Циклы работы газотурбинного двигателя - Авто журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Циклы работы газотурбинного двигателя

«ОДК-Климов» отметил 105-летие

КАТЕГОРИИ

  • Новости Союза
  • Анонсы
  • Работа в регионах
  • Донорство крови
  • Новости предприятий
  • Социальное партнерство
  • Мнения
  • СМИ о нас

ПОПУЛЯРНОЕ

Холдинг «Вертолеты России» Госкорп.

2 сентября в Самаре состоялось мер.

25 августа в рамках деловой програ.

26 августа 2021 года в Кубинке про.

В рамках форума «Армия-2021» состо.
  • бюро
  • Деятельность бюро ЦС
  • Донорство крови
  • Инженеры будущего
  • Комитеты и комиссии
  • Конференции
  • Неделя без турникетов
  • Новости предприятий
  • Работа в регионах
  • социальное партнерство
  • СПК
  • Съезды

Двадцатого октября санкт-петербургскому АО «ОДК-Климов» (входит в Объединенную двигателестроительную корпорацию Госкорпорации Ростех) исполнилось 105 лет.

«ОДК-Климов» – российское предприятие-разработчик газотурбинных двигателей полного цикла: от осевой линии до сертификации. Климовские двигатели в составе силовых установок вертолетов и самолетов эксплуатируются более чем в 80 странах мира. Большинство вертолетов «Ми» и «Ка», реактивные самолеты-истребители МиГ-29 оснащаются двигателями ОДК-Климов. Сегодня ключевыми компетенциями предприятия являются не только разработка и серийное производство авиационных двигателей, но и их сервисное сопровождение на протяжении всего жизненного цикла.

Среди современных разработок конструкторов «ОДК-Климов» – высокоэффективный двигатель ТВ7-117В, который в своей размерности превосходит конкурентов. Эти моторы применяются в составе двухдвигательной силовой установки семейства многоцелевых вертолётов Ми-38.

Еще одна важная разработка предприятия – турбовинтовой двигатель ТВ7-117СТ. Эти двигатели весной 2019 года впервые подняли в небо новый российский военно-транспортный самолет Ил-112В. Двигатель ТВ7-117СТ-01 создается для силовой установки самолета Ил-114-300.

Самый массовый двигатель разработки «ОДК-Климов» – вертолетный турбовальный двигатель ВК-2500 и его модификации. Внедрение цифровой системы автоматического регулирования и контроля двигателя БАРК-78 позволяет повысить точность управления двигателем, усилить контроль работы на всех режимах, а также упрощает его эксплуатацию. ВК-2500 дает российским вертолетам «Ми» и «Ка» принципиально новые возможности при их эксплуатации в высокогорных районах и районах с жарким климатом. В рамках программы импортозамещения предприятием освоено серийное производство данных двигателей из отечественных комплектующих в широкой кооперации с предприятиями ОДК.

Реактивный двигатель РД-33 разработки «ОДК-Климов» – самый массовый в своем классе, он состоит на вооружении множества стран мира в составе истребителей МиГ-29. Для сверхманевренного самолета МиГ-29ОВТ была создана модификация двигателя с отклоняемым вектором тяги (ОВТ). Благодаря этой разработке самолет может совершать самые сложные фигуры высшего пилотажа. Для истребителя морского базирования был разработан реактивный двигатель РД-33МК.

Модернизация и развитие основной линейки двигателей не прекращается. На предприятии создаются новые двигатели мощностью 400-650 л.с. и 1400-1800 л.с. Новые отечественные двигатели разрабатываются с использованием только отечественных комплектующих. Закладываемые характеристики призваны обеспечить высокую конкурентоспособность на рынке существующих моторов.

Предприятие было основано в Санкт-Петербурге в 1914 году как Акционерное общество «Русский Рено». В условиях Первой Мировой войны оно стало выполнять заказы военных ведомств, в частности, выпускать двигатели для четырёхмоторных бомбардировщиков «Илья Муромец».

Во время Великой Отечественной войны предприятие освоило выпуск поршневых двигателей сотой серии. М-105-й называли «Мотором победы». Завод эвакуировали в Уфу, где под руководством главного конструктора Владимира Климова продолжался выпуск и модернизация двигателей серии М-100. В 1946 году в Ленинграде Опытно-конструкторское бюро возглавил Климов. Здесь был сконструирован первый крупносерийный турбореактивный двигатель ВК-1. Он устанавливался на истребителях МиГ-15-бис, МиГ-17 и на других самолетах, ставших главными представителями отечественной военной реактивной авиации первого поколения.

С 60-х годов «визитной карточкой» завода стало производство силовых установок для вертолётов. На заводе спроектировали турбовальные двигатели ГТД-350, ТВ2-117 и ТВ3-117, а также главные редукторы для вертолетов Миля и Камова.

В 60-х на заводе разрабатывались жидкостные ракетные двигатели для зенитно-ракетных комплексов С-200 и межконтинентальных ракет УР-100.

В 70-е годы климовцы спроектировали танковый газотурбинный двигатель для танка Т-80. В конце 70-х на предприятии создан легендарный реактивный двигатель РД-33 для истребителя МиГ-29.

Для Олимпиады-80 в рекордно короткие сроки климовцы создали факел.

5.3. Идеальный цикл газотурбинного двигателя

Газотурбинные двигатели относятся к ДВС. Они обладают многими преимуществами по сравнению с поршневыми двигателями. Это, в первую очередь, большие мощности при сравнительно малых габаритах и достаточно высокая экономичность.

В качестве компонентов топлива в газотурбинных двигателях используются жидкое или газообразное горючее и воздух как окислитель. Принципиальная схема авиационного газотурбинного двигателя приведена на рис.5.7, где 1 – компрессор, 2 – камера сгорания, 3 – турбина, 4 – реактивное сопло

Сжатый в компрессоре воздух с высоким давлением и значительной температурой подается в камеру сгорания, туда же через форсунки поступает горючее. Перемешанная топливная смесь воспламеняется и сгорает. Высокотемпературные продукты сгорания устремляются к расширительной машине – турбине. В сопловом аппарате рабочее тепло разгоняется до высокой скорости, а на рабочих лопатках турбины кинетическая энергия потока преобразуется в механическую работу, приводя во вращение ротор турбины. От ротора турбины крутящий момент передается компрессору и другим потребителям мощности.

Читать еще:  Двигатель v12 как работает

В некоторых типах авиационных газотурбинных двигателей часть энергии рабочего тела используется для создания реактивной силы (тяги двигателя).

В газотурбинных стационарных и авиационных двигателях сгорание топлива осуществляется при постоянном давлении.

Идеальный цикл изобарного газотурбинного двигателя, рис. 5.8, включает следующие процессы:

1-2 – адиабатный процесс сжатия рабочего тела в компрессоре;

2-3 – изобарный подвод тепла;

3-4 – адиабатное расширение рабочего тела в турбине;

4-1 – изобарный процесс отвода тепла в окружающую среду.

Заданными в цикле являются параметры на входе в компрессор p1, v1, T1, степень повышения давления =р21 и степень предваритель-

Рис. 5.8 ного расширения =v3/v2 = T3/T2.

Параметры состояния в характерных точках определяются аналогично

рассмотренным выше циклам.

Точка 2: p2= p ; v2 = v1 ; T2= T1 .

Точка 3: p3 = p2 =p1 ; v3 = v1; T3= T2 = T1 .

Точка 4: p4= p1 ; v4 = v1; T4 = T1 .

Значения теплоты q1 и q2 в изобарных процессах будут равны:

q1 = cp (T3 T2) = cp ()T1 и q2 = cp (T4T1 )= cp(-1)T1.

После подстановки q1 и q2 в выражение (1.21) получим значение термического КПД цикла газотурбинного двигателя в виде:

. (5.6)

Из выражения (5.6) следует, что термический КПД газотурбинного двигателя зависит только от степени повышения давления и показателя адиабаты продуктов сгорания. С увеличением и к значение растет.

15.4. Цикл паросиловой установки

В отличие от двигателей внутреннего сгорания в паросиловых установках продукты сгорания топлива непосредственно не участвуют в рабочем цикле, они являются лишь источником теплоты, а рабочим телом служит пар какой–либо жидкости. Принципиальная схема паросиловой установки, работающей на водяном паре, представлена на рис. 5.9,

где 1– паровой котел;

3 – паровая турбина, выполняющая функции расширительной машины;

4 – электрогенератор;

6 – питательный насос.

В котле вода нагревается и превращается в насыщенный пар, а в пароперегревателе – в перегретый пар. Перегретый пар поступает в турбину, где, расширяясь, совершает полезную работу. После турбины отработанный пар конденсируется, а конденсат питательным насосом снова подается

На основании длительного исследования свойств водяного пара и работы паровых машин шотландский ученый У.Д. Ренкин создал теоретический цикл паросиловой установки, который носит его имя. На рис. 5.10 и 5.11

Представлен циклРенкина в pv и Ts- координатах.

