Классификация газотурбинных двигателей

Газотурбинным двигателем (ГТД) называют такой тепловой двигатель, в котором происходит преобразование кинетической и тепловой энергии потока продуктов сгорания органического топлива в механическую энергию вращения ротора газовой турбины.

Газотурбинной энергетической установкой (ГТУ) называется комплекс технических средств, предназначенный для преобразования кинетической и тепловой энергии горячего газа в механическую энергию вращения ротора.

Для газотурбинной установки характерны следующие термодинамические процессы:

  • сжатие рабочего тела в компрессоре;
  • подогрев рабочего тела теплотой, получаемой из внешнего источника;
  • преобразование энергии рабочего тела при его расширении в газовой турбине в кинетическую энергию струи газа с последующим преобразованием в ее механическую работу и передача механической работы потребителю;
  • охлаждение рабочего тела до состояния, соответствующего входу в компрессор.

Особенностями рабочего процесса в газотурбинном двигателе является непрерывное вращение рабочих лопаток и разгон потока рабочего тела до больших скоростей.

Судовые и корабельные газотурбинные двигатели можно классифицировать по следующим признакам:

по использованию ГТД в составе СЭУ:

  • на главные, используемые для обеспечения движения судна;
  • вспомогательные, используемые для получения тепловой и электрической энергии (газотурбогенераторы – ГТГ).

В свою очередь главные ГТД разделяются на:

  • маршевые, используемые на экономических ходах в целях обеспечения установленной дальности плавания;
  • форсажные (ГТД полного хода), предназначенные для обеспечения хода от экономического до полного;
  • всережимные, используемые на всех режимах работы ГЭУ;

по конструкции проточной части:

  • на активные, в которых преобразование энергии потока газа происходит только в направляющем аппарате;
  • реактивные, в которых преобразование энергии потока газа происходит как в направляющем аппарате, так и в каналах рабочих лопаток);
  • смешанные, сочетающие в себе как активную, так и реактивную части;

по блокированию турбин и компрессоров:

  • с блокированными турбинами и компрессорами;
  • со свободной пропульсивной турбиной (турбиной винта);

(в судовых ГТД максимально используемое число компрессоров – 2, максимально используемое число турбин – 3);

по использованию в термодинамическом цикле теплообменных аппаратов:

  • без использования теплообменных аппаратов;
  • с регенератором;
  • с промежуточными охладителями воздуха;
  • с промежуточным подогревом газа;
  • с котлом-утилизатором;
  • комбинированные (с использованием нескольких видов теплообменных аппаратов);

по току рабочего тела в компрессорах и турбинах:

  • на прямоточные, в которых воздух и продукты сгорания движутся вдоль оси двигателя последовательно через проточные части компрессоров, камеры сгорания, проточные части турбин, без изменения направления движения;
  • непрямоточные: в состав таких двигателей (установок) входят регенераторы, промежуточные охладители воздуха и другие теплообменные аппараты, при протекании через которые воздух и продукты сгорания меняют направление своего движения;

по направлению потока рабочего тела в проточной части:

  • на осевые, в которых поток воздуха в компрессоре или газа в турбине движется вдоль оси двигателя;
  • радиальные, в которых поток воздуха (газа) при входе в ступень компрессора (турбины) движется вдоль оси двигателя, а выходит из ступени в направлении, перпендикулярном оси двигателя;

по расположению турбин относительно компрессоров:

  • с прямым соединением турбомашин, когда турбина соединена с валом одноименного компрессора (ТВД – КВД, ТНД – КНД);
  • с перекрестным соединением турбомашин;
  • с полуперекрестным соединением турбомашин;

по расположению пропульсивной турбины:

  • с пропульсивной турбиной высокого давления;
  • с пропульсивной турбиной среднего давления;
  • с пропульсивной турбиной низкого давления;

по возможности осуществления реверса:

  • реверсивные двигатели с турбиной заднего хода;
  • реверсивные с двухъярусными лопатками и разделением потоков;
  • с реверсивными центростремительными турбинами;
  • нереверсивные;

по кратности циркуляции рабочего тела:

  • с однократной циркуляцией – ГТД открытого цикла, обычно используемые в качестве судовых и корабельных двигателей;
  • с многократной циркуляцией – ГТД закрытого цикла, используемые в ядерных газотурбинных установках;

по виду производимой работы:

  • ГТД по выработке механической энергии, работающие на водяной или воздушный винт, либо приводящие в действие электрогенераторы;
  • ГТД по выработке газодинамической энергии – турбореактивные двигатели;

по роду используемого топлива:

  • ГТУ, работающие на природном органическом топливе;
  • ГТУ, использующие ядерное топливо. Такие установки называются ЯГТУ – ядерными газотурбинными установками. Они в свою очередь могут быть одноконтурными и многоконтурными. Вместо камеры сгорания нагрев газа происходит в активной зоне газоохлаждаемого ядерного реактора, а после совершения работы в газовой турбине газ направляется в регенератор и охладитель;

по роду рабочего тела:

  • с использованием воздуха (как правило, ГТД открытого цикла);
  • с использованием инертных газов – водорода, гелия, азота, углекислого газа – для перспективных ЯГТУ закрытого цикла.

ГТД прямоточного типа (рис. 41 и 42) получили широкое распространение в составе СЭУ на судах и кораблях различных классов и назначений, а также в некоторых отраслях стационарной энергетики. Эти ГТД, несмотря на меньшие значения КПД, обладают малыми массогабаритными показателями, большими значениями удельных мощностей, просты в эксплуатации, обладают отличными маневренными характеристиками. Все эти свойства прямоточных ГТД определили их применение на скоростных военных кораблях (в качестве маршевых и форсажных двигателей) и на судах с динамическими принципами поддержания (СВП и СПК), используемых в качестве скоростных пассажирских судов.

Прямоточный судовой ГТД и ГТД авиационного типа (турбовинтовой двигатель)

ГТД непрямоточного типа (рис. 43) характеризуются значительно большей массой, чем прямоточные установки. Наиболее важным свойством установок непрямоточного типа следует считать высокую экономичность, приближающуюся к экономичности дизельных установок, меньшие расходы топлива и возможность работы на тяжелых и дешевых сортах топлива. Поэтому такие типы ГТУ устанавливают в первую очередь на судах транспортного флота.

Конструкция прямоточного судового ГТД

Литература

Судовые энергетические установки. Дизельные и газотурбинные установки. Болдырев О.Н. [2003]

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Rating 0.00 (0 Votes)

Метки: Судовые энергетические установки

Для того, чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь.