1.4 Принципова схема ГТД
Паливо
Повітря
Рисунок 1.1 - Принципова схема ГТДтури газів у камері згорання. Протягом ідеального циклу ефективний ККД зі збільшенням ступеня підвищення тиску безперервно зростає, у той час як протягом дійсного циклу, в залежності від температури газів у камері згорання, ефективний ККД циклу має максимум, що зміщується в бік більших ступенів підвищення тиску з ростом температури газів [2].
Рисунок 1.2 - Залежність ККД термодинамічного циклу від ступеня підвищення тиску (тс) і температури газів у камері згорання (цифри над кривими, К)
Компресори і турбіни, що застосовуються в ГТД, є машинами лопаточного типу, що складаються з обертових і нерухомих лопаточ-них апаратів. Апарати, що обертаються - робочі колеса, у яких робочому тілу надається енергія від зовнішнього джерела (компресор) або в яких робоче тіло віддає енергію (турбіна). Нерухомі лопаточні апарати в компресорі - направляючі чи спрямляючі, у турбіні - соплові апарати. Вони призначені для зміни величини і напрямку, швидкості потоку. В ГТД застосовують відцентрові або осьові компресори.
У відцентрових компресорах (рис.1.3) стиснення повітря здійснюється за рахунок того, що при обертанні робочого колеса, що має профільовані лопатки, повітря під дією відцентрових сил здобуває реактивну швидкість, у результаті чого енергія обертання ротора перетворюється в кінетичну енергію повітряного потоку. З робочого колеса (2) повітря надходить у нерухомі канали, що розширюються: дифузор (3) і лопаточний дифузор (4). У дифузорах, за рахунок геометричного розширення каналу, потік повітря гальмується, його кінетична енергія перетворюється в потенційну енергію стиснення.
1 - вхідний патрубок з нерухомим направляючим апаратом;
2 - робоче колесо;
3 - дифузор;
4 - лопаточний дифузор;
5 - вихідний пристрій
Рисунок 1.3 - Схема відцентрового компресора [2]
В осьових компресорах (рис.1.4) повітря стискається під дією аеродинамічних сил , що виникають при обтіканні повітрям робочих лопаток. Під час просування повітря за каналами, що утворені робочими лопатками, збільшується швидкість повітряного потоку і, відповідно, його кінетична енергія за рахунок роботи компресора. З робочого колеса повітря направляється в спрямляючий апарат, нерухомі лопатки якого утворюють канали, що розширюються. У спрямляючому апараті за рахунок геометричного розширення повітряний потік гальмується, його кінетична енергія перетворюється в потенційну енергію стиснення. Робоче колесо компресора разом зі спрямляючимапаратом утворюють ступень компресора. Ступінь підвищення в окремій ступені компресора не перевищує 1,15-1,45. Для одержання великих ступінів підвищення тиску осьові компресори виконуються багатоступеневими.
1 1 3 4
1 - вхідний направляючий апарат (ВНА);
2 - корпус компресора;
3 - робочі лопатки;
4 - спрямляючий апарат
Рисунок 1.4 - Схема осьового компресора [2]
Ефективність і надійність роботи ГТД у значній мірі залежить від камери згорання (рис.1.5), у якій здійснюється перетворення хімічної енергії палива в теплову. У зоні згорання температура продуктів згорання сягає високих значень. Для забезпечення міцності камери згорання і необхідної рівномірності температури газу перед турбіною через бічні отвори в жаровій трубі підмішується вторинне повітря. Для наземних установок як паливо використовується гас, дизельне паливо, газ. Основною енергетичною характеристикою палива є питома теплота згорання (кількість теплоти, що виділяється при повному згоранні 1 кг (1 м3) палива). Окислювач при горінні палива в ГТД - кисень повітря навколишньої атмосфери.
Повітря
1 - дифузор;
2 - форсунка;
3 - запальник;
4 - жарова труба;
5 - корпус камери згорання Рисунок 1.5 - Принципова схема камери згорання [2]
Газова турбіна (рис.1.6) - теплова машина, у якій за рахунок впливу високошвидкісного потоку на лопатки, що обертаються, здійснюється перетворення енергії нагрітого робочого тіла в механічну енергію обертання ротора турбіни. Газ з камери згорання надходить у сопловий апарат, що складається з ряду профільованих лопаток між якими утворюються канали, які звужуються. У цих каналах, за рахунок геометричного впливу, зменшується температура і тиск, зростає швидкість витікання газу. Газовий потік залишає сопловий апарат з великою швидкістю і, впливаючи на робочі лопатки, приводить робочі колеса турбіни в обертання, кінетична енергія газового потоку перетворюється в механічну роботу на валу турбіни. Робота турбіни визначається різницею повних ентальпій на вході і виході з неї. В одній ступені теплоперепад невеликий, тому застосовуються багатоступеневі турбіни [3].
I - вал ротора; 2 - диск робочого колеса І ступені;
3 - робоча лопатка І ступені; 4 - робоча лопатка ІІ ступені;
5 - диск робочого колеса ІІ ступені; 6 - замок;
7 - гайка; 8 - задня шийка ротора;
9 - ексцентрикові шайби; 10 - роликовий підшипник;
II - фіксуюче кільце; 12 - лабіринт;
13 - покривний диск; 14 - стягуючий болт
Рисунок 1.6 - Газова турбіна [2]