Рис. 5.10 Рис. 5.11

Основными процессами здесь являются:

1–2 – адиабата расширения перегретого пара в турбине;

2–3 – изотерма конденсации пара;

3–4 – подача воды насосом в котел;

4–5 – подогрев воды в котле;

5–6 – образование влажного пара в котле;

6–1 – перегрев насыщенного пара в пароперегревателе.

Процесс 4 –5 – 6 –1 – изобарный.

Подвод и отвод тепла в цикле происходит при постоянном давлении. Тогда количество теплоты в процессе 4–5–6–1, используемой для нагрева воды, парообразования и перегрева, выразим через энтальпии:

q1 = i1 i4,

где i1 и i4 – энтальпия перегретого пара и энтальпия конденсата, соответственно.

Количество теплоты, отводимой в процессе конденсации пара, будет равно:

q2 = i2 i3 .

Воспользовавшись значениями q1 и q2 , находим термический КПД цикла паросиловой установки:

. (5.7)

С увеличением температуры перегретого пара термический КПД цикла возрастет, т.к. полезно используемая теплота увеличится. Повышение начальных параметров пара от p1 = 10 МПа и T1= 510 о С до сверхкритических

( p1 = 30 МПа и T1 = 650 о С) приводит к увеличению КПД установки на 15. 18 %. Увеличение КПД происходит и при снижении давления отработавшего пара.

ОДК внедряет технологии цифрового двойника в разработку газотурбинных двигателей

Фото: Объединенная двигателестроительная корпорация

Объединенная двигателестроительная корпорация Ростеха перешла к созданию новых конкурентоспособных двигателей на основе концепции цифрового двойника и с учетом самых передовых технологий, представленных на мировом рынке.

В ОДК уже реализованы проекты по созданию цифрового двойника авиационных двигателей ТВ7-117СТ и АИ222-25. Технологии цифрового двойника обеспечили успешное выполнение первого этапа испытаний опытного газогенератора нового авиационного двигателя ПД-8 и обработку результатов. Уже запущен проект создания цифрового двойника морского двигателя и редуктора в составе агрегата. Также разрабатывается универсальная цифровая платформа для создания цифровых двойников газотурбинных двигателей.

«Общее число требований к технологии цифрового двойника газотурбинного двигателя может достигать нескольких тысяч. Их подтверждают с помощью сотен расчетных моделей разного уровня детализации. Именно концепция цифрового двойника позволяет обеспечить системный подход к разработке двигателя, а также соединить различные уровни компонентов и силовой установки в целом, найти оптимальные сочетания параметров узлов из широкого возможного ряда вариантов их исполнения», – рассказал руководитель проекта ОДК «Высокопроизводительные вычисления и цифровые двойники изделий» Александр Никулин.

Читать еще:  Двигатель g4gc расход масла

Объединенная двигателестроительная корпорация ведет проект «Высокопроизводительные вычисления и цифровые двойники изделий» для интеграции на своих предприятиях различных подходов к созданию элементов цифрового двойника газотурбинных двигателей.

«Применение технологии цифрового двойника позволяет управлять жизненным циклом газотурбинного двигателя, проводить виртуальные испытания. В результате мы можем сокращать сроки разработки двигателя, корректировать работу на всех этапах и существенно снижать затраты, до 30%», – отметил заместитель начальника ОКБ-1 по расчетно-исследовательским работам ПАО «ОДК-Сатурн» Кирилл Виноградов.

При таком подходе виртуальный прототип двигателя полностью повторяет поведение физического газотурбинного двигателя, включая все внутренние процессы, условия эксплуатации, техническое состояние и наработку конкретного экземпляра. Цифровой двойник двигателя должен содержать в себе данные основных этапов жизненного цикла: проектирование, производство, испытания, эксплуатация, а также располагаться в едином информационном пространстве для коллективной распределенной работы специалистов. Исключительно важен уровень точности и соответствия используемых математических моделей реальным физическим объектам.

Методология управления жизненным циклом газотурбинного двигателя на основе технологии цифрового двойника была подробно рассмотрена в презентации Объединенной двигателестроительной корпорации на МАКС-2021.

Циклы работы газотурбинного двигателя

Газовые турбины — газотурбинные двигатели — области применения

Настоящий стандарт устанавливает термины и определения понятий в области стационарных газовых турбин, применяемые в стандартах по газотурбинным установкам, технической документации всех видов и контрактах на поставляемое энергетическое промышленное оборудование. Настоящий стандарт не распространяется на газовые турбины со свободнопоршневыми генераторами газа, установки специального назначения, а также транспортные газотурбинные установки.

