ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ГТД), тепловой двигатель, в к-ром газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механич. работу на валу газовой турбины. Рабочий процесс ГТД может осуществляться с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении или с прерывистым сгоранием топлива при постоянном объёме.

В 1791 англ. изобретатель Дж. Барбер впервые предложил идею создания ГТД с газогенератором, поршневым компрессором, камерой сгорания и газовой турбиной. Рус. инж. П. Д. Кузьминский в 1892 разработал проект, а в 1900 построил ГТД со сгоранием топлива при постоянном давлении, предназначенный для небольшого катера. В этом ГТД была применена многоступенчатая газовая турбина. Испытания не были завершены из-за смерти Кузьминского. В 19GO-04 нем. инж. Ф. Штольце пытался создать ГТД, но неудачно. В 1906 франц. инж. Р. Ар-манго и Ш. Лемаль построили ГТД, работавший на керосине, со сгоранием топлива при постоянном давлении, но из-за низкого кпд он не получил пром. применения. В 1906 рус. инж. В. В. Кара-водин спроектировал, а в 1908 построил бескомпрессорный ГТД с 4 камерами прерывистого сгорания и газовой турбиной, к-рый при 10 000 об/мин развивал мощность 1,2 квт (1,6 л. с.). В 1908 по проекту нем. инж. X. Хольцварта был построен ГТД прерывистого горения. К 1933 кпд ГТД с прерывистым горением составлял 24%, однако они не нашли широкого пром. применения. В России в 1909 инж. Н. В. Герасимов получил патент на ГТД, к-рый был использован им для создания реактивной тяги (турбореактивный ГТД); в 1913 М. Н. Никольской спроектировал ГТД мощностью 120 квт (160 л.с.) с трёхступенчатой газовой турбиной; в 1923 В. И. Базаров предложил схему ГТД, близкую к схемам совр. турбовинтовых двигателей; в 1930 В. В. Уваров при участии Н. Р. Брилинга спроектировал, а в 1936 построил ГТД с центробежным компрессором. В 30-е гг. большой вклад в создание авиац. ГТД внесли сов. конструктор А. М. Люлька (ныне акад. АН СССР), англ, изобретатель Ф. Уиттл, нем. инж. Л. Франц и др. В 1939 в Швейцарии был построен и испытан ГТД мощностью 4000 кет (5400 л. с.). Его создателем был словацкий учёный А. Стодола. В 1939 в Харькове, в лаборатории, руководимой В. М. Маковским, изготовлен ГТД мощностью 736 квт (1000 л. с.). В качестве топлива использован газ, получаемый при подземной газификации угля. Испытания этого ГТД в Горловке были прерваны Великой Отечественной войной. Большой вклад в развитие и совершенствование ГТД внесли сов. учёные и конструкторы: А. Г. Ивченко, В. Я. Климов, Н. Д. Кузнецов, И. И. Кулагин, Т. М. Мелькумов, А. А. Мику-лин, Б. С. Стечкин, С. К. Туманский, Я. И. Шнеэ, Л. А. Шубенко-Шубин и др. За рубежом в 40-е гг. над созданием ГТД работали фирмы "Юнкере", "БМВ" (Германия), "Бристол Сидли", "Роллс-Ройс" (Великобритания), "Дженерал электрик" и "Дженерал моторе" (США), "Рато" (Франция) и др.

Наибольшее пром. применение получили ГТД с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении, В таком ГТД

(рис. 1) сжатый атм. воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, туда же подаётся топливо, к-рое, сгорая, нагревает воздух; затем в газовой турбине энергия газообразных продуктов сгорания преобразуется в механич. работу, большая часть к-рой расходуется на сжатие воздуха в компрессоре. Остальная часть работы передаётся на приводимый агрегат. Работа, потребляемая этим агрегатом, является полезной работой ГТД.

Полезная работа Lе, отнесённая к 1 кг рабочего тела, равна разности между работой Lт, развиваемой турбиной при расширении в ней газа, и работой LK, расходуемой компрессором на сжатие в нём воздуха. Графически рабочий цикл ГТД может быть представлен в РV-диаграмме, где Р - давление, V - объём (рис. 2). Чем выше кпд компрессора и турбины, тем меньше LK и больше ZT, т. е. полезная работа увеличивается. Повышение темп-ры газа перед турбиной также способствует росту полезной работы L1, (линия 3‘4‘ на рис. 2). Экономичность ГТД характеризуется его эффективным кпд, к-рый представляет собой отношение полезной работы к количеству тепла, затраченного на создание этой работы.

В совр. ГТД кпд компрессоров и турбин соответственно составляет 0,88-0,9 и 0,9-0,92. Темп-pa газа перед турбиной в транспортных и стационарных ГТД составляет 1100-1200 К, а в авиационных достигает 1600 К. Достижение таких темп-р стало возможным благодаря изготовлению деталей ГТД из жаропрочных материалов и применению охлаждения его элементов. При достигнутом совершенстве проточной части и темп-ре газов 1000 К кпд двигателя, работающего по простейшей схеме, не превышает 25%. Для повышения кпд тепло, содержащееся в выходящем из турбины газе, используется в рабочем цикле ГТД для подогрева сжатого воздуха, поступающего в камеру сгорания. Теплообмен между отходящими газами и сжатым воздухом, поступающим в камеру сгорания, происходит в регенеративных теплообменниках, а рабочий процесс ГТД, в к-ром утилизируется тепло выходящих из турбины газов, наз. регенеративным. Повышению кпд способствуют также подогрев газа в процессе

его расширения в турбине, совместно с использованием тепла выходящих газов, и охлаждение воздуха в процессе его сжатия в компрессоре (рис. 3). При этом полезная работа возрастает благодаря увеличению работы Lm, развиваемой турбиной, и уменьшению работы Lk, потребляемой компрессором. Схема такого ГТД в 30-е гг. была предложена сов. учёным Г. И. Зотиковым. Компрессор и турбина низкого давления находятся на одном валу, который не связан с валом привода, напр., генератора, гребного винта. Их частота вращения может изменяться в зависимости от режима работы, что существенно улучшает экономичность ГТД при частичных нагрузках.

Рис. 3. Схема газотурбинного двигателя с регенерацией тепла, охлаждением воздуха в процессе сжатия и подогревом газа в процессе расширения: 1 - пусковой двигатель: 2, 3, 4 - компрессоры низкого, среднего и высокого давления; 5- камера сгорания; б, 7- турбины высокого и низкого давления; 8- регенератор; 9- охладитель воздуха.

ГТД могут работать на газообразном топливе (природном газе, попутных и побочных горючих газах, газогенераторных газах, газах доменных и сажевых печей и подземной газификации); на жидком топливе (керосине, газойле, дизельном топливе, мазуте); твёрдом топливе (угольной и торфяной пыли). Тяжёлые жидкие и твёрдые топлива находят применение в ГТД, работающих по полузамкнутому и замкнутому циклу (рис. 4). В ГТД замкнутого цикла рабочее тело после совершения работы в турбине не выбрасывается, а участвует в следующем цикле. Такие ГТД позволяют увеличивать единичную мощность и использовать в них ядерное топливо. ГТД нашли широкое применение в авиации (см. Авиационный двигатель) в качестве осн. двигателей силовых установок самолётов, вертолётов, беспилотных летательных аппаратов и т. п. ГТД используют на тепловых электростанциях для привода электрогенераторов; на передвижных электростанциях, напр. в энергопоездах; для привода компрессоров (воздушных и газовых) с одновременной выработкой электрич. и тепловой энергии в нефтяной, газовой, металлургич. и химич. промышленности; в качестве тяговых двигателей газотурбовозов, автобусов, легковых и грузовых

автомобилей, гусеничных тракторов, танков; как силовые установки кораблей, катеров, подводных лодок и для привода вспомогат. машин и механизмов (лебёдок, насосов и др.); на объектах военной техники в качестве энергетич. и тяговых силовых установок. Область применения ГТД расширяется. В 1956 мощность ГТД во всём мире составила 900 Мвт, к 1958 она превысила 2000 Мвт, а к нач. 1968 достигла 40 000 Мвт (без авиации и военной техники). Наибольшая единичная мощность выпускаемых в СССР ГТД составляет 100 Мвт (1969). Достигнутый эффективный кпд двигателей - 35%.

Рис. 4. Схема газотурбинного двигателя, работающего по замкнутому циклу: 1 - поверхностный нагреватель; 2 - турбина; 3 - компрессор; 4- охладитель; 5 - регенератор; 6- аккумулятор воздуха; 7- вспомогательный компрессор.

Развитие ГТД идёт по пути совершенствования его элементов (компрессора, турбины, камеры сгорания, теплообменников и др.), повышения темп-ры и давления газа перед турбиной, а также применения комбинированных силовых установок с паровыми турбинами и свободнопорш-невыми генераторами газа. Эксплуатация таких установок в стационарной энергетике и на транспорте показала, что при утилизации тепла отходящих газов и высоком совершенстве основных элементов их эффективный кпд достигает 42-45% .

Лит.: Бикчентай Р. Н., Лопоян Г. С., Поршаков Б. П., Применение газотурбинных установок в промышленности, М., 1959; Уваров В. В. и Чернобровкин А. П., Газовые турбины, М., 1960; Шнеэ Я. И., Газовые турбины, М., 1960; Основы проектирования и характеристики газотурбинных двигателей, [пер. с англ.], М., 1964; Газотурбинные установки. Атлас конструкций и схем, М., 1967; Simmons С. R., Gas turbine manual, L., 1968.

См. также лит. при ст. Авиационная газовая турбина. С. 3. Копелев.




Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»

ГАЗОТУРБОВОЗ →← ГАЗОТУРБИННЫЙ АВТОМОБИЛЬ

Смотреть что такое ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ в других словарях:

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(ГТД)        тепловой двигатель, в котором газ сжимается и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(ГТД) - тепловой двигатель, в к-ром газ сначала подвергается сжатию и нагревается, а затем энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механич. ра... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Газотурбинный двигатель (ГТД) — тепловая машина, предназначенная для преобразования энергии сгорания топлива в кинетическую энергию реактивной стру... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Газотурби́нный дви́гатель (ГТД) — тепловая машина, предназначенная для преобразования энергии сгорания топлива в кинетическую энергию реактивной струи ... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

двигатель, представляющий совокупность газовой турбины, компрессора и камеры сгорания, конструктивно объединенных в единое целое. В составе Газотурбинного Двигателя может использоваться несколько турбин и компрессоров. Впервые проект Газотурбинного Двигателя осуществлен инженером-механиком русского флота П. Д. Кузьминским в 1886 — 1892 гг. Основателем современной школы газотурбостроения является профессор В. М. Маковский. Принцип работы наиболее распространенных Газотурбинных Двигателей, в которых сгорание топлива происходит при постоянном давлении, следующий: воздух засасывается в компрессор, там сжимается и поступает в камеру сгорания, куда вместе с воздухом подается топливо, которое сгорает при постоянном давлении. Нагретый газ направляется в газовую турбину высокого давления, которая вращает компрессор. Отработавший в турбине высокого давления газ поступает в турбину низкого давления, где энергия газа превращается в механическую работу на валу. Полезная работа равна разности работ турбин и компрессора. Возможно создание Газотурбинного Двигателя с КПД 35 %. Наиболее перспективным путем совершенствования Газотурбинного Двигателя является повышение параметров газа (темпеатуры и давления), чего можно достичь с помощью применения наиболее жаропрочных материалов и современных систем охлаждения в турбинах. С целью улучшения отдельных характеристик Газотурбинного Двигателя в судовых энергетических установках могут быть использованы регенерация и утилизация тепла, промежуточное охлаждение и т. п.... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(ГТД), тепловой двигатель, преобразующий тепловую энергию предварительно сжатого и нагретого газа в механич. работу на валу газовой турбины или (и) в к... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

"...Газотурбинный двигатель; ГТД: машина, предназначенная для преобразования тепловой энергии в механическую.Примечание - ГТД может состоять из одного ... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ГАЗОТУРБИННЫЙ двигатель (ГТД), тепловой двигатель, в котором энергия газовоздушной смеси, получаемой при сгорании топлива в камере сгорания, преобразуется в механическую работу с помощью газовой турбины. Применяется в основном на теплоэлектроцентралях для привода электрогенераторов, в качестве двигателей летательных аппаратов, судов и других транспортных машин, компрессорных станций газопроводов. <br>... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

(ГТД), тепловой двигатель, в котором энергия газовоздушной смеси, получаемой при сгорании топлива в камере сгорания, преобразуется в механическую работу с помощью газовой турбины. Применяется в основном на теплоэлектроцентралях для привода электрогенераторов, в качестве двигателей летательных аппаратов, судов и других транспортных машин, компрессорных станций газопроводов.... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ГТД), тепловой двигатель, в котором энергия газовоздушной смеси, получаемой при сгорании топлива в камере сгорания, преобразуется в механическую работу с помощью газовой турбины. Применяется в основном на ТЭЦ для привода электрогенераторов, в качестве двигателей транспортных машин, силовых установок судов.<br><br><br>... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

ГАЗОТУРБИННЫЙ двигатель (ГТД) - тепловой двигатель, в котором энергия газовоздушной смеси, получаемой при сгорании топлива в камере сгорания, преобразуется в механическую работу с помощью газовой турбины. Применяется в основном на ТЭЦ для привода электрогенераторов, в качестве двигателей транспортных машин, силовых установок судов.<br>... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

gas turbine engine, turbine engine* * *gas-turbine engine

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

turbine àcombustion, turbomachine, turbomoteur, turbopropulseur

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Gasturbinenmotor m, Turbomotor m

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Gasturbinentriebwerk, Turbinenantrieb

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

gas-turbine engine, gas turbine plant

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

газтурбиналы қозғалтқыш

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ГТД)

- тепловой двигатель, в котором энергиягазовоздушной смеси, получаемой при сгорании топлива в камере сгорания,преобразуется в механическую работу с помощью газовой турбины. Применяетсяв основном на ТЭЦ для привода электрогенераторов, в качестве двигателейтранспортных машин, силовых установок судов.... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ГТД)

тепловой двигатель, преобразующий энергию предварительно сжатого и нагретого газа в механическую работу на валу газовой турбины. ГТД применяются в каче... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ГТД)

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ГТД), тепловой двигатель, в котором энергия газовоздушной смеси, получаемой при сгорании топлива в камере сгорания, преобразуется в механическую работу с помощью газовой турбины. Применяется в основном на ТЭЦ для привода электрогенераторов, в качестве двигателей транспортных машин, силовых установок судов.... смотреть

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ГТД)

ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ (ГТД) , тепловой двигатель, в котором энергия газовоздушной смеси, получаемой при сгорании топлива в камере сгорания, преобразуется в механическую работу с помощью газовой турбины. Применяется в основном на ТЭЦ для привода электрогенераторов, в качестве двигателей транспортных машин, силовых установок судов.... смотреть

T: 177