Гтд двигатель: Газотурбинный двигатель (ГТД) — Что такое Газотурбинный двигатель (ГТД)? — Авиатор

Газотурбинный двигатель(ГТД).

Газотурбинный двигатель – это разновидность теплового двигателя, который работает по не очень простому принципу. Газ в двигателе сжимается и нагревается, после чего, энергия этого газа преобразуется в механическую работу. Как Вы могли заметить, с первых слов описания данного двигателя, все процессы происходят в потоке движущегося газа, что кардинально отличается от принципа работы поршневого двигателя.

Как работает газотурбинный двигатель? Если рассматривать, более подробно процесс работы газотурбинного двигателя, то можно выделить несколько этапов, которые в соединении описывают сложный процесс преобразования энергии сжатого газа в механическую работу. Какие это этапы?

Подача и смесь. Атмосферный воздух в сжатом виде поступает из компрессора в камеру сгорания. Туда же поступает и топливо, в результате чего получается топливная смесь, которая в процессе сгорания выделяет очень много энергии.
Преобразование. После того, как топливная смесь в процессе сгорания преобразуется в энергию, необходимо преобразовать ее в механическую работу. Это происходит благодаря вращению специальных «лопаток» струей газа под большим давлением.
Разделение работы. Часть полученной механической работы от энергии топливной смеси, уходит на сжатия воздуха для следующей подачи, в компрессоре, а остальная энергия передается на приводимый агрегат.

Именно та работа, которая передается на приводимый агрегат и называется полезной! К слову, газотурбинный двигатель по праву считается двигателем, имеющим наибольшую удельную мощность, среди остальных двигателей внутреннего сгорания. Топливом к газотурбинному двигателю можно считать практически любое горючее: керосин, бензин, мазут, природный газ, дизельное топливо, судовое топливо, водяной газ, спирт, а также мелкий уголь!

Принцип работы газотурбинных двигателей.
Чтобы добиться высокого КПД в тепловом двигателе, необходимо добиться высокой температуры сгорания топливной смеси, но не всегда это можно достичь. Препятствиями можно назвать не способность материалов, из которых построен двигатель (никель, сталь, керамика и прочие) выдерживать большие температуры и давление.

Очень большое количество трудов инженеров было направлено на то, чтобы успешно отводить тепло от турбины и использовать его там, где это необходимо. Смело можно сказать, что их работа была проведена не зря, ведь в настоящее время, благодаря подобным разработкам, было достигнута эта цель путем перенаправления тепла выхлопных газов, сжатому воздуху. Такой процесс называется рекуперирование. Это очень успешных подход, ведь в противном случае тепло выхлопных газов было бы просто утеряно, а так, оно способно служить источником нагрева сжатого воздуха, перед процессом дальнейшего сгорания. Таким образом, можно смело утверждать, что без этого процесса и специальных теплообменников (рекуператоров) не удалось бы достигнуть столь высокого КПД.

Максимальная скорость вращения турбинных лопаток, определяет максимальное давление, которое нужно достигнуть для получения наивысшей мощности двигателя. При этом, как правило, чем меньше двигатель, тем выше должна быть частота вращения вала, для поддержания максимальной скорость турбинных лопаток.

Устройство газотурбинного двигателя.
Что касается устройства, тут все не так и сложно, как можно себе представить. Газотурбинный двигатель состоит из камеры сгорания, где также установлены свечи зажигания и форсунка, для подачи топлива и получения искры в камере сгорания. Турбинное колесо со специальными лопатками установлено на одном валу с компрессором. К устройство двигателя также относятся: понижающий редуктор, теплообменник, выпускной трубопровод, впускной канал, а также диффузор и сопла.

При вращении вала компрессора, его лопасти захватывают воздух, который поступает через впускной канал. После того, как компрессор увеличивает скорость движения до 500 метров в секунду, он нагнетает его в диффузор. На выходе диффузора, скорость воздуха уменьшается, но с тем же повышается его давление. После диффузора, воздух попадает в теплообменник, где нагревается теплом отработанных газов и переходит в камеру сгорания. Помимо подогретого и сжатого воздуха, в камеру сгорания постоянно подается топливо в распыленном виде, через форсунку. Топливо смешивается с воздухом, образуя топливную смесь, далее эта смесь воспламеняется, с помощью искры, которую производит свеча. В результате сгорания, давление в камере повышается, нагретые газы проходят через сопло и попадают на лопатки турбинного колеса, которые приводятся в движение. Крутящий момент турбинного колеса передается через понижающий редуктор на трансмиссию автомобиля. Отработанные газы подходят в теплообменник, где подогревают поступивший сжатый воздух и выходят в атмосферу.

