Оглавление

Газовая турбина

История и развитие газовых турбин
- Первые записи о газовых турбинах относятся к 50 году до н.э.
- В 1000 году в Китае использовался “Фонарь для скачущей лошади”.
- В 1500 году Леонардо да Винчи спроектировал дымоотвод.
- В 1791 году Джон Барбер получил патент на первую газовую турбину.
- В 1894 году Чарльз Парсонс запатентовал идею паровой турбины.
- В 1899 году Чарльз Гордон Кертис запатентовал первый газотурбинный двигатель в США.
- В 1900 году Сэнфорд Александр Мосс защитил диссертацию по газовым турбинам.
- В 1903 году Эгидиус Эллинг построил первую газовую турбину, вырабатывающую больше энергии, чем требуется для её работы.
- В 1904 году Франц Штольце построил газотурбинный двигатель, но он был неэффективен.
- В 1906 году прошли испытания газовой турбины Арменго-Лемаля.
- В 1910 году первая действующая газовая турбина Holzwarth достигла мощности 150 кВт.
- В 1920-х годах была развита теория прохождения газа через аэродинамические поверхности.
- В 1930 году Фрэнк Уиттл запатентовал центробежную газовую турбину для реактивного движения.
- В 1932 году Brown Boveri начала продажу осевых компрессорных и турбинных турбоустановок.
- В 1936 году введена в эксплуатацию первая промышленная газовая турбина постоянного расхода.
- В 1937 году в Великобритании и Германии запущен в эксплуатацию опытный образец турбореактивного двигателя.
- В 1940 году турбовинтовой двигатель Jendrassik Cs-1 совершил первый стендовый запуск.
- В 1944 году началось серийное производство двигателя Junkers Jumo 004.
- В 1946 году введена в эксплуатацию первая промышленная установка с подогревом/рекуперацией электроэнергии.
- В 1947 году Metropolitan Vickers G1 стала первой морской газовой турбиной.
- В 1995 году Siemens внедрила технологию изготовления лопаток из монокристалла.
- В 2011 году Mitsubishi Heavy Industries провела испытания первой газовой турбины комбинированного цикла с КПД более 60%.
Теория работы газовой турбины
- Газовая турбина работает по циклу Брайтона, включающему изоэнтропийное сжатие, изобарическое сгорание, изоэнтропийное расширение и изобарический отвод тепла.
- В реальной газовой турбине механическая энергия преобразуется в давление и тепловую энергию при сжатии газа.
- В камере сгорания происходит дополнительное тепло, и удельный объем газа увеличивается.
- При расширении через каналы статора и ротора в турбине снова происходит необратимое преобразование энергии.
- Воздух всасывается компрессором и подается в камеру сгорания, где смешивается с топливом и воспламеняется.
- Расширяющаяся смесь покидает камеру сгорания и увеличивает скорость, ударяясь о лопатки турбины, создавая полезную мощность.
- 60-70% вырабатываемой электроэнергии используется для питания газогенератора, а оставшаяся мощность используется для приведения в действие различных устройств.
Конструкция и принцип работы газовых турбин
- Газовые турбины используют энергию выхлопных газов для приведения в действие промышленных генераторов или вертолетов.
- Давление на выходе максимально приближено к давлению на входе, энергия используется для преодоления потерь давления и удаления выхлопных газов.
- В турбовинтовых двигателях важен баланс между мощностью воздушного винта и реактивной тягой.
- В турбореактивных двигателях энергия используется для приведения в действие компрессора и других компонентов, а оставшиеся газы ускоряются через сопло.
Механические особенности и эффективность
- Газовые турбины могут быть менее сложными, чем поршневые двигатели, но требуют высокой точности изготовления.
- Современные газовые турбины имеют несколько валов, сотни лопаток и обширные трубопроводы.
- Газовые турбины обладают высоким соотношением мощности и веса, что делает их подходящими для воздушных судов.
Проблемы и решения
- Основной проблемой является снижение ползучести из-за высоких температур и напряжений.
- Используются высокоэффективные покрытия и монокристаллические жаропрочные сплавы для ограничения деформации.
- Термозащитные покрытия и связующие покрытия снижают температуру лезвия и устойчивость к окислению.
Типы газовых турбин
- Реактивные двигатели создают тягу за счет выхлопных газов или канальных вентиляторов.
- Турбореактивные двигатели заменены турбовентиляторными из-за низкой топливной экономичности.
- Турбовинтовые двигатели используются на бизнес- и военных самолетах, обеспечивая высокое соотношение мощности и веса.
- Аэродинамические газовые турбины используются в производстве электроэнергии и судостроении.
- Любительские газовые турбины становятся все более популярными.
Коммерческие и самодельные турбины
- Коммерческие турбины используются для хобби и коллекционирования.
- Любители восстанавливают двигатели для рекордов скорости.
- Самодельные турбины создаются на основе автомобильных турбонаддувов.
Вспомогательные силовые агрегаты
- Используются для обеспечения дополнительной мощности на самолетах.
- Поставляют сжатый воздух, мощность запуска и механическую мощность.
Промышленные газовые турбины
- Отличаются от авиационных конструкций более тяжелой конструкцией.
- Используются в конфигурациях ТЭЦ для повышения КПД.
- Достигают КПД до 65% в комбинированном цикле.
Аэродинамические газовые турбины
- Используются в комбинированных циклах для повышения КПД.
- Могут работать в режиме когенерации.
- Включаются и выключаются быстро, обеспечивая подачу электроэнергии.
Промышленные газовые турбины для механического привода
- Используются в нефтяной и газовой промышленности.
- Повышают эффективность на 2%.
- Применяются для привода компрессоров и насосов.
Накопитель энергии сжатого воздуха
- Разделяет компрессор и турбину для повышения эффективности.
- Энергия используется для приведения в действие компрессора, а сжатый воздух для турбины.
Турбовальные двигатели
- Используются для привода компрессоров и в авиации.
- Первичный вал приводит в движение компрессор и турбину.
- Силовая турбина используется для приведения в движение несущего винта.
Радиальные газовые турбины
- Известны как миниатюрные газовые турбины или микроструи.
- Созданы на основе поршневых турбокомпрессоров.
- Эффективность микротурбин достигает 85% при когенерации.
Внешнее сгорание
- Использует пылевидный уголь или биомассу в качестве топлива.
- Тепловой КПД ниже, но можно использовать топливо низкого качества.
- Перспективны для использования в будущем.
Газовые турбины в наземных транспортных средствах
- Используются на кораблях, локомотивах, вертолетах и танках.
- Преимущество в соотношении мощности и веса.
- Проблемы с отзывчивостью и эффективностью на низких оборотах.
Историческая стоимость и производство
- Турбины дороже в производстве, чем поршневые двигатели.
- Турбонаддув является компактной и простой газовой турбиной.
Центростремительное турбинное колесо
- Приводит в движение колесо центробежного компрессора
- Управляется перепускным клапаном или динамическим изменением геометрии корпуса турбины
- Преобразует тепловую и кинетическую энергию в наддув двигателя
Турбокомпаунд-двигатели
- Оснащены турбинами с пониженной отдачей
- Механически или гидравлически соединены с коленчатым валом двигателя
- Обеспечивают дополнительную мощность вместо наддува
Пассажирские транспортные средства
- Проведены эксперименты с газотурбинными двигателями
- Интерес к использованию газотурбинных двигателей для гибридных электромобилей
- Консорциум Bladon Jets разрабатывает сверхлегкий газотурбинный генератор для электромобилей
Концепт-кары
- Первое исследование в 1946 году
- JET1 (1950) и SOCEMA-Grégoire (1952)
- GM Firebird I (1953) и Chrysler (1954-1980)
- Fiat Turbina (1954) и Ford Big Red (1964)
Исследования и разработки
- Поправки к Закону о чистом воздухе 1970 года
- Исследования Chrysler, General Motors, Ford и American Motors
- General Motors Oldsmobile Delta 88 (1982)
- Toyota Century gas turbine hybrid (1975) и Volvo ECC (1990)
- General Motors EV1 (1993) и Jaguar C-X75 (2010)
Гоночные автомобили
- Первый гоночный автомобиль с турбиной (1955)
- Rover-BRM (1963) и Howmet TX (1968)
- STP-Paxton (1967) и Lotus 56B (1971)
Автобусы
- General Motors Turbo-Cruiser I (1953) и другие прототипы
- Гибридные автобусы AVS (1999) и другие проекты
Успехи Designline
- Проект эксплуатируется в 5 городах в 6 странах
- Более 30 автобусов эксплуатируются по всему миру
- Заказы на несколько сотен автобусов доставляются в Балтимор и Нью-Йорк
Гибридные автобусы в Брешиа
- Используются серийные гибридные автобусы с микротурбинами
- Проходят через исторические районы города
Турбинный супербайк MTT
- Первый серийный мотоцикл с турбинным двигателем
- Оснащен турбовальным двигателем Rolls-Royce Allison model 250
- Мировой рекорд Гиннесса как самый мощный и дорогой серийный мотоцикл
Поезда с газовыми турбинами
- Несколько классов локомотивов оснащены газовыми турбинами
- Последняя модель – JetTrain от Bombardier
Танки с газовыми турбинами
- GT 101 на базе BMW 003 для танка “Пантера”
- “Ягдтигер” оснащен одной из газовых турбин
- PU2979 для британского танка Conqueror
- Stridsvagn 103 с двигателем Boeing T50
- Современные модели менее экономичны, но легче и компактнее
Морское применение газовых турбин
- Используются на военно-морских судах
- Первое судно с газотурбинным двигателем – MGB 2009
- Фрегаты Type 81 с комбинированными парогазовыми установками
- Первые крупные суда с исключительно газотурбинными двигателями
Гражданский морской транспорт
- Auris стал первым океанским торговым судном с газовой турбиной
- Эксплуатировался как танкер с дизель-электрической силовой установкой
- В 1951 году установлен первый судовой газотурбинный двигатель
История и испытания “Ориса”
- В 1951 году “Орис” успешно завершил трансатлантический переход, используя газовую турбину.
- Турбина работала без остановок и механических неполадок.
- “Орис” стал первым гражданским судном, работающим на газотурбинной энергии.
Испытания “Джона Сержанта”
- В 1956 году “Джон Сержант” был оснащен газовой турбиной General Electric.
- Турбина показала высокую топливную экономичность и мощность.
- Испытания завершились из-за растрескивания гребного винта.
Использование газовых турбин в коммерческих перевозках
- В 1970-х годах Seatrain Lines использовала газовые турбины на контейнеровозах.
- Высокие цены на топливо ограничили использование газовых турбин.
- После 1981 года суда были переоборудованы дизельными двигателями.
Использование газовых турбин на пассажирских судах
- В 1977 году GTS Finnjet стал первым пассажирским паромом с газовыми турбинами.
- Высокие цены на топливо сделали эксплуатацию нерентабельной.
- Finnjet был первым судном с комбинированной дизель-электрической и газовой установкой.
Современные достижения в технологии газовых турбин
- Технология газовых турбин постоянно совершенствуется.
- Используются компьютерное проектирование и современные материалы.
- Вычислительная гидродинамика улучшает производительность и КПД.
Преимущества и недостатки газовых турбин
- Преимущества: высокое соотношение мощности и веса, меньшая вибрация, надежность, низкие выбросы.
- Недостатки: высокая стоимость, менее эффективен на холостом ходу, длительный запуск.
Основные характеристики газовых турбин
- Менее чувствительны к изменениям потребляемой мощности по сравнению с поршневыми двигателями
- Характерный вой может быть трудно подавить
- Выхлоп может издавать характерный ревущий звук
Основные производители
- Энергия Сименса
- Ансальдо
- Мицубиси Хэви Индастриз
- “Роллс-ройс”
- GE Aviation
- Сильмаш
- ОДК
- Пратт и Уитни
- P&W Канада
- Солнечные турбины
- Альстом
- Зоря-Машпроект
- Авиационные двигатели MTU
- Человека Turbo
- Корпорация IHI
- Тяжелая промышленность Кавасаки
- ХЭЛ
- БХЕЛЬ
- КАРТА
- Techwin
- Дусан Тяжелый
- Шанхайский электрик
- Харбинский электрик
- AECC
Тестирование газовых турбин
- Британские, немецкие и другие национальные и международные правила испытаний используются для стандартизации процедур и определений
- Выбор тестового кода зависит от конструкции турбины и связанных систем
- В США компания ASME разработала несколько кодов для тестирования производительности газовых турбин, включая ASME PTC 22-2014
- Погрешность измерения указывает на качество теста и не должна использоваться как коммерческий допуск
Дополнительная информация
- Список авиационных двигателей
- Центробежный компрессор
- Газотурбинный модульный гелиевый реактор
- Пневматический двигатель
- Импульсный двигатель
- Паровая турбина
- Отказ турбинного двигателя
- Ветряная турбина
Рекомендации
- Дальнейшее чтение
- Стационарные газовые турбины для сжигания топлива
- Технология авиационных газотурбинных установок
- Теория газовых турбин
- Поиски безмасляных газотурбинных двигателей
- Модели реактивных двигателей
- Авиационные двигатели и газовые турбины
- Судебно-медицинское расследование аварии на газовой турбине
- Характеристики газовых турбин
Внешние ссылки
- Технологическая скорость гражданских реактивных двигателей
- Лаборатория газовых турбин Массачусетского технологического института
- Исследование микротурбин Массачусетского технологического института
- Калифорнийский справочник по распределенным энергетическим ресурсам
- Введение в принцип работы газовой турбины
- Авиационный газотурбинный тренажер
- Онлайн-справочник по технологиям стационарных газовых турбин

Полный текст статьи:

Газовая турбина – Arc.Ask3.Ru

Газовая турбина – Arc.Ask3.Ru

Газовая турбина

История и развитие газовых турбин

Теория работы газовой турбины

Конструкция и принцип работы газовых турбин

Механические особенности и эффективность

Проблемы и решения

Типы газовых турбин

Коммерческие и самодельные турбины

Вспомогательные силовые агрегаты

Промышленные газовые турбины

Аэродинамические газовые турбины

Промышленные газовые турбины для механического привода

Накопитель энергии сжатого воздуха

Турбовальные двигатели

Радиальные газовые турбины

Внешнее сгорание

Газовые турбины в наземных транспортных средствах

Историческая стоимость и производство

Центростремительное турбинное колесо

Турбокомпаунд-двигатели

Пассажирские транспортные средства

Концепт-кары

Исследования и разработки

Гоночные автомобили

Автобусы

Успехи Designline

Гибридные автобусы в Брешиа

Турбинный супербайк MTT

Поезда с газовыми турбинами

Танки с газовыми турбинами

Морское применение газовых турбин

Гражданский морской транспорт

История и испытания “Ориса”

Испытания “Джона Сержанта”

Использование газовых турбин в коммерческих перевозках

Использование газовых турбин на пассажирских судах

Современные достижения в технологии газовых турбин

Преимущества и недостатки газовых турбин

Основные характеристики газовых турбин

Основные производители

Тестирование газовых турбин

Дополнительная информация

Рекомендации

Внешние ссылки

Полный текст статьи:

Газовая турбина – Arc.Ask3.Ru

Похожие статьи:

Оставьте комментарий Отменить ответ