가스터빈 엔진 구성. 터빈, 항공 뿐만 아니라… 가스터빈의 탄생

연소실로 들어가기 전에 공기를 미리 압축하는 방식에 따른 에어제트 엔진은 압축기와 무압축기로 구분된다. 압축기가 없는 에어제트 엔진에서는 공기 흐름의 속도 헤드가 사용됩니다. 압축기 엔진에서 공기는 압축기에 의해 압축됩니다. 압축기 에어제트 엔진은 터보제트 엔진(TRD)입니다. 혼합 또는 결합 엔진이라고 하는 그룹에는 터보프롭 엔진(TVD)과 바이패스 터보제트 엔진(DTRD)이 포함됩니다. 그러나 이러한 엔진의 설계 및 작동은 터보제트 엔진과 대체로 유사합니다. 종종 이러한 엔진의 모든 유형은 GTE(가스터빈 엔진)라는 일반 이름으로 결합됩니다. 가스 터빈 엔진은 등유를 연료로 사용합니다.

터보제트 엔진

구조 계획.터보제트 엔진(그림 100)은 입구, 압축기, 연소실, 가스터빈 및 출구로 구성됩니다.

흡입 장치는 엔진 압축기에 공기를 공급하도록 설계되었습니다. 항공기의 엔진 위치에 따라 항공기 설계 또는 엔진 설계의 일부일 수 있습니다. 흡입 장치는 압축기 앞의 공기 압력을 증가시킵니다.

압축기에서 공기 압력의 추가 증가가 발생합니다. 터보제트 엔진에서는 원심 압축기(그림 101)와 축방향 압축기(그림 100 참조)가 사용됩니다.

축류 압축기에서 로터가 회전할 때 공기에 작용하는 작동 블레이드가 비틀어 압축기의 출구 쪽으로 축을 따라 움직이도록 합니다.

원심 압축기에서 임펠러가 회전할 때 공기는 블레이드에 의해 동반되어 원심력의 작용에 따라 주변으로 이동합니다. 액시얼 컴프레서가 있는 엔진은 현대 항공에서 가장 폭넓게 사용됩니다.

액시얼 컴프레서는 입력장치가 부착되는 로터(회전부)와 스테이터(고정부)로 구성된다. 블레이드에 손상을 줄 수 있는 이물질이 압축기에 들어가는 것을 방지하기 위해 보호 스크린이 흡입구 장치에 설치되는 경우가 있습니다.

압축기 로터는 원형으로 배열되고 회전축을 따라 연속적으로 교대하는 프로파일이 있는 로터 블레이드의 여러 행으로 구성됩니다. 로터는 드럼(그림 102, a), 디스크(그림 102, b) 및 드럼 디스크(그림 102, c)로 구분됩니다.

압축기 고정자는 하우징에 고정된 프로파일 블레이드의 환형 세트로 구성됩니다. 스트레이트너라고 하는 고정 블레이드 열과 작동 블레이드 열을 압축기 단계라고 합니다.

최신 항공기 터보제트 엔진은 다단 압축기를 사용하여 공기 압축 과정의 효율성을 높입니다. 압축기 단은 한 단 출구의 공기가 다음 단의 블레이드 주위로 원활하게 흐르도록 서로 조정됩니다.

다음 단계에 필요한 공기 방향은 스트레이트너에 의해 제공됩니다. 같은 목적으로 압축기 앞에 설치된 가이드 베인도 역할을 합니다. 일부 엔진 설계에서는 가이드 베인이 없을 수 있습니다.

터보제트 엔진의 주요 요소 중 하나는 압축기 뒤에 위치한 연소실입니다. 구조적으로 연소실은 관형(그림 103), 환형(그림 104), 관형 환형(그림 105)입니다.

관형(개별) 연소실은 서스펜션 컵으로 연결된 화염 튜브와 외부 케이싱으로 구성됩니다. 연소실 전면에는 연료 인젝터와 스월러가 설치되어 화염을 안정시킵니다. 화염 튜브에는 공기 공급용 구멍이 있어 화염 튜브의 과열을 방지합니다. 화염 튜브의 연료 - 공기 혼합물의 점화는 별도의 챔버에 설치된 특수 점화 장치에 의해 수행됩니다. 그들 사이에서 화염 튜브는 모든 챔버에서 혼합물의 점화를 제공하는 분기 파이프로 연결됩니다.

환형 연소 챔버는 챔버의 외부 및 내부 케이싱에 의해 형성된 환형 공동의 형태로 만들어집니다. 환형 화염 관은 환형 채널의 전면에 설치되고 소용돌이와 노즐은 화염 관의 노즈에 설치됩니다.

관형 환형 연소실은 개별 화염 튜브가 배치되는 환형 공간을 형성하는 외부 및 내부 케이싱으로 구성됩니다.

가스 터빈은 TRD 압축기를 구동하는 데 사용됩니다. 입력 현대 엔진가스 터빈은 축 방향입니다. 가스 터빈은 단일 단계 또는 다단계(최대 6단계)일 수 있습니다. 터빈의 주요 구성 요소는 노즐(가이드) 장치와 임펠러로 구성되며 디스크와 림에 위치한 로터 블레이드로 구성됩니다. 임펠러는 터빈 샤프트에 부착되어 함께 로터를 형성합니다(그림 106). 노즐 장치는 각 디스크의 작동 블레이드 앞에 있습니다. 고정 노즐 장치와 작동 블레이드가 있는 디스크의 조합을 터빈 스테이지라고 합니다. 로터 블레이드는 크리스마스 트리 잠금 장치로 터빈 디스크에 부착됩니다(그림 107).

배기 장치(그림 108)는 배기관, 내부 콘, 랙 및 제트 노즐로 구성됩니다. 항공기의 엔진 배치로 인해 배기 파이프와 제트 노즐 사이에 연장 파이프가 설치되는 경우가 있습니다. 제트 노즐은 조절 가능하고 조절되지 않는 출력 섹션이 있을 수 있습니다.

작동 원리.피스톤 엔진과 달리 가스터빈 엔진의 작업 과정은 별도의 사이클로 나뉘지 않고 연속적으로 진행됩니다.

터보제트 엔진의 작동 원리는 다음과 같다. 비행 중에 엔진에 대한 공기 흐름은 흡입구를 통해 압축기로 전달됩니다. 입력 장치에서 공기는 사전 압축되고 움직이는 공기 흐름의 운동 에너지는 부분적으로 위치 압력 에너지로 변환됩니다. 공기는 압축기에서 더 많은 압축을 받습니다. 축류 압축기가 있는 터보제트 엔진에서 로터의 빠른 회전과 함께 압축기 블레이드는 팬 블레이드처럼 공기를 연소실로 몰아갑니다. 압축기의 각 단의 임펠러 뒤에 설치된 스트레이트너에서는 블레이드 간 채널의 디퓨저 형상으로 인해 휠에서 획득한 흐름의 운동 에너지가 위치 압력 에너지로 변환됩니다.

원심 압축기가 있는 엔진에서 공기는 원심력에 의해 압축됩니다. 압축기로 들어가는 공기는 빠르게 회전하는 임펠러의 블레이드에 의해 흡입되고 원심력의 작용에 따라 중심에서 압축기 휠의 둘레로 던져집니다. 임펠러가 더 빨리 회전할수록 압축기에서 더 많은 압력이 생성됩니다.

압축기 덕분에 터보제트 엔진은 현장에서 작업할 때 추력을 생성할 수 있습니다. 압축기에서 공기 압축 과정의 효율성

압력 증가 정도 π로 특징 지어지며, 이는 압축기 p 2의 공기 압력 대 대기 압력 p H의 비율입니다.

흡입구와 압축기에서 압축된 공기는 연소실로 들어가 두 개의 흐름으로 나뉩니다. 전체 공기 흐름의 25-35%인 공기의 한 부분(1차 공기)은 주요 연소 과정이 일어나는 화염 관으로 직접 보내집니다. 공기의 다른 부분(2차 공기)은 연소실의 외부 공동 주위를 흐르고 후자를 냉각하고 챔버의 출구에서 연소 생성물과 혼합되어 가스-공기 흐름의 온도를 다음과 같이 결정된 값으로 낮춥니다. 터빈 블레이드의 내열성. 2차 공기의 작은 부분은 화염 튜브의 측면 개구부를 통해 연소 구역으로 들어갑니다.

따라서 노즐을 통해 연료를 분사하고 이를 1차 공기와 혼합하고, 혼합물을 연소시키고 연소 생성물을 2차 공기와 혼합함으로써 연소실에서 연료-공기 혼합물이 형성된다. 엔진이 시동되면 혼합물은 특수 점화 장치에 의해 점화되고 엔진의 추가 작동 중에 연료-공기 혼합물은 이미 존재하는 화염에 의해 점화됩니다.

연소실에서 형성되는 가스 흐름은, 높은 온도압력은 좁아지는 노즐 장치를 통해 터빈으로 돌진합니다. 노즐 장치의 채널에서 가스 속도는 450-500m/s로 급격히 증가하고 열(포텐셜) 에너지가 운동 에너지로 부분적으로 변환됩니다. 노즐 장치의 가스는 터빈 블레이드로 들어가고, 여기서 가스의 운동 에너지는 터빈 회전의 기계적 작업으로 변환됩니다. 디스크와 함께 회전하는 터빈 블레이드는 모터 샤프트를 회전시켜 압축기의 작동을 보장합니다.

터빈의 작동 블레이드에서는 가스의 운동 에너지를 터빈 회전의 기계적 작업으로 변환하는 과정만 발생하거나 속도가 증가함에 따라 가스가 추가로 팽창할 수 있습니다. 첫 번째 경우 가스터빈은 활성, 두 번째는 반응성이라고 합니다. 두 번째 경우에 터빈 블레이드는 다가오는 가스 제트의 활성 효과에 추가하여 가스 흐름의 가속으로 인한 반작용 효과도 경험합니다.

가스의 최종 팽창은 엔진 출구(제트 노즐)에서 발생합니다. 여기서 가스 흐름의 압력은 감소하고 속도는 550-650m/sec(지상 조건)로 증가합니다.

따라서 엔진에서 연소 생성물의 위치 에너지는 팽창 과정(터빈 및 출구 노즐에서) 동안 운동 에너지로 변환됩니다. 이 경우 운동 에너지의 일부는 터빈의 회전으로 이동하고, 터빈은 차례로 압축기를 회전시키고 다른 부분은 가스 흐름을 가속(제트 추력 생성)합니다.

터보프롭 엔진

장치 및 작동 원리.현대 항공기의 경우

큰 운반 능력과 비행 범위를 가지기 때문에 최소한의 비중으로 필요한 추력을 낼 수 있는 엔진이 필요합니다. 이러한 요구 사항은 터보제트 엔진에 의해 충족됩니다. 그러나 낮은 비행 속도에서 프로펠러 구동 설치에 비해 비경제적입니다. 이와 관련하여 상대적으로 저속 및 장거리 비행을 위한 일부 유형의 항공기에는 터보제트 엔진의 장점과 낮은 비행 속도에서 프로펠러 구동 설치의 장점을 결합한 엔진 설치가 필요합니다. 이러한 엔진에는 터보프롭 엔진(TVD)이 포함됩니다.

터보프롭은 터빈이 압축기를 돌리는 데 필요한 것보다 더 많은 동력을 발생시키는 가스 터빈 항공기 엔진이며 이 초과 동력은 프로펠러를 돌리는 데 사용됩니다. TVD의 개략도가 그림 1에 나와 있습니다. 109.

다이어그램에서 볼 수 있듯이 터보프롭 엔진은 터보제트와 동일한 구성 요소 및 어셈블리로 구성됩니다. 그러나 터보제트 엔진과 달리 터보프롭 엔진에는 프로펠러와 기어박스가 추가로 장착된다. 최대 엔진 출력을 얻으려면 터빈이 발전해야 합니다. 고속(최대 20000rpm). 프로펠러가 동일한 속도로 회전하면 프로펠러가 750-1,500rpm의 설계 비행 모드에서 최대 효율에 도달하기 때문에 후자의 효율이 매우 낮습니다.

가스터빈의 속도에 비해 프로펠러의 속도를 줄이기 위해 터보프롭 엔진에 기어박스를 설치한다. 고출력 엔진에서는 두 개의 역회전 프로펠러가 때때로 사용되며 하나의 기어박스가 두 프로펠러의 작동을 제공합니다.

일부 터보프롭 엔진에서 압축기는 하나의 터빈에 의해 구동되고 프로펠러는 다른 터빈에 의해 구동됩니다. 이것은 엔진 조절에 유리한 조건을 만듭니다.

극장의 추력은 주로 프로펠러(최대 90%)에 의해 생성되며 가스 제트의 반응으로 인해 약간만 생성됩니다.

터보프롭 엔진에서는 다단 터빈이 사용되며(단 수는 2에서 6), 이는 터보제트 터빈보다 터보프롭 터빈에서 큰 열 강하를 작동해야 하는 필요성에 따라 결정됩니다. 또한 다단 터빈을 사용하면 속도를 줄이고 결과적으로 기어박스의 크기와 무게를 줄일 수 있습니다.

극장의 주요 요소의 목적은 터보제트 엔진의 동일한 요소의 목적과 다르지 않습니다. 극장의 작업 흐름도 터보제트의 작업 흐름과 유사합니다. 터보제트 엔진과 마찬가지로 흡기 장치에서 미리 압축된 공기 흐름은 압축기에서 주 압축을 받은 다음 연소실로 들어가며 인젝터를 통해 연료가 동시에 분사됩니다. 공기-연료 혼합물의 연소 결과로 형성된 가스는 높은 위치 에너지를 갖습니다. 그들은 가스 터빈으로 달려가 거의 완전히 팽창하여 작업을 생성한 다음 압축기, 프로펠러 및 장치 드라이브로 전송됩니다. 터빈 뒤의 가스 압력은 대기압과 거의 같습니다.

현대의 터보프롭 엔진에서 엔진에서 흘러나오는 가스 제트의 반작용으로만 얻어지는 추력은 전체 추력의 10~20%이다.

터보제트 엔진 우회

높은 아음속 비행 속도에서 터보제트 엔진의 추력 효율을 증가시키려는 열망은 우회 터보제트 엔진(DTJE)의 탄생으로 이어졌습니다.

기존의 터보제트 엔진과 달리 가스터빈 엔진에서 가스터빈은 (압축기 및 여러 보조 장치에 추가하여) 2차 회로 팬이라고 하는 저압 압축기를 구동합니다. DTRD의 두 번째 회로의 팬은 압축기 터빈 뒤에 위치한 별도의 터빈에서도 구동될 수 있습니다. 가장 간단한 DTRD 방식이 그림 1에 나와 있습니다. 110.

