с валом (валами) турбокомпрессорной части… … Энциклопедия «Авиация»

турбовальный двигатель — Рис. 1. Схема турбовального двигателя. турбовальный двигатель — разновидность газотурбинного двигателя, в котором полезная внешняя работа реализуется в турбине, вал которой не связан механически с валом (валами) турбокомпрессорной части… … Энциклопедия «Авиация»

турбовальный двигатель со свободной турбиной — Турбовальный двигатель, в котором выводной вал приводится во вращение турбиной, механически не связанной с турбиной компрессораю [ГОСТ 23851 79] Тематики двигатели летательных аппаратов EN free turbine turbo shaft engine DE… … Справочник технического переводчика

Турбовальный двигатель со свободной турбиной — 17. Турбовальный двигатель со свободной турбиной D. Wellenleistungs Triebwerk mit freilaufender Turbine E. Free turbine turboshaft engine F. Turbomoteur à turbine libre Турбовальный двигатель, в котором выводной вал приводится во вращение… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Источник

Авиационные газотурбинные двигатели

Всем привет! В этой статье я хочу рассказать о том, как работают авиационные газотурбинные двигатели (ГТД). Я постараюсь сделать это наиболее простым и понятным языком.

Авиационные ГТД можно можно разделить на:

Начнём с турбореактивных двигателей.

Турбореактивные двигатели

Такой тип двигателей был создан в первой половине 20-го века и начал находить себе массовое применение к концу Второй мировой войны. Первым в мире серийным турбореактивным самолетом был немецкий Me.262. ТРД были популярны вплоть до 60-ых годов, после чего их стали вытеснять ТРДД.

Читайте также:  какие бермуды такие треугольники слушать

f582f59eb57b1033c2324f431f4bf93d
Современная фотография Me-262, сделанная в 2016 году

Самый простой турбореактивный двигатель включает в себя следующие элементы:

А теперь рассмотрим что для чего нужно и зачем.

Входное устройство — это расширяющийся* канал, в котором происходит подвод воздуха к компрессору и его предварительное сжатие. В нём кинетическая энергия входящего воздуха частично преобразуется в давление.

*здесь и дальше мы будем говорить про дозвуковые скорости. На сверхзвуковой скорости физика меняется, и там все совсем не так.

Компрессор — это устройство, в котором происходит повышение давление воздуха. Компрессор можно характеризовать такой величиной, как степень повышения давления. В современных двигателях оно уже начинает переступать за 40 единиц. Кроме того, в нем увеличивается температура (может быть, где-то до 400 градусов Цельсия).

Камера сгорания — устройство, в котором к сжатому воздуху (после компрессора) подводится тепло из-за горения топлива. Температура в камере сгорания очень высокая, может достигать 2000 градусов Цельсия. Вам может показаться, что давление газа в камере тоже сильно увеличивается, но это не так. Теоретически принято считать, что подвод тепла осуществляется при постоянном давлении. В реальности оно немного падает из-за потерь (проблема несовершенства конструкции).

Турбина — устройство, превращающее часть энергии газа после камеры сгорания в энергию привода компрессора. Так как турбины используются не только в авиации, можно дать более общее определение: это устройство, преобразующее внутреннюю энергию рабочего тела (в нашем случае рабочее тело — это газ) в механическую работу на валу. Как вы могли понять, турбина и компрессор находятся на одном валу и жестко связаны между собой. Если в компрессоре происходит повышение давления газа, то в турбине, наоборот, понижение, то есть газ расширяется.

Сопло — суживающийся канал, в котором происходит преобразование потенциальной энергии газа в кинетическую (оставшийся запас энергии газа после турбины). Как и в турбине, в сопле происходит расширение газа. Образуется струя, которая, вытекая из сопла, движет самолёт.

С основными элементами разобрались. Но все равно не очень понятно как оно работает? Тогда давайте ещё раз и коротко.

Воздух из атмосферы попадает во входное устройство, где немного сжимается и поступает в компрессор. В компрессоре давление воздуха растёт ещё сильнее, растёт и температура. После компрессора воздух поступает в камеру сгорания и, смешиваясь там с топливом, воспламеняется, что приводит к сильному возрастанию температуры, при, можно сказать, постоянном давлении. После камеры сгорания горячий сжатый газ попадает в турбину. Часть энергии газа расходуется на вращение компрессора турбиной (чтобы он мог выполнять свою функцию, описанную выше), другая часть энергии расходуется на, нужное нам, движение самолёта, из-за того, что газ, пройдя турбину, превращается в реактивную струю в сопле и вырывается из него (сопла) в атмосферу. На этом цикл завершается. Конечно, в реальности все процессы цикла проходят непрерывно.

Такой цикл называется циклом Брайтона, или термодинамическим циклом с непрерывным характером рабочего процесса и подводом тепла при постоянном давлении. По такому циклу работают все ГТД.

cfa01e3ee0c7957f1368fcaeccf69837
Цикл Брайтона в P-V координатах

Н-В — процесс сжатия во входном устройстве
В-К — процесс сжатия в компрессоре
К-Г — изобарический подвод тепла
Г-Т — процесс расширения газа в турбине
Г-С — процесс расширения газа в сопле
С-Н — изобарический отвод тепла в атмосферу

288f314cb1a3dd9b9655f0ddd381fb98
Схематичная конструкция турбореактивного двигателя, где 0-0 — ось двигателя

ТРД может иметь и два вала. В таком случае компрессор состоит из компрессора низкого давления (КНД) и компрессора высокого давления (КВД), а подвод работы будут осуществлять турбина низкого давления (ТНД) и турбина высокого давления (ТВД) соответственно. Такая схема более выгодная газодинамически.

b7705cf62469c518ff1c7f879bbf29b6
Реальный двигатель такого вида в разрезе

Мы рассмотрели принцип работы самой простой схемы авиационного газотурбинного двигателя. Естественно, на современных «Эйрбасах и Боингах» устанавливаются ТРДД, конструкция которых заметно сложнее, но работает все по таким же законам. Давайте рассмотрим их.

Двухконтурный турбореактивный двигатель

ТРДД, прежде всего, отличается от ТРД тем, что имеет два контура: внешний и внутренний. Внутренний контур содержит в себе то же самое, что и ТРД: компрессор (разделенный на КНД и КВД), камеру сгорания, турбину (разделенную на ТВД и ТНД) и сопло. Внешний контур представляет собой канал, с соплом в конце. В нем нет ни камеры сгорания, ни турбины. Перед обоими контурами (сразу после входного устройства двигателя) стоит ступень компрессора, работающая на оба контура.

Не очень понятная картина выходит, да? Давайте разберемся как оно работает.

8bb2eac3753b675433fedcb1b9911c1e
Схематичная конструкция двухвального двухконтурного турбореактивного двигателя

Воздух, попадающий в двигатель, пройдя через первую ступень компрессора низкого давления, разбивается на два потока. Одна часть воздуха идет по внутреннему контуру, где происходят те же процессы, которые были описаны, когда мы разбирали ТРД. Вторая часть воздуха попадает во внешний контур, получив энергию от первой ступени КНД (та, которая работает на два контура). Во внешнем контуре энергия воздуха тратится только на преодоление гидравлических потерь (за счёт трения). В конце этот воздух попадает в сопло внешнего контура, создавая огромную тягу. Тяга, созданная внешним контуром, может составлять 80% тяги всего двигателя.

Читайте также:  что такое стримы песен

Одной из важнейших характеристик ТРДД является степень двухконтурности. Степень двухконтурности — это отношение расхода воздуха во внешнем контуре, к расходу воздуха во внутреннем контуре. Это число может быть как больше, так и меньше единицы. На современных двигателях это число переступает за значение в 12 единиц.
Двигатели, степень двухконтурности которых больше двух, принято называть турбовентиляторными, а первую ступень компрессора (ту, что работает на оба контура) вентилятором.

b716cdb2ac29c00baf707f638cceb06e
ТРДД самолета Boeing 757-200. На переднем плане видно входное устройство и вентилятор

На некоторых двигателях вентилятор приводится в движение отдельной турбиной, которая ставится ближе всего к соплу внутреннего контура. Тогда двигатель получается трехвальным. Например, по такой схеме выполнены двигатели Rolls Royce RB211 (устанавливались на L1011, B747, B757, B767), Д-18Т (Ан-124), Д-36 (Як-42)

52515c48a1b46dfdc5e26274f29bc5c1
Д-18Т в разрезе изнутри

Главное достоинство ТРДД заключается в возможности создания большой тяги и хорошей экономичности, по сравнению с ТРД.

На этом я хотел бы закончить про ТРДД и перейти к следующему виду двигателей — ТВД.

Турбовинтовые двигатели

Турбовинтовой двигатель, как и турбореактивный, относится к газотурбинным двигателям. И работает он почти как турбореактивный. Элементарный турбовинтовой двигатель состоит из уже знакомых нам элементов: компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла. К ним добавляются редуктор и винт.

09686f328cc44fbc3fd75ce551072776

Принцип работы работы такой же, как у турбореактивного, с разницей в том, что практически вся энергия газа расходуется на турбине на вращение компрессора и на вращение винта через редуктор (здесь винт и редуктор находятся на одном валу с компрессором). Винт создаёт основную долю тяги. Оставшаяся, после турбины, часть энергии направляется в сопло, образуя реактивную тягу, но она мала, может составлять десятую часть от общей. Редуктор в этой схеме нужен для того, чтобы понизить обороты и передать момент, так как турбина может вращаться с очень высокой частотой, например, 10000 оборотов в минуту, а винту нужно только 1500. И винт достаточно тяжелый.

7d5608745d7d0886b7dbe72767d7b89a
Схематичная конструкция ТВД

Но бывает и другая схема турбовинтовых двигателей: со свободной турбиной.
Её суть в том, что за обычной турбиной компрессора ставится отдельная турбина, которая механически не связана с турбиной компрессора. Такая турбина называется свободной. Связь между турбиной компрессора и свободной турбиной только газодинамическая. От свободной турбины идёт отдельный вал, на который устанавливаются редуктор с винтом. Все остальное работает так же, как и в первом случае. Большинство современных двигателей выполняют именно по такой схеме. Одним из плюсов такой схемы является возможность использования двигателя на земле, как вспомогательную силовую установку (ВСУ), не приводя винт в движение.

92bbcbefa056b8da6872acdfdfd9e80e
Схематичная конструкция ТВД со свободной турбиной

Хочу отметить, что не нужно смотреть на турбовинтовые двигатели как на малоэффективный пережиток прошлого. Я несколько раз слышал такие высказывания, но они неверны.
Турбовинтовой двигатель в некоторых случаях обладает наивысшим КПД, как правило, на самолетах с не очень большими скоростями (например, на 500 км/ч), притом, самолет может быть внушительных размеров. В таком случае, турбовинтовой двигатель может быть в разы выгоднее, рассмотренного ранее, турбореактивного двигателя.

На этом про турбовинтовые двигатели можно заканчивать. Мы потихоньку подошли к понятию турбовального двигателя.

Турбовальный двигатель

Должно быть, большинство читателей здесь вообще впервые слышат такое название. Такой тип двигателей устанавливается на вертолёты.

Турбовальный двигатель очень схож с турбовинтовым двигателем со свободной турбиной. Он также состоит из компрессора, камеры сгорания, турбины компрессора, далее идёт свободная турбина, связанная со всем предыдущем только газодинамически. А вот реактивную тягу такой двигатель не создаёт, реактивного сопла у него нет, только выхлоп. Свободная турбина имеет свой вал, который соединяется к главному редуктору вертолёта (несущего винта). Да, у всех известных мне вертолетов есть такой редуктор, и, как правило, он внушительных размеров. Дело в том, что обороты несущего винта вертолёта очень низкие. Если у самолета, как я писал выше, они могут достигать 1500 об/мин, то у вертолёта, например у Ми-8, всего 193 об/мин.
А обороты двигателя у вертолёта зачастую очень высокие (из-за небольших размеров), и понижать их приходится в сотню и более раз. Бывает такое, что редуктор стоит и на двигателе, и на самом вертолете, например, у Ми-2 и его двигателя ГТД-350.

ede3d0132a745b812afb946ebc07041d
Схематичная конструкция турбовального двигателя

9ed8578006916553d25a0b9417231d1e
Двигатель ТВ3-117 от вертолета Ми-8. Справа видны выхлопная труба и приводной вал

Итак, мы рассмотрели четыре типа газотурбинных двигателей. Надеюсь, мой текст был понятен и полезен для вас. Все вопросы и замечания можете писать в комментариях.

Источник

Праздники по дням и их значения
Adblock
detector