Принцип работы газотурбинного двигателя
Газотурбинный двигатель – это воздушный двигатель, в котором воздух сжимается нагнетателем перед сжиганием топлива, а сам нагнетатель приводится в движение газовой турбиной, использующей энергию нагретых газов.
Принцип работы газотурбинного двигателя заключается в следующем:
- Всасывание и сжатие воздуха в осевом компрессоре и его подача в камеру сгорания.
- Смешивание сжатого воздуха с топливом для образования топливно-воздушной смеси и ее сгорание.
- Расширение газов вследствие сгорания топливно-воздушной смеси, что приводит к формированию вектора давления газа, который направлен в сторону меньшего сопротивления, передача газа лопатками турбины на вал или диск, где они закреплены.
- Привод во вращение диска турбины и, вследствие этого, передача крутящего момента по валу с диска турбины на диск компрессора.
История газотурбинного двигателя
В 1871 году изобретатель из Англии Барбер предложил идею создания газотурбинного двигателя с поршневым компрессором, газогенератором, газовой турбиной и камерой сгорания. Русский инженер Кузьминский в 1892 году разработал проект, а в 1900 году построил газотурбинный двигатель со сгоранием топлива при постоянном давлении, который предназначался для небольшого катера. В данном газотурбинном двигателе использовалась многоступенчатая газовая турбина. Из-за смерти Кузьминского испытания двигателя не были завершены. В период с 1900 по 1904 году немецкий изобретатель Штольц также пытался создать газотурбинный двигатель, но его попытки не увенчались успехом. Во Франции в 1906 году Лемаль и Арманго построили газотурбинный двигатель, который работал на керосине, со сгоранием топлива при постоянном давлении, однако, он не нашел промышленного применения, потому что обладал маленьким коэффициентом полезного действия. В период с 1906 по 1908 год Караводин спроектировал и построил бескомпрессорный газотурбинный двигатель с четырьмя камерами прерывистого сгорания и газовой турбиной, который при скорости в 10 000 оборотов в минуту развивал мощность 1,2 киловатта. В 1908 году изобретатель из Германии Хольцварт построил газотурбинный двигатель прерывистого сгорания.
К 1933 году доля газотурбинных двигателей прерывистого сгорания составляла около 25 %, но они все равно не нашли широкого применения в промышленности. В России, в 1909 году Герасимовым был получен патент на газотурбинный двигатель, который использовался для создания реактивной тяги - турбореактивный газотурбинный двигатель. В 1913 году Никольский спроектировал газотурбинный двигатель мощностью 120 киловатт с трехступенчатой газовой турбиной. В 1923 году Базаровым была предложена схема газотурбинного двигателя, близкая к современным турбовинтовым двигателям. В период с 1930 по 1936 году Брилинг и Уваров спроектировали и построили газотурбинный двигатель с центробежным компрессором. В 30-е годы прошлого века большой вклад в создание авиационных газотурбинных двигателей внесли Уиттл, Люлька и Франц. В 1939 году на территории Швейцарии был построен и испытан газотурбинный двигатель мощностью 5400 лошадиных сил (4000 киловатт). В Харькове, в 1939 году, в лаборатории, которой руководил Маковский, был построен газотурбинный двигатель мощностью 740 киловатт. В этом двигателе в качестве топлива использовался газ, который получался при подземной газификации угля, к сожалению, его испытания в Горловке были прерваны началом Великой Отечественной войны. В Советском Союзе, наибольший вклад в развитие и совершенствование газотурбинных двигателей внесли такие ученые и конструкторы, как Кузнецов, Климов, Кулагин, Ивченко, Микулин, Мелькумов, Стенкин, Туманский, Шубенко-Шубин и другие. За рубежом над газотурбинными двигателями работали: в Великобритании – Роллс Ройс и Бристол Сидни, в Германии - БМВ и Юнкерс, во Франции – Рато, в Соединенных Штатах Америки - Дженерал электрик и Дженерал моторс.
Наибольшее распространение в промышленности получил газотурбинные двигатели с непрерывным сгоранием топлива при постоянном давлении. В таком двигателе воздух из компрессора поступает в камеру сгорания, куда также подается топливо. Сгорая, топливо нагревает воздух. После этого в газовой турбине энергия сгорания газообразных продуктов преобразуется в механическую работу. Большая часть механической работы расходуется на сжатие в компрессоре воздуха. Остальная часть передается на приводимый агрегат, которая является полезной работой газотурбинного двигателя.