DTRD의 첫 번째(내부) 회로는 기존의 터보제트 회로이다. 두 번째(외부) 회로는 팬이 있는 환형 채널입니다. 따라서 바이패스 터보제트 엔진을 터보팬이라고도 합니다.

DTRD의 작업은 다음과 같습니다. 엔진의 공기 흐름은 공기 흡입구로 들어가고 공기의 한 부분은 1차 회로의 고압 압축기를 통과하고 다른 부분은 2차 회로의 팬 블레이드(저압 압축기)를 통과합니다. 첫 번째 회로의 회로는 터보제트 엔진의 일반적인 회로이므로 이 회로의 작업 흐름은 터보제트 엔진의 작업 흐름과 유사합니다. 2차 회로 팬의 동작은 환형 덕트에서 회전하는 다중 블레이드 프로펠러의 동작과 유사합니다.

DTRD는 초음속 항공기에도 사용할 수 있지만 이 경우 추력을 높이려면 2차 회로에서 연료 연소를 제공해야 합니다. DTRD의 추력을 빠르게 증가(부스트)하기 위해 때때로 2차 회로의 공기 흐름이나 1차 회로의 터빈 뒤에서 추가 연료가 연소됩니다.

2차 회로에서 추가 연료가 연소되면 두 회로의 작동 모드를 변경하지 않고 유지하려면 제트 노즐의 면적을 늘려야 합니다. 이 조건이 충족되지 않으면 팬과 2차 회로 제트 노즐 사이의 가스 온도 상승으로 인해 2차 회로 팬을 통한 공기 흐름이 감소합니다. 이렇게 하면 팬을 회전시키는 데 필요한 전력이 감소합니다. 그러면 이전 엔진 속도를 유지하기 위해 1차 회로에서 터빈 앞의 가스 온도를 낮추어야 하며 이는 1차 회로의 추력 감소로 이어집니다. 총 추력의 증가는 충분하지 않으며 경우에 따라 부스트 엔진의 총 추력이 기존 디젤 엔진의 총 추력보다 작을 수 있습니다. 또한, 추진력을 높이는 것은 높은 특정 연료 소비와 관련이 있습니다. 이러한 모든 상황은 추력을 증가시키는 이 방법의 적용을 제한합니다. 그러나 DTRD의 추진력을 높이는 것은 초음속 비행 속도에서 널리 사용될 수 있습니다.

중고 문헌: "항공의 기초" 저자: G.A. 니키틴, E.A. 바카노프

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작동 개념에 대한 가스터빈 엔진의 가장 간단한 설계 중 하나는 블레이드가 있는 두 개의 디스크가 있는 샤프트로 나타낼 수 있습니다. 첫 번째 디스크는 압축기, 두 번째 디스크는 터빈, 연소실은 그들 사이에 설치됩니다.

가스 터빈 엔진의 작동 원리:

공급되는 연료의 양을 늘리면("가스" 추가) 더 높은 압력의 가스가 생성되어 터빈과 압축기 디스크의 속도가 증가하고 결과적으로 연료량이 증가합니다. 분사되는 공기와 압력으로 인해 연소실로 공급되어 더 많은 연료를 태울 수 있습니다. 연료-공기 혼합물의 양은 연소실에 공급되는 공기의 양에 직접적으로 의존합니다. 연료 집합체(연료-공기 혼합물)의 양이 증가하면 연소실의 압력과 연소실 출구의 가스 온도가 증가하여 결과적으로 더 많은 연료를 생성할 수 있습니다. 터빈을 회전시키고 반력을 증가시키도록 지시된 배기 가스로부터의 에너지.

모터가 작을수록 블레이드의 최대 선속도를 유지하려면 샤프트의 속도가 높아야 합니다. 그 이유는 원주(1회전에서 블레이드가 이동한 경로)가 로터의 반경과 직접 관련되기 때문입니다. . 터빈 블레이드의 최대 속도는 다음을 결정합니다. 최대 압력, 엔진 크기에 관계없이 최대 출력을 얻을 수 있습니다. 제트 엔진 샤프트는 약 10,000rpm의 주파수로 회전하고 마이크로 터빈은 약 100,000rpm의 주파수에서 회전합니다.

항공기 및 가스터빈 엔진의 추가 개발을 위해서는 온도 및 압력을 증가시키는 고강도 및 내열 재료 분야에서 새로운 개발을 적용하는 것이 합리적입니다. 새로운 유형의 연소실, 냉각 시스템의 사용, 부품의 수와 무게 감소, 엔진 전체의 무게 감소는 대체 연료 사용의 진행 과정에서 가능하여 엔진 설계의 바로 그 아이디어를 변경합니다.

폐쇄 사이클이 있는 가스터빈 플랜트(GTU)

폐쇄 사이클 가스 터빈에서 작동 가스는 환경과 접촉하지 않고 순환합니다. 가스의 가열(터빈 이전) 및 냉각(압축기 이전)은 열교환기에서 수행됩니다. 이러한 시스템에서는 모든 열원(예: 가스 냉각 원자로)을 사용할 수 있습니다. 연료의 연소가 열원으로 사용되는 경우 이러한 장치를 외연 기관이라고 합니다. 실제로 닫힌 주기의 GTU는 거의 사용되지 않습니다.

외부 연소가 가능한 가스터빈 플랜트(GTP)

가스 터빈 엔진(GTE)의 실험적 샘플은 제2차 세계 대전 직전에 처음 등장했습니다. 50년대 초반에 개발이 이루어졌습니다. 가스터빈 엔진은 군용 및 민간 항공기 제작에 적극적으로 사용되었습니다. 산업 도입의 세 번째 단계에서 마이크로 터빈 발전소로 대표되는 소형 가스터빈 엔진이 산업 전반에 걸쳐 널리 사용되기 시작했습니다.

GTE에 대한 일반 정보

작동 원리는 모든 가스 터빈 엔진에 공통적이며 압축 가열 공기의 에너지를 가스 터빈 샤프트의 기계적 작업으로 변환하는 것으로 구성됩니다. 가이드 베인과 압축기로 들어가는 공기는 압축되고 이 형태로 연소실로 들어가 연료가 주입되고 작동 혼합물이 점화됩니다. 연소의 결과로 형성된 가스는 고압 하에서 터빈을 통과하고 블레이드를 회전시킵니다. 회전 에너지의 일부는 압축기 샤프트의 회전에 사용되지만 압축 가스의 에너지 대부분은 터빈 샤프트의 회전에 유용한 기계적 작업으로 변환됩니다. 모든 내연 기관(ICE) 중에서 가스터빈 장치는 최대 6kW/kg의 출력을 가집니다.

GTE는 대부분의 분산 연료 유형에서 작동하며, 이는 다른 내연 기관에 비해 유리합니다.

소형 TGD 개발의 문제점

가스터빈 엔진의 크기가 작아짐에 따라 기존의 터보제트 엔진에 비해 효율 및 출력 밀도가 감소합니다. 동시에 연료 소비의 특정 값도 증가합니다. 터빈과 압축기의 흐름 섹션의 공기 역학적 특성이 악화되면 이러한 요소의 효율성이 감소합니다. 연소실에서 공기 소비 감소의 결과로 연료 집합체의 완전 연소 계수가 감소합니다.

