- •Часть I. Дизельные и газотурбинные установки
- •Часть I. Дизельные и газотурбинные установки.Учебное пособие.
- •Isbn5-7723-0403-8 © Севмашвтуз, 2003 г.
- •1. Краткая историческая справка возникновения и
- •2. Назначение, классификация и состав судовой
- •3. Основные показатели судовых энергетических
- •4. Основы термодинамики. Термодинамические
- •Глава 1.
- •1.1. Классификация двигателей внутреннего сгорания
- •1.2. Особенности судовых дизельных установок
- •1.3. Принцип действия дизельных двигателей.
- •1.4. Конструкция основных узлов дизельных
- •1.5. Топлива и масла, применяемые в судовых
- •1.6. Основные показатели работы дизельного
- •1.7. Потери энергии в дизельном двигателе.
- •1.8. Способы повышения мощности дизелей.
- •1.9. Основные компоновочные схемы дизельных
- •1.10. Системы дизельных энергетических установок
- •1.11. Передача мощности на гребной вал. Размещение
- •Глава 2.
- •2.1. Классификация газотурбинных двигателей
- •2.2. Основные понятия и определения газотурбинных
- •2.3. Общее устройство и принцип действия гтд
- •2.4. Идеальный термодинамический цикл гту.
- •2.5. Потери энергии в газотурбинной установке.
- •2.6. Способы повышения экономичности гту
- •2.7. Системы газотурбинных установок
- •2.8. Основные характеристики гту
- •2.9. Гту замкнутого и полузамкнутого циклов
- •2.10. Передача мощности на движитель.
- •Часть I. Дизельные
- •164500, Г. Северодвинск, ул. Воронина, 6
Глава 2.
ГАЗОТУРБИННЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ
2.1. Классификация газотурбинных двигателей
Газотурбинным двигателем(ГТД) называют такой тепловой двигатель, в котором происходит преобразование кинетической и тепловой энергии потока продуктов сгорания органического топлива в механическую энергию вращения ротора газовой турбины.
Газотурбинной энергетической установкой(ГТУ) называется комплекс технических средств, предназначенный для преобразования кинетической и тепловой энергии горячего газа в механическую энергию вращения ротора.
Для газотурбинной установки характерны следующие термодинамические процессы:
сжатие рабочего тела в компрессоре;
подогрев рабочего тела теплотой, получаемой из внешнего источника;
преобразование энергии рабочего тела при его расширении в газовой турбине в кинетическую энергию струи газа с последующим преобразованием в ее механическую работу и передача механической работы потребителю;
охлаждение рабочего тела до состояния, соответствующего входу в компрессор.
Особенностями рабочего процесса в газотурбинном двигателе является непрерывное вращение рабочих лопаток и разгон потока рабочего тела до больших скоростей.
Судовые и корабельные газотурбинные двигатели можно классифицировать по следующим признакам:
по использованию ГТД в составе СЭУ:
на главные, используемые для обеспечения движения судна;
вспомогательные, используемые для получения тепловой и электрической энергии (газотурбогенераторы – ГТГ).
В свою очередь главные ГТД разделяются на:
маршевые, используемые на экономических ходах в целях обеспечения установленной дальности плавания;
форсажные (ГТД полного хода), предназначенные для обеспечения хода от экономического до полного;
всережимные, используемые на всех режимах работы ГЭУ;
по конструкции проточной части:
на активные, в которых преобразование энергии потока газа происходит только в направляющем аппарате;
реактивные, в которых преобразование энергии потока газа происходит как в направляющем аппарате, так и в каналах рабочих лопаток);
смешанные, сочетающие в себе как активную, так и реактивную части;
по блокированию турбин и компрессоров:
с блокированными турбинами и компрессорами;
со свободной пропульсивной турбиной (турбиной винта);
(в судовых ГТД максимально используемое число компрессоров – 2, максимально используемое число турбин – 3);
по использованию в термодинамическом цикле теплообменных аппаратов:
без использования теплообменных аппаратов;
с регенератором;
с промежуточными охладителями воздуха;
с промежуточным подогревом газа;
с котлом-утилизатором;
комбинированные (с использованием нескольких видов теплообменных аппаратов);
по току рабочего тела в компрессорах и турбинах:
на прямоточные, в которых воздух и продукты сгорания движутся вдоль оси двигателя последовательно через проточные части компрессоров, камеры сгорания, проточные части турбин, без изменения направления движения;
непрямоточные: в состав таких двигателей (установок) входят регенераторы, промежуточные охладители воздуха и другие теплообменные аппараты, при протекании через которые воздух и продукты сгорания меняют направление своего движения;
по направлению потока рабочего тела в проточной части:
на осевые, в которых поток воздуха в компрессоре или газа в турбине движется вдоль оси двигателя;
радиальные, в которых поток воздуха (газа) при входе в ступень компрессора (турбины) движется вдоль оси двигателя, а выходит из ступени в направлении, перпендикулярном оси двигателя;
по расположению турбин относительно компрессоров:
с прямым соединением турбомашин, когда турбина соединена с валом одноименного компрессора (ТВД – КВД, ТНД – КНД);
с перекрестным соединением турбомашин;
с полуперекрестным соединением турбомашин;
по расположению пропульсивной турбины:
с пропульсивной турбиной высокого давления;
с пропульсивной турбиной среднего давления;
с пропульсивной турбиной низкого давления;
по возможности осуществления реверса:
реверсивные двигатели с турбиной заднего хода;
реверсивные с двухъярусными лопатками и разделением потоков;
с реверсивными центростремительными турбинами;
нереверсивные;
по кратности циркуляции рабочего тела:
с однократной циркуляцией – ГТД открытого цикла, обычно используемые в качестве судовых и корабельных двигателей;
с многократной циркуляцией – ГТД закрытого цикла, используемые в ядерных газотурбинных установках;
по виду производимой работы:
ГТД по выработке механической энергии, работающие на водяной или воздушный винт, либо приводящие в действие электрогенераторы;
ГТД по выработке газодинамической энергии – турбореактивные двигатели;
по роду используемого топлива:
ГТУ, работающие на природном органическом топливе;
ГТУ, использующие ядерное топливо. Такие установки называются ЯГТУ – ядерными газотурбинными установками. Они в свою очередь могут быть одноконтурными и многоконтурными. Вместо камеры сгорания нагрев газа происходит в активной зоне газоохлаждаемого ядерного реактора, а после совершения работы в газовой турбине газ направляется в регенератор и охладитель;
по роду рабочего тела:
с использованием воздуха (как правило, ГТД открытого цикла);
с использованием инертных газов – водорода, гелия, азота, углекислого газа – для перспективных ЯГТУ закрытого цикла.
ГТД прямоточного типа(рис. 40) получили широкое распространение в составе СЭУ на судах и кораблях различных классов и назначений, а также в некоторых отраслях стационарной энергетики. Эти ГТД, несмотря на меньшие значения КПД, обладают малыми массогабаритными показателями, большими значениями удельных мощностей, просты в эксплуатации, обладают отличными маневренными характеристиками. Все эти свойства прямоточных ГТД определили их применение на скоростных военных кораблях (в качестве маршевых и форсажных двигателей) и на судах с динамическими принципами поддержания (СВП и СПК), используемых в качестве скоростных пассажирских судов.
ГТД непрямоточного типа(рис. 41) характеризуются значительно большей массой, чем прямоточные установки. Наиболее важным свойством установок непрямоточного типа следует считать высокую экономичность, приближающуюся к экономичности дизельных установок, меньшие расходы топлива и возможность работы на тяжелых и дешевых сортах топлива. Поэтому такие типы ГТУ устанавливают в первую очередь на судах транспортного флота.