Газовые турбины — газотурбинные двигатели — определения

Газовая турбина — одновальный газотурбинный двигатель
single-shaft gas turbine
Газотурбинный двигатель, в котором роторы компрессора и газовой турбины соединены и мощность отбирается непосредственно с выходного вала или через редуктор. Газовая турбина — многовальный газотурбинный двигатель
multi-shaft gas turbine
Газотурбинный двигатель, имеющий, по крайней мере, две газовые турбины, вращающиеся на независимых валах Газовая турбина — газотурбинный двигатель с отбором воздуха (газа)
bleed gas turbine
Газотурбинный двигатель, в котором для внешнего использования предусмотрен отбор сжатого воздуха между ступенями компрессора и/или на выходе из компрессора (горячего газа на входе в турбину и/или между ступенями турбины) Газовая турбина — газогенератор
bleed gas turbine
Комплекс компонентов газотурбинного двигателя, которые производят горячий газ под давлением для совершения какого-либо процесса или для привода силовой турбины Примечание — Генератор газа состоит из одного или более компрессоров, устройств(а) для повышения температуры рабочего тела, одной или более турбин, приводящих компрессор(ы), системы управления и необходимого вспомогательного оборудования Компрессор
compressor
Компонент газотурбинного двигателя, повышающий давление рабочего тела Турбина
turbine
Компонент газотурбинного двигателя, преобразующий потенциальную энергию нагретого рабочего тела под давлением в механическую работу Силовая турбина
power turbine
Турбина на отдельном валу, с которого отбирается выходная мощность Камера сгорания (основного — промежуточного подогрева)
combustion chamber primary or reheat
Устройство газотурбинного двигателя для основного (промежуточного) подогрева рабочего тела Подогреватель рабочего тела
working fluid heater
Устройство для подогрева поступающего в него рабочего тела без смешивания его с продуктами сгорания топлива Регенератор/рекуператор
regenerator/recuperator
Теплообменный аппарат, предназначенный для передачи теплоты отработавших в турбине газов рабочему телу Примечание — Передача теплоты рабочему телу или воздуху перед его поступлением в камеру сгорания ГТД Предварительный охладитель
precooler
Теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения рабочего тела ГТД перед его первоначальным сжатием Промежуточный охладитель
intercooler
Теплообменный аппарат, предназначенный для охлаждения рабочего тела ГТД в процессе его сжатия Устройство защиты от превышения частоты вращения ротора
overspeed trip
Регулирующий или отключающий элемент, который при повышении частоты вращения ротора ГТД сверхустановленного предельно допустимого значения, приводит в действие систему защиты Газовая турбина -система управления
control system
Система, используемая для управления, защиты, контроля и отображения информации о состоянии промышленной газотурбинной установки (газотурбинного двигателя) на всех режимах работы Примечание — Она включает систему управления пуском, системы управления и регулирования подачи топлива и частоты вращения ротора, датчики, устройства контроля подачи электропитания и другие средства управления, необходимые для правильного пуска, устойчивой работы, останова, ограничения режима работы и/или выключения установки при условиях, отличных от заданных Система регулирования
governing system
Элементы и устройства для автоматического регулирования параметров газотурбинной установки Примечание — К параметрам относятся частота вращения ротора, температура газов, давление, выходная мощность и другие параметры Топливный регулирующий клапан
fuel governor valv
Регулирующий орган для изменения подачи топлива в газотурбинный двигатель Примечание — Возможны также устройства другого типа для регулирования подачи топлива в газотурбинный двигатель Топливный стопорный клапан
fuel stop valve
Регулирующий орган для изменения подачи топлива в газотурбинный двигатель Примечание — Вместо топливного стопорного клапана может использоваться топливный отсечной клапан, перекрывающий магистраль подачи топлива в ГТД при срабатывании Зона нечувствительности системы управления
dead band
Диапазон изменения входного сигнала, не связанный с корректирующим воздействием регулятора расхода топлива Примечание — Зона нечувствительности (применительно к частоте вращения) — это отношение частоты вращения к номинальной частоте вращения в процентах Статизм регулирования системы управления
governor droop
Изменение частоты вращения ротора силового вала на установившемся режиме работы газотурбинной установки, вызванное внешним воздействием, от нуля до номинальной, выраженное в процентах от номинальной частоты вращения Датчик предельной температуры рабочего тела
overtemperature detector
Первичный чувствительный элемент системы управления ГТД, который непосредственно реагирует на изменение температуры и выходной сигнал которого воздействует через соответствующие усилители или преобразователи на систему защиты от предельного превышения температуры Теплота сгорания топлива
fuel specific energy
Общее количество тепла, выделившегося при сгорании единицы массы топлива, кДж/кг Удельный расход теплоты
heat rate
Отношение теплоты сожженного в ГТД топлива за единицу времени к произведенной им мощности, кДж/кВт ч Примечание — Удельный расход теплоты рассчитывают по низшей теплоте сгорания топлива при нормальных условиях Удельный расход топлива
specific fuel consumption
Отношение массового расхода топлива к выходной мощности ГТУ (ГТД), кг/кВт ч Газовые турбины — КПД
thermal efficiency
Отношение выходной мощности к расходу теплоты топлива, подсчитанное по его низшей теплоте сгорания при нормальных условиях Условная температура на входе в турбину
reference turbine inlet temperature
Условная средняя температура рабочего тела непосредственно перед сопловыми лопатками первой ступени. Режим (частота вращения) «самоходности»
self-sustaining speed
Режим (минимальная частота вращения выходного вала), при котором газотурбинный двигатель работает без использования мощности пускового устройства при наиболее неблагоприятных внешних условиях Режим (частота вращения) холостого хода
idling speed
Установленный изготовителем режим (частота вращения выходного вала), при котором газотурбинный двигатель может работать устойчиво и можно осуществлять нагружение или останов Максимальная продолжительная частота вращения
maximum continuous speed
Максимально допустимое при длительной эксплуатации значение частоты вращения выходного вала газотурбинного двигателя, с которого отбирается мощность Номинальная частота вращения вала
rated speed
Частота вращения выходного вала газотурбинного двигателя, при которой определены его расчетные показатели Турбина -предельно допустимая частота вращения ротора
turbine trip speed
Частота вращения ротора ГТД, при которой срабатывает аварийное устройство защиты для отсечки подачи топлива в газотурбинный двигатель и останова двигателя Система впрыска пара (воды)
steam and/or water injection system
Система, обеспечивающая впрыск пара (воды) в рабочее тело для увеличения мощности ГТД и/или уменьшения содержания оксидов азота (NOx) в отработавших газах Удельная масса
mass-to-power ratio
Отношение полной сухой массы газотурбинного двигателя к его мощности, кг/кВт Помпаж компрессора
compressor surge
Неустойчивый режим работы компрессора ГТД, характеризующийся сильными низкочастотными колебаниями массового расхода рабочего тела в компрессоре и соединительных каналах

Читать еще:  Lexus не заводится двигатель

Примеры принципиальных схем газотурбинных установок

1 — компрессор; 2 — камера сгорания; 3 — турбина; 4 — нагрузка
Рисунок А.1 — Схема ГТУ с одновальным ГТД простого цикла

1 — регенератор или рекуператор; 2 — камера сгорания; 3 — компрессор;
4 — турбина; 5 — нагрузка

Рисунок А.2 — Схема ГТУ с одновальным ГТД регенеративного цикла

1 — камера сгорания; 2 — компрессор; 3 — турбина; 4 — силовая турбина; 5 — нагрузка

Примечание — Пунктиром показана альтернативная двухкаскадная компоновка ГТД

Рисунок А.3 — Схема ГТУ с многовальным ГТД простого цикла
со свободной силовой турбиной

1 — основная камера сгорания; 2 — компрессор высокого давления; 3 — турбина высокого давления; 4 — промежуточный охладитель;
5 — камера сгорания промежуточного подогрева; 6 — компрессор низкого давления; 7 — турбина низкого давления; 8 — нагрузка

Примечание — Отбор мощности от ГТД осуществляется с вала ротора низкого давления

Рисунок А.4 — Схема ГТУ с многовальным ГТД сложного цикла
(с промежуточным охлаждением и промежуточным подогревом)

1 — камера сгорания; 2 — компрессор; 3 — турбина; 4 — нагрузка

Рисунок А.5 — Схема ГТУ с одновальным ГТД с отборами воздуха и горячего газа

1 — предварительный охладитель; 2 — подогреватель рабочего тела; 3 — компрессор низкого давления; 4 — компрессор высокого давления; 5 — турбина; 6 — нагрузка; 7 — промежуточный охладитель

Рисунок А.6 — Схема ГТУ с одновальным ГТД замкнутого цикла

Газовые турбины — полезная информация:

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector