FAQ-турбины ГТД
Что такое турбина?
Это главный рабочий орган многих типов двигателей, таких как водяных, паровых, пневматических и газотурбинных.
Что представляет собой турбина конструктивно?
Любая турбина, как рабочий орган, какого либо двигателя, представляет собой колесо с лопатками. Их количество варьируется в зависимости от назначения и конструкции. Например, на гидротурбинах (гидроэлектростанции), количество лопаток может быть примерно от 4 до 10. В газотурбинных авиационных двигателях, их число очень большое. Так как нужно получить максимальный КПД от горячих газов из камер сгорания. Примерно такие же турбины, устанавливаются на тепловых электростанциях, в турбогенераторах. Только там вращение происходит не от горячих газов сгорающего топлива, а он разогретого водяного пара.
В чём разница между «активной» и «реактивной» турбиной?
В активной турбине, газ толкает её лопатки, но не расширяется. Он просто подаётся на неё под неким давлением. Если подуть на лопатки обычного вентилятора, то это и будет имитация активной турбины.
В реактивной турбине, газ сначала поддавливается на сопловом аппарате, затем проходя через лопатки турбины, имеет степень расширения. Как правило, многоступенчатые турбины в турбогенераторах электростанций и в роторах ГТД, имеют аналог конструкции компрессора. То есть сначала узкое пространство, а затем конус ротора уменьшается, это даёт газу расширяться. Такие турбины имеют более высокий КПД.
Где применяют активные и реактивные турбины?
В основном все авиационные ГТД, имеют реактивные турбины. Исключение составят лишь самые маленькие двигатели, такие как турбостартёры, ВСУ и ГТД для летающих реактивных авиамоделей. Их одноступенчатые турбины редко выполняются по расширительной схеме, так как нет задачи, выдавать огромную мощность и высокий КПД. Активные турбины, применяются в турбоустановках, таких как турбокомпрессоры, гидротурбины ГЭС, небольшие пневмотурбины и подобные промышленные установки.
Что такое многоступенчатые турбины?
Многоступенчатые турбины применяются в тех ГТД, где необходимо передать ей, наибольшую мощность от рабочего тела из камеры сгорания. Типичные пример огромные турбовентиляторные двигатели, такие как ПС-90А. В нём применяется пятиступенчатая реактивная турбина. Соответственно на первой ступени самое высокое давление, а на последней (в следствии расширения и уменьшения диаметра ротора) самое маленькое. В двухконтурных турбореактивных двигателях, обычно применяются 2-4-х ступенчатые турбины. Тут задача стоит уже не полностью срабатывать мощность на турбине, а частично передавать её на вентилятор (компрессор низкого давления КНД). Основная же мощность рабочего тела, срабатывается в сопловом насадке, выдавая реактивную струю.
Что такое сопловой аппарат?
Это специальное устройство для поддавливания (ускорения) газа перед лопатками турбины и закрутки его потока, в нужном направлении для рабочих лопаток. Как правило, подобные устройства устанавливаются перед любыми турбинами.
Газовые турбины работают в очень тяжёлых температурных напряжениях, как они выдерживают их?
Лопатки турбин изготавливаются из высококачественных жаростойких сталей. Самые первые турбины 40 годов, имели малую надёжность, мизерный ресурс и плохое качество материала. Сказывалось тогда ещё не освоенная промышленность для подобных материалов во многих странах. Однако уже в начале 50-х появились высокоресурсные отечественные ГТД, например ВК-1, АМ-3, АМ-5, РД-9Б. Современные лопатки турбин для повышения надежности и износостойкости, покрываются специальным огнеупорным материалом, а так же имеют охлаждение внутри. Прорыв в области изготовления полых лопаток турбин, дал возможность в двое повысить надежность двигателей.
Откуда подаётся воздух на охлаждение лопаток турбин внутри?
Отбирается от компрессора. При этом в современных двигателях, отбор воздуха от компрессора для собственных нужд, охлаждается в специальном воздухо-воздушном радиаторе (ВВР) и подаётся на ротор турбины, охлаждая валы, колёса, лопатки и сопловой аппарат.
Что представляют по форме лопатки турбин?
Лопатки газовых турбин выполняются по форме, напоминающей изогнутое крыло. Газ из соплового аппарата не просто ударяет по поверхности, а скользит по вогнутой части до самого пера лопатки. Это уменьшает динамические напряжения (прямой газовый удар под углом 90 градусов) и увеличивает эффективность.
Существуют ли двигатели, с механизированным поворотными лопатками соплового аппарата?
Есть и такие, но подобная схема практически нигде не применяется. Ещё разрабатывали как способ регулирования частоты вращения компрессора или отдельных каскадов, а так же для регулирования вращения свободных турбин. Несомненно работа механизации соплового аппарата будет затруднена из-за воздействия очень высоких температур. Регулируемые сопловые лопатки можно встретить в двигателях серии «Р» (Туманский), ГТД-1000 для танка Т-80, а так же в некоторых других двигателях. Но в современных двигателях они практически не встречаются.
