Рубрики
Разное

Двигатель турбинный: Турбинный двигатель на автомобиле: его преимущества и недостатки

Содержание

Турбинный детектив В России освоен самостоятельный ремонт корабельных газотурбинных двигателей: Оружие: Силовые структуры: Lenta.ru

Основу боевого состава российского надводного флота составляют корабли с газотурбинными энергетическими установками украинского производства. Импортозамещение в этой сфере стало залогом национальной безопасности — без ремонта турбин флот не сможет выполнять свои задачи во все более конфликтном мире.

Сломанная нога

22 февраля 2015 года в Балтийск после 196-суточного похода вернулся один из самых современных кораблей Балтфлота и всего ВМФ России — фрегат «Ярослав Мудрый» проекта 1154 «Ястреб». Многоцелевой ракетный корабль выполнял задачи в Средиземном море — в частности, обеспечивал проводку «Сирийского экспресса», а также выходил в Индийский океан для охраны судоходства в Аденском заливе и прилегающих водах, отличающихся повышенной активностью пиратов.

Долго держать корабль на главной базе ни штаб флота, ни главкомат ВМФ не планировали — современный сторожевик должен был, по некоторым сведениям, снова уйти на боевую службу летом 2015 года, после межпоходного ремонта и нескольких выходов на боевую подготовку. Однако реальность заставила скорректировать планы: одна из двух форсажных турбин корабля (тип ДО 90) оказалась аварийной. Ситуация осложнялась тем, что ремонт двигателей этого типа раньше выполнял их производитель — украинская компания «Зоря-Машпроект», но после Крымского кризиса и событий в Донбассе украинское руководство разорвало военно-техническое сотрудничество с Россией.

Для части продукции удалось найти обходные варианты — так, Россия по-прежнему получает украинские вертолетные двигатели (хотя объем закупок постепенно сокращается по мере освоения собственного производства). Но если двигатели для вертолетов к обоюдному удовольствию «Вертолетов России» и украинской компании «Мотор Сич» удается закупать, маскируясь «двойным назначением» (они могут ставиться и на гражданские машины), то газотурбинные энергетические установки для боевых кораблей, равно как и услуги по их ремонту, замаскировать подобным образом невозможно. И проблема не только в «Ярославе Мудром»: невозможность ремонта украинских турбин грозила вскоре оставить Россию без большей части надводного флота. Летом 2015 года «Ярослав Мудрый» встал в ремонт на заводе «Янтарь».

Полутора годами ранее, осенью 2013 года, на том же заводе начались работы на головном сторожевике «Ястреба» — «Неустрашимом». В отличие от «Ярослава Мудрого» этот ремонт был плановым, предполагавшим большой объем работ, в том числе модернизацию ряда систем. Двигатели корабля в соответствии с планами Гособоронзаказа на 2014 год предстояло ремонтировать на Украине.

БПК «Адмирал Чабаненко»

Фото: ТАСС

В начале декабря 2013 года на заполярном 35-м судостроительном заводе в Мурманске также встал в ремонт самый ходовой корабль ВМФ России в 2000-х и начале 2010-х годов — БПК «Адмирал Чабаненко». Его турбины тоже предполагалось отправить для ремонта производителю — украинской компании «Зоря-Машпроект».

Поиск альтернативы

Назвать разрыв сотрудничества по газовым турбинам с Украиной «тяжелым ударом» означало бы приукрасить ситуацию. До этого времени на протяжении десятков лет украинская промышленность обеспечивала нужды сначала советского, а затем российского ВМФ и в строительстве новых турбин, и в их ремонте и обслуживании. В итоге определенные типы двигателей — в частности, используемые на «Ястребах» Д090 и ДС 71 — никогда не ремонтировались в России. Организация ремонта этих двигателей даже на предприятии близкого профиля потребовала бы серьезной перестройки производственных процессов.

Проблема заключалась в характерных различиях газоперекачивающих станций и морских ГТД: разные типы топлива (газ и солярка), как следствие — принципиально разные топливные системы, наличие на морских ГТД реверса и т.д. В совокупности все эти различия не позволяли быстро перестроить для их ремонта даже предприятие, работающее с ГТД других типов (например, занимающееся ремонтом газоперекачивающих агрегатов того же украинского производства тюменское ОАО «Газтурбосервис», принадлежащее «Газпрому»).

Серьезнейшим препятствием стало и отсутствие конструкторской документации, необходимой для ремонта, инструмента и оснастки.

В итоге налаживать ремонт двигателей пришлось с нуля. В январе 2015 года в СМИ появилась информация об отправке турбин «Неустрашимого» в Самару. Ряд видных экспертов в сфере ВПК, в том числе авторитетный военный блог BMPD, предположили, что исполнителем нового заказа станет ОАО «Кузнецов» — основываясь на фразе в газете «Страж Балтики»: «Впервые турбины силовых установок сторожевого корабля ремонтируются на авиационном заводе в Самаре».

«Кузнецов», разумеется, не авиазавод, но его главная специализация — авиационные турбовинтовые и турбореактивные двигатели, в том числе для стратегических бомбардировщиков Ту-95, Ту-22М3 и Ту-160. Реальность оказалась несколько иной: исполнителем стал не «Кузнецов», хотя самарские двигателисты и поучаствовали в этом проекте. Контрагентом в рамках импортозамещения по ремонту ГТД украинского производства еще в июне 2014 года совместным решением технического управления ВМФ и ОАО «Объединенная судостроительная корпорация» было выбрано ОАО Промышленная группа «Новик», ставшее исполнителем ремонта ГТД названных выше типов.

Основанием для такого решения стали следующие факторы:

— «Новик» с 2008 года занимается дефектацией и сервисным обслуживанием энергетических установок по заказу ВМФ;

— имеет собственное конструкторское бюро и специалистов (включая главного конструктора), ранее работавших в турбинном КБ Ленинградского Кировского завода;

— гибкая структура частной компании позволяет «оперативную подстройку» под задачи в рамках государственно-частного партнерства.

Планы организации этих работ в России появились еще до украинских событий. Предполагалось последовательно увеличивать долю работ на отечественных предприятиях вплоть до полного переноса их на территорию РФ.

Летом 2014 года начались работы над двумя парами ГТД Д090 — одна с «Неустрашимого», где они используются в качестве форсажных, для обеспечения полного хода, и одна с «Чабаненко», на котором эти турбины используются в качестве маршевых.

Поиск места

Немалой проблемой стало отсутствие производственной площадки. Подходящий цех нашелся в ОАО «Металлист-Самара», также задействованном в производстве авиационных газовых турбин. Организацией ремонта занялась вновь сформированная в составе «Новика» Волжская производственно-техническая база. В кооперацию вошел и «Кузнецов», которому доверили балансировку ротора, компрессора и турбины, для того чтобы в дальнейшем можно было провести проверку соосности и выполнить балансировку корпуса турбины. Эти работы выполнялись уже на новой площадке «Новика», причем необходимая для изготовления оснастки техническая документация создавалась конструкторским бюро с нуля собственными силами.

Технологический процесс осваивали на турбинах «Неустрашимого», поступивших в Самару в конце лета 2014 года (сообщение в «Страже Балтики» опубликуют без малого полгода спустя), затем на завод пришли турбины «Адмирала Чабаненко», но очередность работ была прервана экстренным заказом.

«И “Неустрашимый”, и “Чабаненко” могут подождать, их ремонт — это длительный процесс, — объяснил представитель «Новика». —А «Ярослав Мудрый» исправен и может срочно выйти в море для выполнения боевых задач, ему просто нужно отремонтировать аварийный двигатель».

Турбина фрегата «Ярослав Мудрый»

Фото: ОАО «ПГ Новик»

Экстренный заказ на аварийную Д090 «Мудрого» стал в итоге первым, выполненным для ВМФ России. Новое производство, по сути созданное с нуля, подтвердило свое право на существование: Минпромторг, проведя проверку «Новика», выдал заключение о его соответствии требованиям и лицензию на ремонт газотурбинных двигателей.

Варианты замещения

«Ярослав Мудрый» должен получить свою турбину уже в ближайшие недели и в начале 2016 года вернуться в строй. Ремонт «Неустрашимого», по планам, завершится в 2016-м, «Чабаненко» — в 2017 году. На очереди — большое количество кораблей разных классов, несущих украинские газовые турбины, от ракетных крейсеров проекта 1164 до корвета «Дагестан», не так давно эффектно отстрелявшегося крылатыми ракетами из Каспийского моря по позициям террористов в Сирии. Для сохранения численности флота в ожидании развертывания крупносерийного строительства новых кораблей ОСК и Минобороны придется решать проблему ремонта десятков турбин, причем в достаточно сжатые сроки. Реальность такого решения уже доказана — остается доказать возможность его масштабирования.

Модульные турбинно-винтовые двигатели типа ТВД — Что такое Модульные турбинно-винтовые двигатели типа ТВД?

10608

Предназначены для бурения глубоких вертикальных и наклонно направленных скважин различного назначения

org/ImageObject»>


Модульные турбинно-винтовые двигатели типа ТВД, разработанные ВНИИБТ, являются новой концепцией забойного привода породоразрушающего инструмента.

Они могут выполнять также функции забойного привода керноотборных устройств для бурения с отбором образцов породы (керна) и двигателя-отклонителя (при замене обычного шпинделя на шпиндель-отклонитель).

Эти двигатели выпускаются наружными диаметрами 195; 240 мм и применяются при бурении скважин в сочетании с шарошечными (всех типов и серий), лопастными и алмазными, в т. ч. армированными алмазнотвердосплавными пластинами (АТП), долотами и бурильными головками соответствующих диаметров, обеспечивающих минимальный технологически требуемый зазор между корпусом двигателя и стенками скважины.

Турбинно-винтовой забойный двигателькомпонуется из винтового модуля, турбинной секции и шпинделя.

Турбннно-винтовой двигатель типа ТВД (рисунок) представляет собой универсальный забойный двигатель, содержащий 3 основных узла:

  • шпиндель с осевой опорой 1 (при необходимости — шпиндель-отклонитель), 

  • одну (при необходимости — 2 или 3) турбинные секции 2,

  • винтовой модуль 3.


Конструктивно предусмотрены различные варианты агрегатирования вышеуказанных узлов в условиях как цеха по ремонту забойных двигателей, так и бурящейся скважины, благодаря чему бурение верхних интервалов скважин может осуществляться при относительно высокой частоте вращения долота — 6,3 с-1 (без использования модуля), а нижних интервалов — при сравнительно низкой частоте вращения — 1,25 с-1 (с применением модуля).


Учитывая различные технологические требования, предъявляемые в конкретных геолого-технических условиях месторождений, турбинно-винтовые двигатели могут быть агрегатированы в единую компоновку следующим образом (табл. 105).


Двигатель типа ТВД-19’5 выполнен с учетом максимального использования унифицирования узлов серийных турбобуров, высокомоментной турбины А7ПЗ и серийных винтовых пар. 

Такая компоновка двигателя обеспечивает высокие значения момента силы на валу при относительно низкой частоте его вращения.

При этом предусмотрена разгрузка винтового модуля на номинальном режиме работы двигателя: модуль либо повышает, либо поглощает момент силы только при преодолении пик момента на долоте или его перегрузке, что предопределяет значительное увеличение безотказной наработки винтовой пары.


По сравнению с известными в практике бурения турбобурами и винтовыми забойными двигателями турбинно-винтовой забойный двигатель типа ТВД обладает рядом принципиально важных достоинств:

  • органично сочетает стабильность во времени энергетической характеристики, свойственную турбинному приводу, а также высокое соотношение М/n и высокую жесткость линии моментов, свойственную объемным гидромашинам.

  • избавлен от недостатков турбобура (таких как относительно низкий момент силы на валу и «мягкость» линий моментов) и от недостатков винтового забойного двигателя (таких как низкий срок службы винтовой пары и отрицательное воздействие на долото поперечных колебаний, генерируемых близко расположенной к нему винтовой парой).

  • высокая надежность двигателя обеспечена применением в его конструкции ряда оригинальных технических решений, обеспечивающих высокие эксплуатационные показатели. К этим решениям относятся: узлы соединения торсиона с винтовым ротором и валом турбинной секции; система, устраняющая негативное влияние силы, вызванной вращением неуравновешенной массы торсиона и винтового ротора, а также перекашивающего момента, действующего на последний. Часть этих технических решений запатентована в США, Франции, Германии, Канаде, Бразилии.


Условиями, ограничивающими применение двигателей типа ТВД, являются:

  • температура бурового раствора более 120оС; 

  • плотность бурового раствора более 1700 кг/м3; 

  • содержание в буровом растворе углеводородных соединений более 5 %.


Ввиду того, что современные долота имеют стойкость, превышающую 100 час, должна быть обеспечена и работоспособность двигателя, гарантирующая отработку не менее 3 таких долот. Такая гарантия обеспечивается при использовании турбинно-винтового двигателя, конструкция которого в целом и его узлов относительно отработаны.

Основные технические параметры двигателей типа ТВД приведены в табл. 106.


*Турбобур без преобразователя частоты вращения.


** Длина и масса двигателя включает соответственно одну и две турбинные секции.


*** Параметры приведены для расхода бурового раствора (воды) 0,040 м3/с.


Изготовители: 1. Экспериментальный завод ВНИИБТ Оренбургский филиал


МГП «Буровик»


460027 г. Оренбург, Донгузская, 50


тел. 97-89-91


2. Опытный завод ВНИИБТ


403810 г. Котово Волгоградской обл., Промбаза


тел. 2-94-90, 2-94-89. 2-38-42 телетайп 310675 КЕДР

газотурбинный двигатель | Британика

Заголовок

Просмотреть все СМИ

Связанные темы:
Цикл Брайтона
коптильня
пожарная турбина
газотурбинный двигатель открытого цикла
двигатель с регулируемым циклом

См. всю соответствующую информацию →

газотурбинный двигатель , любой двигатель внутреннего сгорания, использующий газ в качестве рабочего тела, используемого для вращения турбины. Этот термин также обычно используется для описания полного двигателя внутреннего сгорания, состоящего как минимум из компрессора, камеры сгорания и турбины.

Общие характеристики

Полезную работу или тягу можно получить от газотурбинного двигателя. Он может приводить в действие генератор, насос или воздушный винт или, в случае чисто реактивного авиационного двигателя, развивать тягу за счет ускорения потока выхлопных газов турбины через сопло. Большое количество энергии может быть произведено таким двигателем, который при той же мощности намного меньше и легче, чем поршневой двигатель внутреннего сгорания. Поршневые двигатели зависят от движения поршня вверх и вниз, которое затем должно быть преобразовано во вращательное движение с помощью коленчатого вала, тогда как газовая турбина напрямую передает мощность вращения вала. Хотя концептуально газотурбинный двигатель представляет собой простое устройство, компоненты эффективной установки должны быть тщательно спроектированы и изготовлены из дорогостоящих материалов из-за высоких температур и напряжений, возникающих в процессе эксплуатации. Таким образом, установки газотурбинных двигателей обычно ограничиваются крупными установками, где они становятся рентабельными.

Циклы газотурбинного двигателя

Большинство газовых турбин работают по открытому циклу, в котором воздух забирается из атмосферы, сжимается в центробежном или осевом компрессоре и затем подается в камеру сгорания. Здесь топливо добавляется и сжигается при практически постоянном давлении с частью воздуха. Дополнительный сжатый воздух, который проходит вокруг секции горения, а затем смешивается с очень горячими дымовыми газами, требуется для поддержания достаточно низкой температуры на выходе из камеры сгорания (фактически на входе в турбину), чтобы турбина могла работать непрерывно. Если блок должен производить мощность на валу, продукты сгорания (в основном воздух) расширяются в турбине до атмосферного давления. Большая часть мощности турбины требуется для работы компрессора; только остаток доступен для подачи работы вала к генератору, насосу или другому устройству. В реактивном двигателе турбина спроектирована так, чтобы обеспечить мощность, достаточную для привода компрессора и вспомогательных устройств. Затем поток газа выходит из турбины при промежуточном давлении (выше местного атмосферного давления) и подается через сопло для создания тяги.

Сначала рассматривается идеализированный газотурбинный двигатель, работающий без потерь по этому простому циклу Брайтона. Если, например, воздух поступает в компрессор при температуре 15 ° C и атмосферном давлении и сжимается до одного мегапаскаля, он затем поглощает тепло от топлива при постоянном давлении до тех пор, пока температура не достигнет 1100 ° C, прежде чем расширяться через турбину обратно в атмосферное. давление. Для этого идеализированного устройства потребуется мощность турбины 1,68 киловатта на каждый киловатт полезной мощности, при этом 0,68 киловатта поглощается для привода компрессора. Тепловой КПД агрегата (чистая произведенная работа, деленная на энергию, добавленную за счет топлива) составит 48 процентов.

Фактическая производительность простого открытого цикла

Если для агрегата, работающего в пределах одного и того же давления и температуры, компрессор и турбина имеют КПД только 80 процентов (, т. е. , работа идеального компрессора равна 0,8-кратной фактической работе, а идеальный выход), ситуация резко меняется, даже если все остальные компоненты остаются идеальными. На каждый произведенный киловатт полезной мощности турбина теперь должна производить 2,71 киловатта, а работа компрессора становится равной 1,71 киловатта. Тепловой КПД падает до 25,9.процент. Это иллюстрирует важность высокоэффективных компрессоров и турбин. Исторически сложилось так, что разработка эффективных компрессоров была труднее, чем эффективные турбины, что задержало разработку газотурбинного двигателя. Современные агрегаты могут иметь КПД компрессора 86–88 процентов и КПД турбины 88–90 процентов при проектных условиях.

КПД и выходная мощность могут быть увеличены за счет повышения температуры на входе в турбину. Однако все материалы теряют прочность при очень высоких температурах, а поскольку лопатки турбин движутся с высокими скоростями и подвергаются сильным центробежным нагрузкам, температура на входе в турбину выше 1100°C требует специального охлаждения лопаток. Можно показать, что для каждой максимальной температуры на входе в турбину существует оптимальная степень повышения давления. Современные авиационные ГТУ с охлаждением лопаток работают при температуре на входе в турбину выше 1370°С и степени повышения давления около 30:1.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Промежуточное охлаждение, подогрев и регенерация

В авиационных газотурбинных двигателях необходимо обращать внимание на массу и размер диаметра. Это не позволяет добавлять дополнительное оборудование для повышения производительности. Соответственно, двигатели коммерческих самолетов работают по идеализированному выше простому циклу Брайтона. Эти ограничения не распространяются на стационарные газовые турбины, в которые могут быть добавлены компоненты для повышения эффективности. Улучшения могут включать (1) снижение работы сжатия за счет промежуточного охлаждения, (2) увеличение мощности турбины за счет повторного нагрева после частичного расширения или (3) снижение расхода топлива за счет регенерации.

Первое усовершенствование будет включать сжатие воздуха при почти постоянной температуре. Хотя на практике этого достичь невозможно, его можно приблизить к промежуточному охлаждению (, т. е. , сжимая воздух в два или более этапов и охлаждая его водой между этапами до исходной температуры). Охлаждение уменьшает объем обрабатываемого воздуха, а вместе с ним и необходимую работу сжатия.

Второе усовершенствование включает повторный нагрев воздуха после частичного расширения через турбину высокого давления во втором наборе камер сгорания перед подачей его в турбину низкого давления для окончательного расширения. Этот процесс аналогичен повторному нагреву, используемому в паровой турбине.

Оба подхода требуют значительного дополнительного оборудования и используются реже, чем третье усовершенствование. Здесь горячие выхлопные газы турбины проходят через теплообменник или регенератор для повышения температуры воздуха, выходящего из компрессора перед сгоранием. Это уменьшает количество топлива, необходимое для достижения желаемой температуры на входе в турбину. Однако повышение эффективности связано с большим увеличением первоначальных затрат и будет экономически выгодным только для агрегатов, которые работают почти непрерывно.

Главная | Решения для газотурбинных двигателей

Предоставление лучших услуг

Турбинный двигатель

Ремонт и капитальный ремонт

Turbine Engine Solutions — это независимое предприятие по капитальному ремонту двигателей FAR 145 FAA/EASA, основанное в 2004 году. Первоначально мы специализировались на двигателях Pratt and Whitney серий JT8D-100 и JT8D-200, а теперь специализируемся на двигателях серии CFM 56. и серии CF6. Посмотрите наши возможности.

КОНКУРЕНТНОЕ ЦЕНООБРАЗОВАНИЕ

У нас высочайшее качество индивидуального обслуживания клиентов.

УДОБНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ

Наш объект расположен в 20 минутах от международного аэропорта Майами.