치수가 감소함에 따라 GTE 장치의 효율성이 감소하면 전체 장치의 효율성이 감소합니다. 따라서 모델을 업그레이드할 때 설계자는 개별 요소의 효율성을 최대 1%까지 높이는 데 특별한 주의를 기울입니다.

비교를 위해 압축기 효율이 85%에서 86%로 증가하면 터빈 효율이 80%에서 81%로 증가하고 전체 엔진 효율이 즉시 1.7% 증가합니다. 이것은 고정된 연료 소비에서 비출력이 같은 양만큼 증가할 것임을 시사합니다.

Mi-2 헬리콥터용 항공 가스터빈 엔진 "Klimov GTD-350"

처음으로 GTD-350의 개발은 디자이너 S.P.의 지휘 하에 OKB-117에서 1959년으로 거슬러 올라갑니다. 이조토프. 처음에 임무는 MI-2 헬리콥터용 소형 엔진을 개발하는 것이었습니다.

설계 단계에서는 실험적 설치를 적용하였으며, 노드별 마감 공법을 사용하였다. 연구 과정에서 소형 블레이드를 계산하는 방법이 만들어졌으며 고속 로터를 감쇠시키기위한 건설적인 조치가 취해졌습니다. 엔진 작동 모델의 첫 번째 샘플은 1961년에 등장했습니다. GTD-350을 장착한 Mi-2 헬리콥터의 공기 테스트는 1961년 9월 22일에 처음 수행되었습니다. 테스트 결과 헬리콥터 엔진 2개가 측면으로 부숴져 변속기를 재장착했다.

엔진은 1963년에 국가 인증을 통과했습니다. 1964년 폴란드 Rzeszow에서 소련 전문가의 지도 하에 연속 생산이 시작되어 1990년까지 계속되었습니다.

엄마엘 국내 생산 GTD-350의 첫 번째 가스터빈 엔진은 다음과 같은 성능 특성을 가지고 있습니다.

- 체중: 139kg
— 치수: 1385 x 626 x 760 mm;
- 자유 터빈 샤프트의 정격 출력: 400hp(295kW);
- 자유 터빈의 회전 주파수: 24000;
— 작동 온도 범위 -60…+60 ºC;
- 특정 연료 소비량 0.5kg/kWh;
- 연료 - 등유;
- 순항 출력: 265 hp;
- 이륙출력 : 400마력

비행 안전을 위해 Mi-2 헬리콥터에는 2개의 엔진이 장착되어 있습니다. 트윈 설치를 통해 발전소 중 하나에 장애가 발생한 경우 항공기가 안전하게 비행을 완료할 수 있습니다.

GTD - 350은 현재 구식이며 현대식 소형 항공기에는 더 강력하고 안정적이며 저렴한 가스 터빈 엔진이 필요합니다. 현재 국내의 새롭고 유망한 엔진은 살류트(Salyut)사의 MD-120이다. 엔진 중량 - 35kg, 엔진 추력 120kgf.

일반 계획

GTD-350의 설계 방식은 연소실이 표준 샘플에서처럼 압축기 바로 뒤에 있지 않고 터빈 뒤에 있기 때문에 다소 이례적입니다. 이 경우 터빈은 압축기에 부착됩니다. 이러한 비정상적인 노드 배열은 엔진 동력 샤프트의 길이를 줄이므로 장치의 무게를 줄이고 다음을 달성할 수 있습니다. 고속로터와 경제.

엔진 작동 중에 공기는 VNA를 통해 들어가고 축류 압축기의 단계인 원심 단계를 거쳐 공기 수집 볼류트에 도달합니다. 거기에서 공기는 두 개의 파이프를 통해 엔진 후면의 연소실로 공급되며, 여기서 연소실은 흐름 방향을 바꿔 터빈 휠로 들어갑니다. GTD-350의 주요 구성 요소: 압축기, 연소실, 터빈, 가스 수집기 및 기어박스. 엔진 시스템이 제공됩니다: 윤활, 조정 및 결빙 방지.

장치는 개별 예비 부품을 생산하고 신속한 수리를 보장하는 독립 장치로 나뉩니다. 엔진은 지속적으로 개선되고 있으며 오늘날 Klimov OJSC는 수정 및 생산에 참여하고 있습니다. GTD-350의 초기 자원은 200시간에 불과했지만 개조 과정에서 점차 1000시간으로 늘어났다. 그림은 모든 구성 요소와 어셈블리의 기계적 연결에 대한 일반적인 웃음을 보여줍니다.

소형 가스터빈 엔진: 적용 분야

마이크로 터빈은 산업 및 일상 생활에서 자율적인 전력 공급원으로 사용됩니다.
— 마이크로 터빈의 전력은 30-1000kW입니다.
- 부피는 4 입방 미터를 초과하지 않습니다.

소형 가스터빈 엔진의 장점은 다음과 같습니다.
- 광범위한 부하;
- 낮은 진동 및 소음 수준;
- 그 일을 수행하다 다양한 유형연료;
- 작은 치수;
— 낮은 수준배기가스 배출.

부정적인 점:
- 전자 회로의 복잡성(표준 버전에서 전원 회로는 이중 에너지 변환으로 수행됨)
- 속도 유지 메커니즘이 있는 동력 터빈은 비용을 크게 증가시키고 전체 장치의 생산을 복잡하게 만듭니다.

현재까지 터보 제너레이터는 높은 생산 비용으로 인해 미국 및 유럽과 같이 러시아와 구소련 이후 공간에서 널리 보급되지 않았습니다. 그러나 계산에 따르면 용량이 100kW이고 효율이 30%인 단일 가스 터빈 자율 발전소를 사용하여 표준 80세대 아파트에 가스 스토브를 공급할 수 있습니다.

발전기용 터보샤프트 엔진을 사용한 짧은 동영상.

흡수식 냉장고의 설치를 통해 마이크로 터빈을 공조 시스템으로 사용하고 동시에 많은 방을 냉각할 수 있습니다.

자동차 산업

소형 가스터빈 엔진은 도로 테스트에서 만족스러운 결과를 보여주었지만 구조 요소의 복잡성으로 인해 자동차 비용이 몇 배나 증가했습니다. 100-1200 hp의 힘을 가진 GTE 와 같은 특성을 가지고 있습니다 가솔린 엔진그러나 그러한 자동차의 대량 생산은 가까운 장래에 예상되지 않습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 엔진의 모든 구성 요소의 비용을 개선하고 절감해야 합니다.

방위 산업에서는 상황이 다릅니다. 군대는 비용에주의를 기울이지 않고 성능이 더 중요합니다. 군대는 탱크를 위한 강력하고 컴팩트하며 문제가 없는 발전소가 필요했습니다. 그리고 20세기의 60년대 중반에 MI-2 - GTD-350 발전소의 창시자인 Sergei Izotov는 이 문제에 매료되었습니다. Izotov Design Bureau는 개발을 시작했고 결국 T-80 탱크용 GTD-1000을 만들었습니다. 아마도 이것은 지상 운송에 가스 터빈 엔진을 사용하는 유일한 긍정적인 경험일 것입니다. 탱크에 엔진을 사용할 때의 단점은 작업 경로를 통과하는 공기의 순도에 대한 탐욕과 까다로움입니다. 아래는 탱크 GTD-1000의 짧은 비디오입니다.

