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]