Газотурбинные двигатели

В 50–х годахХХ столетия на судах начали применять новый вид главного двигателя – газовую турбину. По принципу действия газовая турбина аналогична паровой. Рабочей средой в них служат газы, образующиеся в результате сжигания жидкого топлива. Газовые турбины используют, в качестве приводов для центробежных компрессоров в турбонаддувочных агрегатах ДВС.

В газовых турбинах газы образуются в особой камере сгорания. Так как температура газов очень высока, что влияет на срок службы турбин, в камеру сгорания необходимо подавать намного больше воздуха, чем требуется для сжигания топлива. Из–за избытка воздуха температура рабочих газов понижается до 700÷800°С.

На рис. 11.13 дана схема двухвальной газовой турбины с открытым циклом, когда воздух забирается из атмосферы и отработавшие газы также выбрасываются в атмосферу.

Тринадцатиступенчатый осевой компрессор приводится в действие специальной двухступенчатой газовой турбиной (один вал). Сжатый до давления около 0,4 МПа воздух подаётся в камеру сгорания, служащую для получения и последующего охлаждения газов. Полученные газы проходят через турбину компрессорного двигателя; при этом их давление понижается до 0,17 МПа, а температура – с 750 до 580°С. Вторая – тоже двухступенчатая – газовая турбина является собственно рабочей турбиной, которая через редукторную передачу приводит в движение либо судовой движитель, либо генератор (второй вал).

Рис. 11.13. Устройство двухвальной газовой турбины:

1 – осевой компрессор; 2 – форсунка; 3 – камера сгорания; 4 – компрессорная турбина; 5 – рабочая (силовая) турбина; 6 – редуктор; 7 – пусковой мотор (стартер); 8 – сжатый воздух; 9 – газоотводная труба; 10 – отработавшие газы

Наиболее простой газотурбинный двигатель имеет один вал, на котором закреплены компрессор, газовые турбины компрессора и потребителя энергии, показанный на рис. 11.14. Такой двигатель называют блокированным.

В судовых газовых турбинах довольно часто применяются поршневые компрессоры, так называемые свободнопоршневые генераторы.

Газотурбинные двигатели устанавливают в основном на военных кораблях. На торговых судах в настоящее время газовые турбины используют пока только на небольшом количестве судов. Причинами этого являются малый термический КПД, довольно большой расход топлива и высокая рабочая температура, требующая применения высокопрочных и дорогих материалов.

Рис. 11.14. Одновальная газотурбинная установка:

1 – входной направляющий аппарат с изменяемой геометрией; 2– многоступенчатый компрессор; 3 – камера сгорания; 4 – газовая турбина; 5 – газовыпускная камера; 6– фланец отбора мощности

К преимуществам газотурбинного двигателя относятся малые габаритные размеры по сравнению с достигаемой мощностью и небольшая собственная масса. Газовые турбины соединяют в себе достоинства дизеля и паровой турбины. Они автономны в работе, конструктивно выполнены вместе с камерой сгорания и компрессором, не требуют прогрева перед пуском, а время пуска составляет 30÷50 с.Турбины имеют небольшие размеры, массу, большой ресурс (до 20000 ч), надёжны.

Газовые турбины можно также использовать в качестве главных и вспомогательных двигателей на судах на подводных крыльях и воздушной подушке.

Испытывается комбинированная парогазовая турбина фирмы EDI, сочетающая в себе свойства паровой и газовой турбин, показанная на рис. 11.15.

Рис. 11.15. Комбинированная парогазовая турбина:

1 – вал; 2 – ротор; 3 – подвод газа; 4 – статор; 5 – впуск воды или пара; 6 – выпуск газа; 7 – выпуск пара