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

Что такое битурбинный двигатель

Газотурбинный танк Т-80У: тест-драйв «Популярной механики»

Т-80 – первый в мире серийно производимый танк с газотурбинным двигателем (ГТД). Работы по оснащению танков силовыми установками этого типа начались еще в конце 1950-х годов. Тогда на опытные образцы боевых машин ставились вертолетные двигатели. Быстро выяснилось, что они неспособны нормально работать в наземных условиях – вибрация и облака пыли быстро выводили ГТД из строя. Пришлось разрабатывать двигатель с самого нуля. Но откуда вообще возникла идея устанавливать газотурбинный двигатель на танк? «Во-первых, таким образом хотели решить проблему повышения боеготовности машины в условиях нашего сурового климата, – говорит Сергей Суворов, военный эксперт, кандидат военных наук, в прошлом – офицер-танкист. – Для того чтобы танк с дизельным двигателем мог начать движение при температурах от 0 до –20°С, необходимо для начала разогреть двигатель с помощью специального устройства – подогревателя – в течение 20–30 минут, затем запустить силовой агрегат и еще прогревать его около 10 минут на холостом ходу, пока температура охлаждающей жидкости в системе охлаждения не поднимется примерно до 40°C. Таким образом, зимой требуется в общей сложности 30–40 минут для выхода танка по тревоге из парка, что в боевых условиях немало. Газотурбинный танк может трогаться с места уже через 45 секунд после нажатия на кнопку пуска двигателя независимо от температуры окружающего воздуха.

Второе преимущество ГТД – так называемый коэффициент приспособляемости двигателя. Чем выше его значение, тем проще может быть конструкция коробки передач. Коробка передач Т-80 схожа с той, что установлена на Т-64, но в ней убран один планетарный ряд – в результате вместо семи передач их всего четыре. А упрощение всегда означает повышение надежности и удешевление конструкции, снижение утомляемости механика-водителя. Впрочем, сам по себе газотурбинный двигатель заметно дороже дизельного».

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.

Тысяча градусов под капотом: как появились и почему вымерли газотурбинные легковушки?

Благодаря бесспорным успехам мощных газотурбинных силовых агрегатов они давным-давно вытеснили поршневые двигатели из многих смежных отраслей хозяйства и воздушного транспорта. Что же касается легковых автомобилей, то «газотурбинная эйфория», родившаяся вскоре после Второй мировой войны, через двадцать с небольшим лет тихо и навсегда скончалась, оставив истории лишь несколько единичных образцов столь необычной техники.

Это незаметное для мировой автомобильной индустрии событие выглядело тем более странным, что создание самоходных повозок с газотурбинными устройствами началось ещё в конце XVII века, и в дальнейшем, вплоть до 1950-х годов, их неспешно доделывали, превратив в особые компактные «моторы» для транспортных нужд. Примером уникальной самодвижущейся древности с такого рода «двигателем» считается тележка с паровым котлом, которую в 1672 году изобрёл фламандский миссионер и учёный Фердинанд Вербист. Его идея заключалась в направлении струи горячего пара на горизонтальное колесо с лопатками, приводившее в движение два передних колеса.​

Читать еще:  J37a1 проблемы двигатель характеристики

Макет самоходной повозки Фердинанда Вербиста с древним прообразом газотурбинной установки

Так что же это за уникально простой, компактный и мощный газотурбинный двигатель (ГТД) в одновальном исполнении для легковушек? В обобщенной конструктивной схеме он снабжался радиальным компрессором, засасывавшим воздух в камеры сгорания, куда впрыскивалось недорогое жидкое топливо. При воспламенении горючей смеси раскаленные газы раскручивали как компрессор-нагнетатель воздуха, так и тяговую турбину с шестеренчатым редуктором, понижавшим число оборотов до значения, приемлемого для привода колес автомобиля.

Упрощенная схема автомобильного ГТД: 1 — компрессор, 2 — тяговая турбина, 3 — турбина компрессора

Газотурбинные автомобили компании Rover

Первый в мире газотурбинный автомобиль Rover Jet-1 удивлял всех прохожих в Лондоне. 1950 год

Опробование второго более мощного турбоавтомобиля Rover Jet-1. 1952 год (фото R. Gerelli)

Публичная демонстрация автомобиля Jet-1 сопровождалась шумной рекламной кампанией (фото R. Gerelli)

Презентация Jet-1 состоялась в марте 1950 года. Через два года начались испытания модернизированного варианта с 230-сильной турбиной Т-8. Такой ГТД отличался плавностью работы, но слишком высокая рабочая температура потребовала применения редких и дорогих материалов, а расход авиационного керосина достигал 50 литров на 100 километров.

Единственная сохранившаяся машина Rover Jet-1 образца 1950 года в лондонском Музее науки (фото автора)

В 1956 году фирма Rover вернулась к ГТД второго поколения с новой 100-сильной турбиной 2S/100 и теплообменником производства компании British Leyland. Ее смонтировали в задней части полноприводного автомобиля Т-3 с двухместным стеклопластиковым кузовом на сварной раме с алюминиевыми усилителями и дисковыми тормозами. Максимальная скорость достигала 170 км/ч, расход топлива сократился до 22 литров, но в то время компания уже не могла выделить крупных средств на продолжение этих работ.

Испытания уникального полноприводного концепт-кара Rover T-3 с задней установкой ГТД. 1956 год

Газотурбинный автомобиль-купе T-3 в экспозиции Heritage Motor Centre в Гайдоне

Несмотря на огромные расходы, в 1961-м появилась переднеприводная легковушка Т-4 с 140-сильным агрегатом 2S/140 переднего расположения и четырехместным несущим кузовом для будущей серийной модели Rover-2000. Она стала самой быстроходной дорожной машиной с ГТД (около 200 км/ч) и с места до «сотни» разгонялась за восемь секунд.

Фото 1. Последняя газотурбинная машина компании Rover с кузовом, созданным для серийной модели Rover-2000

Дополнением к серии Т-4 был удлиненный приземистый спортивный вариант Rover-BRM с задним приводом и двухместным кузовом купе, созданный совместно с фирмой BRM. До середины 1970-х он служил престижным и дорогим дорожным автомобилем и участвовал в крупных международных автогонках.

Престижный дорожный вариант спортивного автомобиля Rover-BRM с газовой турбиной. 1965 год

Газотурбинный уникум FIAT

Спортивная газотурбинная машина FIAT Turbina в Museo dell’ Automobile di Torino. 1954 год

Автомобиль FIAT Turbina с задним силовым агрегатом и автоматической трансмиссией модели 8001

Главной особенностью 300-сильного ГТД заднего расположения была особая трансмиссия модели 8001, автоматически регулировавшая рабочие режимы компрессора и тяговой турбины. При этом свежий воздух засасывался спереди и подавался к заднему компрессору по центральному тоннелю.

При желании на этой схеме можно разглядеть всю «механическую мельницу» машины FIAT Turbina

Автомобиль получил стальную трубчатую раму и независимую подвеску всех колес со стабилизаторами поперечной устойчивости. После испытаний и демонстрации на Туринском автосалоне в нём выявили множество недостатков, и дальнейшие работы пришлось прекратить.

«Огненные птицы» от корпорации General Motors

Известный дизайнер Харли Эрл во главе своего «огненного семейства» уникальных автомобилей Firebird

В декабре 1953 года с первой экспериментальной газотурбинной машиной Firebird XP-21 (Firebird I) сразу же произошел конфуз: ее приняли за поставленный на четыре больших колеса одноместный реактивный истребитель с короткими крылышками, хвостовым стабилизатором и задним соплом.

Странное авиационно-автомобильное сочетание по-американски — концепт-кар Firebird XP-21. 1953 год

Нелетающий истребитель GM Firebird XP-21 со спрятанным в корпусе ГТД и декоративным оперением

Читать еще:  Что такое автономный отопитель двигателя

Но, присмотревшись, под стеклопластиковым кузовом можно было увидеть 380-сильный ГТД GT-302 компании Allison, весивший около 350 кг и разгонявший бутафорский самолет до 370 км/ч. Он снабжался по-автомобильному независимой подвеской и внутренними тормозными барабанами.

Необычный газотурбинный автомобиль-самолет Firebird I в экспозиции GM Heritage Center

Через три года был представлен более строгий четырехместный вариант Firebird II (XP-43) с новым ГТД GT-304 в 200 сил при рабочем режиме 25 тысяч оборотов в минуту и дисковыми тормозами. На этот раз он был похож на гоночный автомобиль с передним остроконечным обтекателем и упрятанными в него фарами, небольшими боковыми крыльями, прозрачной крышей-фонарём и хвостовым оперением. В отличие от первенца его напичкали мелкими оригинальностями: двухсекционные двери, бортовой компьютер, блок автоматического переключения световых приборов.

Второй газотурбинный вариант Firebird II, напоминавший рекордно-гоночный автомобиль. 1956 год

Харли Эрл с удовольствием позирует у своего уникального газотурбинного детища GM Firebird II

Вскоре за ним появилась третья приземистая шестиметровая «сказочная огненная птица» Firebird III (XP-73) с 225-сильным двигателем GT-305 и самолетным фонарём, ощетинившаяся всеми своими стеклопластиковыми кузовными панелями и ножевидными кромками дверей, крыльев и всевозможных хвостов. Для питания бортовых систем, кондиционера и круиз-контроля служил миниатюрный бензиновый движок в 10 сил.

Третий газотурбинный уникум Firebird III с уймой полезных и бесполезных крыльев и крылышек. 1958 год

Газотурбинный генератор GPB80 класса 8 МВт

Пэкедж GPB80, для выработки энергии

Газотурбинный двигатель серии M7A

*Номинально, условия ISO при 15ºC (59ºF) на уровне моря
Потери на всасе: 0,98 КПа, Потери на выхлопе: 1,96 КПа
Относительная влажность 60 %
Природный газ (100%-ый CH4, низшая теплотворная способность =35,8 МДж/Нм 3 (960 бте/стандартный кубический фут))
Диффузионная камера сгорания без инжекции воды
Номинальная производительность на клеммах генератора (КПД генератора 97,8%)

Технические характеристики
Особенности для нефтегазовой отраслиЗона 2, Электрическая система
Интегрированная смазочная система
Трубопровод из нержавеющей стали 316L
Газовая турбина M7A-03Для непрерывной эксплуатации, одновальная
11-ступенчатый осевой компрессор с поворотными соплами
Шесть камер сгорания выносного типа
Сухое подавление выбросов (опция)
Двухтопливная (опция)
4-х ступенчатая осевая турбина
Самоустанавливающиеся упорные/опорные подшипники
Датчик вибрации корпуса и радиальных вибраций вала
РедукторПланетарного типа
Частота вращения выходного вала редуктора1 500 об/мин в режиме 50 Гц
1 800 об/мин в режиме 60 Гц
Генератор переменного токаВозбуждение: 3 фазы, 4 провода, синхронный бесщеточный
СтартерСистема запуска с частотно-управляемым приводом
* Примерные габаритные размеры пэкеджа (Д х Ш х В)11,9 м x 2,8 м x 3,7 м
* Примерная масса пэкеджа (сухая)63 тонн

*Без впускной и вентиляционной системы

Что такое битурбинный двигатель

Заголовок

Исследование возможности применения деталей из термостойких пластиков и их испытание в составе малоразмерного газотурбинного двигателя

Авторы

А.В. Побелянский, А.И. Мустейкис, А.А. Галаджун, Д.С. Круглов

Организация

Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова
г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

Аннотация

В рамках сотрудничества БГТУ «ВОЕНМЕХ» с ООО «Современное оборудование» (группа компаний «Солвер») был реализован проект по изготовлению основных узлов малоразмерного газотурбинного двигателя, оценке деталей, их дальнейшему испытанию, а также проведена предварительная оценка применения аддитивных технологий в аэрокосмической отрасли. В качестве объекта исследования в данном проекте был выбран малоразмерный газотурбинный двигатель с расчетной тягой 10 кгс. Актуальность выбора объекта исследования объясняется тем, что в настоящее время в России активно разрабатываются беспилотные летательные аппараты, а также силовые установки для них. Все детали малоразмерного газотурбинного двигателя можно условно отнести к трём температурным диапазонам эксплуатации, что позволило выделить ряд его деталей, которые могут быть изготовлены методом FDM из термостойкого пластика. В рамках проекта были решены следующие задачи: – проведение предварительных расчетов теплового состояния деталей в составе малоразмерного газотурбинного двигателя; – печать деталей, оценка точности изготовления, качества поверхности; – проведение испытаний деталей в составе малоразмерного газотурбинного двигателя; – съём деталей и проведение дефектации; – анализ полученных данных, выводы и рекомендации по применению аддитивных технологий термостойких пластиков в авиакосмической отрасли. Печать проводилась на производственных мощностях ООО «Современное оборудование» на 3D-принтере Stratasys Fortus 900 mc. После удаления поддерживающих структур была проведена оценка качества поверхности деталей и замеры шероховатости исследуемых элементов. Собранный двигатель был испытан на кафедре «Двигатели и энергоустановки ЛА» БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д. Ф. Устинова. Предварительные результаты проекта позволяют утверждать, что внедрение аддитивных технологий термостойких пластиков в процесс разработки малоразмерных газотурбинных двигателей позволяет в достаточно короткие сроки создать и испытать различные варианты конструкций, что позволит сократить время разработки подобных двигателей и теоретически повысить их эффективность за счет снижения массы конструкции.

Ключевые слова

аддитивные технологии, малоразмерный газотурбинный двигатель, термостойкие пластики

Список литературы

[1] Проект «Аврора». 3D печать. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://articles.sae.org/13170/ (дата обращения 11.05.2017).

[2] Материалы, готовые для космоса. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://blog.stratasys.com/2016/03/23/atlas-rocket-3d-printed-parts/ (дата обращения 11.05.2017).

[3] Инновации в ракетостроении при помощи 3D печати. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.stratasysdirect.com/blog/high-power-rocketry-using-3d-printing/ (дата обращения 11.05.2017).

[4] Партнёрство со Stratasys. Проектировка и разработка в проекте «Аврора». [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.cimetrixsolutions.com/resources/case-studies/aerospace (дата обращения 11.05.2017).

[5] Термостойкие пластики для FDM. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.stratasys.com/materials/fdm (дата обращения 11.05.2017).

Цитирование данной статьи


Данная статья лицензирована по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

© 2017-2021 Ассоциация «Технологическая платформа «Национальная информационная спутниковая система»
При копировании информации ссылка на сайт обязательна

Простейшие и самодельные механизмы

В начале десятилетия на рынке появились простейшие дешевые механизмы, подобные компьютерным кулерам, также называемые электрическими турбинами. Они располагаются на впуске и работают от аккумулятора. Возможно использование таких электро-турбин и на карбюраторе, и на инжекторе. По утверждениям производителей, они увеличивают поток поступающего в двигатель воздуха, ускоряя его, что дает прирост производительности до 15 %. При этом параметры (обороты, поток, мощность) обычно не указаны. Очень просто установить такие электро-турбины на авто своими руками.

Однако в действительности их электродвигатели развивают до нескольких сотен Вт, чего недостаточно для увеличения объема потока, так как для этого требуется около 4 кВт. Поэтому такое устройство станет серьезным препятствием на впуске, вследствие чего производительность, наоборот, сократится. В лучшем случае потери от него будут небольшими, что ощутимо не скажется на динамике.

Кроме того, в Интернете можно найти наработки по созданию электро-турбины своими руками. В отличие от упомянутых выше дешевых вариантов, их строят на основе центробежного компрессора и бесколлекторного двигателя мощностью до 17 кВт и напряжением 50-70 В, так как только такой мотор способен обеспечить достаточные для вращения компрессора крутящий момент и обороты. Двигатель нужно оснастить контроллером скорости вращения. Данная система не требует интеркулера – для нее достаточно холодного впуска. Установка электро-турбины такого типа, возможно, потребует замены генератора (на 90-100 А) и аккумулятора (на более емкий с высокой токоотдачей). Скорость вращения компрессора определяется положением дросселя. Причем зависимость не линейная, а экспоненциальная.

Целесообразно создавать такие электро-турбины под автомобили с малолитражными двигателями объемом до 1,5 л, что обусловлено большим энергопотреблением. Причем чем больше объем мотора, тем меньшее давление наддува сможет создать нагнетатель. Так, на 0,7-л двигателе оно будет составлять 0,4-0,5 бар, на 1,5 л – 0,2-0,3 бар. К тому же такой наддув не сможет функционировать продолжительное время на максимальной производительности ввиду нагрева. Однако контроллер можно настроить на принудительную активацию.

Ввиду высокой стоимости компонентов весьма затратно сделать такую электро-турбину. Отзывы свидетельствуют об ощутимой прибавке производительности.

С точки зрения конструкции эти механизмы, как и упомянутые выше дешевые варианты, относятся к электронагнетателям. Однако часто их ошибочно называют электротурбинами. Сейчас на рынке представлены более серьезные фирменные механизмы, близкие к самодельным.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector