Газотурбинные двигатели

В 50-е годах прошлого столетия начали применять новый вид главного двигателя – газовую турбину. По принципу действия газовая турбина аналогична паровой. Рабочей средой в ней служат газы, образующиеся в результате сжигания жидкого топлива.

Рис. 6.15. Принцип работы газовой турбины;: 1 – центробежный компрессор; 2 – форсунка для сжигания топлива; 3 – камера сгорания; 4 и 5 – ступени газовой турбины; 6 – зубчатый механизм; 7 – пусковой мотор; 8 – сжатый воздух; 9 – газоотводная труба; 10 – отработавшие газы.

Компрессор 1 сжимает воздух и подает его под давлением 0,4 МПа в камеру сгорания 3, где происходит сгорание топлива тщательно распыленного форсункой 2. Отработанные газы под давлением поступают на лопатки газовой турбины (4 и 5), и приводят ее в действие. Механическая энергия передается гребному винту через зубчатый механизм.

Газотурбинные двигатели устанавливаются преимущественно на судах военно-морского флота. На судах гражданского флота газовые турбины используются редко, поскольку они имеют низких к.п.д., большой расход топлива, высокая рабочая температура, требующая применения высокопрочных и дорогих материалов.

К преимуществам газотурбинного двигателя относятся малые габариты и масса по отношению к другим видам СЕУ.

6.7. Дизель – самый экономичный двигатель

Попытаемся доказать, почему дизель – самый экономичный двигатель и соответствует требованиям предъявляемым к судовому двигателю. Для этой цели воспользуемся знаниями из школьного курса физики и используем известный термодинамический цикл Карно. В координатах температура – энтропия, где под энтропией будем понимать приведенную теплоту. Цикл состоит из двух изотерм и двух адиабат.

Рис. 6. 16. 1-2 и 3-4 – изотермы; 4-2 и 1-3 – адиабаты, Т – температура, S –энтропия.

Теплота подводится по изотерме 1-2 равна площади , теплота отводится по изотерме 3-4

Термический к.п.д. любого цикла равен

Значение этого цикла огромно: он обладает наибольшим термическим к.п.д. в заданном температурном интервале и к.п.д. цикла не зависит от природы рабочего тела (т.е. любой газ и любой пар). Цикл Карно позволяет определить максимальное значение термического к.п.д. теплового двигателя. Для оценки предельно возможного термического к.п.д. цикла теплового двигателя достаточно знать максимальную и минимальную температуры – T₁ и T₂.

Определим к.л.д. паровой машины. Температура перегретого пара, выработанная парогенератором, и который поступил в цилиндры машины, составляет T₁=400-450°C (в среднем T₁=700 °К). Минимальная температура отработанного пара, поступившего в конденсатор – T₂=350 °К

т.е. 50%

К.п.д. паротурбиной установки. Температура перегретого пара, выработанная парогенератором, и который поступил в цилиндры машины, составляет T₁=500-550°C (в среднем T₁=823 °К). Минимальная температура отработанного пара, поступившего в конденсатор – T₂=350 °К

т.е. 57%

К.п.д. газотурбиной установки. Температура газов на входе ткрбины составляет T₁=800-900°C (в среднем T₁=1173 °К). Минимальная температура газов на виходе из турбины – T₂=400-450°C или T₂=700°К

т.е. 40%

К.п.д. дизельной установки. В конце такта сжатия в цилиндр через форсунки впрыскивается под большим давлением топливо смешивается с горячим воздухом и самовоспламеняется. Температура газов в процессе горения топлива повышается до T₁=1500-2000°C (в среднем T₁=2100°К). Горячие газы давят на поршень и происходит рабочий ход. Далее на такте выхлопа газы удаляются из цилиндра и их температура снижается до T₂=400-450°C или T₂=700°К.

т.е. 66,7%

Очевидно, это наивысший к.п.д. из рассматриваемых нами двигателей.

Рис. К.п.д. энергетических установок