소형 항공

현재까지 높은 가격 50-150kW의 출력을 가진 피스톤 엔진의 낮은 신뢰성으로 인해 러시아 소형 항공기는 날개를 자신있게 펼칠 수 없습니다. Rotax와 같은 엔진은 러시아에서 인증되지 않았으며 농업용 항공에 사용되는 Lycoming 엔진은 분명히 고가입니다. 또한, 그들은 우리나라에서 생산되지 않는 휘발유로 작동하므로 운영 비용이 추가로 증가합니다.

소규모 GTE 프로젝트가 필요한 것은 다른 산업과 달리 소규모 항공입니다. 소형 터빈 생산을 위한 인프라를 개발함으로써 우리는 농업 항공의 부활에 대해 자신 있게 말할 수 있습니다. 해외에서는 충분한 수의 회사가 소형 가스터빈 엔진 생산에 종사하고 있습니다. 적용 범위: 개인용 제트기 및 드론. 경량 항공기 모델 중에는 체코 엔진 TJ100A, TP100 및 TP180과 미국 TPR80이 있습니다.

러시아에서는 소련 시대부터 헬리콥터와 경비행기를 중심으로 중소형 가스터빈 엔진이 개발되었습니다. 그들의 자원은 4 ~ 8,000 시간,

현재까지 MI-2 헬리콥터의 요구에 따라 Klimov 공장의 소형 가스터빈 엔진은 GTD-350, RD-33, TVZ-117VMA, TV-2-117A, VK-2500PS와 같이 계속 생산됩니다. -03 및 TV-7-117V.

항공기 엔진은 산업용 기계보다 빠르게 시작, 중지 및 부하를 변경할 수 있기 때문에 전력을 생성하는 데 자주 사용됩니다.

가스터빈 엔진의 종류

단일 샤프트 및 다중 샤프트 엔진

가장 단순한 가스터빈 엔진은 압축기를 구동하는 동시에 유용한 동력원인 터빈이 하나만 있습니다. 이것은 엔진의 작동 모드에 제한을 부과합니다.

때때로 엔진은 다중 샤프트입니다. 이 경우 직렬로 여러 개의 터빈이 있으며 각 터빈은 자체 샤프트를 구동합니다. 고압 터빈(연소실 다음의 첫 번째 터빈)은 항상 엔진 압축기를 구동하고 후속 터빈은 외부 부하(헬리콥터 또는 선박 프로펠러, 강력한 발전기 등)와 엔진 자체의 추가 압축기를 모두 구동할 수 있습니다. , 본관 앞에 있습니다.

다축 엔진의 장점은 각 터빈이 최적의 속도와 부하로 작동한다는 것입니다. 단일 샤프트 엔진의 샤프트에서 구동되는 부하의 경우 엔진의 스로틀 응답, 즉 빠르게 회전하는 능력은 매우 열악합니다. 터빈은 엔진에 전력을 공급하기 위해 두 가지 모두에 전원을 공급해야 하기 때문입니다. 많은 양의 공기(전력은 공기의 양에 따라 제한됨) 및 부하를 가속합니다. 2 축 방식을 사용하면 가벼운 고압 로터가 신속하게 정권에 들어가 엔진에 공기를 공급하고 저압 터빈에 많은 양의 가속 가스를 공급합니다. 고압 로터만 시동할 때 가속을 위해 덜 강력한 시동기를 사용하는 것도 가능합니다.

터보제트 엔진

터보제트 엔진 구성: 1 - 입력 장치; 2 - 축류 압축기; 3 - 연소실; 4 - 터빈 블레이드; 5 - 노즐.

비행 중에 공기 흐름은 압축기 앞의 흡입 장치에서 감속되어 온도와 압력이 증가합니다. 입구의지면에서 공기가 가속되고 온도와 압력이 감소합니다.

압축기를 통과하면 공기가 압축되고 압력이 10-45 배 상승하고 온도가 상승합니다. 가스터빈 엔진의 압축기는 축과 원심으로 나뉩니다. 오늘날, 다단식 축류 압축기는 엔진에서 가장 일반적입니다. 원심 압축기는 일반적으로 소규모 발전소에서 사용됩니다.

그런 다음 압축 공기는 소위 화염 튜브 또는 개별 파이프로 구성되지 않지만 일체형 환형 요소인 환형 연소실로 연소실로 들어갑니다. 오늘날, 환형 연소실이 가장 일반적입니다. 관형 연소실은 주로 군용 항공기에서 훨씬 덜 자주 사용됩니다. 연소실로 들어가는 공기는 1차, 2차, 3차로 나뉩니다. 1차 공기는 전면의 특수 창을 통해 연소실로 들어가며 중앙에는 노즐 장착 플랜지가 있으며 연료의 산화(연소)(연료-공기 혼합물 형성)에 직접 관여합니다. 2차 공기는 화염 튜브 벽의 구멍을 통해 연소실로 들어가 냉각되고 화염을 형성하며 연소에 참여하지 않습니다. 3차 공기는 이미 출구에 있는 연소실로 공급되어 온도 필드를 균일화합니다. 엔진이 작동 중일 때 뜨거운 가스의 와류는 항상 화염 관의 앞부분에서 회전하며(화염관 앞부분의 특수한 모양으로 인해) 형성되고 있는 공기-연료 혼합물을 지속적으로 점화하며, 노즐을 통해 증기 상태로 유입되는 연료(등유, 가스)가 연소됩니다.

가스-공기 혼합물이 팽창하고 에너지의 일부가 터빈에서 로터 블레이드를 통해 메인 샤프트 회전의 기계적 에너지로 변환됩니다. 이 에너지는 주로 압축기의 작동에 사용되며 엔진 장치(연료 부스터 펌프, 오일 펌프 등)를 구동하고 다양한 온보드 시스템에 에너지를 제공하는 발전기를 구동하는 데에도 사용됩니다.

팽창하는 가스-공기 혼합물의 에너지의 주요 부분은 노즐의 가스 흐름을 가속화하고 제트 추력을 생성하는 데 사용됩니다.

연소 온도가 높을수록 엔진 효율이 높아집니다. 엔진 부품의 파손을 방지하기 위해 냉각 시스템 및 열 차단 코팅이 장착된 내열 합금이 사용됩니다.

애프터버너가 장착된 터보젯 엔진

애프터버너가 장착된 터보제트 엔진(TRDF)은 초음속 항공기에 주로 사용되는 터보제트 엔진을 수정한 것입니다. 추가 연료가 연소되는 추가 애프터 버너가 터빈과 노즐 사이에 설치됩니다. 그 결과 추력(애프터버너)이 최대 50%까지 증가하지만 연료 소비는 급격히 증가합니다. 애프터버너 엔진은 일반적으로 연료 경제성이 낮기 때문에 상업용 항공기에 사용되지 않습니다.

"다양한 세대의 터보제트 엔진의 주요 매개변수"

4세대부터 터빈 블레이드는 단결정 합금으로 만들어지고 냉각됩니다.

터보프롭

터보프롭 엔진 구성: 1 - 프로펠러; 2 - 감속기; 3 - 터보 차저.

터보프롭 엔진(TVD)에서 주 추력은 기어박스를 통해 터보차저 샤프트에 연결된 프로펠러에 의해 제공됩니다. 이를 위해 증가된 단 수의 터빈을 사용하므로 터빈 내 가스의 팽창이 거의 완전히 발생하고 추력의 10-15%만 가스 제트에 의해 제공됩니다.

터보프롭은 낮은 속도에서 훨씬 더 연료 효율적이며 더 큰 탑재량과 범위를 가진 항공기에 널리 사용됩니다. 작전 극장을 갖춘 항공기의 순항 속도는 600-800km / h입니다.

터보샤프트 엔진

터보 샤프트 엔진(TVAD) - 개발된 모든 동력이 출력 샤프트를 통해 소비자에게 전달되는 가스 터빈 엔진. 주요 적용 분야는 헬리콥터 발전소입니다.

이중 회로 엔진

엔진 효율의 추가 증가는 소위 외부 회로의 출현과 관련이 있습니다. 초과 터빈 동력의 일부는 엔진 입구의 저압 압축기로 전달됩니다.

이중 회로 터보제트 엔진

흐름이 혼합 된 터보 제트 바이 패스 엔진 (터보 제트 엔진) 계획 : 1 - 저압 압축기; 2 - 내부 윤곽; 3 - 내부 회로의 출력 흐름; 4 - 외부 회로의 출력 흐름.

바이패스 터보제트 엔진(TEF)에서 공기 흐름은 저압 압축기로 들어가고, 그 후 흐름의 일부는 일반적인 방식으로 터보차저를 통과하고 나머지(차가운)는 외부 회로를 통과하여 연소 없이 배출됩니다. , 추가 추력을 생성합니다. 결과적으로 출구 가스 온도가 감소하고 연료 소비가 감소하며 엔진 소음이 감소합니다. 외부 회로를 통과한 공기량과 내부 회로를 통과한 공기량의 비율을 바이패스 비율(m)이라고 합니다. 우회의 정도<4 потоки контуров на выходе, как правило, смешиваются и выбрасываются через общее сопло, если m>4 - 압력과 속도의 상당한 차이로 인해 혼합이 어렵기 때문에 스트림이 별도로 배출됩니다.

바이패스 비율이 낮은 엔진(m<2) применяются для сверхзвуковых самолётов, двигатели с m>2 아음속 여객기 및 수송기용.

터보팬 엔진

혼합 흐름이 없는 터보제트 바이패스 엔진 구성표(터보팬 엔진): 1 - 팬; 2 - 보호 페어링; 3 - 터보 차저; 4 - 내부 회로의 출력 흐름; 5 - 외부 회로의 출력 흐름.

터보팬 제트 엔진(TRJD)은 바이패스 비율 m=2-10인 터보팬 엔진입니다. 여기에서 저압 압축기는 팬으로 변환되며 압축기와 단계 수가 적고 직경이 더 크며 뜨거운 제트는 실제로 차가운 것과 섞이지 않습니다.

터보프롭팬 엔진

우회비 m = 20-90이 증가하는 터보제트 엔진의 추가 개발은 터보프롭팬 엔진(TVVD)입니다. 터보프롭 엔진과 달리 HPT 엔진 블레이드는 사브르 모양으로 되어 있어 일부 공기 흐름이 압축기로 리디렉션되고 압축기 입구 압력이 증가합니다. 이러한 엔진을 propfan이라고 하며 환형 페어링으로 열리거나 후드가 있을 수 있습니다. 두 번째 차이점은 프로팬이 팬처럼 터빈에서 직접 구동되지 않고 기어박스를 통해 구동된다는 것입니다.

보조 전원 장치

보조 동력 장치(APU) - 예를 들어 항공기의 주 엔진을 시동하기 위한 추가 동력원인 소형 가스터빈 엔진. APU는 온보드 시스템에 압축 공기(객실 환기 포함), 전기를 제공하고 항공기 유압 시스템에 압력을 생성합니다.

선박 설치

선박 산업에서 무게를 줄이기 위해 사용됩니다. GE LM2500 및 LM6000은 이러한 유형의 기계의 두 가지 대표적인 모델입니다.

지상 추진 시스템

가스터빈 엔진의 다른 변형은 선박(가스터빈), 철도(가스터빈) 및 기타 육상 운송의 발전소와 이동식 발전소를 포함한 발전소 및 천연 가스 펌핑용으로 사용됩니다. 작동 원리는 터보프롭 엔진과 거의 동일합니다.

폐쇄형 가스터빈

폐쇄 사이클 가스 터빈에서 작동 가스는 환경과 접촉하지 않고 순환합니다. 가스의 가열(터빈 이전) 및 냉각(압축기 이전)은 열교환기에서 수행됩니다. 이러한 시스템에서는 모든 열원(예: 가스 냉각 원자로)을 사용할 수 있습니다. 연료의 연소가 열원으로 사용되는 경우 이러한 장치를 외부 연소 터빈이라고 합니다. 실제로 폐쇄 사이클 가스 터빈은 거의 사용되지 않습니다.

외부 연소 가스 터빈

대부분의 가스터빈은 내연기관이지만 실제로는 열기관의 터빈 버전인 외연 가스터빈을 만드는 것도 가능합니다.

외부 연소는 미분탄 또는 미세하게 분쇄된 바이오매스(예: 톱밥)를 연료로 사용합니다. 외부 가스 플레어링은 직간접적으로 모두 사용됩니다. 직접 시스템에서 연소 생성물은 터빈을 통과합니다. 간접 시스템에서는 열교환기가 사용되며 깨끗한 공기가 터빈을 통과합니다. 간접식 외연 시스템에서는 열효율이 떨어지지만 블레이드가 연소 생성물에 노출되지 않습니다.

지상 차량에서 사용

1968년 Howmet TX는 자동차 경주에서 우승한 역사상 유일한 터보입니다.

가스터빈은 선박, 기관차 및 탱크에 사용됩니다. 가스 터빈이 장착된 자동차로 많은 실험이 수행되었습니다.

1950년, 디자이너 F.R. Bell과 British Rover Company의 수석 엔지니어 Maurice Wilks는 가스터빈 엔진으로 구동되는 최초의 자동차를 발표했습니다. 2인승 JET1은 좌석 뒤에 엔진이 있고 차 양쪽에 공기 흡입 그릴이 있고 꼬리 상단에 배기구가 있습니다. 테스트 중 자동차는 최대 속도 140km/h, 터빈 속도 50,000rpm에 도달했습니다. 자동차는 가솔린, 파라핀 또는 디젤 오일로 작동했지만 연료 소비 문제는 자동차 생산에서 극복할 수 없는 것으로 판명되었습니다. 현재 런던 과학 박물관에 전시되어 있습니다.

Rover와 British Racing Motors(BRM)(포뮬러 1) 팀은 Graham Hill과 Gitner Ritchie가 운전하는 1963년 르망 24시간 레이스에 참가한 가스 터빈 구동 자동차인 Rover-BRM을 만들기 위해 힘을 합쳤습니다. 평균 속도는 107.8mph(173km/h)였으며, 최고 속도- 142mph(229km/h). 미국 회사인 Ray Heppenstall, Howmet Corporation 및 McKee Engineering은 공동으로 자체 가스터빈을 개발하기 위해 협력했습니다. 스포츠카 1968년 Howmet TX는 2번의 우승을 포함하여 여러 미국 및 유럽 레이스에서 경쟁했으며 1968년 르망 24시 레이스에 참가했습니다. 자동차는 Continental Motors Company의 가스터빈을 사용했으며, 결국 FIA에서 터빈 동력 자동차를 위한 6개의 착륙 속도를 설정했습니다.

오픈 휠 카 레이싱에서, 혁신적인 1967년 전륜구동 자동차 STP 오일 트리트먼트 스페셜레이싱의 전설 Andrew Granatelli가 특별히 선정하고 Parnelli Jones가 운전하는 터빈으로 구동되며 거의 Indy 500에서 우승했습니다. Pratt & Whitney의 STP 터보 자동차는 결승선 전에 기어박스가 예기치 않게 3랩 실패했을 때 2위 차량보다 거의 한 바퀴 앞서 있었습니다. 1971년 로터스의 CEO 콜린 채프먼은 프랫 앤 휘트니 가스터빈으로 구동되는 로터스 56B F1을 출시했습니다. Chapman은 이기는 기계를 만드는 것으로 유명했지만 터빈 관성(터볼래그)과 관련된 수많은 문제로 인해 프로젝트를 포기할 수 밖에 없었습니다.

제너럴 모터스의 파이어버드 컨셉트 카 시리즈는 1953년, 1956년, 1959년 모토라마 모터쇼를 위해 설계되었으며 가스 터빈으로 구동됩니다.

탱크에서 사용

탱크에 가스터빈을 사용하는 것에 대한 첫 번째 연구는 1944년 중반부터 독일군에 의해 수행되었습니다. 가스터빈 엔진이 탑재된 최초의 양산형 탱크는 C 탱크였다. 가스 엔진은 러시아 T-80과 미국 M1 Abrams에 설치됩니다.
탱크에 설치되는 가스터빈 엔진은 디젤 엔진과 크기가 비슷하여 훨씬 더 강력하고 더 가볍고 소음이 적습니다. 그러나 이러한 엔진의 낮은 효율로 인해 디젤 엔진에 필적하는 순항 범위에 훨씬 더 많은 연료가 필요합니다.

가스터빈 엔진 설계자

또한보십시오

연결

• 가스터빈 엔진- 대 소비에트 백과사전의 기사
• GOST R 51852-2001

"터보", "터보젯", "터보프롭" - 이 용어는 차량 및 고정식 전기 설비의 설계 및 유지 관리에 관련된 20세기 엔지니어의 사전에 확고하게 들어왔습니다. 제품 이름에 특별한 힘과 효율성을 암시하고 싶을 때 관련 분야 및 광고에서도 사용됩니다. 항공, 로켓, 선박 및 발전소에서 가스터빈이 가장 많이 사용됩니다. 어떻게 구성되어 있습니까? 이름에서 알 수 있듯이 천연 가스로 작동합니까? 터빈은 다른 유형의 내연 기관과 어떻게 다릅니까? 장점과 단점은 무엇입니까? 이 질문에 가능한 한 완전하게 대답하려는 시도가 이 기사에서 이루어집니다.

러시아 기계 제작 리더 UEC

러시아는 소련 붕괴 이후 형성된 다른 많은 독립 국가들과 달리 기계 건설 산업을 크게 보존했습니다. 특히 Saturn 회사는 특수 목적 발전소의 생산에 종사하고 있습니다. 이 회사의 가스터빈은 조선, 원자재 산업 및 에너지 분야에 사용됩니다. 제품은 첨단 기술이며 설치, 디버깅 및 작동 중에 특별한 접근 방식이 필요하며 작업 시 특별한 지식과 값비싼 장비가 필요합니다. 예정된 유지 보수. 이 모든 서비스는 오늘날 UEC - Gas Turbines라고 불리는 고객이 사용할 수 있습니다. 주요 제품을 배치하는 원칙은 언뜻보기에는 간단하지만 세계에는 그러한 기업이 많지 않습니다. 축적 된 경험은 매우 중요하므로 장치의 내구성 있고 안정적인 작동을 달성하는 것이 불가능한 많은 기술적 미묘함을 고려할 수 있습니다. 다음은 UEC 제품 범위의 일부일 뿐입니다: 가스 터빈, 발전소, 가스 펌핑 장치. 고객 중에는 화학 산업 및 에너지의 "Rosatom", "Gazprom" 및 기타 "고래"가 있습니다.

이러한 복잡한 기계를 제조하려면 각각의 경우에 개별적인 접근 방식이 필요합니다. 가스터빈 계산은 현재 완전히 자동화되어 있지만 배선도의 재료와 기능은 개별 경우에 중요합니다.

그리고 모든 것이 너무 쉽게 시작되었습니다...

검색 및 커플

흐름의 병진 에너지를 회전력으로 변환하는 첫 번째 실험은 고대 인류가 일반 물레방아를 사용하여 수행했습니다. 모든 것이 매우 간단하고 액체가 위에서 아래로 흐르고 블레이드가 그 흐름에 배치됩니다. 둘레에 장착 된 바퀴가 회전하고 있습니다. 풍차는 같은 방식으로 작동합니다. 그리고 증기의 시대가 도래하고 바퀴가 더 빨리 돌았습니다. 그런데 그리스도 탄생 약 130년 전에 고대 그리스 헤론이 발명한 이른바 "에올리필"은 바로 이 원리에 따라 작동하는 증기 기관이었습니다. 본질적으로 이것은 역사적 과학에 알려진 최초의 가스터빈이었습니다(결국 증기는 물이 응집된 기체 상태입니다). 그러나 오늘날에는 이 두 개념을 분리하는 것이 관례입니다. 헤론의 발명품은 알렉산드리아에서 비록 호기심은 있었지만 그다지 열의 없이 취급되었습니다. 터빈형 산업용 장비는 19세기 말 스웨덴 구스타프 라발이 세계 최초로 전원 장치노즐이 장착되어 있습니다. 거의 같은 방향으로 엔지니어 Parsons는 기능적으로 연결된 여러 단계를 기계에 공급하면서 작업했습니다.

가스터빈의 탄생

한 세기 전, 어떤 존 바버는 기발한 아이디어를 가지고 있었습니다. 스팀을 먼저 가열해야 하는 이유는 연료가 연소될 때 발생하는 배기가스를 직접 사용하는 것이 더 간편하지 않아 에너지 전환 과정에서 불필요한 매개를 없앨 수 있지 않을까요? 이것이 최초의 실제 가스터빈이 탄생한 방법입니다. 1791년 특허는 말이 없는 마차에 사용된다는 기본 아이디어를 제시하지만 그 요소는 오늘날 현대 로켓, 항공기, 탱크 및 자동차 엔진에 사용됩니다. 제트 엔진 제작 과정의 시작은 1930년 Frank Whittle에 의해 주어졌습니다. 그는 비행기를 추진하기 위해 터빈을 사용하는 아이디어를 생각해 냈습니다. 나중에 그녀는 수많은 터보프롭 및 터보제트 프로젝트에서 개발을 발견했습니다.

니콜라 테슬라 가스터빈

유명한 과학자-발명가는 항상 연구 중인 문제에 비표준 방식으로 접근했습니다. 패들 또는 블레이드가 있는 휠이 평평한 물체보다 매체의 움직임을 더 잘 "잡는" 것이 모든 사람에게 명백해 보였습니다. Tesla는 독특한 방식으로 축에 직렬로 배열된 디스크로 로터 시스템을 조립한 다음 가스 흐름으로 경계층을 선택하여 회전할 때보다 더 나쁘지 않고 어떤 경우에는 훨씬 더 잘 회전한다는 것을 증명했습니다. 다중 블레이드 프로펠러. 사실, 움직이는 매체의 방향은 접선이어야 하며, 이는 현대식 장치에서 항상 가능하거나 바람직하지는 않지만 설계가 크게 단순화되어 블레이드가 전혀 필요하지 않습니다. Tesla 계획에 따른 가스터빈은 아직 건설되지 않았지만 아마도 그 아이디어는 시간을 기다리고 있을 것입니다.

회로도

이제 기계의 기본 장치에 대해 설명합니다. 축(로터)에 장착된 회전 시스템과 고정부(고정자)의 조합입니다. 샤프트에는 동심원 격자를 형성하는 작동 블레이드가있는 디스크가 있으며 특수 노즐을 통해 압력이 가해진 가스의 영향을받습니다. 그런 다음 팽창 된 가스는 작업자라고 불리는 블레이드가 장착 된 임펠러로 들어갑니다. 공기 - 연료 혼합물의 입구와 출구 (배기)에는 특수 파이프가 사용됩니다. 압축기도 전체 구성에 관여합니다. 필요한 작동 압력에 따라 다른 원리에 따라 만들 수 있습니다. 작동을 위해 공기를 압축하는 데 사용되는 축에서 에너지의 일부를 가져옵니다. 가스터빈은 공기-연료 혼합물의 연소 과정을 통해 작동하며 부피가 크게 증가합니다. 샤프트가 회전하고 에너지를 유용하게 사용할 수 있습니다. 이러한 계획을 단일 회로라고하지만 반복되면 다단계로 간주됩니다.

항공기 터빈의 장점

약 50 년대 중반부터 승객을 포함한 차세대 항공기가 등장했습니다 (소련에서는 Il-18, An-24, An-10, Tu-104, Tu-114, Tu-124 등). ), 항공기 피스톤 엔진이 최종적으로 그리고 취소 불가능하게 터빈 엔진으로 대체된 설계에서. 이것은 이러한 유형의 발전소의 효율성이 더 높다는 것을 나타냅니다. 가스터빈의 특성은 여러 측면에서 기화 엔진의 매개변수보다 우수합니다. 특히 동력/중량 측면에서 항공기에 가장 중요할 뿐만 아니라 마찬가지로 중요한 신뢰성 지표입니다. 연료 소비 감소, 움직이는 부품 감소, 환경 성능 향상, 소음 및 진동 감소. 터빈은 연료 품질(연료 시스템에 대해서는 말할 수 없음)에 덜 중요하고 유지 관리가 더 쉽고 윤활유가 덜 필요합니다. 일반적으로 언뜻보기에는 금속이 아니라 견고한 미덕으로 구성된 것처럼 보입니다. 아아, 그렇지 않습니다.

가스 터빈 엔진의 단점이 있습니다.

가스 터빈은 작동 중에 가열되어 주변 구조 요소로 열을 전달합니다. 이것은 제트 기류로 테일 유닛의 하부를 세척하는 것과 관련된 redan 레이아웃 계획을 사용할 때 다시 항공에서 특히 중요합니다. 그리고 엔진 하우징 자체는 특수 단열재와 고온을 견딜 수 있는 특수 내화 재료의 사용이 필요합니다.

가스터빈 냉각은 복잡한 기술적 과제입니다. 농담이 아닙니다. 그들은 신체에서 발생하는 거의 영구적인 폭발 방식으로 작동합니다. 일부 모드의 효율은 기화기 엔진의 효율보다 낮지 만 이중 회로 방식을 사용하는 경우 구성표에 "부스터"압축기를 포함하는 경우와 같이 설계가 더 복잡해 지지만 이러한 단점은 제거됩니다. 터빈을 가속하고 작동 모드에 도달하려면 시간이 필요합니다. 장치가 더 자주 시작 및 중지될수록 더 빨리 마모됩니다.

올바른 적용

흠, 결함이 없는 시스템은 없습니다. 장점이 더 명확하게 나타날 각각의 응용 프로그램을 찾는 것이 중요합니다. 예를 들어, 가스터빈으로 구동되는 American Abrams와 같은 탱크가 있습니다. 옥탄가가 높은 휘발유부터 위스키까지 타는 것이라면 무엇이든 채울 수 있고, 엄청난 위력을 뿜어낸다. 이라크와 아프가니스탄의 경험이 압축기 블레이드가 모래에 취약하다는 것을 보여주었기 때문에 이것은 좋은 예가 아닐 수 있습니다. 가스터빈 수리는 미국 제조 공장에서 이루어져야 합니다. 탱크를 거기에 가져간 다음 다시 가져오고 유지 관리 비용과 액세서리를 ...

헬리콥터, 러시아, 미국 및 기타 국가와 강력한 쾌속정은 막힘의 영향을 덜 받습니다. 액체 로켓에서는 필수 불가결합니다.

현대 군함과 민간 선박에도 가스터빈 엔진이 있습니다. 그리고 에너지도요.

삼중발전기 발전소

항공기 제조업체가 직면한 문제는 전기를 생산하기 위한 산업 장비를 만드는 사람들만큼 걱정거리가 아닙니다. 이 경우 가중치는 더 이상 중요하지 않으며 효율성 및 전체 효율성과 같은 매개변수에 집중할 수 있습니다. 가스 터빈 발전기 장치는 거대한 프레임, 안정적인 프레임 및 더 두꺼운 블레이드를 가지고 있습니다. 발생된 열을 시스템 자체의 2차 재활용부터 가정 난방 및 흡수형 냉동 장치의 열 공급에 이르기까지 다양한 용도로 활용하는 것이 가능합니다. 이 접근 방식을 trigenerator라고 하며 이 모드의 효율성은 90%에 가깝습니다.

원자력 발전소

가스 터빈의 경우 블레이드에 에너지를 제공하는 가열 매체의 소스가 무엇인지는 근본적인 차이가 없습니다. 연소된 공기-연료 혼합물 또는 단순히 과열 증기(반드시 물은 아님)일 수 있으며, 가장 중요한 것은 중단 없는 전원 공급 장치를 제공한다는 것입니다. 핵심적으로 모든 원자력 발전소, 잠수함, 항공모함, 쇄빙선 및 일부 군용 수상함(예: Peter Great 미사일 순양함)의 발전소는 증기로 회전하는 가스터빈(GTU)을 기반으로 합니다. 안전 및 생태 문제는 1차 회로의 폐쇄 주기를 나타냅니다. 이것은 1차 열 작용제(첫 번째 샘플에서 이 역할은 납이 담당했지만 지금은 파라핀으로 대체됨)가 원자로 근처 영역을 떠나지 않고 원으로 연료 요소 주위를 흐른다는 것을 의미합니다. 작업 물질의 가열은 후속 회로에서 수행되고 증발된 이산화탄소, 헬륨 또는 질소는 터빈 휠을 회전시킵니다.

폭넓은 적용

복잡하고 대규모 설치는 거의 항상 고유하며 생산은 소규모 배치로 수행되거나 일반적으로 단일 사본이 만들어집니다. 대부분의 경우 대량으로 생산되는 장치는 파이프라인을 통해 탄화수소 원료를 펌핑하는 것과 같이 경제의 평화로운 부문에서 사용됩니다. 그것은 Saturn 브랜드로 UEC 회사에서 생산하는 것입니다. 펌핑 스테이션의 가스터빈은 이름과 완전히 일치합니다. 그들은 작업에 자체 에너지를 사용하여 실제로 천연 가스를 펌핑합니다.