Kaasuturbiinimoottorit koneiden ja mekanismien ajamiseen. Polttomoottoreiden työn ja laitteen ominaisuudet jatkuvalla polttoaineen poltolla
1. Polttoaineen jatkuvan palamisen polttomoottoreiden ominaisuudet
2. Suihkumoottorin toimintaperiaate
3. Kaasuturbiinimoottorin toimintaperiaate
4. Turbon toimintaperiaate suihkumoottori
1. Moottorit, joissa polttoaine palaa jatkuvasti.
Polttoaineen jatkuvan palamisen moottoreiden pääelementti on vakiotilavuudellinen palotila. Polttoaine ja hapetin syötetään siihen. Palamistuotteiden kaasuvirtaus korkeasta lämpötilasta ja laajenemisesta saa suuren kineettisen energian, joka muuttuu moottorin ns. suihkun työntövoimaksi tai kaasuturbiinin roottorin pyörimisenergiaksi. Reaktiivisen voiman syntymistä havainnollistaa hyvin koulun fysiikan kurssin kokemus - "Segner-pyörän pyöriminen": pyörästä yhteen suuntaan virtaava vesi saa pyörän pyörimään vastakkaiseen suuntaan.
Whittle meni Cambridgeen opiskelemaan ministeriön kustannuksella, ja von Ohain otti tehtävän Heinkelinä. Vasta kun David Randall Pyen vierailu ilmaministeriössä käänsi asiat toisinpäin, Whittle sai apurahan ja tilasi moottorin, jota voitiin testata Gloucesterissa.
Saksassa von Ohainin menestyksen jälkeen useat lentoyhtiöt aloittivat oman toimintansa. Isossa-Britanniassa Whittle sai tutkimusrahoja ja hänet huomattiin, mikä johti nopeasti työhön Roverin kanssa. 40-luvun lopulla amerikkalaiset lähtivät myös myöhään juoksumoottorin kilpailuun. Merestä lähetetty Whittle auttoi aloittamaan Amerikan tutkimusmatkan.
2. Suihkumoottorin toimintaperiaate
Reaktiivinenmoottori. Suihkumoottorin työseos, jonka kaavio on esitetty kuvassa. 4, valmistettu pääsääntöisesti nestemäisestä polttoaineesta ja hapettimesta, joka on varastoitu erityissäiliön erillisiin säiliöihin 1, josta ne syötetään jatkuvasti polttokammioon 4 erityiset annostelupumput 2 ja 7 paineen alaisena avoimien suuttimien kautta 6. Suihkumoottorin työnesteenä ovat polttoaineen hapetusreaktion tuotteet (polttoaineen palamistuotteet), jotka poistuessaan suuttimesta 5 on korkea lämpötila ja suuri virtausnopeus. Nämä käyttönesteen parametrit mahdollistavat merkittävän vetovoiman luomisen tällaiselle moottorille. Käynnistys tapahtuu kääntämällä hehkutulppa lyhyesti päälle 3.
Tämän työn tulos oli suihkuhävittäjien ilmestyminen ennen toisen maailmansodan loppua. Britit olivat ensimmäiset, jotka käyttivät suihkumoottoria. Poltto tapahtui kymmenessä polttokammiossa. Yksivaiheinen aksiaalinen savukaasuturbiini. Keskipakokompressorin leveä käyttö on selvästi näkyvissä. Läpinäkyvä siltakompressori on auki. Tämä päätös, vaikka se hallitsi tänään, esiteltiin liian hätäisesti ja osoitti kaikki turbimoottoreiden heikkoudet. Huonommat materiaalit ja huono muotoilu.
Käyttäjän näkökulmasta ero oli dramaattinen. Myös aksiaalikompressorilla varustetut moottorit kärsivät enemmän niiden suuremmasta pumppausalttiudesta, ts. ilmavirran erottaminen moottorin tuloaukosta tai kompressorin siivestä. Ilmanvirtaushäiriön seurauksena kompressorin sisällä tapahtui tilapäinen tehon menetys, moottori sammui tai kompressori vaurioitui.
Riisi. 1. Nestesuihkumoottorin kaavio:
1 - säiliöt; 2 -annostelu polttoainepumppu; 3 - sytytystulppa; 4- polttokammio; 5 - suutin; 6 - suuttimet; 7 - annostelupumppu hapettimelle
Suihkumoottorin erikoisuus on, että sen työntövoima ei riipu liikkeen nopeudesta. voimalaitos. Suunnittelun yksinkertaisuus tekee siitä melko halvan ja helppokäyttöisen, mutta osien korkea lämpöjännitys johtaa luotettavuuden ja käyttöiän alenemiseen.
Kaikki päivän suihkumoottorit vaativat lentäjältä lempeää ja huolellista käsittelyä. nopeasti liikkuva kaasuventtiili ei ollut hyväksyttävää, sekä polttoaineen määrän nopea kasvu että sen väheneminen johtivat moottorin sammumiseen koostumuksen radikaalin muutoksen vuoksi polttoaine-ilma-seos polttokammiossa.
Kolmenkymmenenluvun lopulta nykypäivään turboreettimoottoreissa käytetään kahden tyyppisiä kompressoreita - keskipako- ja aksiaalikompressoreita. Keskipakokompressori. Keskipakokompressorissa on roottori, jonka siivet ohjaavat sisään imetyn ilman keskitetysti. Roottorin rakenteesta johtuen se on paljon vahvempi kuin kompressorin aksiaaliakseli, ja samalla se on vähemmän herkkä ilmavirran häiriöille. Keskipakokompressoreille on ominaista korkea hyötysuhde laajalla pyörimisnopeusalueella.
Näiden lämpökoneiden haittoja ovat korkea melu käytön aikana ja alhainen hyötysuhde, jotka ovat tärkeimmät syyt rajoittaa niiden käyttöä rautatieliikenteessä. Näitä moottoreita käytetään laajalti lento- ja rakettitekniikassa.
3. Kaasuturbiinimoottorin toimintaperiaate
Kaasuturbiinimoottori. Kaasuturbiinimoottori (GTE) on eräänlainen lämpömoottori, jonka suunnittelussa on teräkoneita. Teoksen ominaisuus on, että polttoaineen palamisen energia muunnetaan mekaaninen työ tapahtuu siinä jatkuvasti. Kaasuturbiinimoottorissa työkierron komponentit, mukaan lukien ilman puristus, lämmön poisto työnesteeseen ja paisuminen, erotetaan toisistaan ja etenevät eri paikoissa. Mäntämoottoreissa ilman puristus, lämmönsyöttö työnesteeseen ja paisunta, vuorotellen peräkkäin, suoritetaan yhdessä paikassa - työsylinterissä.
Aksiaalikompressori koostuu useista siiveistä, jotka puristavat ilmavirtaa. Keskipakokompressoriin verrattuna yhden siiven puristus on alhainen, minkä vuoksi turbimoottoreiden keskipakokompressorit on rakennettu monivaiheiseen tilaan. Akselikompressorin tärkein etu on sen erittäin korkea hyötysuhde nimellisnopeudella ja hyvä suorituskyky suurilla nopeuksilla.
Ensimmäinen kokemus ja ensimmäiset ongelmat
Suihkukoneiden käyttö mahdollisti nopeasti sopivien käyttömenetelmien kehittämisen ja ongelmien kuvaamisen. Aiemmin käytettyihin mäntäkoneisiin verrattuna suurin muutos oli täydellinen kääntymis- ja pyörimiskielto. Molemmissa tapauksissa voi tapahtua vakavia pumppaus- ja moottorivaurioita.
Kaasuturbiinimoottoria voidaan käyttää lämpömoottorina kaasuturbiinivetureissa ja lentokoneissa.
Kaasuturbiinimoottori voi toimia minkä tahansa tyyppisellä ja laadukkaalla polttoaineella (nestemäisellä, kiinteällä ja kaasumaisella).
Kaikkein yksinkertaisin piirikaavio Kaasuturbiinivetureissa käytetty yksiakselinen turbiinimoottori on esitetty kuvassa. 5.
Ylipumppausvaara esiintyi myös nousun aikana - oli tarpeen vähentää polttoaineen syöttöä tämän ilmiön ensimmäisellä merkillä ja odottaa, kunnes ilmavirtaus moottorin läpi hidastui ennen kuin tehoa lisättiin hitaasti. Oikeaa nousua varten optimaalinen nopeus, joka lentäjän oli suoritettava.
Myös turbulenssissa lentämistä varten lentonopeus on tarkasti määritetty. Tämän korkeuden yläpuolella - 195 solmua. Nämä rajoitukset johtuivat tarpeesta saada parempi ilmavirta moottorin läpi. Varhaiset suihkuturbiinimoottorit jäähdytettiin voimakkaasti - lämpötila oli yksi tärkeimmistä parametreista. Sallitun pakkotehon vähennyksen ylitys.
Polttoaineen poltto suoritetaan erityisessä polttokammiossa 8. Polttoaine syötetään siihen suuttimen kautta pumpulla 3. Polttoaineen palamiseen tarvittava ilma pääsee moottoriin säädellyn ilmanottoaukon kautta. 6 . Asennettu yhdelle akselille 4 kaasuturbiinin juoksupyörällä 2, ilmakompressori 5 puristaa sen ja syöttää sen polttokammioon 8. Polttoaineen palamistuotteet polttokammiosta, jotka kulkevat ohjaussiiven läpi 9, mene juoksupyörän siipiin 2 ja edelleen kaasun ulostuloa pitkin 10 ilmapiirissä. Kaasuturbiini, jossa työkappaleet siipien muodossa, joissa on erityinen profiili, asennettu juoksupyörään 2, toimii suuri nopeus (100 ... 250 s -1 ), joka toimii ilmakompressorina5, ja vapaa akseli 4 voimansiirtoa varten kuluttajalle11. Kaasuturbiinimoottorin käynnistämiseen käytetään erityistä käynnistysmoottoria. 12, joka alkaa pyörittää vapaata akselia 4 ja sähkökynttilä 7 suorittaa polttoaineen alkusytytyksen palotilassa 8. Useiden peräkkäisten siipipyörärivien käyttö turbiinissa mahdollistaa pakokaasujen energian tehokkaamman hyödyntämisen ja sen tehon lisäämisen.
Jos kone joutui takapyörään, lentäjän ensimmäinen liike olisi pitänyt vähentää polttoaineen syöttö minimiin. Ohjeet osoittavat, että huoltotarve on suhteellisen korkeat kierrokset laskeutuessasi laskeutumiseen - varmistaaksesi mahdollisuuden siirtyä toiselle ympyrälle. Varhaisissa moottoreissa oli erittäin korkea hitaus, eikä nopeat tehonlisäykset olleet mahdollisia.
Kaikilla varhaisten suihkumoottoreiden puutteilla tämä lentokone oli tappava uhka jokaiselle viholliselle, kunhan se toimi olosuhteissa, joissa se luotiin. Kaikki nämä puutteet rajoittivat merkittävästi mahdollisuuksia käyttää suihkuhävittäjiä. Ne olivat erinomaisia olosuhteissa, joissa he lensivät suurella nopeudella. Mitä hitaammin he lensivät, sitä huonommin he katsoivat taustaa mäntälentokoneita. Tyypillistä on, että saksalaiset mäntähävittäjät ovat mukana nousuissa ja laskuissa - heikon dynamiikkansa vuoksi ne ovat käytännössä puolustuskyvyttömiä näissä lennon vaiheissa.
Kaasuturbiinit ovat teholtaan huonompia kuin mäntäpolttomoottorit, varsinkin osakuormalla käytettäessä. Lisäksi niille on ominaista suuri lämpöjännitys juoksupyörän siipissä, jotka toimivat jatkuvasti korkeassa lämpötilassa. Polttoaineen palamistuotteiden lämpötila on 1800...2000 °С ja korkeampi. Kaasuturbiinimoottorin jäähdytysväliaineena on vain ilma, jota syötetään merkittäviä määriä polttokammioon. Muut menetelmät lämmönpoistoon juoksupyörän siipistä ovat monimutkaisia ja tehottomia. Tästä syystä polttokammioon ilmaa syöttävän ilmakompressorin käyttö vaatii suuren tehon, jopa 60 ... 70 % GGD:n kokonaistehosta.
Moottoria käytettiin ainakin tusinan brittikoneen ohjaamiseen. Pian sodan jälkeen suihkumoottoreita käytettiin käytännössä vain sotilaslentokoneissa. Useiden vuosien idän ja lännen välisen poliittisen yhteistyön jälkeen valtojen välinen taistelu alkoi voimistua. Konfliktit - jopa kylmät - tukivat moottoreiden kehitystä.
Suurin insinöörien kohtaama ongelma oli aksiaalikompressorilla varustettujen moottoreiden epävakaa toiminta ja keskipakokompressorien huono suorituskyky suurilla nopeuksilla. Uusimpia ratkaisuja ei ole löydetty, ja nykyään keskipakokompressoreita käytetään vain äänen alipaineessa lentokoneiden moottoreita. Ilmeisesti aksiaalikompressorin potentiaali oli havaittavissa. Tämän rakenteen kehittämisen vaikeus oli tarve virtaviivaistaa ilmavirtaa moottorin jokaisessa käyttötilassa.
Tähän mennessä on olemassa monia kaasuturbiinimoottorien malleja ja järjestelmiä, jotka eroavat toisistaan seuraavien parametrien suhteen:
Polttoaineen palamisolosuhteet - sisäisellä ja ulkoisella poltolla;
Työnesteen käyttö pyöreässä prosessissa - avoimet ja suljetut järjestelmät;
Akseleiden lukumäärä - yksiakselinen, kaksiakselinen ja moniakselinen.
40- ja 50-luvun vaihteeseen saakka turboreettinen moottori aksiaalikompressorilla oli paras rajalla huippunopeus ja erittäin suurella nopeudella. Monivaiheisen aksiaalikompressoritoiminnan ideana on, että jokainen kompressorivaihe toimittaa tarvittavan määrän ilmaa seuraavaan vaiheeseen. Jos ensimmäisessä vaiheessa syötettävä ilmamäärä on liian suuri, syntyy virtaushäiriö. Aksiaalikompressoreissa optimaalinen ilmamäärä kullakin siiven kehällä esiintyy vain nimellisnopeuksilla ja suurella nopeudella.
Riisi. 2. Kaaviokaavio yksiakselisesta kaasuturbiinimoottorista:
1 - kaasuturbiinin kotelo; 2 - kaasuturbiinin juoksupyörä; 3 - polttoainepumppu; 4 - vapaa akseli; 5- ilmakompressori; 6 - ilmakompressorin ilmanottolaite; 7- sähkö sytytystulppa; 8- polttokammio; 9 - ohjauslaitteet; 10 - kaasun ulostulo; II- sähkönkuluttaja; 12 -käynnistysmoottori
Enemmän kanssa matalat kierrokset- ensimmäisiin levyihin on täytetty liikaa ilmaa ja ne on ilmattava venttiileillä. Työ on hukassa. Polttoaineen ruiskutuksen vaikutus pakokaasuvirtaan. Kun ensimmäisten suihkumoottoreiden vika ja vika selvitettiin, kehitettiin menetelmä moottorin työntövoiman lisäämiseksi.
Polttoainesuutin on kuuman pakokaasun ruiskutusjärjestelmä turbiinin takana. Palamisen seurauksena pakokaasun nopeus kasvaa, mikä lisää moottorin nopeutta. Tämä ratkaisu soveltuu sotilaslentokoneille, joiden on oltava kooltaan pieniä ja samalla luoda korkea kiele taistelussa. Toisin kuin taistelulentokoneiden moottorit - siviili-ilmailussa kuin lisää moottoria voi tuottaa hyvin pitkään, optimaalisempi ratkaisu on rakentaa suurempi moottori.
SGNG-laitokset käyttävät tyypillisesti huonolaatuista polttoainetta. Turbiini toimii kaasulla, jonka lämpötila on suhteellisen matala (500 ... 600 °C), joten siipien valmistukseen voidaan käyttää vähemmän lämmönkestävää materiaalia. Tällaisten yksiköiden hyötysuhde on 35%, mutta niillä on suurempi massa ja mitat verrattuna dieselmoottoreihin, joissa on kaasuturbiinia.
Kaksitahtinen moottori. Ilmoitettu harmaa kompressori alhainen paine, sisäakseli ja matalapaineturbiini. Musta - kompressori ja turbiini korkeapaine ja liitosakseli. Molemmat moottorit, pienin eroin, syntyivät 1940-luvun puolivälissä. Jokainen turbiini ajoi oman kompressorin akselinsa läpi. On luotu kaksiakselinen järjestelmä, jossa on erilliset kompressori- ja msekä korkeapaineturbiini ja kompressori.
Tässä järjestelmässä turbiinin energiaa hyödynnettiin paremmin ja tarpeettoman paineilman hävikki pieneni. Seuraavat seppeleet. Tulokset olivat niin hyviä, että ensimmäisissä prototyyppitesteissä insinöörit epäilivät poikkeavia instrumenttimittauksia. Mittaukset olivat oikein - 17-vaiheisen kompressorin ansiosta moottori soveltui hyvin nopeiden lentokoneiden liikkeelle. Animaatio näyttää turbiinien siivet ja vaihteet.
GGD:n toiminnan tehokkuutta voidaan parantaa nostamalla turbiinin edessä olevien kaasujen lämpötilaa, käyttämällä moniakselijärjestelmiä, hyödyntämällä pakokaasujen lämmön regenerointia ja hyödyntämistä (esim. autojen lämmitykseen ja ilmastointiin) , käyttämällä välijäähdytystä puristuksen aikana ja välilämmönsyöttöä kaasulle sen pidentymisen aikana. Näiden toimenpiteiden varmistaminen edellyttää lämpöä kestävien terästen käyttöä turbiinien siivissä, kermettimateriaalien käyttöä, ilmajäähdytys turbiinin osat. Samaan aikaan käyttölaitosten KGTE nousee 33 ... 40 prosenttiin.
Britit kulkivat omalla puolellamme Atlanttia. Sellaisenaan suurin osa liikkuvista ohjauspyöristä on poistettu, jättäen vain vakaa kaasuvirtaus ja ohjauspyörän komponentit ensimmäiseen kompressorivaiheeseen asti. Ilmavirran säätö on korvattu tuuletusaukolla.
Tämä on yksi viimeisistä moottoreista, jota käytettiin laajalti siviili- ja taistelulentokoneissa. Siitä lähtien moottorit ovat käyneet läpi kahdella eri tavalla. Turboturbiinimoottori matalalla kiehumispisteellä jälkipolttimella. Myöhemmissä hävittäjä- ja hyökkäyslentokoneiden moottoreissa erillinen tuuletin ja matalapainekompressori sammutettiin.
Suunnittelua kehitetään ja yritetään luoda veturien kaasuturbiinimoottoreita kiinteälle tai jauhemaiselle polttoaineelle.
Kaasuturbiinilaitos on kompakti, sen paino tehoyksikköä kohden on pieni, ei sisällä edestakaisin liikkuvia osia, mikä johtaa moottorin nopeampaan kulumiseen, ja sille on ominaista alhaiset laitteiden ylläpitokustannukset. Se voi toimia ilman vedenkulutusta, prosessit on helppo täysin automatisoida, palotilassa on todellinen palamismahdollisuus monenlaisia polttoainetta, ja sillä on myös suhteellisen tasainen vääntömomentti voimanoton akselilla.
Kaikissa näissä moottoreissa painopiste oli kompressorin tehokkuuden parantamisessa. Armeija noudattaa pienitehoisen moottorin käsitettä, koska se mahdollistaa lennon yliäänenopeuksilla. Kaksinopeuksiset turbiinimoottorit eivät pysty saavuttamaan yliäänenopeuksia.
Kaksoisvirtaus ja turbulentti
Sotilasmoottoreiden osalta on syytä mainita pieni tarkoitus nimeämisessä. Käytössä Englannin kieli termi "turbofan" viittaa kaikkiin kahteen turbotuuletinmoottoriin. Jos toisen ja toisen välillä on muodollinen raja, tämä viittaa puhaltimen asteiden määrään. Turbotuulettimessa oletetaan olevan enintään kolme pyörän vannetta. Samalla näytetään kahden virran suhde.
Lentoliikenteessä käytettävien kaasuturbiinimoottoreiden ominaisuus on, että polttoaineen palamisenergia muunnetaan kaasujen ulosvirtauksen energiaksi, joka vapautuu kaasuturbiinimoottorin pakojärjestelmän kautta suurella nopeudella ilmakehään. Työntövoima näiden moottoreiden käytön aikana johtuu liikemäärien eroista (massan ja nopeuden tulo), pakojärjestelmästä lähtevän kaasu-ilmavirran ja GTE-vastaanottimeen tulevan ilman eroista. Tässä tapauksessa työntövoima on suunnattu vastakkaiseen suuntaan kuin kaasujen ulosvirtaussuunta, eli se on reaktiivinen. On helppo kuvitella, että suihkumoottorin työntövoiman lisäämiseksi on tarpeen lisätä liikemäärän eroa, eli kaasuturbiinimoottorista ulostulossa massan ja nopeuden tulon tulee ylittää merkittävästi sama arvo sisäänkäynnillä. Kaikki GTE-suunnittelun elementit auttavat ratkaisemaan tämän ongelman.
Siviili- ja liikennelentokoneiden moottorit
Puolan kielessä jako on epäselvä, ja siinä erotetaan usein turbo- ja turbofan-moottorit. 60-luvulla siviili-ilmailun moottorit hallitsivat kaksoisvirtaus- ja turbiinimoottorit alhaisella virtausnopeudella. Ne eivät olleet erityisen taloudellisia ja estivät pitkiä matkoja matkustavien raskaiden lentokoneiden rakentamisen.
Vaikka Boeing vetäytyi kilpailijoistaan lentoyhtiöstä, se jatkoi työskentelyä laajarunkokoneidensa parissa. Douglas ei hautannut tuloksia. Lockheed Tristar. Näiden kolmen moottorin rakentaminen työnsi suuret valmistajat kovaan kilpailuun.
Kaasuturbiinimoottoreita on kolmea tyyppiä: suihkuturbiini, ohitusturbiini ja potkuriturbiini. Harkitse kunkin moottorityypin toimintaperiaatetta.
IDEA kaasuturbiinimoottorien käytöstä autoissa syntyi kauan sitten. Mutta vasta muutaman viime vuoden aikana niiden suunnittelu on saavuttanut sen täydellisyyden asteen, joka antaa heille oikeuden olemassaoloon.
Terämoottoreiden teorian, metallurgian ja tuotantotekniikan korkea kehitystaso tarjoaa nyt todellisen mahdollisuuden luoda luotettavia kaasuturbiinimoottoreita, jotka voivat menestyksekkäästi korvata auton mäntämoottorit. sisäinen palaminen.
Mikä on kaasuturbiinimoottori?
Kuvassa esitetään kaavio tällaisesta moottorista. Kaasuturbiinin kanssa samalla akselilla sijaitseva pyörivä kompressori imee ilmasta ilmaa, puristaa sen ja pumppaa sen palotilaan. Polttoainepumppu, jota myös käyttää turbiinin akseli, pumppaa polttoainetta palotilaan asennettuun suuttimeen. Kaasumaiset palamistuotteet pääsevät sisään kaasuturbiinin pyörän työsiipien ohjaussiiven kautta ja saavat sen pyörimään tiettyyn suuntaan. Turbiinista poistuvat kaasut vapautuvat ilmakehään haaraputken kautta. Kaasuturbiinin akseli pyörii laakereissa.
Verrattuna mäntäpolttomoottoreihin kaasuturbiinimoottorilla on erittäin merkittäviä etuja. Totta, hänkään ei ole vielä vapaa puutteista, mutta ne poistetaan vähitellen suunnittelun kehittyessä.
Kaasuturbiinia luonnehdittaessa on ensinnäkin huomioitava, että se, kuten höyryturbiini, voi kehittää suuria nopeuksia. Tämä mahdollistaa merkittävän tehon saamisen paljon pienemmillä (mäntäverrattuna) ja lähes 10 kertaa kevyemmillä moottoreilla.
Akselin pyörimisliike on kaasuturbiinissa olennaisesti ainoa liike, kun taas polttomoottorissa pyörimisliikkeen lisäksi kampiakseli, on olemassa männän edestakaisen liikkeen lisäksi myös kiertokangen monimutkainen liike. Kaasuturbiinimoottorit eivät vaadi erityisiä jäähdytyslaitteita. Hankaavien osien puuttuminen vähimmäismäärällä laakereita varmistaa pitkän aikavälin suorituskyvyn ja korkea luotettavuus kaasuturbiinimoottori.
Kaasuturbiinimoottorit toimivat kerosiinilla tai dieselpolttoaineella.
Suurin syy, joka estää autojen kaasuturbiinimoottorien kehitystä, on tarve rajoittaa keinotekoisesti turbiinin siipeihin joutuvien kaasujen lämpötilaa. Tämä vähentää korkoa hyödyllistä toimintaa moottori ja lisää ominaiskulutusta (1 hv). Kaasun lämpötilaa on rajoitettava matkustaja- ja kaasuturbiinimoottoreissa kuorma-autot 600-700°C ja lentokoneiden turbiineissa 800-900°C, koska korkean lämpötilan metalliseokset ovat edelleen erittäin kalliita.
Tällä hetkellä on jo olemassa joitakin tapoja lisätä kaasuturbiinimoottorien hyötysuhdetta jäähdyttämällä siipiä, käyttämällä pakokaasujen lämpöä lämmittämään polttokammioihin tulevaa ilmaa ja tuottamalla kaasuja korkeatehoisissa vapaamäntägeneraattoreissa, jotka toimivat diesel-kompressorijakso korkealla puristussuhteella jne. Ratkaisu erittäin taloudellisen auton kaasuturbiinimoottorin luomiseen riippuu suurelta osin työn onnistumisesta tällä alalla.
Kaaviokaavio kaksiakselisesta kaasuturbiinimoottorista, jossa on lämmönvaihdin
Suurin osa olemassa olevista autojen kaasuturbiinimoottoreista on rakennettu niin sanotun kaksiakselisen järjestelmän mukaisesti lämmönvaihtimilla. Tässä kompressoria 1 ohjataan erikoisturbiinilla 8 ja auton pyörien pyörittämiseen vetoturbiinilla 7. Turbiinin akselit eivät ole yhteydessä toisiinsa. Polttokammiosta 2 tulevat kaasut menevät ensin kompressorin käyttöturbiinin siipille ja sitten vetoturbiinin siipille. Kompressorin pumppaama ilma lämmitetään ennen polttokammioihin tuloaan lämmönvaihtimissa 3 pakokaasujen luovuttaman lämmön ansiosta. Kaksiakselisen järjestelmän käyttö luo kaasuturbiinimoottoreille edullisen vetoominaisuuden, joka mahdollistaa tavanomaisen auton vaihteiston portaiden vähentämisen ja sen dynaamisten ominaisuuksien parantamisen.
Koska käyttöturbiinin akselia ei ole mekaanisesti kytketty kompressorin turbiinin akseliin, sen nopeus voi vaihdella kuormituksen mukaan vaikuttamatta merkittävästi kompressorin akselin nopeuteen. Tämän seurauksena kaasuturbiinimoottorin vääntömomenttikäyrä on kuvan mukainen, jossa vertailun vuoksi männän ominaisuus. auton moottori(pisteviiva).
Kaaviosta näkyy, että mäntämoottori kun nopeus pienenee kasvavan kuormituksen vaikutuksesta, vääntömomentti kasvaa aluksi hieman ja sitten pienenee. Samanaikaisesti kaksiakselisessa kaasuturbiinimoottorissa vääntömomentti kasvaa automaattisesti kuorman kasvaessa. Tämän seurauksena vaihteiston vaihtotarve eliminoituu tai tapahtuu paljon myöhemmin kuin mäntämoottorilla. Toisaalta kaksiakselisen kaasuturbiinimoottorin kiihtyvyydet ovat paljon suurempia.
Yksiakselisen kaasuturbiinimoottorin ominaisuus eroaa kuvassa 2 esitetystä. ja on yleensä ajoneuvon dynamiikan vaatimusten kannalta huonompi kuin mäntämoottorin ominaisuus (samalla teholla).
Kaasuturbiinimoottorilla on suuret näkymät. Tässä moottorissa turbiinin kaasua tuotetaan ns. vapaamäntägeneraattorissa, joka on kaksitahti diesel ja mäntäkompressori yhdistetty yhteiseen lohkoon. Dieselmännistä tuleva energia siirtyy suoraan kompressorin mäntiin. Liikkeestä lähtien mäntäryhmät suoritetaan yksinomaan kaasun paineen vaikutuksesta ja liiketapa riippuu vain termodynaamisten prosessien virtauksesta diesel- ja kompressorin sylintereissä, tällaista yksikköä kutsutaan vapaamäntäyksiköksi. Sen keskiosassa on molemmilta puolilta avoin sylinteri 4, jossa on suoravirtausraon tyhjennys, jossa tapahtuu kaksitahtinen työprosessi puristussytytyksellä. Kaksi mäntää liikkuu vastakkain sylinterissä, joista toinen 9 avautuu työiskun aikana ja sulkee paluuiskun aikana sylinterin seinämiin leikatut pakoikkunat. Toinen mäntä 3 avaa ja sulkee myös tyhjennysikkunat. Männät on yhdistetty toisiinsa valotelineellä tai vivun synkronointimekanismilla, jota ei näy kaaviossa. Kun ne lähestyvät, niiden väliin jäänyt ilma puristuu; kun kuollut kohta saavutetaan, paineilman lämpötila on riittävä sytyttää polttoaineen, joka ruiskutetaan suuttimen 5 kautta. Polttoaineen palamisen seurauksena muodostuu kaasuja, jotka ovat korkea lämpötila ja paine; ne pakottavat männät siirtymään erilleen, kun taas mäntä 9 avaa pakoikkunat, joiden kautta kaasut syöksyvät kaasunkerääjään 7. Sitten avautuvat tyhjennysikkunat, joiden kautta paineilma tulee sylinteriin 4, syrjäyttää pakokaasut sylinteristä, sekoittuu niiden kanssa ja menee myös kaasunkeräimeen. Sinä aikana, kun tyhjennysikkunat ovat auki, paineilmalla on aikaa puhdistaa sylinteri pakokaasut ja täytä se valmistaen näin moottorin seuraavaa tehotahtia varten.
Kompressorimännät 2 on yhdistetty mäntiin 3 ja 9 ja liikkuvat sylintereissään. Mäntien hajaiskulla ilmaa vedetään ilmakehästä kompressorin sylintereihin, kun taas itsetoimiset imuventtiilit 10 ovat auki ja poistoventtiilit 11 kiinni. Mäntien vastakkaisella iskulla imuventtiilit ovat kiinni ja pakoventtiilit auki, ja niiden kautta ilmaa ruiskutetaan dieselsylinteriä ympäröivään vastaanottimeen 6. Männät liikkuvat toisiaan kohti edellisen iskun aikana puskurionteloihin 1 kertyneen ilmaenergian ansiosta. Kerääjän 7 kaasut tulevat vetoturbiiniin 8, jonka akseli on kytketty voimansiirtoon. Seuraava hyötysuhdekertoimien vertailu osoittaa, että kuvattu kaasuturbiinimoottori on jo yhtä tehokas kuin polttomoottorit:
Diesel 0,26-0,35
Bensiinimoottori 0,22-0,26
Kaasuturbiini vakiotilavuuksisilla polttokammioilla ilman lämmönvaihdinta 0,12-0,18
Kaasuturbiini vakiotilavuuksisilla polttokammioilla lämmönvaihtimella 0,15-0,25
Kaasuturbiini vapaamäntäkaasugeneraattorilla 0,25-0,35
Näin ollen turbiinien parhaiden mallien hyötysuhde ei ole huonompi kuin dieselmoottoreiden hyötysuhde. Ei siis ole sattumaa, että erityyppisten kokeellisten kaasuturbiiniajoneuvojen määrä kasvaa joka vuosi. Kaikki uudet yritykset eri maissa ilmoittavat työstään tällä alalla.
Tämän kaksikammioisen moottorin ilman lämmönvaihdinta tehollinen teho on 370 hv. Kanssa. Sen polttoaine on kerosiini. Kompressorin akselin pyörimisnopeus saavuttaa 26 000 rpm, ja vetoturbiinin akselin pyörimisnopeus on 0 - 13 000 rpm. Turbiinin lapoihin tulevien kaasujen lämpötila on 815 ° C, ilmanpaine kompressorin ulostulossa on 3,5 at. Kokonaispaino varten suunniteltu voimalaitos kilpa-auto, on 351 kg, ja kaasua tuottava osa painaa 154 kg ja vetoosa vaihteistolla ja vaihteistolla vetopyörille - 197 kg.