Основным недостатком газотурбинного двигателя является стоимость тепло прочных материалов, из которых должен быть построен двигатель. Помимо этого сложность работ и высокая степень очистки воздуха, который попадает в двигатель, также хорошо бьют по карману, но не смотря ни на что, разработка и усовершенствование газотурбинного двигателя уже вовсю проходит как в нашей стране, так и за границей.

Типы газотурбинных двигателей.
Касательно типов, их очень большое количество, при этом суть работы одна и та же, но выполнение – немного различно. В зависимости от типов, газотурбинный двигатель имеет широкое применение на морских судах, железнодорожных составах, автомобилях, самолетах, вертолетах и даже в танках.К слову на сегодняшний день лишь американский танк Абрамс М1А1 оснащен газотурбинным двигателем.У советских инженеров тоже были попытки применить ГТД на танках,было даже несколько прототипов на базе Т-80,но почему то дальнейшие разработки были свёрнуты.

как появились и почему вымерли газотурбинные легковушки?

Главная
Статьи
Тысяча градусов под капотом: как появились и почему вымерли газотурбинные легковушки?

Автор: Евгений Кочнев Из архива автора

Благодаря бесспорным успехам мощных газотурбинных силовых агрегатов они давным-давно вытеснили поршневые двигатели из многих смежных отраслей хозяйства и воздушного транспорта.

Что же касается легковых автомобилей, то «газотурбинная эйфория», родившаяся вскоре после Второй мировой войны, через двадцать с небольшим лет тихо и навсегда скончалась, оставив истории лишь несколько единичных образцов столь необычной техники.

Это незаметное для мировой автомобильной индустрии событие выглядело тем более странным, что создание самоходных повозок с газотурбинными устройствами началось ещё в конце XVII века, и в дальнейшем, вплоть до 1950-х годов, их неспешно доделывали, превратив в особые компактные «моторы» для транспортных нужд. Примером уникальной самодвижущейся древности с такого рода «двигателем» считается тележка с паровым котлом, которую в 1672 году изобрёл фламандский миссионер и учёный Фердинанд Вербист. Его идея заключалась в направлении струи горячего пара на горизонтальное колесо с лопатками, приводившее в движение два передних колеса.

Макет самоходной повозки Фердинанда Вербиста с древним прообразом газотурбинной установки

Так что же это за уникально простой, компактный и мощный газотурбинный двигатель (ГТД) в одновальном исполнении для легковушек? В обобщенной конструктивной схеме он снабжался радиальным компрессором, засасывавшим воздух в камеры сгорания, куда впрыскивалось недорогое жидкое топливо.

При воспламенении горючей смеси раскаленные газы раскручивали как компрессор-нагнетатель воздуха, так и тяговую турбину с шестеренчатым редуктором, понижавшим число оборотов до значения, приемлемого для привода колес автомобиля.

Упрощенная схема автомобильного ГТД: 1 — компрессор, 2 — тяговая турбина, 3 — турбина компрессора

В рекламных проспектах ГТД называли «альтернативой ДВС» и сообщали, что они могут работать «на всём, что течёт и горит», включая арахисовое масло, спирт, одеколон и духи Chanel. В разных версиях максимальная температура газов на выходе из ГТД колебалась от 800 до 1200 градусов. Внешне легковые газотурбинные концепт-кары почти ничем не отличались от серийных автомобилей или являлись принципиально новыми конструкциями, но в обоих случаях были собраны в опытных образцах, не предназначенных для серийного производства.

Газотурбинные автомобили компании Rover

Лавры создания первого в мире газотурбинного легкового автомобиля принадлежали британской компании Rover, инженеры которой впервые познакомилась с такими агрегатами во время Второй мировой войны при секретных разработках авиационных и танковых газовых турбин.

Первый в мире газотурбинный автомобиль Rover Jet-1 удивлял всех прохожих в Лондоне. 1950 год

В 1946 году, не имея понятия, к чему приведут её старания, фирма Rover приступила к созданию экспериментальной открытой двухместной машины Jet-1 с задним расположением двигателя. Затем ушло еще три года на доработку базового легкового шасси Р-4 без коробки передач, на выбор схемы ГТД и испытания первого работоспособного двигателя Т-5 в 100 сил. Его центробежный компрессор вращался с частотой до 40 тысяч оборотов в минуту, а вал турбины развивал 26 тысяч, для чего была введена понижающая передача на колеса.

Опробование второго более мощного турбоавтомобиля Rover Jet-1. 1952 год (фото R. Gerelli)Публичная демонстрация автомобиля Jet-1 сопровождалась шумной рекламной кампанией (фото R. Gerelli)

Презентация Jet-1 состоялась в марте 1950 года. Через два года начались испытания модернизированного варианта с 230-сильной турбиной Т-8. Такой ГТД отличался плавностью работы, но слишком высокая рабочая температура потребовала применения редких и дорогих материалов, а расход авиационного керосина достигал 50 литров на 100 километров.

Единственная сохранившаяся машина Rover Jet-1 образца 1950 года в лондонском Музее науки (фото автора)

В 1956 году фирма Rover вернулась к ГТД второго поколения с новой 100-сильной турбиной 2S/100 и теплообменником производства компании British Leyland. Ее смонтировали в задней части полноприводного автомобиля Т-3 с двухместным стеклопластиковым кузовом на сварной раме с алюминиевыми усилителями и дисковыми тормозами. Максимальная скорость достигала 170 км/ч, расход топлива сократился до 22 литров, но в то время компания уже не могла выделить крупных средств на продолжение этих работ.

Испытания уникального полноприводного концепт-кара Rover T-3 с задней установкой ГТД. 1956 годГазотурбинный автомобиль-купе T-3 в экспозиции Heritage Motor Centre в Гайдоне

Несмотря на огромные расходы, в 1961-м появилась переднеприводная легковушка Т-4 с 140-сильным агрегатом 2S/140 переднего расположения и четырехместным несущим кузовом для будущей серийной модели Rover-2000. Она стала самой быстроходной дорожной машиной с ГТД (около 200 км/ч) и с места до «сотни» разгонялась за восемь секунд.

Фото 1. Последняя газотурбинная машина компании Rover с кузовом, созданным для серийной модели Rover-2000

Фото 2. Газотурбинный автомобиль Rover Т-4 из коллекции музея Heritage Motor Centre Gaydon

Фото 3. Подготовка к испытаниям четырехдверного седана Rover T-4 с передним приводом. 1961 год

Дополнением к серии Т-4 был удлиненный приземистый спортивный вариант Rover-BRM с задним приводом и двухместным кузовом купе, созданный совместно с фирмой BRM. До середины 1970-х он служил престижным и дорогим дорожным автомобилем и участвовал в крупных международных автогонках.

Престижный дорожный вариант спортивного автомобиля Rover-BRM с газовой турбиной. 1965 год

Газотурбинный уникум FIAT

С 1948 года разработкой скоростной газотурбинной машины Turbina занимался итальянский концерн FIAT, приняв за основу своё «нормальное» спортивное купе модели 8V и конструкции авиационных турбовинтовых моторов. Ее шасси собрали в феврале 1954-го, а 10 апреля на свет появился эффектный обтекаемый красно-белый автомобиль с задними стабилизаторами, способный развивать скорость 250 км/ч.

Спортивная газотурбинная машина FIAT Turbina в Museo dell’ Automobile di Torino. 1954 годАвтомобиль FIAT Turbina с задним силовым агрегатом и автоматической трансмиссией модели 8001

Главной особенностью 300-сильного ГТД заднего расположения была особая трансмиссия модели 8001, автоматически регулировавшая рабочие режимы компрессора и тяговой турбины. При этом свежий воздух засасывался спереди и подавался к заднему компрессору по центральному тоннелю.

При желании на этой схеме можно разглядеть всю «механическую мельницу» машины FIAT Turbina

Автомобиль получил стальную трубчатую раму и независимую подвеску всех колес со стабилизаторами поперечной устойчивости. После испытаний и демонстрации на Туринском автосалоне в нём выявили множество недостатков, и дальнейшие работы пришлось прекратить.

«Огненные птицы» от корпорации General Motors

Как только до далекой Америки долетели слухи о создании в Европе принципиально новых, но пока неиспытанных легковушек с ГТД к их созданию сразу подключились ведущие компании США. Понятно, что первой из них была корпорация General Motors. За короткое время она собрала три опытных работоспособных образца серии GM Firebird («Огненная птица»), более известные своим революционным самолетным стилем и брутальной внешностью, чем высокими техническими достижениями. Всё дизайнерское сопровождение контролировал вице-президент Харли Эрл.

Известный дизайнер Харли Эрл во главе своего «огненного семейства» уникальных автомобилей Firebird

В декабре 1953 года с первой экспериментальной газотурбинной машиной Firebird XP-21 (Firebird I) сразу же произошел конфуз: ее приняли за поставленный на четыре больших колеса одноместный реактивный истребитель с короткими крылышками, хвостовым стабилизатором и задним соплом.

Странное авиационно-автомобильное сочетание по-американски — концепт-кар Firebird XP-21. 1953 годНелетающий истребитель GM Firebird XP-21 со спрятанным в корпусе ГТД и декоративным оперением

Но, присмотревшись, под стеклопластиковым кузовом можно было увидеть 380-сильный ГТД GT-302 компании Allison, весивший около 350 кг и разгонявший бутафорский самолет до 370 км/ч. Он снабжался по-автомобильному независимой подвеской и внутренними тормозными барабанами.

Необычный газотурбинный автомобиль-самолет Firebird I в экспозиции GM Heritage Center

Через три года был представлен более строгий четырехместный вариант Firebird II (XP-43) с новым ГТД GT-304 в 200 сил при рабочем режиме 25 тысяч оборотов в минуту и дисковыми тормозами. На этот раз он был похож на гоночный автомобиль с передним остроконечным обтекателем и упрятанными в него фарами, небольшими боковыми крыльями, прозрачной крышей-фонарём и хвостовым оперением. В отличие от первенца его напичкали мелкими оригинальностями: двухсекционные двери, бортовой компьютер, блок автоматического переключения световых приборов.

Второй газотурбинный вариант Firebird II, напоминавший рекордно-гоночный автомобиль. 1956 годХарли Эрл с удовольствием позирует у своего уникального газотурбинного детища GM Firebird II

Вскоре за ним появилась третья приземистая шестиметровая «сказочная огненная птица» Firebird III (XP-73) с 225-сильным двигателем GT-305 и самолетным фонарём, ощетинившаяся всеми своими стеклопластиковыми кузовными панелями и ножевидными кромками дверей, крыльев и всевозможных хвостов. Для питания бортовых систем, кондиционера и круиз-контроля служил миниатюрный бензиновый движок в 10 сил.

Третий газотурбинный уникум Firebird III с уймой полезных и бесполезных крыльев и крылышек. 1958 год

Chrysler Corporation: 27 лет во славу газовых турбин

В 1954 году эта корпорация сделала ставку на массовый выпуск перспективных легковых машин с газотурбинными силовыми установками. Для этого было создано специальное подразделение Chrysler Turbine Car, где под руководством главного конструктора Джорджа Хюбнера создавалось обширное семейство легковушек массового пользования с ГТД собственной конструкции, которые внешне особо не отличались от серийных моделей Dodge и Plymouth.

Фото 1. Газотурбинная 100-сильная машина Plymouth Belvedere после завершения пробега «от океана до океана». 1956 год

Фото 2. Демонстрация автомобиля Plymouth Fury с двигателем CR-2. Слева — изобретатель Джордж Хюбнер. 1959 год

Фото 3. Газотурбинное купе Dodge Dart-330 Turbo с 140-сильным ГТД CR-2A после пробега вокруг Америки. 1962 год

В начале 60-х исключением из правил стал эффектный шоу-кар Chrysler TurboFlite с экстравагантным кузовом работы итальянской дизайнерской фирмы Ghia и собственным 140-сильным агрегатом CR-2A. Автомобиль выделялся узким клиновидным передком, задними крыльями со связывавшим их антикрылом и широкими боковыми дверями, при открывании которых приподнималась и откидывалась назад солидная конструкция, состоявшая из крыши, лобового и боковых окон.

Одна из самых красивых газотурбинных «легковушек» — опытная модель Chrysler TurboFlite. 1961 годПочти полностью разбиравшаяся для прохода в салон экспериментальная машина TurboFlite с кузовом Ghia

В 1960-е самым удачным и наиболее перспективным газотурбинным легковым автомобилем считался двухдверный седан Chrysler Turbine, построенный достаточно крупной партией из 50 машин. Интересно, что для оценки будущего спроса их бесплатно раздавали избранным клиентам и рядовым американским автомобилистам, каждый из которых мог бесплатно пользоваться такой машиной в течение трех месяцев и затем высказать свое мнение. Одновременно их демонстрировали во многих штатах Америки и за рубежом.

Сборка легковых автомобилей Chrysler Turbine на новом заводе в Челси, штат МичиганТест-драйв газотурбинной машины Chrysler Turbine на холмистой местности. 1963 год

Привлекательный и комфортный четырехместный кузов с виниловой крышей собирала итальянская фирма Ghia и отравляла его в Америку. Передняя часть автомобилей напоминала воздухозаборники реактивных самолетов, задок был похож на сопла авиационных турбин, а яркий и богато оформленный красно-оранжевый салон, напоминавший самые дорогие и роскошные лимузины, почему-то не имел кондиционера. В подкапотном пространстве умещался модернизированный ГТД А-831 мощностью 130 л.с., весивший всего 186 килограммов.

Фото 1. Один из 50 собранных автомобилей Chrysler Turbine с 130-сильной газовой турбиной. 1963 год

Фото 2. Задняя часть машины была выполнена в авиационном стиле и напоминала два сопла самолетных турбин

Фото 3. Яркое и броское оформление салона с хромированными деталями и кожаными сиденьями

Фото 4. Под капотом автомобиля Turbine свободно помещался новый газотурбинный агрегат A-831

Все эти невероятные усилия и затраты по проталкиванию газотурбинной машины успеха не принесли. При мягкости хода, стабильности движения и отсутствии регулярного техобслуживания автомобиль оказался ненасытным, требуя по 20 литров горючего на 100 километров. Он не мог работать на этилированном бензине и издавал невероятный шум на больших скоростях. В 1967-м почти все машины Chrysler Turbine были отозваны и пущены под пресс. Только в частных коллекциях и музеях сохранились семь-восемь экземпляров.

Так начался стремительный закат газотурбинной автотехники, и только компания Chrysler умудрилась продержаться еще двадцать (!) лет, приспосабливаясь к новым жёстким нормативам для обычных легковушек. На машины выпуска 1960–1970-х годов обрушились проблемы аномально высокого уровня оксидов азота в выхлопных газах и максимальной экономии топлива. На помощь автомобилям последнего седьмого поколения пришла фирма Ghia, придавшая им особую специфическую угловато-остроконечную внешность.

Представительский автомобиль Imperial LeBaron концерна Chrysler с 125-сильным ГТД. 1977 годПоследняя газотурбинная машина компании Chrysler на базе автомобиля Dodge Mirada. 1980 год

Но всё это не помогло. До начала 1981 года в общей сложности корпорация Chrysler собрала 77 газотурбинных машин, включая 50 экземпляров модели Turbine, уничтоженных собственными руками.

В следующей статье мы расскажем об уникальных советских и иностранных рекордных автомобилях, тяжелых грузовиках и междугородных автобусах с газотурбинными двигателями.

На заглавной фотографии — Скоростная газотурбинная машина Firebird XP-21 на фоне легкого бомбардировщика F-84F (1953 год)

история

Новые статьи

Статьи / Интересно 5 причин покупать и не покупать Geely Atlas Внушительный и гармоничный, солидный и эффектный, очень комфортабельный, но несколько медлительный, не самый экономичный, но достаточно надежный… Все это – Geely Atlas, автомобиль, в свое вр. .. 127 1 0 23.10.2022

Статьи / Практика Пол-литра, картошка и горчица по вкусу: народные рецепты заменителей автохимии В нынешних условиях легко закрыть глаза и представить, что все иностранные производители автохимии по каким-то причинам ушли из России. Ну или просто мысленно перенестись на несколько десяти… 451 0 1 21.10.2022

Статьи / Электромобиль Дорого, опасно и негде заряжаться: 5 главных заблуждений, мешающих купить электромобиль Бояться чего-то нового – нормально. Когда-то люди боялись инжектора или автоматической коробки передач, хотя сейчас эти агрегаты никого напугать не могут. Приблизительно то же самое когда-то… 2201 9 0 21.10.2022

газотурбинный двигатель | Британика

Заголовок

Просмотреть все СМИ

Связанные темы:: удельная мощность Цикл Брайтона двигатель с регулируемым циклом коптильня газотурбинный двигатель открытого цикла

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.

Викторина «Британника»

Энергия и ископаемое топливо

От ископаемого топлива и солнечной энергии до электрических чудес Томаса Эдисона и Николы Теслы — мир живет за счет энергии. Используйте свои природные ресурсы и проверьте свои знания об энергии в этой викторине.

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% (, т. е. , работа идеального компрессора равна 0,8-кратной фактической работе, а фактическая мощность турбины — 0,8-кратной фактической 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 этого нельзя достичь на практике, это можно приблизить к промежуточному охлаждению (, т. е. , сжимая воздух в два или более этапа и охлаждая его водой между этапами до его 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 практически непрерывно.